Гексафторид урана. 
Состояние урана (IV) в водных растворах

Это бесцветное кристаллическое вещество, возгоняется при 56,5 °С при атмосферном давлении; тройная точка соответствует 64,02°С и 1134 мм рт. ст. Таким образом, гексафторид урана не существует в виде жидкой фазы, за исключением тех случаев, когда он находится под давлением выше атмосферного. Благодаря своей высокой летучести гексафторид урана нашел самое широкое промышленное применение. При комнатной температуре давление паров UF6 составляет 120 мм рт. ст., т. е. с этим веществом можно обращаться как с газом. Методы разделения изотопов урана, в том числе 235U, для которых обязательно необходимы газообразные соединения, основаны на применении UF6 в качестве рабочего вещества.

На рис. 5 схематично показаны реакции, приводящие к получению UF6. Обычно гексафторид урана получают прямым фторированием твердого тетрафторида урана: UF4 + F2 = UF6.

Рис. 5. Схема методов получения гексафротида урана

Фторирование UF4 осуществляется в реакторе пламенного типа или в реакторе с псевдоожиженным слоем.

В реакторе пламенного типа исходный UF4 загружается сверху, где и реагирует с избытком фтора. Фторирование — высокоэкзотермическая реакция, приводящая к воспламенению реактантов, температура в которой достигается температуры до 1100 °C. Поэтому для предотвращения коррозии аппаратуры, температура стенок реактора охлаждают до <540 °С (но не ниже 450 °С), что определяется требованием получения максимального выхода UF6 из UF4 без образования промежуточных фторидов. Отходящие газы на выходе реактора содержат до 75% UF6. Непрореагировавшие твердые вещества собирают, измельчают до порошка, просеивают, смешивают со свежими порциями UF4 и повторяют процесс фторирования повторно. Типовой пламенный реактор промышленного производства UF6 имеет высоту до 3,6 м, диаметр 20 см и производительность 380 кг/ч UF6.

На современных производствах UF6 используют реакторы с псевдоожиженным слоем, изготовленные из монеля. UF6 фторируют с помощью фтора при 500 °C с добавками CaF2 для улучшения теплопередачи и предотвращения спекания UF4. Исходный UF4 добавляют в реактор непрерывно с помощью шнекового конвейера, непрореагировавший UF4 удаляют из реактора снизу. F2 подается в псевдоожиженный слой с помощью распределительного устройства (скорость газового потока 6−20 см3/с; максимальное отношение высоты реактора к диаметру близко 4). Тепло, генерируемое в реакторе при протекании реакции, отводится путем воздушного охлаждения. Типовой реактор с псевдоожиженным слоем имеет годовую производительность от 4400 до 7400 т UF6.

Гексафторид урана, получаемый в реакторах обоих типов, фильтруют для удаления пылеобразных остатков UF4 и конденсируют, охлаждая продукт до 15 °C. Затем кристаллический UF6 удаляют из конденсаторов, нагревая его до 80 °C. Сжиженный под собственным давлением UF6 переливают в транспортные контейнеры цилиндрической формы, имеющие массу до 2 т, и емкость по продукту до 10 т.

Некоторый интерес для промышленного применения может иметь только одна реакция, в которой отпадает необходимость в применении высокоактивного и ядовитого элементарном фторе. Речь идет об окислении UF4 кислородом при 600−900°С:

2UF4 + О2 = UО2F2 + UF6.

К сожалению, этот процесс дает максимальный выход не больше 50% UF6; главный побочный продукт U02F2 приходится вновь превращать в UF4. Несмотря на указанные недостатки, этот процесс, по-видимому, интересен и заслуживает дальнейшего внимания.

В зависимости от предварительных стадий очистки, выполняемых перед фторированием, неочищенный UF4 может содержать большое число примесей, в частности даже более летучих, чем UF6 (например, SiF4, MoF6, CF4, SF6, CrО2F2 или VF5), и менее летучих (MoF4, VOF3), а также следовые количества фторидов переходных металлов. От большинства примесей UF6 можно очистить с помощью фракционирования при температурах и давлениях выше тройной точки. Имеются жесткие технические условия для контроля чистоты промышленного UF6, применяемого далее для изотопного разделения. [10].