四氟化鈾

中文別稱：氟化鈾（IV），綠鹽

英文名稱：Uranium(IV) fluoride，Uranium tetrafluoride

摩爾質量：314.02 g/mol

晶體結構：單斜

結構模型

翠綠色的粉末。熔點1036℃。密度(25℃)6.70g/cm。化學性質，在空氣中穩定，氧氣中加熱至800℃時轉變為六氟化鈾UF和UOF。不溶於水，溶於酸和鹼。氨-過氧化氫混合物劇烈反應生成可溶性過氧鈾酸鹽。

四氟化鈾的工業製備有干法和濕法兩條途徑。

通過鈣(鎂)金屬熱還原法生產金屬鈾：

UF + 2Ca =高溫= U + 2CaF；

UF + 2Mg =高溫= U + 2MgF。

通過氟氣氟化生產六氟化鈾：

UF + F =250℃= UF；

通過氧化法生產六氟化鈾：

2UF + O =800℃= UF + UOF。

四氟化鈾的工業製備有干法和濕法兩條途徑。

由二氧化鈾與氟化氫作用而成。

UO2 + 4HF == UF4 + 2HO

由氟氫化銨和二氧化鈾作用而成。

2UO+ 5NHF·HF =150℃= 2UF·NHF + 3NH↑+ 4HO↑

UF·NHF4 =50℃= UF+ NHF

四氟化鈾製取(preparation of uranium te- trafluoride)從鈾礦石或鈾化合物生產四氟化鈾的過程。

濕法是用礦石浸出液經溶劑萃取、還原、氫氟化和脫水的製取過程。產品需要經過脫水乾燥后才能成為無水四氟化鈾。

濕法礦石經硫酸浸出，萃取，所得負載鈾有機相用鹽酸洗滌，使硫酸鈾醯轉化為氯化鈾醯。再反萃取。反萃取液電解。加入過量氟化氫，產出四氟化鈾。將所得的UF4經水洗、乾燥，最後加熱脫水，得產品UF。產品含H2O<0.1%、UO約1%、UOF約0.3%，松裝密度2000～2300kg/m，適用於生產六氟化鈾。

六氟化鈾轉化在工業上採用氫還原法，將經同位素分離具有不同U丰度的UF轉化為UF，反應為：

H(g)+UF(g)→UF(s)+2HF(g)反應的 ΔG298K為一288.3kJ/molU。

U丰度低的UF，採用熱壁反應器工藝進行還原。即將反應器頂部區預熱至923K，然後將預熱至450K的UF和裂解NH通入器頂。在反應過程中，反應器其餘部分的溫度維持在811K。反應產物UF落入反應器底部，用螺旋輸送器排出。

U丰度高的UF，採用冷壁反應器工藝進行還原。即將反應器的器壁預熱至422～477K，然後將UF、氫以及少量元素氟通入反應器內，利用元素氟與氫反應放出的熱，達到還原反應所需的溫度。還原反應產物UF落入反應器底部，用螺旋輸送器排出。

HF氣體與UO反應為：UO(s)+4HF(g)⇔UF(s)+2HO(g)

UO的氫氟化反應為可逆反應。在298K溫度下1mol鈾反應的吉布斯自由能變化ΔG為-130.5kJ，在873K溫度下為一29.3kJ。影響UO氫氟化反應速度的主要因素有溫度、UO2的物理特性及HF的用量。用硝酸鈾醯經脫硝、氫還原所得的二氧化鈾(見二氧化鈾製取)進行氫氟化時，在723K溫度下的反應轉化率只有70%，在823K溫度下達85%，而在873K溫度下達到90%。而用鈾酸銨鹽經低溫煅燒、氫還原製取的UO為原料進行氫氟化時，在723K溫度下的反應轉化率就達到100%，但再提高溫度轉化率反而下降。

要嚴格控制氫氟化的溫度，以防止物料燒結，影響轉化率。採用迴轉爐進行氫氟化時，宜採用以下溫度制度：UO2進口端溫度563～613K；UF出口端溫度813～863K。採用三段流態化爐時，第一段溫度為673K，第二段溫度為773K，第三段溫度為873K。

氟化氫用量取決於所採用的設備，如採用移動床，氟化氫要過量50%～100%；採用流態化床則要過量20%～50%；而採用L型聯合爐，氟化氫利用率高達98%。

UO2的氫氟化設備有固定床、移動床和流態化床三種類型。移動床有擋板式迴轉爐和螺旋推進式迴轉爐之分。流態化床有圓柱床、圓錐床及攪拌流化床等爐型。L型聯合爐的水平段爐為迴轉爐。氫氟化爐管材料採用因康鎳合金或蒙乃爾合金。

產品四氟化鈾純度為核純級，含UF 97%～98%、UOF 1%～2.5%、UO 0.6%～2%、H2O<0.1%，松裝密度3000kg/m，適合用作生產金屬鈾和六氟化鈾原料。