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hexafluoruro de uranio

El hexafluoruro de uranio , a veces llamado hex , es un compuesto inorgánico con la fórmula UF 6 . El hexafluoruro de uranio es un sólido blanco volátil que reacciona con el agua y libera ácido fluorhídrico corrosivo . El compuesto reacciona levemente con el aluminio , formando una fina capa superficial de AlF 3 que resiste cualquier reacción adicional del compuesto. El UF 6 se utiliza en el proceso de enriquecimiento de uranio , que produce combustible para reactores nucleares y armas nucleares .

Preparación

El mineral de uranio molido ( U 3 O 8 o " torta amarilla ") se disuelve en ácido nítrico , produciendo una solución de nitrato de uranilo UO 2 (NO 3 ) 2 . El nitrato de uranilo puro se obtiene mediante extracción con disolventes y luego se trata con amoníaco para producir diuranato de amonio ("ADU", [NH 4 ] 2 U 2 O 7 ). La reducción con hidrógeno da UO 2 , que se convierte con ácido fluorhídrico (HF) en tetrafluoruro de uranio , UF 4 . La oxidación con flúor produce UF 6 .

La instalación de procesamiento de hexafluoruro de uranio de Honeywell utiliza un proceso diferente.

Durante el reprocesamiento nuclear , el uranio reacciona con trifluoruro de cloro para dar UF 6 :

U + 2 ClF 3 → UF 6 + Cl 2

Propiedades

Propiedades físicas

A presión atmosférica , el UF 6 se sublima a 56,5 °C. [4]

UF 6 en ampolla de vidrio

La estructura de estado sólido se determinó mediante difracción de neutrones a 77 K y 293 K. [5] [6]

Propiedades químicas

Se ha demostrado que el hexafluoruro de uranio es un oxidante [9] y un ácido de Lewis que es capaz de unirse al fluoruro ; por ejemplo, se informa que la reacción del fluoruro de cobre (II) con hexafluoruro de uranio en acetonitrilo forma heptafluorouranato (VI) de cobre (II), Cu 2+ [UF−7] 2 . [10]

Se han aislado y caracterizado mediante difracción de rayos X fluoruros poliméricos de uranio (VI) que contienen cationes orgánicos. [11]

Aplicación en el ciclo del combustible.

Diagrama de fases de la UF 6

Como uno de los compuestos más volátiles del uranio, el hexafluoruro de uranio es relativamente fácil de procesar y se utiliza en los dos principales métodos de enriquecimiento de uranio , a saber, la difusión gaseosa y el método de centrifugación de gas . Dado que el punto triple de UF 6 —64 °C (147 °F; 337 K) y 152 kPa (22 psi; 1,5 atm) [12] — está cerca de las condiciones ambientales, se pueden lograr transiciones de fase en una instalación de procesamiento con poca trabajo termodinámico .

El flúor tiene un solo isótopo estable natural, por lo que los isotopólogos del UF 6 difieren en su peso molecular basándose únicamente en el isótopo de uranio presente. [13] Esta diferencia es la base para la separación física de los isótopos en el enriquecimiento.

Todos los demás fluoruros de uranio son sólidos no volátiles que son polímeros de coordinación .

El factor de conversión para el isotopólogo 238 U de UF 6 ("hex") a "masa U" es 0,676. [14]

La difusión gaseosa requiere aproximadamente 60 veces más energía que el proceso de centrifugación de gas: el combustible nuclear producido por difusión gaseosa produce 25 veces más energía que la que se utiliza en el proceso de difusión, mientras que el combustible producido por centrifugación produce 1.500 veces más energía que la que se utiliza en la centrífuga. proceso.

Además de su uso en el enriquecimiento, el hexafluoruro de uranio se ha utilizado en un método de reprocesamiento avanzado ( volatilidad del fluoruro ), que se desarrolló en la República Checa . En este proceso, el combustible nuclear gastado se trata con gas flúor para transformar los óxidos o metales elementales en una mezcla de fluoruros. Luego, esta mezcla se destila para separar las diferentes clases de material. Algunos productos de fisión forman fluoruros no volátiles que permanecen como sólidos y luego pueden prepararse para su almacenamiento como desechos nucleares o procesarse mediante métodos basados ​​en solvatación o electroquímicamente .

