Уран металлургиясы
КІРІСПЕ
НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1.1.Металдық уран және оның қасиеттері
1.2.Металдық уранды алудың әдістері
1.3.Металдық уранды, оның өзінің тотықтарынан өндіру.
1.4. Уран тетрафторидін кальциймен тотықсыздандыру.
1.5.Үздіксіз металлтермиялық тотықсыздандыру.
1.6.Уран тетрафторидін магниймен тотықсыздандыру.
2. Рафинадтық балқыту
3. ЖБЭЛ.ды дайындау
4.МЕТАЛЛУРГИЯЛЫҚ ӨНДІРІС ҚАЛДЫҚТАРЫН ҚАЙТА ӨҢДЕУ
ҚОРЫТЫНДЫ
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1.1.Металдық уран және оның қасиеттері
1.2.Металдық уранды алудың әдістері
1.3.Металдық уранды, оның өзінің тотықтарынан өндіру.
1.4. Уран тетрафторидін кальциймен тотықсыздандыру.
1.5.Үздіксіз металлтермиялық тотықсыздандыру.
1.6.Уран тетрафторидін магниймен тотықсыздандыру.
2. Рафинадтық балқыту
3. ЖБЭЛ.ды дайындау
4.МЕТАЛЛУРГИЯЛЫҚ ӨНДІРІС ҚАЛДЫҚТАРЫН ҚАЙТА ӨҢДЕУ
ҚОРЫТЫНДЫ
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
Уран металлургиясының,яғни аса (ядерлі таза) металдық уранды алудың маңызы – оның дамуының арқасында қысқа мерзім ішінде әлімнің әр түрлі елдерінде (КСРО,АҚШ,Англия,Франция және басқалар) ядерлік отын өндірісінің ұйымдастырылуы мен тізбектік ядерлі реакцияның жүзеге ауыстырылуында және ядерлі энергияның қолдаана басталуында.
Қазіргі уақытта әлемдік уран өндірісінің масштабы,басқа түрлі-түсті және сирек металдар өндірісінің масштабымен теңестіріледі,өндірісті жоғары деңгейге көтеру кезеңінде уранды жыл сайын шамамен 40000 т өндірген.Металдық уранның кейбір қасиеттерін қарастырамыз.Уран тығыздығы 19,5г/см – ке тең аса ауыр метал болып табылады,Уранның сыртқы көрінісі құрышқа ұқсас.Оның жаңа өңдеп,жылтыратылған беттік қабаты күміс түстес, бірақ ол ауада күңгірттенеді және алғашында көгілдір реңдіалтын түстес,сонан соң қорғасынға ұқсас қара түске айналады.
Металдық уран үш кристалды модификацияда құрылымдарында болады.Уранның төменгі температуралық формасы 662С-қа дейін төзімді белгілі мөлшерде созылмалы қасиетке ие.Орта температуралық модификациясы 662С бастап 769С-ге дейінгі аалықта тұрақты,морт сынғыш,ал 769С-тан бастап балқу температурасы 1130С аралығында болатын,жоғры температуралыфқ модификациясы созылмалы.Уран 3813С температурада қайнайды.Уранның электрді және жылуды өткізу қабілетімыстың жылу өткізгіштік қабілетінен 13 есе кем.Уран 20-35С температурада әлсіз парамагнитті.
Уранның - фазасының негігі ерекшелігі оның анизотроптылығы. фазасында металдың анизотроптық қасиеттері фазасына қарағанда едәуір әлсіз көрініс тапқан.
Фазасы және фазаларына қарама қайшы изотроптық қасиеттерге ие. Уранның механикалық қасиеттері , оның анизотроптық болуы себебіненбастапқы механикалық және термиялық өңдеулерге,сондай-ақ түйірлердің көлемі мен олардың бағытына әсер ететін қоспалрдың др қрамына тікелей байланысты.Металдық уранға қатысты кейбір термодинамикалық сипаттамалар 48-кестеде келтірілген.Металдық уран химиялық реакцияларға өте қабілетті.Ол барлық металл емес элементтермен жеңіл әрекеттеседі,соныменбірге көптеген металдармен сансыз көп интерметалдық қосылыстарды құрайды.
Уранның химиялық активтігі,атап айтқанда оның жеңіл тотығуы, көміртегімен, азотпен және басқа заттармен өзара әрекеттесесуі уран металлургиясының ерекшеліктерін анықтайды. Ол ероекшеліктерін бірнешеуін атап өтелік бастапқы шикізат ядерлі таза болу керек,қолданылатын бұрынғы қалпына келтіруші зат қуатты және уранды ластамауы тиіс,апаратураның материалы уранға қатысты инертті болуы керек,қоршаған орта уранға қатысты инертті болуы тиіс.
Қазіргі уақытта әлемдік уран өндірісінің масштабы,басқа түрлі-түсті және сирек металдар өндірісінің масштабымен теңестіріледі,өндірісті жоғары деңгейге көтеру кезеңінде уранды жыл сайын шамамен 40000 т өндірген.Металдық уранның кейбір қасиеттерін қарастырамыз.Уран тығыздығы 19,5г/см – ке тең аса ауыр метал болып табылады,Уранның сыртқы көрінісі құрышқа ұқсас.Оның жаңа өңдеп,жылтыратылған беттік қабаты күміс түстес, бірақ ол ауада күңгірттенеді және алғашында көгілдір реңдіалтын түстес,сонан соң қорғасынға ұқсас қара түске айналады.
Металдық уран үш кристалды модификацияда құрылымдарында болады.Уранның төменгі температуралық формасы 662С-қа дейін төзімді белгілі мөлшерде созылмалы қасиетке ие.Орта температуралық модификациясы 662С бастап 769С-ге дейінгі аалықта тұрақты,морт сынғыш,ал 769С-тан бастап балқу температурасы 1130С аралығында болатын,жоғры температуралыфқ модификациясы созылмалы.Уран 3813С температурада қайнайды.Уранның электрді және жылуды өткізу қабілетімыстың жылу өткізгіштік қабілетінен 13 есе кем.Уран 20-35С температурада әлсіз парамагнитті.
