Uran(VI)fluorid

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 2 februari 2022; kontroller kräver 2 redigeringar .

Uran(VI)fluorid


Allmän
Systematiskt namn	Uran(VI)fluorid
Chem. formel	UV 6
Fysikaliska egenskaper
Molar massa	351,99 g/ mol
Densitet	5,09 g/cm3 ( fast, 20°C); 4,9 g/cm3 ( fast, 50°C); 13,3 g/l (g., 60 °C) [1]
Termiska egenskaper
Temperatur
• smältning	64,0 °C (1,44 MPa )
• kokande	sublimeras vid 56,4 °C
trippelpunkt	64.052 °C vid 151 kPa [1]
Kritisk punkt
• temperatur	230,2 °C [1] °C
• tryck	4,61 MPa [1]
Entalpi
• utbildning	−2317 kJ/mol
Specifik förångningsvärme	83,333 J/kg (vid 64°C) [1]
Specifik fusionsvärme	54,167 J/kg (vid 64°C) [1]
Kemiska egenskaper
Löslighet
• i vatten	reagerar
Klassificering
Reg. CAS-nummer	[7783-81-5]
PubChem	24560
Reg. EINECS-nummer	232-028-6
LEDER	F[U](F)(F)(F)(F)F
InChI	InChI=1S/6FH.U/h6*1H;/q;;;;;;+6/p-6SANRKQGLYCLAFE-UHFFFAOYSA-H
RTECS	4720000 YR
CHEBI	30235
ChemSpider	22966 och 23253295
Säkerhet
Begränsa koncentrationen	0,015 mg/m 3 [2]
Giftighet	extremt giftigt , radioaktivt , starkt oxidationsmedel
ECB ikoner
NFPA 704	0 fyra 3 OXE
Data baseras på standardförhållanden (25 °C, 100 kPa) om inget annat anges.
Mediafiler på Wikimedia Commons

Uranfluorid (VI) (andra namn - uraniumhexafluorid , uraniumhexafluorid ) är en binär förening av uran med fluor , transparenta flyktiga ljusgrå kristaller. Uran-fluorbindningen i den är kovalent . Den har ett molekylärt kristallgitter . Mycket giftig .

Det är den enda föreningen av uran som övergår i ett gasformigt tillstånd vid en relativt låg temperatur [1] , och därför används den i stor utsträckning vid urananrikning - separationen av 235 U och 238 U isotoper , ett av de viktigaste stegen i produktionen av bränsle för kärnreaktorer och vapenklassat uran.

Fysiska egenskaper

Under normala förhållanden är uranhexafluorid ljusgrå eller genomskinliga flyktiga kristaller med en densitet på 5,09 g/cm 3 . Vid atmosfärstryck sublimeras den när den värms upp till 56,4 ° C, men med en lätt ökning av trycket (till exempel när den värms upp i en förseglad ampull ) kan den överföras till en vätska. Kritisk temperatur 230,2 °C, kritiskt tryck 4,61 MPa [1] .

Uranhexafluorid är radioaktivt , med alla tre naturligt förekommande uranisotoper ( 234U , 235U och 238U ) som bidrar till dess radioaktivitet . Den specifika aktiviteten för uranhexafluorid med naturligt innehåll av uranisotoper (ej utarmat och inte anrikat) är 1,7×10 4 Bq /g . Den specifika aktiviteten hos utarmat (det vill säga med en reducerad halt av 235 U) uranhexafluorid är något lägre, högt anrikat i uran-235-isotopen kan vara till och med två storleksordningar högre och beror på graden av anrikning med uran-235 [1] .

Radioaktivitetsvärden avser nyberedd material, som är fritt från alla dotternuklider i uranserien , förutom uran-234. Med tiden, cirka 150 dagar efter beredningen av föreningen, ackumuleras dotterisotoper i uranhexafluorid och den naturliga radioaktiva balansen återställs när det gäller koncentrationen av kortlivade dotternuklider 234 Th och 231 Th ( alfa-sönderfallsprodukter på 238 U och 235 U, respektive); som ett resultat ökar den specifika aktiviteten hos den "gamla" uranhexafluoriden med det ursprungliga naturliga innehållet av isotoper till 4,0×10 4 Bq /g [1] .

Densiteten av uranhexafluoridångor i ett brett spektrum av tryck och temperaturer kan uttryckas med formeln:

\rho ={4,291}\cdot 10^{-2}\cdot {\frac {P}{T))+{1,2328}\cdot 10^{4}\cdot {\frac {P} {T^{3}}},

var är ångdensiteten, kg/l;

\rho

P

— tryck ( kPa );

T

— absolut temperatur ( K ) [1] .

Ångtryck (mmHg) vid temperatur (°C) kan hittas med hjälp av följande empiriska formler [3] :122 . $P$ $t$

För temperaturområde 0...64 °C (över fasta ämnen, noggrannhet 0,05%):

\lg P=6.38363+0.0075377~t-{\frac {942.76}{t+183.416)).

För temperaturområde 64...116 °C (över vätska, noggrannhet 0,03%):

\lg P=6.99464-{\frac {1126.296}{t+221.963)).

