Metodo per la dissoluzione degli ossidi di uranio. Successi della moderna scienza naturale

1 Università tecnica statale Lomonosov di Mosca N.E. Baumann

2 Prima Università medica statale di Mosca. LORO. Sechenov

3 Università pedagogica statale di Mosca

I problemi di incisione dei depositi di ossido dalla superficie degli acciai contenenti cobalto e ferro sono sempre stati di importanza pratica e sono stati rilevanti. Dopo aver studiato una grande quantità di materiale su questo tema, gli autori affermano che alcuni aspetti del problema non sono stati ancora completamente studiati (questi includono l'influenza delle caratteristiche delle soluzioni elettrolitiche, l'identificazione del meccanismo d'azione di questi fattori). Il cobalto e gli ossidi di ferro sono ampiamente utilizzati come catalizzatori per vari processi chimici (ossidazione del metano e del monossido di carbonio, deidrogenazione delle paraffine, ecc.). Le loro proprietà dipendono dalle caratteristiche della superficie, che determina la cinetica di dissoluzione dell'ossido. Gli studi sperimentali sull'effetto degli acidi minerali (in particolare H2SO4) sulla velocità di una reazione eterogenea (Co3O4 e Fe3O4 in ambiente acido) hanno rivelato la natura dello stadio limite, che consiste nella formazione di composti superficiali della forma - e la loro successiva transizione in una soluzione elettrolitica. È stata inoltre sviluppata un'analisi di sistema delle curve di dissoluzione dell'ossido per calcolare i parametri cinetici: energia di attivazione e ordini di reazione per ioni idrogeno e ioni solfato.

ossido di cobalto

ossido di ferro

cinetica

dissoluzione

modellazione

Modello di Barton-Stransky

Metodo di Hougen-Watson

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Gli studi sperimentali sulla dissoluzione delle fasi di ossido consentono di descrivere in dettaglio i processi del comportamento di una fase solida in un mezzo acido, di spiegare i fenomeni che si verificano sulla superficie degli ossidi, tenendo conto delle loro caratteristiche acido-base e il meccanismo di dissoluzione e simulare reazioni topochimiche.

Scopo dello studio consiste nello studio e modellazione del processo di dissoluzione di Co3O4 e Fe3O4 in acido solforico.

Materiali e metodi di ricerca

Per la ricerca sono stati prelevati campioni del peso di 500 mg con d = 80÷100 µm. L'identificazione degli ossidi è stata effettuata mediante fase a raggi X, IR e analisi termica.

Per chiarire il meccanismo di dissoluzione di campioni solidi di ossidi metallici in mezzi acidi, l'esperimento è stato condotto in un dispositivo (un reattore termostatato con un volume di 0,5 l) per studiare la cinetica di dissoluzione di campioni solidi, escludendo l'influenza di eventuali fattori incontrollati sul fenomeno oggetto di studio. La temperatura dell'esperimento era di 363 K. L'esperimento è stato condotto a vari valori di pH e concentrazioni di acido minerale.

A determinati intervalli, la fase liquida è stata campionata dal recipiente di reazione con un filtro di vetro Schott. La concentrazione di ioni cobalto è stata determinata spettrofotometricamente (spettrofotometro UV-3100) utilizzando tiocianato di ammonio e ferro utilizzando o-fenantrolina.

I dati sperimentali ottenuti sull'effetto della concentrazione acida sulla velocità di dissoluzione dell'ossido di cobalto Co3O4 e Fe3O4 sono mostrati nelle Figg. 1 (punti - dati sperimentali, linee - risultato della simulazione). La frazione di soluto a è stata calcolata utilizzando l'equazione: a = Dt/D∞.

Riso. 1. a) dipendenza della proporzione di ossido disciolto Co3O4 nel tempo a varie concentrazioni di acido solforico (mol / l): 1 - 10,0; 2-5,93; 3-2,97; 4-1,0; 5-0,57; 6 - 0,12; T = 363,2 K; b) dipendenza della proporzione di ossido disciolto Fe3O4 dal tempo a varie concentrazioni di acido solforico (mol/l): 1 - 10,3; 2-7,82; 3-3,86; 4 - 2,44; T = 293 K

Risultati della ricerca e discussione

Calcolo dei parametri cinetici. È stata effettuata un'analisi dei dati cinetici sperimentali utilizzando le equazioni della cinetica eterogenea, che hanno permesso di determinare gli ordini di reazioni per vari ioni (ni), il tasso di dissoluzione specifico (Wi), la sua dipendenza dalla concentrazione della soluzione , e l'energia di attivazione delle reazioni (Ea).