El enriquecimiento de uranio produce grandes cantidades de hexafluoruro de uranio empobrecido (DU 6 o D- UF 6 ) como producto de desecho. El almacenamiento a largo plazo de D- UF 6 presenta riesgos ambientales, de salud y de seguridad debido a su inestabilidad química. Cuando el UF 6 se expone al aire húmedo, reacciona con el agua del aire para producir UO 2 F 2 ( fluoruro de uranilo ) y HF ( fluoruro de hidrógeno ), los cuales son altamente corrosivos y tóxicos. En 2005, 686.500 toneladas de D- UF 6 estaban alojadas en 57.122 cilindros de almacenamiento ubicados cerca de Portsmouth, Ohio ; Oak Ridge, Tennesse ; y Paducah, Kentucky . [15] [16] Los cilindros de almacenamiento deben inspeccionarse periódicamente para detectar signos de corrosión y fugas. La vida útil estimada de los cilindros de acero se mide en décadas. [17]

Accidentes y eliminación

Ha habido varios accidentes relacionados con el hexafluoruro de uranio en los Estados Unidos, incluido un accidente al llenar un cilindro y una liberación de material en Sequoyah Fuels Corporation en 1986, donde se estima que se escaparon 29 500 libras de UF6 gaseoso. [18] [19] El gobierno de EE. UU. ha estado convirtiendo D UF 6 en óxidos de uranio sólidos para su eliminación. [20] Tal eliminación de todo el arsenal de D UF 6 podría costar entre 15 y 450 millones de dólares. [21]

  • Cilindro de envío de UF6 de 14 toneladas roto. 1 muerto, decenas de heridos. ~29500 libras de material liberado. Corporación de combustibles Sequoyah 1986.
    Cilindro de envío UF 6 de 14 toneladas roto . 1 muerto, decenas de heridos. ~29500 libras de material liberado. Corporación de combustibles Sequoyah 1986.
  • Patio de almacenamiento DUF6 desde lejos
    Patio de almacenamiento D UF 6 desde lejos
  • Cilindros DUF6: pintados (izquierda) y corroídos (derecha)
    D UF 6 cilindros: pintado (izquierda) y corroído (derecha)