Уранның - фазасының негігі ерекшелігі оның анизотроптылығы. фазасында металдың анизотроптық қасиеттері фазасына қарағанда едәуір әлсіз көрініс тапқан.
Фазасы және фазаларына қарама қайшы изотроптық қасиеттерге ие. Уранның механикалық қасиеттері , оның анизотроптық болуы себебіненбастапқы механикалық және термиялық өңдеулерге,сондай-ақ түйірлердің көлемі мен олардың бағытына әсер ететін қоспалрдың др қрамына тікелей байланысты.Металдық уранға қатысты кейбір термодинамикалық сипаттамалар 48-кестеде келтірілген.Металдық уран химиялық реакцияларға өте қабілетті.Ол барлық металл емес элементтермен жеңіл әрекеттеседі,соныменбірге көптеген металдармен сансыз көп интерметалдық қосылыстарды құрайды.
Уранның химиялық активтігі,атап айтқанда оның жеңіл тотығуы, көміртегімен, азотпен және басқа заттармен өзара әрекеттесесуі уран металлургиясының ерекшеліктерін анықтайды. Ол ероекшеліктерін бірнешеуін атап өтелік бастапқы шикізат ядерлі таза болу керек,қолданылатын бұрынғы қалпына келтіруші зат қуатты және уранды ластамауы тиіс,апаратураның материалы уранға қатысты инертті болуы керек,қоршаған орта уранға қатысты инертті болуы тиіс.
1.’’Физикалық химия’’ Қазақ университеті- Алматы 2002 ж.
2.Громов Б.В. “Уранның химиялық технологиясына кіріспе.Жоғары оқу орындарына арналған оқулық..-Алматы:” “Бастау”,2004ж.-358 бет.
2.Громов Б.В. “Уранның химиялық технологиясына кіріспе.Жоғары оқу орындарына арналған оқулық..-Алматы:” “Бастау”,2004ж.-358 бет.
Уран металлургиясы
Мазмұны.
КІРІСПЕ
НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1.1.Металдық уран және оның қасиеттері
1.2.Металдық уранды алудың әдістері
1.3.Металдық уранды, оның өзінің тотықтарынан өндіру.
1.4. Уран тетрафторидін кальциймен тотықсыздандыру.
1.5.Үздіксіз металлтермиялық тотықсыздандыру.
1.6.Уран тетрафторидін магниймен тотықсыздандыру.
2. Рафинадтық балқыту
3. ЖБЭЛ-ды дайындау
4.МЕТАЛЛУРГИЯЛЫҚ ӨНДІРІС ҚАЛДЫҚТАРЫН ҚАЙТА ӨҢДЕУ
ҚОРЫТЫНДЫ
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
Металдық уран және оның қасиеттері
Уран металлургиясының,яғни аса (ядерлі таза) металдық уранды алудың
маңызы – оның дамуының арқасында қысқа мерзім ішінде әлімнің әр түрлі
елдерінде (КСРО,АҚШ,Англия,Франция және басқалар) ядерлік отын өндірісінің
ұйымдастырылуы мен тізбектік ядерлі реакцияның жүзеге ауыстырылуында және
ядерлі энергияның қолдаана басталуында.
Қазіргі уақытта әлемдік уран өндірісінің масштабы,басқа түрлі-түсті
және сирек металдар өндірісінің масштабымен теңестіріледі,өндірісті жоғары
деңгейге көтеру кезеңінде уранды жыл сайын шамамен 40000 т
өндірген.Металдық уранның кейбір қасиеттерін қарастырамыз.Уран тығыздығы
19,5гсм – ке тең аса ауыр метал болып табылады,Уранның сыртқы көрінісі
құрышқа ұқсас.Оның жаңа өңдеп,жылтыратылған беттік қабаты күміс түстес,
бірақ ол ауада күңгірттенеді және алғашында көгілдір реңдіалтын
түстес,сонан соң қорғасынға ұқсас қара түске айналады.
Металдық уран үш кристалды модификацияда құрылымдарында
болады.Уранның төменгі температуралық формасы 662С-қа дейін төзімді белгілі
мөлшерде созылмалы қасиетке ие.Орта температуралық модификациясы 662С
бастап 769С-ге дейінгі аалықта тұрақты,морт сынғыш,ал 769С-тан бастап балқу
температурасы 1130С аралығында болатын,жоғры температуралыфқ модификациясы
созылмалы.Уран 3813С температурада қайнайды.Уранның электрді және жылуды
өткізу қабілетімыстың жылу өткізгіштік қабілетінен 13 есе кем.Уран 20-35С
температурада әлсіз парамагнитті.
Уранның - фазасының негігі ерекшелігі оның
анизотроптылығы.фазасында металдың анизотроптық қасиеттері
фазасына қарағанда едәуір әлсіз көрініс тапқан.
Фазасы және фазаларына қарама қайшы изотроптық қасиеттерге ие.
Уранның механикалық қасиеттері , оның анизотроптық болуы себебіненбастапқы
механикалық және термиялық өңдеулерге,сондай-ақ түйірлердің көлемі мен
олардың бағытына әсер ететін қоспалрдың др қрамына тікелей
байланысты.Металдық уранға қатысты кейбір термодинамикалық сипаттамалар 48-
кестеде келтірілген.Металдық уран химиялық реакцияларға өте қабілетті.Ол
барлық металл емес элементтермен жеңіл әрекеттеседі,соныменбірге көптеген
металдармен сансыз көп интерметалдық қосылыстарды құрайды.
