劉大偉 魏剛 潘鋒

【摘 要】基于鈾轉(zhuǎn)化生產(chǎn)線實(shí)際運(yùn)行狀況，建立了F2和UF6回收再利用試驗(yàn)系統(tǒng)，研究了反應(yīng)溫度和UF4進(jìn)料速率等對(duì)F2、UF6回收效果的影響，獲得了工藝控制參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，氟化工藝尾氣經(jīng)試驗(yàn)系統(tǒng)回收處理后，尾氣中的F2和UF6含量均可降低至1%以下，滿足生產(chǎn)工藝控制要求。

【關(guān)鍵詞】UF4吸附法；回收；工藝尾氣；F2；UF6

中圖分類號(hào)： TL21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）28-0028-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.28.010

【Abstract】The recycling fluorinated process off-gas experimental system with horizontal fluorine gas absorption reactor as the main equipment was established based on actual operating conditions of uranium conversion production line.The effect of the reaction temperature and the feed rate of UF4 on UF6 and F2 recovery was studied，and the process control parameters were obtained and optimized.The experiment results show that F2 and UF6 content in the exhaust gas can be reduced to less than 1% when the fluorinated process off-gas was recycling by the experimental system， meeting the requirements of production and process control.

【Key words】Uranium tetrafluoride absorption method；Recovering；Process off-gas；F2、UF6

近幾年來，在國(guó)內(nèi)核電迅猛發(fā)展形勢(shì)的帶動(dòng)下，我國(guó)鈾轉(zhuǎn)化生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)能力得到大幅提升，鈾轉(zhuǎn)化集中大規(guī)模生產(chǎn)基地正在形成。隨著我國(guó)鈾轉(zhuǎn)化產(chǎn)品需求量的逐年大幅增加，生產(chǎn)過程中氟化工藝尾氣處理負(fù)擔(dān)越來越重，含鈾、含氟廢液排放制約問題日益突出，氟化工藝尾氣中過剩氟氣和夾帶六氟化鈾氣體的回收利用成為氟化反應(yīng)系統(tǒng)中亟需解決的焦點(diǎn)問題。因此，開發(fā)一種氟化工藝尾氣中氟氣和六氟化鈾的回收方法對(duì)提高氟氣利用率、降低六氟化鈾生產(chǎn)成本，減少含鈾（氟）廢物的產(chǎn)生量及保護(hù)國(guó)家環(huán)境資源等具有非常重要的意義。本文就UF4吸附法回收氟化工藝尾氣中氟氣和六氟化鈾的工藝進(jìn)行了研究，簡(jiǎn)要介紹了工藝原理、研究?jī)?nèi)容、方法和研究結(jié)果。

1 工藝原理

綜上所述，四氟化鈾與氟氣發(fā)生反應(yīng)分步進(jìn)行，第一步四氟化鈾與氟氣反應(yīng)先生成一系列鈾的中間氟化物，第二步再由中間氟化物進(jìn)一步氟化為六氟化鈾，且中間氟化物的生成速率遠(yuǎn)高于中間氟化物與氟氣繼續(xù)反應(yīng)生成六氟化鈾的速率，在所有的四氟化鈾未完全轉(zhuǎn)化為UF5、U2F9等鈾的中間氟化物前，六氟化鈾生成量極少；同時(shí)四氟化鈾與六氟化鈾也會(huì)發(fā)生歸中反應(yīng)生成UF5、U2F9、U4F17等中間氟化物。

本研究試驗(yàn)利用的化學(xué)原理為：在一定溫度下，四氟化鈾與氟氣、六氟化鈾反應(yīng)生成UF5、U2F9、U4F17等中間氟化物，實(shí)現(xiàn)對(duì)氟氣的回收再利用和對(duì)六氟化鈾的有效捕集，同時(shí)四氟化鈾吸收氟氣、捕集六氟化鈾后生成的中間氟化物固體物料作為氟化反應(yīng)器的反應(yīng)供料，與氟氣進(jìn)一步氟化反應(yīng)為六氟化鈾。

2 研究?jī)?nèi)容與方法

2.1 研究?jī)?nèi)容

本研究試驗(yàn)基于建立的臥式氟氣吸收反應(yīng)器回收試驗(yàn)系統(tǒng)，針對(duì)影響回收效果的關(guān)鍵因素開展了反應(yīng)溫度、UF4進(jìn)料速率對(duì)F2、UF6吸收效率的影響研究，確定出了UF4吸附F2、捕集UF6的最佳工藝控制參數(shù)。

2.2 研究方法

（1）試驗(yàn)條件一：反應(yīng)溫度影響試驗(yàn)

控制UF4進(jìn)料速率為某一固定值，調(diào)節(jié)氟氣吸收反應(yīng)器溫度，研究反應(yīng)溫度對(duì)UF4吸附F2、捕集UF6效率的影響。

（2）試驗(yàn)條件二：UF4進(jìn)料速率影響試驗(yàn)

結(jié)合試驗(yàn)條件一研究結(jié)果，控制氟氣吸收反應(yīng)器溫度為某一固定值，調(diào)節(jié)UF4進(jìn)料速率，研究UF4進(jìn)料速率對(duì)UF4吸附F2、捕集UF6效率的影響。

3 結(jié)果與討論

3.1 反應(yīng)溫度影響試驗(yàn)

試驗(yàn)條件一，不同反應(yīng)溫度對(duì)UF4吸附F2、捕集UF6的試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出，適當(dāng)提高反應(yīng)溫度，有利于UF4對(duì)F2的吸收，反應(yīng)溫度為160℃～200℃時(shí)，UF4對(duì)UF6具有很好的捕集效果。

3.2 UF4進(jìn)料速率影響試驗(yàn)

試驗(yàn)條件二，不同UF4進(jìn)料速率對(duì)UF4吸附F2、捕集UF6的試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，適當(dāng)提高UF4進(jìn)料速率，有利于UF4對(duì)F2的吸收；UF4進(jìn)料速率為30kg/h～50kg/h時(shí)，UF4對(duì)UF6具有很好的捕集效果。

4 結(jié)論

（1）建立的氟氣和六氟化鈾回收再利用試驗(yàn)系統(tǒng)，其工藝技術(shù)路線可行，系統(tǒng)運(yùn)行可靠、穩(wěn)定；

（2）獲得了氟氣、UF6回收試驗(yàn)系統(tǒng)的工藝參數(shù)，氟氣吸附率和六氟化鈾捕集率可達(dá)97%和93%以上，尾氣中氟氣、UF6含量可降低至1%以下；

（3）鈾轉(zhuǎn)化生產(chǎn)體系引入氟化工藝尾氣回收再利用系統(tǒng)后，對(duì)提高UF6生產(chǎn)工藝水平、降低鈾轉(zhuǎn)化生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和環(huán)境指標(biāo)有重要意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]許賀卿.鈾化合物轉(zhuǎn)化工藝學(xué)[M].北京：原子能出版社，1994.

[2][蘇]Б.B.格羅莫夫著.鈾化學(xué)工藝概論[M].北京：原子能出版社，1989.

[3]沈朝純.鈾及其化合物的化學(xué)與工藝學(xué)[M].北京：原子能出版社，1991.

[4]中國(guó)科學(xué)院原子核科學(xué)委員會(huì)編輯委員會(huì)文獻(xiàn)編輯室編輯.四氟化鈾在流化床中向六氟化鈾的轉(zhuǎn)化[R].北京：原子能出版社，1965.

[5]胡曉丹，吳春喜.鈾純化轉(zhuǎn)化技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用[R].北京：原子能出版社，2011.