La cinetica delle reazioni eterogenee si basa sulla considerazione obbligatoria dei cambiamenti nella superficie delle particelle nel processo di dissoluzione nel tempo, inoltre, di norma, le reazioni eterogenee sono caratterizzate da una velocità costante nel tempo (1) .

In questo caso, la velocità di dissoluzione dell'ossido può essere rappresentata dall'equazione:

dove Wi è il tasso di dissoluzione specifico; f(α) è una funzione che tiene conto di come la superficie dell'ossido cambia nel tempo.

Per chiarire il meccanismo di dissoluzione e simulare questo fenomeno, abbiamo preso il modello Barton - Stranski (2):

, (2)

dove A è una costante. Il suo valore è direttamente proporzionale al numero di centri attivi sulla superficie di una particella di ossido.

Per trovare i valori delle variabili W e A, sono stati utilizzati i metodi di analisi di regressione non lineare e il programma per computer MathCad.

Tabella 1

Velocità di dissoluzione specifica degli ossidi di Co3O4 e Fe3O4 in funzione della concentrazione di H2SO4

Dai dati della tabella e fig. 2 (punti - dati sperimentali, linee - il risultato della modellazione mediante l'equazione (3)) ne consegue che l'ossido di cobalto Co3O4 si dissolve più velocemente nell'acido solforico rispetto all'ossido di ferro Fe3O4. L'ordine di reazione in termini di ioni idrogeno per i due ossidi è di circa 0,5. (tutti i risultati sono ottenuti sulla base del modello Barton - Stranski).

Riso. 2. a) dipendenza del logaritmo della velocità (log W) dal logaritmo della concentrazione (log C(H2SO4)) nella dissoluzione di Co3O4 in acido solforico; b) dipendenza del logaritmo della velocità (log W) dal logaritmo della concentrazione (log C(H2SO4)) nella dissoluzione di Fe3O4 in acido solforico

I dati ottenuti consentono di descrivere la relazione tra il tasso di dissoluzione specifico degli ossidi di Co3O4 e Fe3O4 e la concentrazione di H2SO4 mediante l'equazione generalizzata

, (3)

dove ≡, W0 - costante di velocità di dissoluzione, K1, K2 - costanti.

Modellizzazione del meccanismo di dissoluzione del cobalto e degli ossidi di ferro in acido inorganico. La dissoluzione degli ossidi negli acidi avviene sui difetti superficiali del reticolo cristallino, i cosiddetti centri attivi di dissoluzione degli ossidi, adsorbendo ioni H+ e coppie di ioni H+…A-.

Il metodo Hougen-Watson consente di simulare l'influenza del pH e della concentrazione di acido sulla velocità di dissoluzione degli ossidi.

In questo caso, il tasso di dissoluzione degli ossidi di cobalto e ferro sarà espresso dall'equazione:

Presumibilmente, sulla superficie degli ossidi si formano particelle di idrossicomplessi metallici della stessa composizione di quelli in soluzione. Per calcolare la concentrazione degli idrossicomplessi, abbiamo utilizzato le equazioni del bilancio materiale nelle reazioni di idrolisi rispetto agli ioni idrogeno, cobalto e ferro; equazioni di idrolisi per tutti i passaggi per calcolare le costanti di idrolisi. Il metodo di Hougen-Watson presuppone che la dipendenza della concentrazione di ioni sulla superficie degli ossidi e in soluzione obbedisca all'isoterma di Langmuir, che consente di mettere in relazione le concentrazioni superficiali e volumetriche degli ioni (equazione (5)).

La dipendenza della velocità di dissoluzione specifica degli ossidi di cobalto Co3O4 e Fe3O4 in acido solforico diluito è espressa dalle equazioni (5-7).

La concentrazione di ioni e può essere espressa in termini di concentrazione totale di ioni Co3+ e Fe3+, se viene stabilito il loro contenuto nella soluzione. In questo caso e. Quindi la velocità è

Se simuliamo il processo di dissoluzione dell'ossido e assumiamo che gli ioni e agiscano come particelle tensioattive, la dipendenza della velocità di processo dalla concentrazione di ioni sarà simile a questa (a1 è il numero di ioni nella soluzione).

