ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Термодинамика процесса карботермического восстановления урана из оксидного уранового сырья из "Плазменные и высокочастотные процессы получения и обработки материалов в ядерном топливном цикле - настоящее и будущее" Согласно диаграмме состояния системы U- уран образует с углеродом три химически стабильных соединения — U , U2 3, U 2 (рис. 6.1). Монокарбид и С устойчив от низких температур до температуры плавления U2 3 устойчив до температуры 1173 °С, при которой разлагается без плавления U 2 устойчив от 1500 °С до температура плавления. При температуре 1300 °С и выше обнаружена заметная растворимость урана в монокарбиде урана. Таким образом, сплавы, соответствующие участку диаграммы между U и U , являются двухфазными. Растворимость углерода в твердом уране мала ( 0,002 %) 2] при эвтектической температуре 1116,6°С, по при переходе в жидкую фазу с повышением температуры быстро возрастает. Па участке между фазами U и /5-U 2 выше 2100 °С и вплоть до линии солидуса расположена область твердых растворов. [c.283] Зависимость констант равновесия реакции (6.3) от температуры находится ниже такой же зависимости для реакции (6.1) это означает, что при карботермическом восстановлении урана из оксидов в первую очередь будет образовываться карбид урана, поскольку для получения металлического урана по реакции (6.4) необходимо иметь очень низкое давление монооксида углерода. Из вышеперечисленных реакций наиболее легко протекает реакция (6.3), которая приводит к образованию ПС, и только при более высокой температуре начинаются реакции (6.1) и (6.2), причем для протекания реакции (6.4) нужна более высокая температура, чем для реакции (6.1). [c.285] При нагревании смеси 110 2 и С монооксид углерода начинает выделяться при 1300 °С скорость газовыделения резко снижается, когда реакция пройдет на 65%. Па этой стадии продукты состоят исключительно из иС и ПОг. Последуюгцее взаимодействие протекает при более высокой температуре по реакции (6.4). [c.285] Анализ равновесия в системе и-О-С проводился с помогцью программы Астра и с помош ью разработанного в РПЦ Курчатовский институт программного комплекса Химический Верстак , который представляет собой специализированную компьютерную программу для моделирования, проектирования и оптимизации широкого спектра процессов, реакторов и технологий. Комплекс Химический Верстак включает в себя широкий набор моделей технологических процессов, исчерпывающие базы данных и использует достоверные и проверенные методы решений. В частности, обширная встроенная база данных по свойствам веществ и химических реакций дала возможность провести детальный расчет равновесия системы. Для этой цели использовалась модель Металлургический Реактор , которая позволяет делать расчет равновесия в системах, характеризующихся многочисленными фазовыми переходами и широкой вариацией давления, с учетом образования пеидеальных сплавов и растворов. [c.285] При давлении 0,01 МПа происходит довольно заметный сдвиг максимумов содержаний монокарбида урана, конденсированного и газообразного урана в сторону более высоких температур 11С — при Т 2400 К, конденсированный уран — при 3000 К, газообразный уран — при 4000°С (рис. 6.3). При еще более высоком давлении (0,1 МПа) максимумы содержаний иС, II (конд.) и II (газ) находятся при 2700 К, 3250 К и 4550 К соответственно (рис. 6.4). [c.286] Содержания всех остальных потенциально возможных продуктов (изСз, иСз, оксидные и оксикарбидные соединения и т.д.) выше 2000 К пренебрежимо малы. [c.286] Из результатов термодинамического анализа следует, что теоретически возможно получить при карботермическом восстановлении урана из оксидного сырья чистый по углероду уран в равновесных условиях, если перевести последний полностью в газовую фазу. Согласно данным, приведенным на рисунках 6.2-6.4, при давлении 0,001 МПа для этого необходима температура 3500 К, при Р — 0,01 МПа — 4000 К, при Р = 0,1 МПа 4500 К. Подобные температуры достижимы с помощью плазменного нагрева. При использовании такого технологического маршрута восстановления урана из оксидного сырья необходимо быстро сконденсировать восстановленный уран из газовой фазы, как это производится, например, при электроннолучевом переплаве чернового урана. При этом, если маршрут хорошо оформлен аппаратурно, происходит очистка урана от сравнительно слаболетучих примесей, содержащихся в исходном оксидном урановом сырье, однако вероятна частичная рекомбинация урана и остаточного кислорода, что также приведет к необходимости проведения аффинажной операции. [c.287] Ниже рассмотрены результаты лабораторных и крупномасштабных экспериментов, направленных па карботермическое восстановление урана из оксидного сырья. [c.288] Вернуться к основной статье