全回流系统中六氟化铀精馏纯化技术研究.doc

全回流系统中六氟化铀精馏纯化技术研究 　　　　　　　　　　　　　　高兴星张慧中蒙金红 （兰州市５０８信箱１分箱７３２８５０） 摘要：在建立ＵＦ６单塔全回流精馏纯化系统的基础上，通过ＭｏＦ６，　ＴｉＦ４在ＵＦ６中 的溶解性能研究，配制了符合实际情况的精馏用原料；以ＭｏＦ６，　ＴｉＦ４作为ＵＦ６中杂质 组分代表，实现了全回流系统平衡状态下的稳定运行；平衡状态下精馏塔塔底ＵＦ６中 Ｍｏ含量为（（１．１一１．４）　ｕ　ｇ／ｇ?Ｕ，　ＭｏＦ６在塔顶的富集系数可达到５１１；简单蒸馏实现 了ＵＦ６中ＴｉＦ；的有效去除，ＵＦ６中Ｔｉ含量降低至。．５１１眺?Ｕ以下。 关键词：六氟化铀精馏全回流六氟化铝四氟化钦 引台‘：二十世纪９０年代，为解决六氟化铀产品中部分杂质超标的问题，四Ｏ四厂 和天津大学合作开展了ＵＦ６精馏纯化技术研究工作，在天津大学建立了ＵＦ６单塔全回流 实验装置。在借鉴美国阿贡实验室的ＵＦ６精馏系统的设计思路的基础上，结合我国六氟 化铀产品的实际状况，选择了ＭｏＦ６，　ＴｉＦＡ为六氟化铀产品中待分离的杂质组分，于１９９５ 年底实现了ＭｏＦ６在塔顶的富集。但由于模拟料液配制不当，ＴｉＦ４在全回流装置中分布 异常，未能达到分离目的。后因安全性问题，该装置于１９％年拆迁至四Ｏ四厂，以便 进一步开展研究工作。 　　　　２００２年，在改进、完善的基础上，四Ｏ四厂基于ＭｏＦ６纯化的要求，建立了完整 的ＵＦ６的单塔全回流精馏纯化实验研究系统，实现了平衡状态下的稳定操作。其研究结 果表明：该系统实现稳态操作的时间为３６ｈ，塔底ＵＦ６中Ｍ。含量可降至１．１１１吮?Ｕ＞ 塔顶中的Ｍｏ含量可达到６５３．０１１　ｇ／ｇ　＂　Ｕ，最大富集系数为５１１；通过简单蒸馏处理，进 入精馏塔的ＵＦ６中的Ｔｉ含量可从（４．０２２５．０）　ａ　ｇ／ｇ　＂　Ｕ降至０．５１１　ｇ／ｇ　＂　Ｕ以下。 １　　ＵＦ６精馏纯化原理 　　　　ＵＦ６精馏纯化的基本原理为：在一定的温度、压力条件下，利用ＵＦ６，　ＭｏＦ６，　ＴｉＦ４ 打发度的差异，在精馏塔中通过连续气化和冷凝，完成气、液两相传质、传热，直至系 统达到平衡，实现易挥发的ＭｏＦ６在精馏塔塔顶得到富集，难挥发的ＴｉＦ；在再沸器中得 到富集。 　　　　３３７Ｋ－５０３Ｋ之间，液态ＵＦ６饱和蒸汽压为： ｌｏｇ尸＝一 ２０６５．６７９ 　　　　Ｔ ＋１８．６０００３３一３．７２６６２　ｌｏｇ　Ｔ 式中： Ｐ：　ＵＦ６液态饱和蒸汽压，ｍｍＨｇ； Ｔ：温度，Ｋｏ ３１３Ｋ－３７０．４Ｋ之间，液态ＭＯＦ６的饱和蒸汽压为： ｌｏｇ尸＝一三竺竺＋７．７７ ．．．．．．．．．．．．．．．．?……（２） 式中： Ｐ：　ＭｏＦ６液态饱和蒸汽压，ｍｍＨｇ； Ｔ：温度，Ｋｅ 在全回流条件下为了实现ＵＦ６和ＭｏＦ６的分离，所需要的最少的理论塔板数计算如 Ｎ，，　＋　１二 Ｉｇ　ａ，憠 ……（３） 式中， Ｎ．ｉ，，：最少理论塔板数； ＸＤ：塔顶馏出液中ＭｏＦ６的摩尔分率； Ｘｗ．：再沸器中ＭｏＦ６的摩尔分率。 。。１：全塔相对挥发度 有关研究结果表明，ＵＦ６和ＭｏＦ６溶液符合拉乌尔定律，而由式１，式２ ＇Ｃ　Ｒ￥　ＭｏＦ６的饱和蒸汽压为５．７９Ｘ　ＩＯＳＰａ，　ＵＦ６的饱和蒸汽压为３．０５　Ｘ　１０５Ｐａａ ＇Ｃ　Ａ寸，ＭｏＦ６与ＵＦ６的相对挥发度ａ　ｍ为１．８９． 可知，９０ 因此，９０ 山式３可知，如控制全回流系统中塔顶的Ｍ。含量为３００　ｐ　ｇ／ｇ　＂　Ｕ　（ＭｏＦ６的摩尔分 数为７．４４　Ｘ　１０－＇）、再沸器中Ｍｏ含量为１．４　ｕ　ｇ／ｇ?Ｕ　（ＭｏＦ６的摩尔分数为 从１几分离ＭｏＦ６计算Ｎ憠，ｉ憠为７．４３；如控制全回流系统中塔顶的Ｍ。含量为 ３．４７ｘ　１０－＇）， ０．０３（摩尔分 数）、再沸器中Ｍｏ含量为１．０ｘ　１０－６（摩尔分数），基于分离ＭｏＦ６计算Ｎｍｉ。为１５．２３． 　　　　　　在１７４０Ｃ和２２７　０Ｃ时，ＴｉＦ；的饱和蒸汽压分别为Ｉ　ＯｍｍＨｇ和Ｉ　ＯＯｍｍＨｇ，且ＴｉＦ４ 八：ＯＦ。中的溶解度很低，因此可利用ＴｉＦ‘难于挥发的性质，通过简单蒸馏使之富集于蒸 馏塔残液中。 ２　　ＵＦ６全回流精馏纯化流程概述 　　　　ＵＦ６全回流精馏纯化工艺流程见图ｌａ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　图１　　ＵＦ６全回流精馏纯化工艺流程示意图 　　　　如图１，再沸器中的ＵＦ６经充分升温液化后，ＵＦ６蒸汽沿精馏塔上升至塔顶冷凝器 ‘｝“冷凝为液体六氟化铀，冷凝下来的液体沿回流管流回精馏塔中。利用ＵＦ６－ＭｏＦ６， ＵＦ６－ＴｉＦ４相对挥发度不同，在塔内完成上升蒸汽和下降液体汽、液两相之间的传质、 传热过程，从而实现易挥发组分在塔顶馏份中的富集，难挥发组分在塔底再沸器液相中 幸衬集。 　　　　在该全回流精馏系统中，再沸器采用外热式加热