Уранның химиялық активтігі,атап айтқанда оның жеңіл тотығуы,
көміртегімен, азотпен және басқа заттармен өзара әрекеттесесуі уран
металлургиясының ерекшеліктерін анықтайды. Ол ероекшеліктерін бірнешеуін
атап өтелік бастапқы шикізат ядерлі таза болу керек,қолданылатын бұрынғы
қалпына келтіруші зат қуатты және уранды ластамауы тиіс,апаратураның
материалы уранға қатысты инертті болуы керек,қоршаған орта уранға қатысты
инертті болуы тиіс
Металдық уранды алудың әдістері
Уран металлургиясының тарихы көрсеткендей таза металдық уран алудың
барлық жағдайында мынандай әдістерді қолданған уранның тотықтарын
металтермиялық жолмен бұрынғы қалпына келтіру,уран гологениттерін
металлотермия жолмен бұрынғы қалпына келтіру,уранның тұздары бар
балқытылған қймаларды электролиздеу, уранның кейбір қосылыстарын термиялық
жолмен ыдырату
Бұл әдістерді тереңірек қарастырайық.
Уран тетрайодиді UI4 термялық жолмен ыдыфрату әдісі көрсеткендей ,
оның кішігірім көлемде сынау аса күрделі және шымшытырақ, сондай-ақ
қолданылатын апарат та күрделі.Іс жүзінде бұл әдісті қолданбайды және оны
өндіріске еңгізу жобалары жасалынбайды.
Үлкен тарихи маңызы бар, металды уран алудың электролиттік әдісі кең
көлемді қолданылады.Нақ осы әдіс көмегімен 1942-1943жылдары бірінші
реакторға арналып АҚШ тың Манхэттон жобасында бірінші рет ядерлік таза уран
алынды.
Электролиз кезінде CaF2+NaF(сәйкес 80-20%),балқытылған күйде UF4
немесе KUF5 пайдаланылады. Балқытылған құймада:
UF4---U+4F
Диссоциациясы өтеді, электр тогының өтуі кезінде мынадай реакцияларды
катодта U+4e---Uметалл анодта 4F-4e---2F2 жүзеге асыруға болады.
Дегенмен , әдетте балқымаға қосылатынCaCl2
2F2+2CaCl2---2CaF2+2Cl2
Арқылы реакцияның өтуі салдарынан элементарлы фтор бөлініп шықпайды. Үрдіс
анод болып табылатын графитті тигельде жүзеге асырылады. Катод ретінде
балқымаға батырылған молибден пластинкасы қолданылады.
Үрдіс температурасы 800-900 С. Уран,катодты алмұрт деп аталынатын қатты
дисперсті ұнтақ түрінде катодқа тұнады.Үрдіс аяқталған соң алынған уранды
ұнтақты жуып тазалайды, қайтадан балқытады немесекүйдіреді. Осылайша
ядерлік таза металл алынады.
Қазіргі уақытта бұл әдіс барлық жерде, өндірістік көлемде жүзеге асырылып
жатқан едәуір арзан және жетілген металтермиялық әдістер мен ығыстырылып
тасталды.
3. Уран металлтермиясының термодинамикалық негіздері
Жалпы мынадай:
UX+R---RX+U+Q
Реакция түрінде болатын уран металургиясына қатысты тотықсыздану
металтермиялық үрдістерінің жалпы принциптерін қарастырайық. Мұндағы Х-
оттегі немесе галоген; R-метал-тотықсыздандырғыш(K, Na, Mg, Al); RX-
қалдық; Q-реакцияның жылу эффектісі.
Үрдістер Гиббс энергиясының G азаю бағытында өтеді, сондықтан
тотықсыздандырғыш метал ретінде, тек қана уранның ұқсас қоспаларының
құрылуының реакциясымен салыстырғанда тотығуы немесе галогендердің құрылуы
Гиббс энергиясының азаюымен қабаттасып жүретіндері болады. Температураға
байланысты толық түзілу реакциясы 114 а суретте көрсетілген.
Диаграммадан көріп отырғанымыздай, уранның, оның өзінің тотықтарынан
тотықсыздануы үшін Н2-немесе Nа-емес, Mg,Са, Al қолдануға болады.Бірақ,
алюминий уранмен балқымалар құрайды, бұл оның пайдалануға жарамсыз екенін
анықтайды. Негізінде өте жоғары температурада С-ді қолдануға болады, бірақ
ол уранмен бірге карбидтер түзеді.
Фторидтерге қатысты дианрамма көрсетіп отырғандай,(114,б сурет) Mg,Са, Nа
–дің пайдаланылуы негізінде уран тетрафторидінің тотықсыздануы мүмкін. Ірақ
натрийді қолдану өте қауіпті, сонымен бірге натрийдің қайнау температурасы
(880 С) уранның балқу температурасынан (1130 С) көптеген есе төмен,
сондықтан бұл үрдісті іс жүзінде асыру барысында қосымша қиындықтарды
туғызады.
Хлоридтер диаграммасы да ұқсас, дегенмен уран тетрахлориді өте берік, жеңіл
тотығады, гидролизденеді, ауадағы ылғалды сіңіреді, өте ұшқыш (Т-790 С),
яғни тәжірибелік мақсаттарға өте қолайлы.
Сонымен, қоспаның физика-химиялық қасиеттерін есепке ала отырып, негізгі
шикізат ретінде уранның тотықтарын немесе фторидтерін, ал тотықсыздандырыш
ретінде кальций немесе магний тандап алынады.
Айтылғандарға қосарымыз, кальций және магний уранда ерімейді, олардың
тотықтары мен фторидтері өте берік заттар, сондықтан оларды отқа төзімді
материалдар ретінде тотықсыздандыратын балқыту аппараттары үшін айдалануға
болады.