Oggi iniziamo la nostra conoscenza delle più importanti classi di composti inorganici. Le sostanze inorganiche sono divise per composizione, come già sai, in semplici e complesse.

Le sostanze inorganiche complesse sono suddivise in quattro classi: ossidi, acidi, basi, sali. Iniziamo con la classe degli ossidi.

OSSIDI

ossidi - si tratta di sostanze complesse costituite da due elementi chimici, uno dei quali è l'ossigeno, con una valenza pari a 2. Un solo elemento chimico - il fluoro, combinandosi con l'ossigeno, non forma un ossido, ma un fluoruro di ossigeno OF 2.
Si chiamano semplicemente - "ossido + nome elemento" (vedi tabella). Se la valenza di un elemento chimico è variabile, allora è indicata da un numero romano racchiuso tra parentesi dopo il nome dell'elemento chimico.

Classificazione degli ossidi

Tutti gli ossidi possono essere divisi in due gruppi: salini (basici, acidi, anfoteri) e non salini o indifferenti.

1). Ossidi basici sono ossidi che corrispondono a basi. I principali ossidi sono ossidi metalli 1 e 2 gruppi, nonché metalli sottogruppi laterali con valenza IO E II (tranne ZnO - ossido di zinco e BeO – ossido di berillio):

2). Ossidi acidi sono ossidi a cui corrispondono acidi. Gli ossidi acidi lo sono ossidi non metallici (ad eccezione di non salino - indifferente), così come ossidi metallici sottogruppi laterali con valenza da v Prima VII (Ad esempio, CrO 3 è ossido di cromo (VI), Mn 2 O 7 è ossido di manganese (VII)):

3). Ossidi anfoteri sono ossidi, che corrispondono a basi e acidi. Questi includono ossidi metallici sottogruppi principali e secondari con valenza III , A volte IV , così come zinco e berillio (ad esempio, BeO, ZnO, Al2O3, Cr2O3).

4). Ossidi non salini sono ossidi indifferenti ad acidi e basi. Questi includono ossidi non metallici con valenza IO E II (Ad esempio, N 2 O, NO, CO).

Conclusione: la natura delle proprietà degli ossidi dipende principalmente dalla valenza dell'elemento.

Ad esempio, ossidi di cromo:

Cro(II- principale);

Cr2O3 (III- anfotero);

CrO3 (VII- acido).

Classificazione degli ossidi

(per solubilità in acqua)

Completa i compiti:

1. Annotare separatamente le formule chimiche degli ossidi acidi e basici che formano sali.

NaOH, AlCl 3 , K 2 O, H 2 SO 4 , SO 3 , P 2 O 5 , HNO 3 , CaO, CO.

2. Le sostanze sono date : CaO, NaOH, CO 2 , H 2 SO 3 , CaCl 2 , FeCl 3 , Zn(OH) 2 , N 2 O 5 , Al 2 O 3 , Ca(OH) 2 , CO 2 , N 2 O, FeO, SO 3 , Na 2 SO 4 , ZnO, CaCO 3 , Mn 2 O 7 , CuO, KOH, CO, Fe(OH) 3

Ottenere ossidi

Simulatore "Interazione dell'ossigeno con sostanze semplici"

Proprietà fisiche degli ossidi

A temperatura ambiente, la maggior parte degli ossidi sono solidi (CaO, Fe 2 O 3, ecc.), Alcuni sono liquidi (H 2 O, Cl 2 O 7, ecc.) E gas (NO, SO 2, ecc.).

Proprietà chimiche degli ossidi

Applicazione di ossidi

Alcuni ossidi non si sciolgono in acqua, ma molti reagiscono con l'acqua combinandosi:

SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4

CaO + H 2 O = Circa( OH) 2

Il risultato è spesso composti molto desiderabili e utili. Ad esempio, H 2 SO 4 è acido solforico, Ca (OH) 2 è calce spenta, ecc.

Se gli ossidi sono insolubili in acqua, anche le persone usano abilmente questa proprietà. Ad esempio, l'ossido di zinco ZnO è una sostanza bianca, quindi viene utilizzato per preparare la pittura ad olio bianca (bianco di zinco). Poiché ZnO è praticamente insolubile in acqua, qualsiasi superficie può essere verniciata con bianco di zinco, comprese quelle esposte alle precipitazioni atmosferiche. L'insolubilità e la non tossicità consentono di utilizzare questo ossido nella produzione di creme e polveri cosmetiche. I farmacisti ne fanno una polvere astringente ed essiccante per uso esterno.

