内容简介

本书全面地叙述了由主要铀盐制备铀氧化物、四氟化铀和六氟化铀以及六氟化铀转化的物理化学原理、

工艺过程和设备，并以一定篇幅综述了与气固反应有关的基础知识。

本书可作为高等院校核化工专业的教材，亦可供从事核燃料生产、科研和设计的工程技术人员参考。

本书由黄怀安主审，经核工业总公司教育培训部放射化学与核化工教材委员会核化工课程组于1990年

7月由李洲主持召开的审稿会审定，同意作为高等教育试用教材。

目录

第一章 绪论

一 核燃料

二 核反应堆

三 核燃料循环

四 铀转化的主要过程

五 铀转化过程的工艺特点

参考文献

第二章 固相转化反应基础知识

第一节 概 述

第二节 固体表面化学的基础知识

一 固体的结构

二 固体的表面

三 气体在固体表面上的吸附

四 粉体颗粒的粘附和烧结

五 粉体的表面及其有关属性

六 粉体的活性

七 盐的热分解

第三节 非催化型气固反应动力学

一 概 述

二 气固反应动力学方程式

参考文献

第三章 铀的氧化物与氟化物化学

第一节 铀氧化物

一 铀氧系相图

二 二氧化铀的性质

三 八氧化三铀

四 三氧化铀及其水合物

第二节 铀氟化物

一 铀卤化物

二 四氟化铀

三 铀的中间氟化物

四 六氟化铀

五 氟化铀酰

六 铀在溶液中的氧化态及其稳定性

参考文献

第四章 铀氧化物的生产

第一节 铀盐及其分解过程化学

一 硝酸铀酰（UNH）及其分解化学

二 重铀酸铵（ADU）及其热分解的化学原理

三 三碳酸铀酰铵（AUC）分解还原的化学原理

第二节 由铀酰盐生产三氧化铀

一 生产方法简介

二 由UNH脱硝制备UO3

第三节 由高价铀氧化物制备二氧化铀

一 还原反应热力学

二 还原反应动力学

三 流化床脱硝UO3的水化处理

四 从三氧化铀水合物制备UO3

第四节 UO2的活化与生产

一 UO2氧化－还原的活化作用

二 UO2的生产工艺及设备

参考文献

第五章 四氟化铀的湿法生产

第一节 概 述

第二节 料液的制备

一 两种介质的选择

二 水溶液中六价铀的还原

三 用UO2和铀冶金返料制备料液

第三节 自四价铀溶液中沉淀四氟化铀

一 沉淀生成原理

二 四氟化铀水合晶体的生成及特性

三 四氟化铀沉淀的工艺条件

第四节 四氟化铀水合晶体的干燥及煅烧

第五节 湿法生产四氟化铀的工业应用实例

一 以UO3为原料湿法生产UF4

二 以UO2为原料湿法生产UF4

三 日本的直接“动燃法”（PNC法）

四 法国的SIMO法

参考文献

第六章 干法生产四氟化铀

第一节 概 述

第二节 UO2氢氟化反应的热力学和动力学

一 UO2氢氟化反应热力学

二 UO2氢氟化反应动力学

第三节 连续逆流氢氟化反应器及工艺参数的分析和估算

一 估算的依据

二 四种情况的分述与估算

三 问题讨论

第四节 UO2氢氟化过程中颗粒结构的变化

第五节 UO2氢氟化过程和设备

一 概 述

二 搅拌床氢氟化反应器

三 流化床氢氟化反应器

四 移动床反应器

五 三种氢氟化反应器的比较

第六节 提高HF利用率的建议

第七节 由高价铀氧化物直接制取UF4

第八节 产品质量

参考文献

第七章 六氟化铀的生产

第一节 六氟化铀制备方法概述

第二节 四氟化铀与氟气反应的物理化学

一 UF4与F2反应的热力学

二 UF4与F2反应的动力学

第三节 生产UF6的过程和设备

一 六氟化铀的生产方法

二 生产流程

三 UF4氟化反应器

四 氟气回收系统

五 六氟化铀产品的收集

六 尾气处理

七 六氟化铀的纯化

第四节 直接转化铀氧化物为UF6

第五节 由再循环铀生产UF6

一 再循环铀的特点

二 再循环铀的转化

三 应用实例

参考文献

第八章 六氟化铀转化加工

第一节 概 述

一 铀同位素分离技术

二 操作浓缩铀的安全考虑

三 UO2芯块性能及其制备工艺概况

四 UF6转化方法

第二节 六氟化铀湿法转化

一 湿法沉淀的基本化学过程

二 ADU法制备二氧化铀粉末

三 AUC法制备二氧化铀粉末

第三节 六氟化铀干法转化为四氟化铀

一 氢气还原法