Мына реакциялар:
UO2+2 Ca – U + 2 CaO
UO2+2 Mg – U + 2 MgO
UF4+2 Ca – U + 2 Ca F2
UF4+2 Mg – U + 2 Mg F2
Металтермиялық типке жатады. Осыған қатысты ертерек 1859ж. НН Бекетов ашқан
алюмотермия реакциясын еске түсірейік:
2 Fe3 O4 + 3 Al – 4 Al2 O3 + 9 Fe + 795 ккал.
Темір мен алюминийдің ұнтақ түрдегі тотықтарының қоспасын – термитті
негізінен рельстерді дәнекерлеу үшін қолданады. Толығымен ұқыпты
арастырылған қоспа бір нүктеде тұтанып, жанады және сол мезетте 3500 С-тан
жоғары температура артады, қөзді шағылыстыратын-жарық үрдісі болады.
Сондықтан, металтермиялық тотықсыздануды ойдағыдай жүзеге асыру үшін
шихтаның әрбір нүктесінде әрекеттесетін заттардың стехиометриялық ара
қатынаста болады аса маңызды орын алады, бұл бастапқы материалдардың толық
араласуы мен жұқа дисперсияның үйлесуін қамтамасыз етеді.
Реакция электрлі тұтандырыш, химиялық тұтандырғыш(магний селитрамен
қоспасы) немес аппарат ішіндегі заттармен пеште қыздыру көмегімен
басталады. Реакция тез және толық адиебаттық түрде өтеді.
Металтермиялық тотықсызданудың осындай реакциялары металдық уран алу үшін
қолданылады.
Металдық уранның барлық өнеркәсіптегі өндірісін, әдістерін екі типке бөлуге
болады:
1. Уран тотықтарын кальциймен немесе магниймен тотықсыздандыру. Бұл
жағдайда бөлініп шығ,атын жылу тек бір уранды ғана балқытуға
жеткілікті. Шлак қатты күйде қалады.мұндай жағдайда уранды ұсақ
бөлшектерге ұқсас сфералық түрдегі түйір-ұнтақ түрінде алады, ураннан
шлакты бөлу үшін оны әлсіз қышқылда еріту керек.
2. Уран тетрафторидінің магниймен немесе кальциймен тотықсыздануы. Бұл
жағдайда бөлініп шығатын жылу металды да, шлакты ла балқытуға жетеді.
Алынған екі сұйық фазалар бір-бірінен едәуір жақсы бөлінеді, бұнда,
салқындатқаннан және қаттылғаннан кейін уранды тұтас құйма түрінде
алуға мүмкіндік береді.
Металдық уранды, оның өзінің тотықтарынан өндіру.
Уранның әртүрлі тотықтарының кальциймен және магниймен тотықсыздануы:
UO2 + 2 Ca -- U + 2 CaO H298=-46.8 kkal
U3O8 + 8 Ca -- U + 8 Ca O H298=-122.8 kkal
UO3+3 Ca - U + 3 CaO H298=-163.5 kkal
UO2 + 2 Mg - U + 2 MgO H298=-36.2 kkal
U3O8 + 8 Mg - U + 8 MgO H298=-107.5 kkal
UO3+3Mg - U + 3 MgO H298=-146.7 kkal.
теңдеулермен сипатталды(реакциялар Р 1г-атомға 0 С темп. берілген).
Барлық жағдайларда да реакция жылулары металдық уранды балқытылған күйге
жеткізу жеткілікті, бірақ өздерінің балқу температурасы жоғары болу
себебінен, кальций мен магний тотықтары қатты түрде қалады.
Шлактың балқу температурасын төмендету үшін шихтаға төмен балқыма-
флюстерді енгізуге тырысқан, бірақ бұл шлак мөлшерін көбейтеді. Барлық уран
тотықтарының арасындағы UO3 ең жақсы материал, себебі мұны қолдану кезінде
шлак аз және уран жақсы балқиды.
UO2-ң кальциймен тотықсыздануы, кальций тотығынан құрсақталған тигельде
асырылады. Тигельге үлгі орналастырылады, саңылауына кальций тотығын
толтырып, 60-80 С кептіреді, сонан соң 900-1000 С қыздырады. Уранның қос
тотығын шарлы диірменде металдық кальций ұнтағымен араластырады. Кальцийді
30-% көп алады. Шихтаға салады, ыдыстан ауа сорылып алынады, қыздырылып,
800 С-да бірқалыпты, одан кейін температураның жоғарғы шегі 1600 С-ға
жеткізіледі. Металдық уран көптеген тамшы ретінде себіліп қалады.
Тигельдегі затты екі сағат, 1200-1250 С температурада ұстайды және сонан-
соң салқындатады. Балқыманы ұнтақтайды және бөлме температурасында сірке
қышқылының әлсіз ертіндісімен шаймалайды.
Уранның металдық бөлшегін спиртпен және эфирмен шаяды,одан кейін вакуумде
кептіреді.
5.Металдық уранды уран тетрафторидінен өндіру
Uf4-нен уранның металлтермиялықтотықсыздану келесі теңдеумен жазылады:
UF4+2Ca-U+2CaF2, H298= -138ккал;
UF4+2Mg-U+2MgF2, Н298= -89ккал;
Реакцияда Гибсс энергиясының өзгеруінің:
UF4+2Ca-F2+U 1500 К кезінде
Жүйеде адибаталық үрдіс кезінде аса жоғары температуралардың пайда болуын
термодинамикалық есептеулер көрсетеді.бөлініп шығатын жылу реакциясының
барлық өнімдерінің балқымасы үшін ғана жеткіліті емес,сонымен қатар шихтаны
алдын ала қыздыру температурасын көтеру үшін де жеткілікті.
Кальцийтермияны ашық ыдыста жүзеге асырады,бірақ магнийтермия ауа
өткізбейтін жабдықты қажет етеді,өйткені тотықсыздану шарттарындағы магний
буларының қысымы жоғары және оның біршама мөлшері буланып кетуі мүмкін.
