Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 40. 1 november 1955 - Uran som reaktorbränsle, av SHl
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
15 november 1955
907
kvarts. Trioxiden reduceras till dioxid U02 med vätgas
under upphettning ca 4 h till 600°C.
Fluoreringen sker sedan med ammoniumbifluorid NH4 •
HF2 som är ett lättlösligt, icke giftigt salt med lågt
ångtryck och därför kan hanteras utan risk. Urandioxiden
blandas med överskott av finpulvriserad fluorid i träkärl.
En reaktion enligt formeln
2 U02 + 5 NH4 • HF2 —> 2 NH4 • UFS Jr 3 NH3 + 4 H20
går till slut på ca 24 h vid rumstemperatur. Man föredrar
emellertid att utföra den vid 150°C då den tar 8 h; vatten
och ammoniak avgår. Reaktionen utförs då i ett utifrån
värmt aluminiumkärl, inklätt med kalciumfluorid.
Avgående ångor går till en kondensor där sublimerad
ammoniumbifluorid tillvaratas och används på nytt. Vattnet och
ammoniaken släpps ut i en skorsten.
Dubbelfluoriden sönderdelas under bildning av
urantetra-fluorid genom upphettning i vakuum enligt formeln
NH,UFb —> UF, + NH4F
Processen utförs i ett elupphettat kärl av rostfritt stål på
vars topp en kondensor sitter. Dubbelfluoriden läggs i
ca 50 mm tjocka skikt på aluminiumplåtar, överdragna
med kalciumfluorid. De sänks ned i reaktionskärlet
insatta i en hållare. Denna har ett tak som hindrar
ammo-niumfluoridkristaller att från kondensorn falla ned på
plåtarna.
Chargens temperatur höjs först till 350°G under 8 h
varvid kvarvarande ammoniak avgår. Därefter stegras den
till 500°C under 4 h varvid ammoniumfluorid sublimerar
och chargens kvävehalt sjunker till ca 500 mg/kg. Man
släpper in väte till ca 600 torr tryck för att hindra
bildning av U02F2, och temperaturen hålls vid 500°C i 4 h
varvid ytterligare NH4F sublimerar och chargens
kvävehalt sjunker till 5 mg/kg.
Den avdrivna ammoniumfluoriden kan lätt lossas från
kondensorn och överförs till bifluorid genom
omkristalli-sering ur vatten. Urantetrafluoriden erhålls i form av fint
pulver som inte klumpar sig och inte fastnar på plåtarna.
Den reduceras med metalliskt kalcium. Reaktionen
UF, + 2 Ca —> U + CaF2
är starkt exoterm, och det alstrade värmet räcker till för
smältning av metall och slagg vid upp till 1 800°C.
Reaktionskärlet är cylindriskt 0,6 m i diameter och ca 1 m
högt. Det har tättslutande lock och består av en mantel
av mjukt stål och inuti denna en degel av sintrad
kalciumfluorid. Mellan mantel och degel finns ett
nikrom-element för torkning av den senare.
Först sätts reaktionskärlet under vakuum (1 torr) och
torkas vid 200°C i 24 h. Därefter fyller man i chargen som
är en blandning av urantetrafluorid och 15 °/o överskott
på kalciumspån. Chargen, som väger ca 30 kg, tänds med
ett magnesiumband eller med en låga. Kärlet är öppet
tills reaktionen gått till slut. Då sätts locket på varefter
kärlet evakueras och fylls med argon. Utestängande av luft
och fuktighet underlättar separeringen av metall och slagg
samt ger ett ämne med bättre yta. Degeln kan bara
användas en gång.
Utbytet av metall blir över 98,5 %>, och uranets renhet är
fullt tillfredsställande. Det erhållna ämnet vakuumsmälts
i aluminiumdegel för avlägsnande av lösta gaser och gjuts
i grafitformar. Dessa göt bearbetas till rundstavar 25 mm
i diameter och upp till 1 m långa.
Enligt en först 1955 publicerad amerikansk metod15, som
utarbetades redan 1942, framställs uranmetall genom
reduktion av urantetrafluorid med magnesium. Reaktanterna
blandas och placeras i ett reaktionskärl som sedan sätts
in i en ugn och upphettas så att reaktionen kommer i
gång. Som resultat får man en stor bit (ca 60 kg)
kompakt uranmetall. Denna smälts och gjuts i grafitformar
i vakuum. Man kan också gjuta direkt från
reaktionskärlet.