Ossido di titanio (IV) - TiO 2 ha le stesse preziose proprietà. Ha anche un bel colore bianco ed è usato per fare il bianco di titanio. Il TiO 2 è insolubile non solo in acqua, ma anche negli acidi, pertanto i rivestimenti realizzati con questo ossido sono particolarmente stabili. Questo ossido viene aggiunto alla plastica per darle un colore bianco. Fa parte degli smalti per utensili in metallo e ceramica.

Ossido di cromo (III) - Cr 2 O 3 - cristalli molto forti di colore verde scuro, insolubili in acqua. Cr 2 O 3 è usato come pigmento (vernice) nella produzione di vetro verde decorativo e ceramica. La famosa pasta GOI (abbreviazione del nome "State Optical Institute") viene utilizzata per levigare e lucidare ottiche, metallo prodotti in gioielleria.

Compiti per il fissaggio

1. Annotare separatamente le formule chimiche degli ossidi acidi e basici che formano sali.

NaOH, AlCl 3 , K 2 O, H 2 SO 4 , SO 3 , P 2 O 5 , HNO 3 , CaO, CO.

2. Le sostanze sono date : CaO, NaOH, CO 2 , H 2 SO 3 , CaCl 2 , FeCl 3 , Zn(OH) 2 , N 2 O 5 , Al 2 O 3 , Ca(OH) 2 , CO 2 , N 2 O, FeO, SO 3 , Na 2 SO 4 , ZnO, CaCO 3 , Mn 2 O 7 , CuO, KOH, CO, Fe(OH) 3

Selezionare dall'elenco: ossidi basici, ossidi acidi, ossidi indifferenti, ossidi anfoteri e denominarli.

3. Completare UCR, indicare il tipo di reazione, denominare i prodotti di reazione

Na 2 O + H 2 O =

N 2 O 5 + H 2 O =

CaO + HNO 3 =

NaOH + P 2 O 5 \u003d

K 2 O + CO 2 \u003d

Cu (OH) 2 \u003d? +?

4. Eseguire le trasformazioni secondo lo schema:

1) K → K 2 O → KOH → K 2 SO 4

2) S → SO 2 → H 2 SO 3 → Na 2 SO 3

3) P → P 2 O 5 → H 3 PO 4 → K 3 PO 4

Tale interazione chimica debole, che chiamiamo tipo VI, può essere espressa dallo schema:

Me"" M DI N= m[Me""] Me" + n[O] Me",

dove io"" M DI N- ceramica o ossido di vetro; [Me""] Me" e [O] Me" sono soluzioni solide di metallo e ossigeno, che formano rispettivamente ossido ceramico nel metallo saldato ad esso.

L'interazione di questo tipo può essere realizzata con una grande differenza nell'energia di Gibbs di formazione dell'ossido ceramico o di vetro e dell'ossido del metallo che viene saldato.

La possibilità di questo tipo di interazione è indicata, ad esempio, dai fenomeni di coagulazione delle fasi di indurimento (composti intermetallici, ossidi, carburi, carbonitruri) che si verificano a temperature elevate nei materiali rinforzati in dispersione a causa della dissoluzione di piccole particelle nella matrice e la crescita di quelli grandi. La possibilità e il grado di tale interazione dell'indurente con la matrice determinano la resistenza al calore dei materiali compositi.

Per la prima volta, O. Kubashevsky ha effettuato stime quantitative del grado di interazione nella formazione di soluzioni solide secondo la reazione di tipo VI tra Al 2 O 3 e nichel in un materiale sinterizzato alla stessa temperatura (1673 K). E.I. Mozzhukhin, i cui risultati di calcolo sono stati confermati in modo soddisfacente dall'analisi chimica dei sistemi Al 2 O 3 - Mo e Al 2 O 3 - Nb dopo la loro sinterizzazione a temperature (0,6-0,8) del metallo matrice.

La reazione di tipo VI può essere presa come base per i calcoli termodinamici alle seguenti condizioni: presenza di almeno una piccola solubilità di ossigeno e Me"" nel metallo Me" da saldare; nessun cambiamento nella composizione stechiometrica dell'ossido ; ossidi, la mancanza della possibilità di solubilità del metallo in saldatura in Me"" m A proposito di n.