二 四氯化碳还原法

三 氨还原法

第四节 四氟化铀水解过程

一 UF4水解制备UO2

二 四氟化铀水解回收氢氟酸

第五节 六氟化铀经氟化铀酰制备二氧化铀

一 六氟化铀水解制备二氧化铀

二 UF6气相水解

三 氟化铀酰水解－还原过程

第六节 火焰法直接转化六氟化铀为二氧化铀

参考文献

一般情况下，当1和KpA两项都不能忽略时，表示等温线处于上述两个极端情况的过渡状

态。由此可见式（12.1）描述了一个完整的I型等温线。

兰格谬尔理论模型所描述的虽是一个高度的理想表面，但在多相反应动力学中它仍然具

有很大的实用价值。已发现不少真实固体表面上的化学吸附和物理吸附都能令人满意地遵循

这一理论。实验数据与之产生的偏离，多半归因于表面能量分布的不均匀性，以及邻近被吸附

分子之间的相互作用。因此，吸附等温方程中的K和Xm并非常数，这在很大程度上取决于吸

附表面的特性。即使如此，兰氏理论仍不失为吸附理论中的基础，以后许多重要的发展，大都属

于对其修正而已。下面讨论的多分子层吸附理论即为一例。

鉴于兰格谬尔等温式仅适用于第I种类型等温线，因而，于1938年布鲁纳乌埃尔

（Brunauer）、埃米特（Emmett）和泰勒（Teller）等人将兰格谬尔理论扩展为多分子层吸附理论，

极为成功地解释了Ⅱ型等温线的吸附特征，并提供了一个测定多孔固体单分子层吸附容量的

简单方法。

BET方程及其修正式，不同程度地定量地表述了全部五种类型等温线。从这一方面看，

BET理论是吸附理论上的相当大的进展。

BET方程式最重要的应用是，在测定多孔固体和粉末的比表面积方面，提供了一个简单，

有效、标准的方法。而比表面值是固体结构重要特性之一，是许多科学和工业部门所需要的。

进行BET实验时，通常采用氮气为吸附质。将待测样品置于液氮的温度下进行吸附量测

定。但当样品的比表面积为1m2/g以下时，结果误差较大。这是由于在液氮温度下氮的饱和蒸

气压p0约为117kPa，达到吸附平衡时，氮的压强约在几至几十千帕，吸附后残留的氮气体积仍

然太大。因此，测定比表面积小的样品时，就会导致吸附后残留氮气体积的测定误差掩盖了样

品的吸附量，使结果不可靠。如果以氪］气代替氮气作为吸附质，可以较为准确地测定比表面积

小至0.02m2/g的样品。因为氪气在液氮温度下，饱和蒸气压可低至0.4kPa。达到吸附平衡时的

压强仅为0.02～0.12kPa。从而消除了产生测量误差的根源。一般固体铀化合物的比表面积都

较小，故宜于采用氪气作为吸附质。

2.化学吸附

化学吸附的本质是固体表面分子（或原子）与被吸附分子之间化学键的结合，这涉及到电

子的交换和共有。因此，一般情况下，化学吸附的相互作用力比物理吸附要强得多，与化合物结

合力属于同一数量级，吸附热约在40～630KJ/mol。因为化学键结合力随距离增大而急剧减小，

所以化学吸附仅限于单分子吸附层。化学吸附另一重要特征是，它如同化学反应一样，时常表

现为活化过程，具有较高的活化能，吸附速率一般较慢。提高吸附温度，吸附速率会明显加速；

而物理吸附是非活化过程，在所有的温度下都能迅速达到吸附平衡。还应指出，化学吸附能否

发生，决定于气、固两者的化学本性，即吸附过程具有高度的专属性。例如，氢能被钨、镍吸附，

但却不被铝、铜吸附。

化学吸附在气固多相反应中起着重要作用。因为，气固反应过程大都是高温下进行的。正

如前述，在气体的临界温度以上，物理吸附已变得微不足道了。

与物理吸附一样，化学吸附的平衡吸附量亦可采用等温线来表述。因为化学吸附的吸附膜

厚度限于单分子层，因而，通常遇到的仅为I型等温线。如果吸附剂表面能量分布均匀，即吸附

热与覆盖率无关，同样可以用兰格谬尔等温式定量地描述化学吸附过程。但是，由于兰格谬尔

理论所做的某些假设偏离了实际状态，使导出的等温方程式的应用范围受到限制。研究结果表

明，有关吸附能及吸附质之间的作用偏离最大。这是因为固体真实表面的能量分布常常是不均

匀的；被吸附的惰性气体分子之间甚至也表现出相当大的相互作用。因此对于非均匀表面，考

虑到化学吸附热随表面覆盖率而变化这一因素，捷姆金（Teмкин）导出了颇有实用价值的等温

方程式。