Уран тетрафторидін кальциймен тотықсыздандыру. Уран
тетрафторидін кальцийтермиялық әдісі бойынша кейбір тәжірибелік деректерді
Франция және Бельгия кәсіпорындарының үлгісінде келтіреміз.
Үрдісті,айналымда СаҒ2 қалдығының қоспасы мен табиғи флюоритпен
құрсақталған тат баспайтын құрыштан жасалған реактор-тигельдерде жүзеге
асырады.Нығыздағаннан кейін, мұндай тигельдің ішкі бет қабатының пішнін
шаблон бойынша тексереді,сонан соң тигель материалын кептіреді және
қыздырады.Тигельдердің көлемі өндіріс масштабына байланысты.Мысалы: кейбір
кәсіпорындарда биіктігі 1500мм және диаметрі 300ммтигельдерді қолданады.
Үздіксіз металлтермиялық тотықсыздандыру.
Қазіргі уақытта металдық уран алудың үздіксіз металлтермиялық тәсілдері
жасап шығарылған, бұл үрдісте 1450-1500С-ке дейін алдын-ала қыздырылған
цилиндірлі графитті реактор пайдаланылады.
Уран тетрафторидін магниймен тотықсыздандыру.
Тигельдің құрылысы негізінен кальцийді қолданатын тигельдің құрылысынан
өзгешеленбейді ,дегенмен де магнийді пайдаланғанда,
реакция кезінде тигель қақпақпен мықтап жабылады.Тигельді нығыздауды
балқытылған доломитпен жүргізеді.
Сонымен металдықуран алу үшін қазіргі уақытта бастапқы өнім болып
UF4 болып табылады.Шет елдерде көбіне магнийтермиялық әдісті қолданады, бұл
әдіс тек АҚШ-та ғана емес, сонымен бірге Европада уран тетрофторидін
кальцийдің көмегімен тотықсыздандыруды жөн санайды.
Рафинадтық балқыту
Тотықтандырғыштық балқыту кезінде уран тетрофаридің қоспаларының
бір қатары металдық уранға өтеді .Мысалы ,егер уран
тетарфтаридің құрамына 50 млн Ғе болса,онда ол металда 46 млн-ға азырақ.
. Металда толығымен марганец , бор және басқа қоспалардын көп мөлшері
қалады.
Тотықсыздандырғыштық балқытудан кейін алынған қара түсті металдарға
қоспалардын үлгілі құрамы мынандай ,млн :С 500,Т500
О350,Ғе1100,Мg 20,Al30,Ca 20,Cr100,Мn30,Ni40,Si 100.
Бұл қоспалардың мөлшерін азайту ушін соңғы тазалауды-рафинадтық
балқытуды жүргізеді. Оны әдетте вакумды пеште жүргізеді. Балқытылған уранды
1 сағат мерзім аралығында 0.5 мм.бағ. вакуумда 1300-1400 С температурада
ұстайды. Осыдан соң вакуумде тұрған графитті немесе шойынды ыдыстарға бөліп
қоюды іске асырды.
Әртүрлі қоспаларды бөліп тастау механизімі біркелкі емес және
олардың табиғатына байланысты. Аса ұшқыш Na, Ca, Mg сияқты қоспалар
вакуумды насоспен сорып шығару кезінде буға айналып, бөлініп шығады. Бұл
үрдіске қосымша қалдық түзілу және ликвация операциялары енгізіледі.
Қалдықты қоспалар: тотықтар,карбидтер, нитридтер, оксикарбонидтер,
балқытылған уранда ерімейтін қосылыстар қалдықтың жоғарғы қабатына қалқып
шығадыб өйткені олардың тығыздығы балқытылған уран тығыздығынан едәуір
төмен.Қоспалардың жақсы бөлінуінің шарттары араластырудың болмауына және
температураның неғұрлым төменгі мәндерін байлнысты. Бұл жағдайларда
бірқатар реакциялар нәтижесінде ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Мазмұны.
КІРІСПЕ
НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1.1.Металдық уран және оның қасиеттері
1.2.Металдық уранды алудың әдістері
1.3.Металдық уранды, оның өзінің тотықтарынан өндіру.
1.4. Уран тетрафторидін кальциймен тотықсыздандыру.
1.5.Үздіксіз металлтермиялық тотықсыздандыру.
1.6.Уран тетрафторидін магниймен тотықсыздандыру.
2. Рафинадтық балқыту
3. ЖБЭЛ-ды дайындау
4.МЕТАЛЛУРГИЯЛЫҚ ӨНДІРІС ҚАЛДЫҚТАРЫН ҚАЙТА ӨҢДЕУ
ҚОРЫТЫНДЫ
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
Металдық уран және оның қасиеттері
Уран металлургиясының,яғни аса (ядерлі таза) металдық уранды алудың
маңызы – оның дамуының арқасында қысқа мерзім ішінде әлімнің әр түрлі
елдерінде (КСРО,АҚШ,Англия,Франция және басқалар) ядерлік отын өндірісінің
ұйымдастырылуы мен тізбектік ядерлі реакцияның жүзеге ауыстырылуында және
ядерлі энергияның қолдаана басталуында.
Қазіргі уақытта әлемдік уран өндірісінің масштабы,басқа түрлі-түсті
және сирек металдар өндірісінің масштабымен теңестіріледі,өндірісті жоғары
деңгейге көтеру кезеңінде уранды жыл сайын шамамен 40000 т
өндірген.Металдық уранның кейбір қасиеттерін қарастырамыз.Уран тығыздығы
19,5гсм – ке тең аса ауыр метал болып табылады,Уранның сыртқы көрінісі
құрышқа ұқсас.Оның жаңа өңдеп,жылтыратылған беттік қабаты күміс түстес,
бірақ ол ауада күңгірттенеді және алғашында көгілдір реңдіалтын
түстес,сонан соң қорғасынға ұқсас қара түске айналады.