Il mancato rispetto della prima condizione priva l'equazione considerata del suo significato: la seconda - porta a una reazione di tipo V; terzo - reazioni di tipo VI; quarto, rende necessario integrare l'equazione di reazione VI con un'altra che tenga conto della formazione di una soluzione solida di Me "in e Me" " m O nella loro soluzione congiunta.

Contrariamente alle reazioni di tipo I, II, IV, V sopra considerate, per le quali il concetto di equilibrio termodinamico è inapplicabile e la direzione del flusso (da sinistra a destra o da destra a sinistra) è interamente determinata dal segno
, la reazione di tipo VI procede da sinistra a destra e la completezza del suo corso è determinata dalla costante di equilibrio, che è uguale al prodotto delle attività dell'ossigeno e Me "" nel metallo da saldare Me". , per determinarne la loro valore, cioè la concentrazione di equilibrio degli elementi disciolti in una soluzione solida basata sul metallo da saldare.I valori trovati e caratterizzeranno il grado di equilibrio di interazione dei materiali da saldare.

Nel lavoro è riportato un calcolo termodinamico di una reazione di tipo VI utilizzando l'esempio del sistema ZnS-Me con una descrizione delle caratteristiche metodologiche. I risultati di questo calcolo in prima approssimazione sono applicabili anche ad un analogo sistema ZnO-Me, di particolare interesse nell'analisi della saldabilità delle ferriti di zinco.

Il calcolo si basa sulla reazione di interazione con il rame:

ZnS solido \u003d Cu + [S] Cu (7.29)

I risultati del calcolo hanno mostrato che l'interazione del solfuro di zinco con il rame è termodinamicamente possibile dissolversi in rame fino a 0,086 at. % di zolfo, che è un ordine e mezzo di grandezza superiore al limite di solubilità dello zolfo nel rame a questa temperatura (0,004 at.%), cioè superiore a quello che può essere contenuto in una soluzione solida satura in equilibrio con solfuro di rame inferiore. Ne consegue che la formazione di una certa quantità di solfuro di rame Сu 2 S è termodinamicamente possibile durante l'interazione di ZnS con il rame.

Pertanto, il calcolo termodinamico dell'interazione con il rame secondo il metodo di E.I. Mozzhukhin usando l'equazione (7.29) fornisce solo un risultato qualitativo. Questa tecnica è applicabile a sistemi in cui la differenza tra le energie di Gibbs di formazione di un ossido refrattario e dell'ossido metallico della matrice è di circa 400 kJ/g atomo di ossigeno, mentre nei sistemi di solfuro considerati tale valore è molto inferiore.

Per ottenere risultati quantitativi, l'ulteriore sviluppo di questa metodologia è delineato di seguito.

§ 1 Ossido e suoi segni

Studiando le proprietà chimiche dell'ossigeno, abbiamo familiarizzato con le reazioni di ossidazione e gli ossidi. Gli ossidi, ad esempio, includono sostanze aventi le seguenti formule: Na2O, CuO, Al2O3, SiO2, P2O5, SO3, Mn2O7.

Quindi, tutti gli ossidi nella composizione sono caratterizzati da tre caratteristiche comuni: qualsiasi ossido è una sostanza complessa, costituita da atomi di due elementi chimici, uno degli elementi è l'ossigeno.

Tutti questi segni possono essere espressi dalla formula generale ExOy, in cui E sono gli atomi dell'elemento chimico che ha formato l'ossido, O sono gli atomi di ossigeno; x, y sono indici che indicano il numero di atomi degli elementi che compongono l'ossido.

Molti ossidi. Quasi tutte le sostanze semplici formano ossidi quando ossidate. Gli atomi di molti elementi, che mostrano diversi valori di valenza, partecipano alla formazione di diversi ossidi, ad esempio cinque ossidi corrispondono all'azoto: ossido nitrico (I) N2O, ossido nitrico (II) NO, ossido nitrico (III) N2O3, ossido nitrico (IV) NO2, ossido nitrico (V) N2O5.

§ 2 Proprietà degli ossidi e loro classificazione

Conosciamo le proprietà di alcuni ossidi.

Il monossido di carbonio (IV) è un gas incolore e inodore con un sapore leggermente aspro, che si trasforma in una sostanza solida bianca simile alla neve, bypassando lo stato liquido a - 780 ° C, solubile in acqua.