För temperaturområde 116...230 °C (över vätska, noggrannhet 0,3%):

\lg P=7.69069-{\frac {1683.165}{t+302.148)).

Kemiska egenskaper

Reagerar häftigt med vatten och vid upphettning med organiska lösningsmedel; under normala förhållanden löses det i organiska lösningsmedel.

Interagerar med vatten och bildar uranylfluorid och vätefluorid [1] :

{\mathsf {UF_{6}+2H_{2}O\rightarrow UO_{2}F_{2}+4HF\uparrow ))

Starkt oxidationsmedel. I flytande form reagerar den explosivt med många organiska ämnen, därför kan vanliga kolvätesmörjmedel, tätningsmassa och tätningar inte användas i apparater fyllda med uranhexafluorid.

Reagerar inte med helt fluorerade kolväten som teflon eller perfluoralkaner . Interagerar inte under normala förhållanden med syre och kväve , samt med torr luft, men reagerar med vattenånga i fuktig luft. I frånvaro av ångor och spår av vatten orsakar det inte betydande korrosion av aluminium , koppar , nickel , monelmetall , aluminiumbrons [1] .

Uran(VI)fluorid kan användas som fluoreringsmedel vid framställning av organofluorföreningar . Vid fluorering av organiska föreningar reduceras hexafluoriden vanligtvis till urantetrafluorid . Processen för fluorering med uranhexafluorid fortsätter med frigörandet av en stor mängd värme.

Fluorering av omättade organiska föreningar åtföljs av tillsats av fluor till dubbelbindningen [4] . Så oktafluorpropan bildas av hexafluorpropen :

{\mathsf {CF_{3}{\text{-}}CF{\text{=}}CF_{2}+UF_{6}\rightarrow CF_{3}{\text{-}}CF_{ 2}{\text{-}}CF_{3}+UF_{4}}}

+ 424,7 kJ/mol.

Av vinylidenfluorid bildas 1,1,1,2 -tetrafluoretan [4] :

{\mathsf {CF_{2}{\text{=}}CH_{2}+UF_{6}\högerpil CF_{3}{\text{-}}CH_{2}F+UF_{4} }}

+ 344,6 kJ/mol.

Fluorering av trikloretylen åtföljs av bildning av 1,2-difluor-1,1,2-trikloretan [4] :

{\mathsf {CCl_{2}{\text{=}}CHCl+UF_{6}\rightarrow CCl_{2}F{\text{-}}CHClF+UF_{4}}}.

Fluorering av mättade organiska föreningar med uran(VI)fluorid åtföljs av ersättning av en eller flera väteatomer i den ursprungliga föreningen för fluor [4] :

{\mathsf {CF_{3}{\text{-}}CH_{3}+UF_{6}\högerpil CF_{3}{\text{-}}CH_{2}F+UF_{4} +HF\uparrow }}

+ 219,1 kJ/mol.

Får

I den ryska kärnbränslecykeln : Erhålls genom interaktion av uranföreningar (till exempel UF 4 tetrafluorid , oxider) med F 2 (i industrin utförs reaktionen i en låga av en blandning av H 2 och F 2 ) eller några andra fluoreringsmedel, och renas sedan genom destillation eller centrifugering i en gascentrifug .
I den amerikanska kärnbränslecykeln : Bearbetas till U 3 O 8 (" uranoxid " eller "gul kaka"), uranhaltiga malmer löses i salpetersyra, vilket ger en lösning av uranylnitrat UO 2 (NO 3 ) 2 . Rent uranylnitrat erhålls genom lösningsmedelsextraktion (t.ex. TBP eller D2EHPA ) och exponeras sedan för ammoniak för att ge ammoniumdiuranat . Reduktion med väte ger urandioxid UO 2 , som sedan omvandlas med fluorvätesyra HF till urantetrafluorid UF 4 . Oxidation med fluor ger UF 6 .

Applikation

Den används vid separation av 235 U och 238 U isotoper genom gasdiffusion eller centrifugering för att förse olika kärntekniker med klyvbart material . Detta ger en betydande mängd oanvänd rest (utarmad på uran-235), vanligtvis lagrad som uranhexafluorid i behållare. Stora mängder hexafluorid har nu samlats på platserna vid anrikningsverken. Den totala mängden ackumulerad uranhexafluorid i världen år 2010 är cirka 2 miljoner ton [4] .

Utarmat uranhexafluorid används för fluorering av organiska föreningar. Erhållen med uranhexafluorid som fluoreringsmedel, oktafluorpropan (C 3 F 8 , freon-218, R-218, FC-218) och 1,1,1,2-tetrafluoretan (CF 3 -CFH 2 , freon-134a, R -134, HFC-134a) är en alternativ ersättning för ozonnedbrytande köldmedier. Ozonnedbrytningspotentialen för ODP är noll. 1,2-difluortrikloretan (CFCl 2 CFClH, freon-122a, R-122a, HCFC-122a) är en alternativ ersättning för ozonnedbrytande fluorklorkolvätelösningsmedel . Det kan användas som lösningsmedel, extraktionsmedel, skummedel vid produktion av polymerprodukter, bedövningsmedel för djur [5] .

