КИНЕТИКА ГЕТЕРОГЕННЫХ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Механизм химической реакции

Стехиометрическое уравнение химической реакции показывает, в каких соотношениях вещества вступают во взаимодействие. Однако очень редко реакция протекает по схеме описываемой таким уравнением. Например:

UF₄ + F₂ = UF₆

Данное стехиометрическое уравнение показывает, что молекула фтора сталкивается с молекулой тетрафторида урана и реагирует с образованием гексафторида урана. В действительности реакция протекает по более сложному механизму через несколько последовательных стадий с образованием промежуточных фторидов, как за счет прямой реакции UF₄ с F₂, так и за счет побочных реакций UF₄ с UF₆:

4UF₄ + ½ F₂ = U₄F₁₇

2UF₄ + 1/2F₂ = U₂F₉

UF₄ + ½ F₂ = UF₅

7UF₄ + UF₆ Û U₄F₁₇

3UF₄ + UF₆Û 2U₂F₉

UF₄ + UF₆Û 2UF₆

Промежуточные фториды с повышением температуры разлагаются или диспропорционируют на UF₄ и UF₆ , поэтому последние три реакции являются равновесными. Кинетические исследования показали, что при температурах 200 – 450⁰С лимитирующей (наиболее медленной) стадией суммарного процесса является образование UF₄ из U₂F₉ , который находится в твердом остатке после процесса фторирования.

При температурах выше 450⁰С скорость процесса фторирования в газовзвеси лимитируется уже реакцией

U₄F₁₇ Û U₂F₉ и протекает по следующему механизму

		UF6

Исследование механизма показали, что существенное значение имеет термическая диссоциация промежуточных фторидов, которая при высоких температурах в газовзвеси протекает с высокой скоростью. Таким образом, высокой интенсивности процесса можно достичь, если обеспечить хороший контакт реагирующих фаз в условиях интенсивного тепло-массообмена и при повышенных температурах.

Не следует думать, что простота написания уравнения химической реакции означает легкость ее протекания. Практически – механизм реагирования устанавливают экспериментально путем подбора вероятных реакций с последующим выбором уравнений, которые лучше всего соответствуют опытным данным.

1. Краткая характеристика процессов используемых в технологии производства урана.

В настоящее время, уран в ядерной технологии применяют в большинстве случаев в виде металла или UO₂ для производства конечного продукта – твэлов. Необходимым этапом является этап разделения изотопов. Для этого уран переводят в газообразное соединение UF₆, который затем обогащается по легкому изотопу и переводится в UO₂. На этом этапе важнейшим соединением является UF₄. UF₄ получают двумя методами «водный» и «сухой». «водный» – гидрофторирование. «сухой» – фторирование оксидов урана - UO₃, UO₂, U₃O₈. Применение «сухих» методов позволило уменьшить число технологических стадий, снизить расход энергии на единицу продукции, повысит производительность и сократить производственные площади.