Ossido di idrogeno - acqua, in condizioni normali - un liquido incolore, il cui punto di ebollizione è 1000C.

L'ossido di calcio è un solido bianco con un punto di fusione di 26270C, se miscelato con acqua interagisce attivamente con esso.

L'ossido di ferro (III) è un solido rosso-marrone che fonde a 15620°C ed è insolubile in acqua.

Passare il monossido di carbonio (IV) attraverso l'acqua e aggiungere alcune gocce di tornasole alla soluzione risultante. Il tornasole cambierà colore da blu a rosso, quindi, quando il monossido di carbonio (IV) reagisce con l'acqua, si forma un acido. L'equazione di reazione è la seguente: CO2 + H2O → H2CO3. Come risultato della reazione, si è formato acido carbonico. Allo stesso modo, con la formazione di acidi, gli ossidi di altri non metalli interagiscono con l'acqua. Pertanto, gli ossidi non metallici sono chiamati acidi. L'acido include anche ossidi di metalli che presentano una valenza superiore a IV, ad esempio ossido di vanadio (V) V2O5, ossido di cromo (VI) CrO3, ossido di manganese (VII) Mn2O7.

Mettiamo un po' di polvere bianca di ossido di calcio in una provetta con acqua e aggiungiamo alcune gocce di fenolftaleina alla soluzione leggermente torbida risultante. La fenolftaleina cambia colore da incolore a cremisi, che indica l'aspetto di una base nella provetta. CaO + H2O → Ca(OH)2. Come risultato della reazione, si è formata una base: idrossido di calcio. Gli ossidi metallici la cui valenza non è superiore a III sono chiamati basici.

I metalli che presentano valenza III e IV, e talvolta II, formano ossidi anfoteri. Questi ossidi differiscono da altri ossidi nelle loro proprietà chimiche. Li conosceremo più dettagliatamente in seguito, ma per ora ci concentreremo sugli ossidi acidi e basici.

§ 3 Dissoluzione degli ossidi in acqua

Molti acidi e basi possono essere ottenuti sciogliendo i corrispondenti ossidi in acqua.

La dissoluzione degli ossidi in acqua è un processo chimico accompagnato dalla formazione di nuovi composti chimici: acidi e basi.

Ad esempio, quando l'ossido di zolfo (VI) viene disciolto in acqua, si forma acido solforico: SO3 + H2O → H2SO4. E quando l'ossido di fosforo (V) si dissolve, si forma acido fosforico: Р2O5 + 3H2O → 2H3РO4. Quando l'ossido di sodio si dissolve, si forma una base - idrossido di sodio: Na2O + H2O → 2NaOH, quando l'ossido di bario si dissolve, si forma l'idrossido di bario: BaO + H2O → Ba(OH)2.

I nomi dei gruppi di ossidi riflettono la loro relazione con altre classi di composti inorganici: la maggior parte degli ossidi acidi corrisponde agli acidi e quasi tutti gli ossidi basici corrispondono alle basi.

Tuttavia, non tutti gli ossidi sono solubili. Pertanto, la maggior parte degli ossidi di base sono insolubili e le uniche eccezioni sono gli ossidi formati da elementi dei principali sottogruppi del primo e del secondo gruppo del sistema periodico di elementi.

La maggior parte degli ossidi acidi, invece, sono solubili in acqua. Qui l'eccezione è, ad esempio, l'ossido di silicio (IV) - SiO2. Questa sostanza è ben nota a tutti. L'ossido di silicio costituisce la base della sabbia fluviale e di molti minerali, compresi quelli rari e molto belli: cristallo di rocca, ametista, citrino, diaspro. Molti ossidi acidi formati da metalli sono scarsamente solubili o insolubili.

Se gli ossidi non si dissolvono in acqua, gli acidi e le basi ad essi corrispondenti si ottengono in altri modi (indirettamente), che conosceremo in seguito.