Lager och bortskaffande

I slutet av 2010-talet, som ett resultat av isotopanrikning av uran, ackumulerades cirka 1,5-2 miljoner ton utarmat uran i världen, och ytterligare 40-60 tusen ton utarmat uran tillsätts årligen. [6] Den stora majoriteten av denna volym lagras som utarmat uranhexafluorid (DUHF) i speciella ståltankar. Med förbättringen av isotopberikningstekniker anrikas ibland gamla DUHF-bestånd ytterligare. Långtidslagring av en så stor mängd kemiskt farliga ämnen är dock inte önskvärd, så det finns tekniker för att omvandla uranhexafluorid till mindre farliga former, såsom uranoxider eller urantetrafluorid UF 4 .

Det finns kända projekt för kemisk bearbetning av hexafluorid i Frankrike, USA, Ryssland och Storbritannien. [6] Produktiviteten för DUHF-konverteringsföretag som är verksamma 2018 är över 60 tusen ton per år i termer av uran. I Frankrike har konverteringen genomförts sedan 1980-talet, för 2018 är kapaciteten 20 tusen ton per år. På 2000-talet togs två enheter i drift med en kapacitet på 18 tusen och 13,5 tusen ton per år i USA. En installation med en kapacitet på 7 000 ton byggs i Storbritannien. I Ryssland togs den första industriella installationen baserad på fransk teknik i drift 2009 vid en elektrokemisk anläggning i Krasnoyarsk-territoriet. [7] [6] 2010 togs en anläggning för reduktion av DUHF i lågtemperaturplasma enligt rysk teknologi i drift där. Kapaciteten för dessa två enheter är cirka 10 000 ton per år. Alla dessa växter får uranoxid och vätefluorid . Vid den kemiska anläggningen i Angarsk utvecklas också en pilotdemonstrationsanläggning "Kedr" med en kapacitet på 2 tusen ton per år med produktion av urantetrafluorid med hjälp av DUHF-reduktionstekniken i en väteflamma.

Fara

Biohazard

I Ryssland - faroklass 1, den maximala engångs- MPC i luften i arbetsområdet - 0,015 mg/m 3 (1998) [2] . I USA är tröskelvärdet för ACGIH engångsexponering 0,6 mg/m 3 (1995).

Ett extremt frätande ämne som korroderar allt levande organiskt material med bildning av kemiska brännskador. Vid kontakt rekommenderas sköljning med mycket vatten. Exponering för ångor och aerosoler orsakar lungödem . Absorberas i kroppen genom lungorna eller mag-tarmkanalen. Mycket giftig, orsakar allvarlig förgiftning. Det har en kumulativ effekt med skador på lever och njurar.

Uran är svagt radioaktivt. Föroreningar av miljön med uranföreningar skapar risk för strålningsolyckor.

Under normala förhållanden är det ett snabbt avdunstande fast ämne. Det partiella ångtrycket är 14 kPa. En farlig koncentration av ångor bildas snabbt runt det fasta ämnet.

Kemisk fara

Reagerar häftigt med vatten, inklusive luftfuktighet och bildar UO 2 F 2 ( uranylfluorid ) och vätefluorid HF.

Ämnet är ett starkt oxidationsmedel. Reagerar bra med organiska ämnen. Reagerar långsamt med många metaller för att bilda metallfluorider. Aggressiv mot gummi och många plaster. Reagerar med aromatiska föreningar som bensen och toluen.

Brandrisk

Ej brännbart, men vid upphettning (även vid brand) avger det frätande ångor. Använd inte vatten för att släcka en brand. Användning av pulver och koldioxidsläckningsmedel är acceptabelt.

Anteckningar

↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Bilaga II. Egenskaper hos UF 6 och dess reaktionsprodukter. I: Interimsvägledning om säker transport av uranhexafluorid Arkiverad 10 september 2016 på Wayback Machine . — (IAEA-TECDOC-608). - IAEA, Wien, 1991. - ISSN 1011-4289.
↑ 1 2 URANHEXAFLUORID . Hämtad 21 oktober 2016. Arkiverad från originalet 15 december 2019. (obestämd)
↑ Urananrikning / Ed. S. Villani. — M.: Energoatomizdat, 1983, 320 sid.
↑ 1 2 3 4 5 Orekhov V. T., Rybakov A. G., Shatalov V. V. Användning av utarmat uranhexafluorid i organisk syntes. - M. : Energoatomizdat, 2007. - 112 sid. - ISBN 978-5-283-03261-0 .
↑ Industriella fluororganiska produkter: Ref. ed. / B. N. Maksimov, V. G. Barabanov, I. L. Serushkin och andra. - 2: a upplagan, reviderad. och ytterligare - St Petersburg. : "Kemi", 1996. - 544 sid. — ISBN 5-7245-1043-X .
↑ 1 2 3 Arvet av befästningen . Hämtad 10 november 2019. Arkiverad från originalet 11 november 2020. (obestämd)
↑ Dekonvertering av DUHF - hur görs det i Zelenogorsk . Hämtad 10 november 2019. Arkiverad från originalet 10 november 2019. (obestämd)