Uranium Conversion
Совокупность химико-технологических процессов превращения урансодержащих материалов, главным образом оксидов урана (U), в форму, необходимую для производства топлива для ядерных реакторов (см. Ядерный реактор), чаще всего в гексафторид урана. К. у. выполняется по определенной технологической цепочке на т. н. сублиматных производствах. На первой ее ступени конечный продукт гидрометаллур-
гического завода – закись-окись урана (U3O8) – проходит тонкую очистку (аффинаж) для удаления
технологически недопустимых примесей [в первую очередь радия (Ra) и радона (Rn), радиоак-
тивных продуктов естественного распада урана]. Ключевой операцией аффинажа является экстракция урана из водного азотнокислого раствора воздействием три-н-бутилфосфата, – при этом уран переводится в органическую фазу, а примеси остаются в растворе и удаляются из экстракционной колонны.
Продуктом аффинажа обычно является уранилнитрат – UO2(NO3)2, который нагреванием переводится в «оранжевый оксид» – UO3. Далее он преобразуется в зависимости от требуемого типа топлива. Это может быть, например, чистый уран в металлической форме (для топлива газоохлаждаемых магноксовых ядерных реакторов).
Гораздо чаще исходным веществом для процесса сублимации является двуокись урана – UO2 («коричневый оксид»), восстанавливаемый из UO3 в атмосфере водорода при t = 600°С. Для ядерных реакторов с топливом на основе урана (с тяжеловодным или графитовым замедлителем) эта стадия является конечной, и продукт поступает на завод по изготовлению топлива. Однако, поскольку подавляющее большинство энергетических реакторов являются водо-водяными и требуют для своей работы урана, обогащенного до 3–5% по 235U, основное количество UO2 является исходным материалом для следующего этапа К. у. – фторирования, с получением в качестве конечного продукта гексафторида урана (UF6). Обычно эта стадия К. у. проводится в два этапа: получение из UO2 тетрафторида урана (UF4 – «зеленая соль», твердое нелетучее вещество) в реакции с плавиковой кислотой при t = 500–600°С и получение гексафторида урана воздействием на UF4 газообразного фтора (F2) при t = 400°C. Такая двухстадийная технология существенно уменьшает расход F2. Исходным веществом для электролитического способа получения F2 служит плавиковый шпат CaF2, один из важнейших материалов ядерной промышленности. Современная мировая добыча и очистка CaF2 для ее нужд оценивается сотнями тысяч тонн в год.
Последней стадией конверсионного фторирования урана является тонкая очистка гексафторида урана с использованием фракционной дистилляции (ректификации). При этом удаляются оставшиеся примеси, главным образом молибдена (Mo) и ванадия (V). Затем гексафторид урана конденсируется в специальные контейнеры и транспортируется в твердом состоянии на производства по обогащению урана.
Мощности российских предприятий, размещенных на Ангарском электролизном химическом комбинате (АЭХК, Ангарск Иркутской обл.) и Сибирском химическом комбинате (СХК, Северск Томской обл.), составляют ок. 20% мировых в перерасчете на полную К. у. (U3O8–UF6).
Лит.: Справочник по ядерной энерготехнологии. М.: Энергоатомиздат, 1989. С. 119–121;
Апсэ В.А., Шмелев А.Н. Ядерные технологии. М.: МИФИ, 2001. С. 53–55;
Давиденко Н.Н., Куценко К.В., Тихомиров Г.В., Лаврухин А.А. Обращение с отработавшим ядерным топливом и радиоактивными отходами в атомной энергетике. М.: МИФИ, 2007. С. 6.
А.Б. Колдобский
