خصائص رباعي فلوريد اليورانيوم واستخداماته

إن رباعي فلوريد اليورانيوم (UF4) هو مركب غير عضوي صلب بلوري أخضر من اليورانيوم مع ضغط بخار ضئيل وقابلية ذوبان طفيفة جدًا في الماء، اليورانيوم في حالته الرباعية التكافؤ (اليورانيوم) مهم جدا في العمليات التكنولوجية المختلفة، يُعرف في صناعة تكرير اليورانيوم باسم “الملح الأخضر”.

خصائص رباعي فلوريد اليورانيوم

• غالبًا ما يُطلق على رباعي فلوريد اليورانيوم (UF4) اسم الملح الأخضر بسبب لونه المميز، وهو بشكل عام وسيط في تحويل سادس فلوريد اليورانيوم إما إلى أكسيد اليورانيوم (U3O8 أو UO2) أو معدن اليورانيوم، لأنه يمكن تحويله بسهولة إلى أي من هذه الأشكال، رباعي فلوريد اليورانيوم هو مادة صلبة تتكون من جزيئات متكتلة ذات ملمس مشابه لصودا الخبز.

• رباعي فلوريد اليورانيوم غير متطاير وغير مائي، ولكنه قابل للذوبان في الماء بشكل طفيف فقط، بعد التعرض للماء فإنه يتحلل ببطء ويخضع للتحلل المائي، مكونًا العديد من مركبات اليورانيوم المحتملة وفلوريد الهيدروجين (HF)، يمكن أن يكون وقت التحلل المائي كبيرًا، على الرغم من عدم ثباته مثل أكاسيد اليورانيوم فقد أشارت العديد من الدراسات الحديثة إلى أن سادس فلوريد اليورانيوم قد يكون مناسبًا للتخلص منه.

• رباعي فلوريد اليورانيوم (UF4) هو مادة صلبة بلورية خضراء تذوب عند حوالي 1760 درجة فهرنهايت (960 درجة مئوية) ولها ضغط بخار ضئيل، قليل الذوبان في الماء، وهو بشكل عام وسيط في تحويل سادس فلوريد اليورانيوم إلى أكسيد اليورانيوم (U3O8 أو UO2) أو معدن اليورانيوم، يتكون من تفاعل سادس فلوريد اليورانيوم مع غاز الهيدروجين في مفاعل أنبوبي عمودي أو بفعل عمل فلوريد الهيدروجين (HF) على ثاني أكسيد اليورانيوم.

• يتفاعل رباعي فلوريد اليورانيوم ببطء مع الرطوبة عند درجة الحرارة المحيطة، مكونًا ثاني أكسيد اليورانيوم و (HF)، وهما مادة أكالة للغاية، ومثل جميع أملاح اليورانيوم يعتبر رباعي فلوريد اليورانيوم سامًا وضارًا من خلال الاستنشاق والابتلاع ومن خلال ملامسة الجلد، لكونه مشعًا فقد يتسبب أيضًا في الإصابة بالسرطان، ربما من خلال التعرض لغاز الرادون الناتج عن تحلل وبناته.

استخدامات رباعي فلوريد اليورانيوم

• يعتبر رباعي فلوريد اليورانيوم بشكل عام وسيطًا في تحويل سادس فلوريد اليورانيوم (UF6) إما إلى أكاسيد اليورانيوم (U3O8 أو UO2) أو معدن اليورانيوم، ىيتكون من تفاعل سادس فلوريد اليورانيوم مع غاز الهيدروجين في مفاعل أنبوبي عمودي أو بفعل عمل فلوريد الهيدروجين (HF) على ثاني أكسيد اليورانيوم.

• إن تصميم مفاعل الملح المصهور، وهو نوع من المفاعلات النووية حيث يكون سائل العمل عبارة عن ملح مصهور، يتم استخدام رابع فلوريد اليورانيوم كمادة أساسية، يعود اختيار رباعي فلوريد اليورانيوم بشكل عام على الأملاح الأخرى إلى فائدة العناصر بدون فصل النظائر، واقتصاد نيوتروني أفضل وكفاءة معتدلة، وضغط بخار أقل واستقرار كيميائي أفضل.

• إن مركب رباعي فلوريد اليورانيوم هو أكثر المواد النووية استعمالا من أجل تحضير اليورانيوم المعدني من خلال عملية الاختزال مع (Ca) أو (Mg)، (U) المعدني مادة خام لتصنيع اليورانيوم السيليسيد (U3Si2)، وهو أنسب مركبات اليورانيوم لاستخدامه كوقود نووي لمفاعلات البحث، على النقيض من ذلك، فإن كربونات يورانيل الأمونيوم عبارة عن مركب يورانيوم تقليدي يستخدم لتصنيع وقود ثاني أكسيد اليورانيوم لمفاعلات الطاقة النووية.

• أو وقود تشتت (U3O8-Al) لمفاعلات الأبحاث النووية، يصف هذا العمل إجراءً لاستعادة اليورانيوم وفلوريد الأمونيوم (NH4F) من بقايا سائلة تتولد أثناء روتين إنتاج كربونات يورانيل الأمونيوم وتنتهي برباعي فلوريد اليورانيوم كمنتج نهائي، تتكون المادة المتبقية من محلول يحتوي على تركيزات عالية من الأمونيوم (NH4 +) والفلوريد (F−) والكربونات (CO32−)، وتحتوي على تركيزات كبيرة من اليورانيوم مثل (UO2 +2).

• من هذه البقايا يتكون الإجراء المقترح من ترسيب فلورورات بيروكسيد الأمونيوم (APOFU) و (NH4F)، أثناء استعادة الجزء الأكبر من اليورانيوم، علاوة على ذلك فإنه يتركز المحلول المتبقي بالتسخين، ويتم ترسيب ثنائي فلوريد الأمونيوم (NH4HF2)، وكخطوة أخيرة فإنه يضاف (NH4HF2) إلى ثاني أكسيد اليورانيوم، مما يؤدي إلى الفلورة والتحلل، مما يؤدي إلى إنتاج سادس فلوريد اليورانيوم بخصائص مناسبة لتصنيع اليورانيوم المعدني.

• تمت دراسة فلورة رباعي فلوريد اليورانيوم بواسطة ثلاثي فلوريد النيتروجين (NF3) عند درجات حرارة مختلفة باستخدام التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FTIR)، أشارت النتائج إلى أن الفلورة بين (NF3 و UF4) حدثت فقط عندما كانت درجة الحرارة أعلى من 723 كلفن، وكان لدرجة الحرارة تأثير معنوي على متوسط ​​معدل التفاعل ومعدل استخدام (NF3).

• أشار تحليل طيف (FTIR) المضمن والحساب الديناميكي الحراري إلى أن رباعي فلوريد اليورانيوم تم تحويله إلى سادس فلوريد اليورانيوم بآلية التفاعل التالية: (2 / 3NF3 (g) + UF4 (s) = UF6 (g) + 1 / 3N2 (g))، زاد معدل تحويل رباعي فلوريد اليورانيوم إلى سادس فلوريد اليورانيوم من 1.53 إلى 2.68 جرامًا في الساعة.

• كما وزاد معدل استخدام (NF3) من 10.5٪ إلى 22.5٪ عندما زادت درجة حرارة التفاعل من 723 كلفن إلى 873 كلفن، كما وزاد معدل ثابت المعدل المحسوب من 1.6 × 10 −2 إلى 3.1 × 10−2 دقيقة − 1 في النطاق من 723 كلفن إلى 873 كلفن، وكانت طاقة التنشيط للتفاعل 22.56 كج / مول.