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L'invenzione riguarda metodi per la dissoluzione di ossidi di uranio e può essere utilizzata nella tecnologia per l'ottenimento di materiali del ciclo del combustibile, in particolare per l'ottenimento di uranio arricchito. Secondo il metodo, la polvere di ossido di uranio viene posta sotto uno strato di acqua con un rapporto tra l'altezza dello strato di acqua e l'altezza dello strato di ossido di uranio di almeno 1,3. L'acido nitrico viene fornito sotto lo strato di ossidi di uranio ad una velocità di (0,30-0,36) t HNO 3 per 1 tonnellata di uranio all'ora. EFFETTO: l'invenzione consente di ridurre il volume dei gas in uscita dal reattore del solvente e di essere puliti prima di essere scaricati nell'atmosfera, riducendo al contempo il contenuto di biossido di azoto in essi. 1 zp f-ly, 1 etichetta.

L'invenzione riguarda metodi per la dissoluzione di ossidi di uranio e può essere utilizzata nella tecnologia per l'ottenimento di materiali del ciclo del combustibile, in particolare per l'ottenimento di uranio arricchito. Come materia prima per l'arricchimento dell'uranio, possono essere utilizzati i suoi ossidi sotto forma di protossido di azoto tecnico - ossido U 3 O 8 (2UO s +UO 2), ottenuto da materie prime naturali. Allo stesso tempo, prima dell'operazione di fluorurazione, l'uranio deve essere ulteriormente purificato dalle impurità di accompagnamento presenti nel concentrato di minerale, comprese le impurità che formano fluoruri volatili (molibdeno, silicio, ferro, vanadio, ecc.). Inoltre, è anche necessario rimuovere le impurità che entrano nell'uranio nel processo di trasformazione dei minerali naturali in protossido di azoto - ossido di uranio (scaglie, segni di prognatismo, grafite, carbone, ecc.). Per purificare l'uranio dalle impurità, si può utilizzare la tecnologia di estrazione per la purificazione delle soluzioni di acido nitrico di uranio utilizzando il tributilfosfato. Gli ossidi di uranio devono essere sciolti prima dell'estrazione. Un metodo noto per dissolvere gli ossidi di uranio in una miscela di acido nitrico concentrato e acido cloridrico concentrato (uranio e suoi composti. Standard industriale dell'URSS OST 95175-90, p. 5). Tuttavia, a causa della grande corrosione dell'attrezzatura, questo metodo viene utilizzato solo su scala di laboratorio. Un metodo noto per dissolvere l'ossido di uranio in acido nitrico (VM Vdovenko. Radiochimica moderna. - M., 1969, p. 257) (prototipo). Il metodo viene eseguito secondo la seguente reazione: 2U 3 O 8 +14HNO 3 =6UO 2 (NO) 3)2+7H 2 O+NO+NO 2 . Come risultato della reazione si formano ossido di azoto e biossido di azoto, che hanno un effetto dannoso sull'ambiente e sull'uomo. A questo proposito, è necessario pulire i gas di scarico dagli ossidi di azoto. Il biossido di azoto (NO 2) è un gas marrone, l'ossido nitrico (NO) è un gas incolore. L'ossido nitrico (NO) si ossida a NO 2 a contatto con l'ossigeno atmosferico. Il biossido di azoto è il principale componente degli scarichi gassosi da trattare. Se una carica contenente più dell'80% di ossido di uranio viene sciolta, la formazione di ossidi di azoto per unità di carica aumenta rispetto alla dissoluzione di ossido di uranio contenente circa il 30% di ossido di uranio. Il processo di dissoluzione di tali materie prime è caratterizzato da un significativo rilascio di biossido di azoto. Nelle materie prime di ossido, il contenuto di uranio (IV) è del 30%: Nelle materie prime di ossido, il contenuto di uranio (IV) è dell'80%: Quando si agita il sistema di reazione, che viene utilizzato per migliorare il trasferimento di massa nel sistema, il rilascio di ossidi di azoto dalla miscela di reazione avviene in modo particolarmente rapido. Lo scopo dell'invenzione è quello di ridurre il volume dei gas (ossidi di azoto) in uscita dal reattore del solvente e da pulire prima di essere scaricati nell'atmosfera, riducendo al contempo il contenuto di biossido di azoto in essi. Il problema è risolto dal fatto che nel metodo di dissoluzione degli ossidi di uranio, compresa la loro interazione con l'acido nitrico, la polvere di ossidi di uranio viene posta sotto uno strato d'acqua con un rapporto tra l'altezza dello strato d'acqua e