Metallografi och bearbetning
Uran kan anta tre kristallformer5’8. Stabilt vid
rumstemperatur är a-uran, som har rombiskt kristallgitter och är
anisotropt, dvs. har olika egenskaper i olika riktningar.
Vid 660°C omvandlas ct-formen till /?-uran, som också har
en komplicerad kristallform liknande o-fasens i
järn-kromlegeringar. Vid 770°C övergår ß-fa.sen till y-uran som
har rymdcentrerat kubiskt gitter.
De tre kristallformerna har mycket olika deformerbarhet.
Vid rumstemperatur har a-uran ganska liten seghet, men
denna blir avsevärd vid 300°C; /?-uran är betydligt mindre
duktilt. Mjukast är y-uran som är mjukare än t.o.m.
mycket rent bly vid rumstemperatur.
Uran blir anlöpt i luft vid rumstemperatur och oxideras
snabbt vid temperaturer över 200°C. Då inandning av
uranhaltigt damm är livsfarlig och metallen är dyrbar, är
det oftast nödvändigt att skydda den mot oxidation vid
varmbearbetning. Metallen kan bearbetas till nästan vilken
form som helst. Massiva profiler och rör har framställts
genom strängpressning; rör med liten diameter och tråd
har erhållits genom kalldragning. Vanliga metoder för
valsning och smidning kan tillämpas.
Den bearbetningsmetod, som bör användas i varje
särskilt fall, beror inte bara på den storlek och form som
man önskar ge arbetsstycket. Av ännu större vikt är att
metallens egenskaper kan förändras avsevärt vid
bearbetningen, t.ex. kristallkornens storlek och orientering. Den
senare är av betydelse på grund av den vid
rumstemperatur stabila a-fasens anisotropism. Dess
längdutvidgnings-koefficient parallellt med kristallaxlarna a, b, c är vid
25—125°C 21,7 10"6, — 1,5-10"8 och 23,2 • 10"6 resp., och
vid olämplig struktur kan därför den ojämna utvidgningen
orsaka sprickor.
Urans för närvarande enda större tekniska användning
är som reaktorbränsle. På grund av metallens
fasomvandlingar kan den inte användas vid temperaturer över
660°C trots att dess smältpunkt är 1 130°C. Kunde man
stabilisera y-fasen vid rumstemperatur, skulle denna
begränsning undanröjas. Dessutom är y-uran isotropt och
lättast bearbetbart av de tre formerna. Man lär ha
framställt legeringar med 17—31 °/o molybden i vilka y-fasen
är stabil vid rumstemperatur. Dessa legeringar kan
emellertid inte användas som reaktorbränsle. SHl
Litteratur
1. De Ment, J & Dake, H C: Rarer metals. London 1949.
2. Glasstone, S: Sourcebook ön atomic energy. London 1950.
3. Hayward, C R: An outline of metallurgical practice, 3:e uppl.
New York 1952.
4. Johnson, W H: New metals for nuclear technology. Chem. &
Engng News 32 (1954) s. 1882.
5. Controlling dust in uranium plants. Chem. & Engng News 32
(1954) s. 1932.
6. Van Impe, J: Uranium and fabrication. Chem. Engng Progr. 50
(1954) s. 230.
7. Kiessling, R: Materialproblem kring atomreaktorn. Kosmos 32
(1954) s. 166.
8. Slimes floc with storch. Chem. & Engng News 32 (1954) s. 3953.
9. Brynielsson, H: Atomkraften i framtidens energiförsörjning.
Tekn. T. 84 (1954) s. 449. Vad sker i vårt atombolag? Industria 51
(1955) febr. s. 34.
10. Jay, K E B: Britain’s atomic factories. London 1954.
11. Forward, F A & Halpern, J: Acid pressure leaching of
uranium ores. J. Met. 7 (1955) s. 463.
12. Philippone, R L: Making uranium. at Monticetlo. Chem. Engng
Progr. 51 (1955) s. 261.
13. Long, R S, Ellis, D A & Bailes, R H: Recovery of uranium
from phosphates by solvent extraction. Atomkraftkonf. Genève 1955.
14. Marvin, G G: Recovery of uranium from its ores.
Atomkraftkonf. Genève 1955.
15. Wilhelm, H A: The preparation of uranium metal by the
re-duction of uraniumtetrafluorid with magnesium. Atomkraftkonf.
Genève 1955.
16. Hassialis, M D & Musa, R C: Some unusual problems met in
the recovery of uranium from very löw grade ore. Atomkraftkonf.
Genève 1955.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
