5.3.13. Восстановление тетрафторида урана магнием

Условия восстановления UF₄ магнием отличаются от описанных для кальциетермического процесса.

Тепловой эффект реакции

UF₄ + 2 Mg = U + 2 MgF₂ + 372 кДж (5.37)

примерно на 205 кДж ниже, чем при восстановлении кальцием. На 1 кг смеси UF₄ + 2 Mg выделяется 1028 кДж. Этого тепла недостаточно для расплавления продуктов реакции, поэтому необходимо нагревать весь реактор с шихтой до температуры зажигания.

Точка кипения магния (1105 ^оС) ниже температуры плавления шлака (MgF₂ плавится при 1260 °С). Поэтому необходимо проводить восстановление в герметичном аппарате (типа бомбы) под давлением паров магния.

Вместе с тем, магний обладает некоторыми преимуществами. Магний более устойчив на воздухе. Выпускаемый промышленностью магний высокой чистоты содержит меньше вредных для урана примесей. Магний легче кальция и весовой расход его на 1 т урана в 1,6 раза ниже, чем кальция.

Восстановление проводят в стальных тиглях, изготовленных из цельнотянутых труб диаметром 325 - 390 мм. Высота тиглей 915 — 1145 мм. Тигли футеруют фтористым магнием, их герметично закрывают крышкой. Порошок магния с размером частиц ~2 мм смешивают с UF₄ (избыток магния 4 — 5 %). Тигель, заполненный шихтой и герметично закрытый, устанавливают в газовой печи (снаружи оставляют только крышку). При нагревании шихты до 550 - 700 ^оС инициируется реакция, которая заканчивается примерно за 1 мин.

Слиток легко отделяется от шлака. Выход металла достигает 98 %. В тиглях диаметром 325 мм за одну плавку получают слиток массой 100 кг.

Освоен процесс магнийтермического восстановления UF₄ с одновременной загрузкой 2 т фторида урана. Получают слитки массой 1225 кг (диаметр слитка ~ 445 мм, высота 432 мм). Большая величина загрузки обусловливает медленное охлаждение и хорошее отделение металла от шлака. Такие слитки не требуют вакуумной переплавки и могут непосредственно направлять на обработку давлением.