Металдық уран үш кристалды модификацияда құрылымдарында
болады.Уранның төменгі температуралық формасы 662С-қа дейін төзімді белгілі
мөлшерде созылмалы қасиетке ие.Орта температуралық модификациясы 662С
бастап 769С-ге дейінгі аалықта тұрақты,морт сынғыш,ал 769С-тан бастап балқу
температурасы 1130С аралығында болатын,жоғры температуралыфқ модификациясы
созылмалы.Уран 3813С температурада қайнайды.Уранның электрді және жылуды
өткізу қабілетімыстың жылу өткізгіштік қабілетінен 13 есе кем.Уран 20-35С
температурада әлсіз парамагнитті.
Уранның - фазасының негігі ерекшелігі оның
анизотроптылығы.фазасында металдың анизотроптық қасиеттері
фазасына қарағанда едәуір әлсіз көрініс тапқан.
Фазасы және фазаларына қарама қайшы изотроптық қасиеттерге ие.
Уранның механикалық қасиеттері , оның анизотроптық болуы себебіненбастапқы
механикалық және термиялық өңдеулерге,сондай-ақ түйірлердің көлемі мен
олардың бағытына әсер ететін қоспалрдың др қрамына тікелей
байланысты.Металдық уранға қатысты кейбір термодинамикалық сипаттамалар 48-
кестеде келтірілген.Металдық уран химиялық реакцияларға өте қабілетті.Ол
барлық металл емес элементтермен жеңіл әрекеттеседі,соныменбірге көптеген
металдармен сансыз көп интерметалдық қосылыстарды құрайды.
Уранның химиялық активтігі,атап айтқанда оның жеңіл тотығуы,
көміртегімен, азотпен және басқа заттармен өзара әрекеттесесуі уран
металлургиясының ерекшеліктерін анықтайды. Ол ероекшеліктерін бірнешеуін
атап өтелік бастапқы шикізат ядерлі таза болу керек,қолданылатын бұрынғы
қалпына келтіруші зат қуатты және уранды ластамауы тиіс,апаратураның
материалы уранға қатысты инертті болуы керек,қоршаған орта уранға қатысты
инертті болуы тиіс
Металдық уранды алудың әдістері
Уран металлургиясының тарихы көрсеткендей таза металдық уран алудың
барлық жағдайында мынандай әдістерді қолданған уранның тотықтарын
металтермиялық жолмен бұрынғы қалпына келтіру,уран гологениттерін
металлотермия жолмен бұрынғы қалпына келтіру,уранның тұздары бар
балқытылған қймаларды электролиздеу, уранның кейбір қосылыстарын термиялық
жолмен ыдырату
Бұл әдістерді тереңірек қарастырайық.
Уран тетрайодиді UI4 термялық жолмен ыдыфрату әдісі көрсеткендей ,
оның кішігірім көлемде сынау аса күрделі және шымшытырақ, сондай-ақ
қолданылатын апарат та күрделі.Іс жүзінде бұл әдісті қолданбайды және оны
өндіріске еңгізу жобалары жасалынбайды.
Үлкен тарихи маңызы бар, металды уран алудың электролиттік әдісі кең
көлемді қолданылады.Нақ осы әдіс көмегімен 1942-1943жылдары бірінші
реакторға арналып АҚШ тың Манхэттон жобасында бірінші рет ядерлік таза уран
алынды.
Электролиз кезінде CaF2+NaF(сәйкес 80-20%),балқытылған күйде UF4
немесе KUF5 пайдаланылады. Балқытылған құймада:
UF4---U+4F
Диссоциациясы өтеді, электр тогының өтуі кезінде мынадай реакцияларды
катодта U+4e---Uметалл анодта 4F-4e---2F2 жүзеге асыруға болады.
Дегенмен , әдетте балқымаға қосылатынCaCl2
2F2+2CaCl2---2CaF2+2Cl2
Арқылы реакцияның өтуі салдарынан элементарлы фтор бөлініп шықпайды. Үрдіс
анод болып табылатын графитті тигельде жүзеге асырылады. Катод ретінде
балқымаға батырылған молибден пластинкасы қолданылады.
Үрдіс температурасы 800-900 С. Уран,катодты алмұрт деп аталынатын қатты
дисперсті ұнтақ түрінде катодқа тұнады.Үрдіс аяқталған соң алынған уранды
ұнтақты жуып тазалайды, қайтадан балқытады немесекүйдіреді. Осылайша
ядерлік таза металл алынады.
Қазіргі уақытта бұл әдіс барлық жерде, өндірістік көлемде жүзеге асырылып
жатқан едәуір арзан және жетілген металтермиялық әдістер мен ығыстырылып
тасталды.
3. Уран металлтермиясының термодинамикалық негіздері
Жалпы мынадай:
UX+R---RX+U+Q
Реакция түрінде болатын уран металургиясына қатысты тотықсыздану
металтермиялық үрдістерінің жалпы принциптерін қарастырайық. Мұндағы Х-
оттегі немесе галоген; R-метал-тотықсыздандырғыш(K, Na, Mg, Al); RX-
қалдық; Q-реакцияның жылу эффектісі.
Үрдістер Гиббс энергиясының G азаю бағытында өтеді, сондықтан
тотықсыздандырғыш метал ретінде, тек қана уранның ұқсас қоспаларының
құрылуының реакциясымен салыстырғанда тотығуы немесе галогендердің құрылуы
Гиббс энергиясының азаюымен қабаттасып жүретіндері болады. Температураға
байланысты толық түзілу реакциясы 114 а суретте көрсетілген.
