logo
Лекции по МРМ

5.3.12. Восстановление тетрафторида урана кальцием

При восстановлении тетрафторида урана кальцием по реакции

UF4 + 2 Са = U + 2 CaF2 + 575 кДж (5.36)

выделяется около 1465 кДж на 1 кг смеси UF4 + 2 Са. Тепла достаточно для самопроизвольного протекания реакции и поддержания температуры, при которой металл и шлак (CaF2) находятся в расплавленном состоянии. Для этого необходима температура 1450 оС (CaF2 плавится при 1418 оС). Восстановление можно проводить при атмосферном давлении, так как температура кипения кальция сравнительно высока (1420 оС). Восстановление проводят в тиглях из нержавеющей стали, футерованных чистым фторидом кальция. Для восстановления применяют кальций, очищенный дистилляцией в вакууме, в виде стружки толщиной 2 - 3 мм. Восстановитель вводят в шихту с избытком ~20 % от стехиометрического. Смесь либо непосредственно засыпают в тигель и слегка утрамбовывают, либо предварительно брикетируют.

Шихту зажигают с помощью электрической искры или зажигают запальную смесь (например, пероксид натрия с магниевым порошком), помещаемую в верхней части шихты. Реакция быстро распространяется по всей шихте. Металл стекает вниз, образуя слиток, хорошо отделяемый от шлака. Этим способом получают слитки урана массой 100 кг и больше.

Выход урана в слиток составляет 98 - 99 %. Содержание примесей в слитках следующее, %: Fe 0,02 - 0,005; Si 0,01 - 0,05; Са 0,002 - 0,005; Mn 0,001 - 0,0005; Н 3 - 5 см3 на 100 г металла.