Referencias

  1. ^ "Hexafluoruro de uranio". Archivado desde el original el 16 de septiembre de 2013 . Consultado el 8 de agosto de 2013 .
  2. ^ abcd Johnson, Gerald K. (1979). "La entalpía de formación de hexafluoruro de uranio". La Revista de Termodinámica Química . 11 (5): 483–490. doi :10.1016/0021-9614(79)90126-5.
  3. ^ Fluoruro de uranio (VI)
  4. ^ Brickwedde, Fernando G.; Hoge, Harold J.; Scott, Russell B. (1948). "Las capacidades caloríficas, entalpías y entropías a baja temperatura del UF4 y UF6". J. química. Física. 16 (5): 429–436. Código bibliográfico : 1948JChPh..16..429B. doi : 10.1063/1.1746914 .
  5. ^ JH Levy; John C. Taylor; Paul W. Wilson (1976). "Estructura de los fluoruros. Parte XII. Estudio de difracción de neutrones monocristalinos de hexafluoruro de uranio a 293 K". J. química. Soc., Dalton Trans. (3): 219–224. doi :10.1039/DT9760000219.
  6. ^ JH Levy, JC Taylor y AB Waugh (1983). "Estudios estructurales de polvo de neutrones de UF 6 , MoF 6 y WF 6 a 77 K". Revista de química del flúor . 23 : 29–36. doi :10.1016/S0022-1139(00)81276-2.
  7. ^ JC Taylor, PW Wilson, JW Kelly: „Las estructuras de los fluoruros. I. Desviaciones de la simetría ideal en la estructura del UF 6 cristalino : un análisis de difracción de neutrones", Acta Crystallogr. , 1973 , B29 , p. 7–12; doi :10.1107/S0567740873001895.
  8. ^ Kimura, Masao; Schomaker, Werner; Smith, Darwin W.; Bernardo (1968). "Investigación por difracción de electrones de los hexafluoruros de tungsteno, osmio, iridio, uranio, neptunio y plutonio". J. química. Física. 48 (8): 4001–4012. Código bibliográfico : 1968JChPh..48.4001K. doi : 10.1063/1.1669727. Archivado desde el original el 11 de enero de 2023 . Consultado el 10 de octubre de 2020 .
  9. ^ GH Olá; J. Welch (1978). "Métodos y reacciones sintéticos. 46. Oxidación de compuestos orgánicos con hexafluoruro de uranio en soluciones de haloalcanos". Mermelada. Química. Soc. 100 (17): 5396–5402. doi :10.1021/ja00485a024.
  10. ^ JA Berry; RT Poole; A. Prescott; DWA agudo; JM Winfield (1976). "Las propiedades oxidantes y aceptoras de iones fluoruro del hexafluoruro de uranio en acetonitrilo". J. química. Soc., Dalton Trans. (3): 272–274. doi :10.1039/DT9760000272.
  11. ^ Caminante SM; PS Halasyamani; S. Allen; D. O'Hare (1999). "De las moléculas a las estructuras: dimensionalidad variable en el sistema UO 2 (CH 3 COO) 2 ·2H 2 O/HF(aq)/piperazina. Síntesis, estructuras y caracterización del UO de dimensión cero (C 4 N 2 H 12 ) 2 F 4 ·3H 2 O, unidimensional (C 4 N 2 H 12 ) 2 U 2 F 12 ·H 2 O, bidimensional (C 4 N 2 H 12 ) 2 (U 2 O 4 F 5 ) 4 ·11H 2 O, y Tridimensional (C 4 N 2 H 12 )U 2 O 4 F 6 ". Mermelada. Química. Soc . 121 (45): 10513–10521. doi :10.1021/ja992145f.
  12. ^ "Hexafluoruro de uranio: Fuente: Apéndice A del PEIS (DOE/EIS-0269): Propiedades físicas". web.evs.anl.gov . Consultado el 18 de agosto de 2022 .
  13. ^ "Enriquecimiento de uranio y proceso de difusión gaseosa". USEC Inc. Archivado desde el original el 19 de octubre de 2007 . Consultado el 24 de septiembre de 2007 .
  14. ^ "Calculadora de masa molar del convertidor de unidades". TraductoresCafé . Mississauga, Ontario, Canadá: Desarrollo de software ANVICA. 1 de febrero de 2021.
  15. ^ "¿Cuánto hexafluoruro de uranio empobrecido se almacena en los Estados Unidos?". Preguntas frecuentes sobre UF 6 agotada . Laboratorio Nacional Argonne .
  16. ^ "Documentos agotados del programa de gestión del UF6". Archivado desde el original el 16 de febrero de 2008 . Consultado el 17 de mayo de 2006 .
  17. ^ "¿Qué es DUF6? ¿Es peligroso y qué debemos hacer con él?". Instituto de Investigaciones Energéticas y Ambientales. 2007-09-24.
  18. ^ "La liberación de combustibles de Sequoyah Corporation y el derrame de Church Rock: emisiones nucleares no publicadas en comunidades indígenas americanas" Autores Doug Brugge, Jamie L. deLemos y Cat Bui. Septiembre de 2007. PMCID:PMC1963288 PMID: 17666688
  19. ^ "¿Ha habido accidentes con hexafluoruro de uranio?". Preguntas frecuentes sobre UF 6 agotada . Laboratorio Nacional Argonne. Archivado desde el original el 9 de junio de 2017.
  20. ^ "¿Qué va a pasar con el hexafluoruro de uranio almacenado en Estados Unidos?". Preguntas frecuentes sobre UF 6 agotada . Laboratorio Nacional Argonne.
  21. ^ "¿Existe alguna instalación de eliminación actualmente en funcionamiento que pueda aceptar todo el óxido de uranio empobrecido que se generaría a partir de la conversión del inventario de UF6 empobrecido del DOE?". Preguntas frecuentes sobre UF 6 agotada . Laboratorio Nacional Argonne.

Otras lecturas

enlaces externos

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