Диаграммадан көріп отырғанымыздай, уранның, оның өзінің тотықтарынан
тотықсыздануы үшін Н2-немесе Nа-емес, Mg,Са, Al қолдануға болады.Бірақ,
алюминий уранмен балқымалар құрайды, бұл оның пайдалануға жарамсыз екенін
анықтайды. Негізінде өте жоғары температурада С-ді қолдануға болады, бірақ
ол уранмен бірге карбидтер түзеді.
Фторидтерге қатысты дианрамма көрсетіп отырғандай,(114,б сурет) Mg,Са, Nа
–дің пайдаланылуы негізінде уран тетрафторидінің тотықсыздануы мүмкін. Ірақ
натрийді қолдану өте қауіпті, сонымен бірге натрийдің қайнау температурасы
(880 С) уранның балқу температурасынан (1130 С) көптеген есе төмен,
сондықтан бұл үрдісті іс жүзінде асыру барысында қосымша қиындықтарды
туғызады.
Хлоридтер диаграммасы да ұқсас, дегенмен уран тетрахлориді өте берік, жеңіл
тотығады, гидролизденеді, ауадағы ылғалды сіңіреді, өте ұшқыш (Т-790 С),
яғни тәжірибелік мақсаттарға өте қолайлы.
Сонымен, қоспаның физика-химиялық қасиеттерін есепке ала отырып, негізгі
шикізат ретінде уранның тотықтарын немесе фторидтерін, ал тотықсыздандырыш
ретінде кальций немесе магний тандап алынады.
Айтылғандарға қосарымыз, кальций және магний уранда ерімейді, олардың
тотықтары мен фторидтері өте берік заттар, сондықтан оларды отқа төзімді
материалдар ретінде тотықсыздандыратын балқыту аппараттары үшін айдалануға
болады.
Мына реакциялар:
UO2+2 Ca – U + 2 CaO
UO2+2 Mg – U + 2 MgO
UF4+2 Ca – U + 2 Ca F2
UF4+2 Mg – U + 2 Mg F2
Металтермиялық типке жатады. Осыған қатысты ертерек 1859ж. НН Бекетов ашқан
алюмотермия реакциясын еске түсірейік:
2 Fe3 O4 + 3 Al – 4 Al2 O3 + 9 Fe + 795 ккал.
Темір мен алюминийдің ұнтақ түрдегі тотықтарының қоспасын – термитті
негізінен рельстерді дәнекерлеу үшін қолданады. Толығымен ұқыпты
арастырылған қоспа бір нүктеде тұтанып, жанады және сол мезетте 3500 С-тан
жоғары температура артады, қөзді шағылыстыратын-жарық үрдісі болады.
Сондықтан, металтермиялық тотықсыздануды ойдағыдай жүзеге асыру үшін
шихтаның әрбір нүктесінде әрекеттесетін заттардың стехиометриялық ара
қатынаста болады аса маңызды орын алады, бұл бастапқы материалдардың толық
араласуы мен жұқа дисперсияның үйлесуін қамтамасыз етеді.
Реакция электрлі тұтандырыш, химиялық тұтандырғыш(магний селитрамен
қоспасы) немес аппарат ішіндегі заттармен пеште қыздыру көмегімен
басталады. Реакция тез және толық адиебаттық түрде өтеді.
Металтермиялық тотықсызданудың осындай реакциялары металдық уран алу үшін
қолданылады.
Металдық уранның барлық өнеркәсіптегі өндірісін, әдістерін екі типке бөлуге
болады:
1. Уран тотықтарын кальциймен немесе магниймен тотықсыздандыру. Бұл
жағдайда бөлініп шығ,атын жылу тек бір уранды ғана балқытуға
жеткілікті. Шлак қатты күйде қалады.мұндай жағдайда уранды ұсақ
бөлшектерге ұқсас сфералық түрдегі түйір-ұнтақ түрінде алады, ураннан
шлакты бөлу үшін оны әлсіз қышқылда еріту керек.
2. Уран тетрафторидінің магниймен немесе кальциймен тотықсыздануы. Бұл
жағдайда бөлініп шығатын жылу металды да, шлакты ла балқытуға жетеді.
Алынған екі сұйық фазалар бір-бірінен едәуір жақсы бөлінеді, бұнда,
салқындатқаннан және қаттылғаннан кейін уранды тұтас құйма түрінде
алуға мүмкіндік береді.
Металдық уранды, оның өзінің тотықтарынан өндіру.
Уранның әртүрлі тотықтарының кальциймен және магниймен тотықсыздануы:
UO2 + 2 Ca -- U + 2 CaO H298=-46.8 kkal
U3O8 + 8 Ca -- U + 8 Ca O H298=-122.8 kkal
UO3+3 Ca - U + 3 CaO H298=-163.5 kkal
UO2 + 2 Mg - U + 2 MgO H298=-36.2 kkal
U3O8 + 8 Mg - U + 8 MgO H298=-107.5 kkal
UO3+3Mg - U + 3 MgO H298=-146.7 kkal.
теңдеулермен сипатталды(реакциялар Р 1г-атомға 0 С темп. берілген).
Барлық жағдайларда да реакция жылулары металдық уранды балқытылған күйге
жеткізу жеткілікті, бірақ өздерінің балқу температурасы жоғары болу
себебінен, кальций мен магний тотықтары қатты түрде қалады.
Шлактың балқу температурасын төмендету үшін шихтаға төмен балқыма-
флюстерді енгізуге тырысқан, бірақ бұл шлак мөлшерін көбейтеді. Барлық уран
тотықтарының арасындағы UO3 ең жақсы материал, себебі мұны қолдану кезінде
шлак аз және уран жақсы балқиды.
