9.4 Металдық уранды, оның өзінің тотықтарынан өндіру

Уранның әртүрлі тотықтарының кальциймен және магниймен тотықсыздануы:

UО₂+2CaU+2CaO, ΔН°₂₉₈=-46,8 ккал

U₃O₈+8CaU+8CaO, ΔН°₃₉₈=-122,8 ккал

UO₃+3CaU+3CaO, ΔН°₂₉₈=-163,5 ккал

UO₂+2MgU+2MgO, ΔН°₂₉₈=-36,2 ккал U₃O₈+8MgU+8MgO, ΔН°₂₉₈=-107,5 ккал

UО₃+3MgU+3MgO, ΔН°₂₉₈=-146,7 ккал

теңдеулерімен сипатталады (реакциялар ΔН° 1г-атомға 0°С температурада берілген).

Барлық жағдайларда да реакция жылулары металдық уранды балқытылған күйге жеткізуге жеткілікті, бірақ өздерінің балқу температурасы жоғары болуы себебінен, кальций мен магний тотықтары қатты түрде қалады, бұл, 9.2-кестеде берілген мәліметтерден көрініп тұр.

Шлактың балқу температурасын төмендету үшін шихтаға төмен балқыма - флюстерді енгізуге тырысқан, бірақ бұл шлак мөлшерін көбейткен және олардың балқуына жылу тағы да жеткіліксіз болып қалған. Барлық уран тотықтарының арасындағы ең жақсы негізгі материал - UО₂, себебі мұны колдану барысында шлак аз мөлшерде қалады және уран ұсақ бөлшек түрінде жақсы балқиды.

9.2-кесте. Балку және қайнау температуралары

Элемент	Балқу температурасы, °С		Металдың қайнау температурасы, °С
	Металл	Тотық
UО	1130	2176	3800
Са	849	2580	1487
Mg	651	2800	1107

UО₂-нің кальциймен тотықсыздануы, кальций тотығымен құрсауланған тигельде жүзеге асырылады. Құрсауланған былайша орындалады. Тигельге үлгі орналастырады, саңылауына кальций тотығын нығыздап толтырып, 60-80°С-та кептіреді, сонан соң 900-1000°С-та кыздырады. Мұндай тигельді отқа төзімді құрыштан жасалған цилиндрлі ыдысқа салады. Уранның қос тотығын шарлы диірменде металдық кальций ұнтағымен (16÷20 арал.) немесе жоңқасымен (1-2 мм) мұқият араластырады. Кальцийді стехиометриялық мөлшерінен 30%-дық артық мөлшерде алады. Шихтаға салады, ыдыстан ауа сорылып алынады және аргонмен толтырылады. Сонан соң қыздырады, реакция бастапқыда (800°С температурада) бірқалыпты, одан кейін шихтаның барлық көлемінде өте қарқынды түрде өтеді. Температураның жоғарғы шегі 1600°С-қа жетеді. Металдық уранның көптеген ұсақ тамшылары шлакка себіліп қалады.

Тигельдегі затты екі сағат, 1200-1250°С температурада ұстайды және сонан соң салқындатады. Балқыманы ұнтақтайды және бөлме температурасында сірке қышқылының әлсіз ерітіндісімен шаймалайды.

Үстелдерде классификациялау нәтижесінде, мынадай өнімдер алады: металдық уранның ұнтағы, айналымға жіберілген шлам (уранның тотығы ⁺U-ның ұсақ бөлшектері), кальций ацетатының төгілетін ертіндісі.

9.3-кесте. Металдық кальциймен уран қос тотығын тотықсыздандырып алатын уран ұнтағынын құрамы

Элемент	Құрамы	Элемент	Құрамы	Элемент	Құрамы	Элемент	Құрамы
B	1,6·10-5	P	2·10-4	Al	8·10-3	Sn	2·10-4
Fe	4·10-3	F	1,5·10-3	Ba	5·10-6	Ca	1·10-3
Si	3·10-3	Cd	1,5·10-3	Co	2·10-4	Li	1·10-5
W	5·10-5	Mg	3·10-4	Cu	1·10-3	Cl	5·10-5
Zn	6·10-4	N	6,5·10-3	Mo	1·10-4	C	2·10-2
Ti	2·10-4	Cr	5·10-4	Ni	1·10-3	O	1·10-1

Уранның металдық бөлшегін спиртпен және эфирмен шаяды, одан кейін ваккумде кептіреді. Англия зауыттарының бірінде алынатын уран ұнтағының құрамы 9.3-кестеде келтірілген.

Магнийтермиялық әдісте шихтаны 15%-дық артық мөлшердегі магниймен даярлайды. Температура 1400°С-тан аспауын қадағалау керек, осындай жағдайда реакцияның қайтымдылығы басталады, ал Mg қысымының буы тез жоғарылайды (1107°С кезінде қайнайды). Mg-дың көмегімен UО₂ тотықсыздануының оптимальды технологиялық режимінің температурасы - 1200°С және осы температурадағы ұстамдылығы 1-2 сағат (металл тамшысының ағыны үшін).

Қалған үрдістер кальцийтермиялық және магнийтермиялык тотықсыздануға өте ұқсас. Алынған өнімнің сипаттамасы 9.4-кестеде келтірілген.

9.4-кесте. Уранның қос тотығынан кальцийтермиялық және магнийтермиялық әдіспен алынған металдық уран ұнтағына сипаттама

Уранның қос тотығы	Кальций термия	Магний термия
Ураннын орташа шығымы,%	97	95
Қоспалардың жалпы мөлшері, млн-1	1000	3000
Сонымен қатар:
N	250	100
С	200	400
Ca	15	5
Mg	5	150
Металл тығыздығы, г/см3	18,7	18,5
Бөлшектердің орташа өлшемі, мкм	7	4
Елеуіштік анализ, мас.%
+52 меш	2	0,3
-52+150 меш	1,5	1,0
-150+150 меш	0,5	1,0
-200+300 меш	1,0	0,7
-300 меш	95,0	97,0