l'altezza del strato di ossido di uranio di almeno 1,3 e acido nitrico viene alimentato sotto lo strato di ossidi di uranio con una portata di (0,3-0,36) t HNO 3 per 1 tonnellata di uranio all'ora. La miscela di reazione viene irrigata con acqua in quantità pari al 10-20% dello strato acquoso. Esempio. La polvere di ossido di uranio viene posta sotto uno strato d'acqua. La soluzione acida viene alimentata sotto lo strato di ossidi. L'alimentazione della soluzione acida sotto lo strato di ossidi di uranio viene effettuata attraverso un tubo calato sul fondo del reattore a solvente. Condurre quattro serie di esperimenti. Nella prima serie, viene modificato il rapporto tra l'altezza dello strato d'acqua e l'altezza dello strato di ossido di uranio. Nella seconda serie di esperimenti, la portata di HNO 3 viene modificata per unità di tempo. Nella terza serie di esperimenti, la miscela di reazione viene agitata immettendovi aria compressa. Nella quarta serie di esperimenti, l'acqua viene spruzzata sulla superficie dello strato d'acqua per creare una nebbia d'acqua nel reattore del solvente. Nell'esperimento 6 della prima serie, non c'è strato d'acqua sopra lo strato di ossido di uranio. Gli esperimenti vengono eseguiti senza riscaldare la miscela di reazione. I risultati degli esperimenti sono presentati nella tabella. Quando l'acido nitrico viene fornito sotto uno strato di ossidi di uranio sott'acqua, la dissoluzione degli ossidi di uranio procede uniformemente in tutto il volume. Il biossido di azoto formatosi durante la dissoluzione degli ossidi di uranio, passando attraverso uno strato di acqua, interagisce con quest'ultimo formando acido nitrico, che a sua volta interagisce con gli ossidi di uranio; il consumo di acido nitrico (totale per esperienza) fornito al reattore solvente è ridotto. Come si può vedere dalla tabella, una diminuzione del volume dei gas in uscita dal reattore del solvente, con una diminuzione del contenuto di biossido di azoto in essi, si verifica quando il rapporto tra l'altezza dello strato d'acqua e l'altezza dell'ossido di uranio strato non è inferiore a 1,3 e la portata di acido nitrico per unità di tempo è di 0,30-0,36 t HNO 3 / t U per ora (esperimenti 3-5 della prima serie, 1, 2 della seconda serie). L'irrigazione dello spazio sopra lo strato d'acqua con acqua contribuisce all'intrappolamento aggiuntivo del biossido di azoto e alla soppressione della formazione di schiuma (esperimenti 1, 2 della quarta serie). L'assenza di uno strato acquoso sopra gli ossidi di uranio durante il processo di dissoluzione (esperimento 6 della prima serie) o la sua altezza insufficiente (il rapporto tra l'altezza dello strato d'acqua e l'altezza dello strato di ossido di uranio è inferiore a 1, 3 , esperimenti 1, 2 della prima serie) portano ad un aumento del rilascio di gas dal reattore del solvente, in questo caso il gas ha un colore marrone inerente al biossido di azoto. Un aumento del consumo di acido nitrico per unità di tempo (più di 0,36 t HNO 3 / t U all'ora) porta anche a un forte sviluppo di gas, il gas contiene una quantità significativa di biossido di azoto bruno (esperimenti 3, 4 della seconda serie ). L'agitazione della miscela di reazione con l'aria aumenta il consumo totale di acido nitrico e porta a un forte sviluppo di gas (esperimenti 1, 2 della terza serie). Il rapporto tra l'altezza dello strato d'acqua e l'altezza dello strato di polvere, pari a 1,30-1,36, è ottimale dal punto di vista dell'ottenimento di una soluzione idonea in concentrazione per il successivo funzionamento nella tecnologia dei materiali del ciclo del combustibile - estrazione .

Reclamo

1. Metodo per la dissoluzione degli ossidi di uranio, inclusa la loro interazione con l'acido nitrico, caratterizzato dal fatto che la polvere di ossidi di uranio è posta sotto uno strato di acqua con un rapporto tra l'altezza dello strato di acqua e l'altezza dello strato di ossido di uranio di almeno 1,3 e l'acido nitrico viene alimentato sotto lo strato di ossidi di uranio con una portata di (0,300,36) t HNO 3 per 1 tonnellata di uranio all'ora. 2. Metodo secondo pag.1, caratterizzato dal fatto che la miscela di reazione viene irrigata con acqua in quantità pari al 10-20% dello strato acquoso.