UO2-ң кальциймен тотықсыздануы, кальций тотығынан құрсақталған тигельде
асырылады. Тигельге үлгі орналастырылады, саңылауына кальций тотығын
толтырып, 60-80 С кептіреді, сонан соң 900-1000 С қыздырады. Уранның қос
тотығын шарлы диірменде металдық кальций ұнтағымен араластырады. Кальцийді
30-% көп алады. Шихтаға салады, ыдыстан ауа сорылып алынады, қыздырылып,
800 С-да бірқалыпты, одан кейін температураның жоғарғы шегі 1600 С-ға
жеткізіледі. Металдық уран көптеген тамшы ретінде себіліп қалады.
Тигельдегі затты екі сағат, 1200-1250 С температурада ұстайды және сонан-
соң салқындатады. Балқыманы ұнтақтайды және бөлме температурасында сірке
қышқылының әлсіз ертіндісімен шаймалайды.
Уранның металдық бөлшегін спиртпен және эфирмен шаяды,одан кейін вакуумде
кептіреді.
5.Металдық уранды уран тетрафторидінен өндіру
Uf4-нен уранның металлтермиялықтотықсыздану келесі теңдеумен жазылады:
UF4+2Ca-U+2CaF2, H298= -138ккал;
UF4+2Mg-U+2MgF2, Н298= -89ккал;
Реакцияда Гибсс энергиясының өзгеруінің:
UF4+2Ca-F2+U 1500 К кезінде
Жүйеде адибаталық үрдіс кезінде аса жоғары температуралардың пайда болуын
термодинамикалық есептеулер көрсетеді.бөлініп шығатын жылу реакциясының
барлық өнімдерінің балқымасы үшін ғана жеткіліті емес,сонымен қатар шихтаны
алдын ала қыздыру температурасын көтеру үшін де жеткілікті.
Кальцийтермияны ашық ыдыста жүзеге асырады,бірақ магнийтермия ауа
өткізбейтін жабдықты қажет етеді,өйткені тотықсыздану шарттарындағы магний
буларының қысымы жоғары және оның біршама мөлшері буланып кетуі мүмкін.
Уран тетрафторидін кальциймен тотықсыздандыру. Уран
тетрафторидін кальцийтермиялық әдісі бойынша кейбір тәжірибелік деректерді
Франция және Бельгия кәсіпорындарының үлгісінде келтіреміз.
Үрдісті,айналымда СаҒ2 қалдығының қоспасы мен табиғи флюоритпен
құрсақталған тат баспайтын құрыштан жасалған реактор-тигельдерде жүзеге
асырады.Нығыздағаннан кейін, мұндай тигельдің ішкі бет қабатының пішнін
шаблон бойынша тексереді,сонан соң тигель материалын кептіреді және
қыздырады.Тигельдердің көлемі өндіріс масштабына байланысты.Мысалы: кейбір
кәсіпорындарда биіктігі 1500мм және диаметрі 300ммтигельдерді қолданады.
Үздіксіз металлтермиялық тотықсыздандыру.
Қазіргі уақытта металдық уран алудың үздіксіз металлтермиялық тәсілдері
жасап шығарылған, бұл үрдісте 1450-1500С-ке дейін алдын-ала қыздырылған
цилиндірлі графитті реактор пайдаланылады.
Уран тетрафторидін магниймен тотықсыздандыру.
Тигельдің құрылысы негізінен кальцийді қолданатын тигельдің құрылысынан
өзгешеленбейді ,дегенмен де магнийді пайдаланғанда,
реакция кезінде тигель қақпақпен мықтап жабылады.Тигельді нығыздауды
балқытылған доломитпен жүргізеді.
Сонымен металдықуран алу үшін қазіргі уақытта бастапқы өнім болып
UF4 болып табылады.Шет елдерде көбіне магнийтермиялық әдісті қолданады, бұл
әдіс тек АҚШ-та ғана емес, сонымен бірге Европада уран тетрофторидін
кальцийдің көмегімен тотықсыздандыруды жөн санайды.
Рафинадтық балқыту
Тотықтандырғыштық балқыту кезінде уран тетрофаридің қоспаларының
бір қатары металдық уранға өтеді .Мысалы ,егер уран
тетарфтаридің құрамына 50 млн Ғе болса,онда ол металда 46 млн-ға азырақ.
. Металда толығымен марганец , бор және басқа қоспалардын көп мөлшері
қалады.
Тотықсыздандырғыштық балқытудан кейін алынған қара түсті металдарға
қоспалардын үлгілі құрамы мынандай ,млн :С 500,Т500
О350,Ғе1100,Мg 20,Al30,Ca 20,Cr100,Мn30,Ni40,Si 100.
Бұл қоспалардың мөлшерін азайту ушін соңғы тазалауды-рафинадтық
балқытуды жүргізеді. Оны әдетте вакумды пеште жүргізеді. Балқытылған уранды
1 сағат мерзім аралығында 0.5 мм.бағ. вакуумда 1300-1400 С температурада
ұстайды. Осыдан соң вакуумде тұрған графитті немесе шойынды ыдыстарға бөліп
қоюды іске асырды.
Әртүрлі қоспаларды бөліп тастау механизімі біркелкі емес және
олардың табиғатына байланысты. Аса ұшқыш Na, Ca, Mg сияқты қоспалар
вакуумды насоспен сорып шығару кезінде буға айналып, бөлініп шығады. Бұл
үрдіске қосымша қалдық түзілу және ликвация операциялары енгізіледі.
Қалдықты қоспалар: тотықтар,карбидтер, нитридтер, оксикарбонидтер,
балқытылған уранда ерімейтін қосылыстар қалдықтың жоғарғы қабатына қалқып
шығадыб өйткені олардың тығыздығы балқытылған уран тығыздығынан едәуір
төмен.Қоспалардың жақсы бөлінуінің шарттары араластырудың болмауына және
температураның неғұрлым төменгі мәндерін байлнысты. Бұл жағдайларда
бірқатар реакциялар нәтижесінде ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz