СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФТОРИДА БЕРИЛЛИЯ Российский патент 1998 года по МПК C01F3/00 

Изобретение относится к области металлургии ядерного горючего, применяемого в реакторах безопасных атомах электростанций.

В состав большинства топливных композиций на расплавах входит фторид бериллия, получаемый в промышленности через фторбериллат аммония (ФБА), который может быть представлен следующим образом:
Be(OH)₂ + 2NH₄HF₂ = (NH₄)₂BeF₄ + 2H₂O
(NH₄)₂BeF₄ BeF₂ + 2NH₃ + 2HF
Этот метод исключает использование воды, которая вызывает гидролиз фторида бериллия и способствует образованию оксифторидов, которые содержатся в продукте.

Недостатком этого метода является двухстадийность процесса получения конечного продукта, необходимость получения безводного бифторида аммония, трудности, связанные с разложением ФБА, высокое равновесное давление паров, сложные системы очистки от аэрозольных частиц соединений бериллия и улавливания газообразных продуктов процесса термического разложения ФБА. Предельно допустимая концентрация по соединениям бериллия составляет 10^-6 г/м³.

Известно несколько способов получения фторида бериллия в одну стадию - обработкой оксида бериллия газообразным фтористым водородом. В работе (Adamoli C, Am. Pat. N 2303782, 1942) предлагается осуществлять этот процесс в трубчатой корундовой печи со стальным шнеком при температуре 700 - 750^oC.

В другой работе (Walsh K. A. Wilhelm H.A., Am. Pat. N 2635344, 1953) описан процесс фторирования оксида бериллия газообразным фтористым водородом в автоклаве при температуре 350 - 400^oC и давлении 2,5 атм. в течение 6 - 10 ч. Особую трудность представляет для этого способа необходимость непрерывно удалять влагу.

Известен также способ (Hyde K.P., O Connor D. J., Wait., J, Inorg. Nucl. Chem., 6, N 1, S. 14-18, 58) получения фторида бериллия действием газообразного фтористого водорода на оксид бериллия (полученный из предварительно прокаленного при температуре 500 или 1400^oC гидроксида бериллия) при невысокой температуре - 220^oC методом псевдоожиженного слоя.

Недостатком данного способа, который принят нами за прототип являются недостаточная степень гидрофторирования (98,4%) и проведение процесса псевдоожиженного слоя, что приводит к резкому увеличению пылеуноса и безвозвратным потерям как исходного, так и конечного продукта.

Предложен процесс гидрофторирования оксида бериллия, который позволяет повысить степень гидрофторирования и значительно снизить пылеунос. Отличия предложенного способа от прототипа заключается в том, что процесс проходит в периодическом режиме подачи фтористого водорода. Перемешивание и перемешивание продукта проходит при отключении подачи фтористого водорода. Процесс гидрофторирования проводят при температуре 300 - 340^oC в течение 1,5 - 2,0 ч.

Пример.

В качестве исходного соединения для получения оксида бериллия используется основной карбонат бериллия, предварительно прокаленный при температуре 280 - 320^oC.

Процесс гидрофторирования, выражающийся следующим уравнением:
BeO + 2HF = BeF₂ + H₂O
происходит в трубчатой печи, оснащенной шнеком. Процесс проводят при температуре 300 - 340^oC в течение 1,5 - 2,0 ч. Подача предварительно нагретого фтористого водорода осуществляется по принципу противотока к движению продукта в реакторе, причем подача HF происходит в тот период времени, когда не происходит вращение шнека, а следовательно, и перемещение продукта в реакторе. По истечении 20 - 25 мин отключается подача фтористого водорода и 10 мин осуществляется перемешивание и перемещение продукта при помощи вращения шнека.

Необходимость выбора такого характера гидрофторирования объясняется тем, что при одновременной подаче HF и движении продукта в реакторе происходит большой пылеунос. Так скорость витания частицы фторида бериллия диаметром 10 мкм при температуре 300 ^oC составляет 0,35 см/с, а диаметром 50 мкм - 7 см/с, скорость подачи HF в реакторе составляет 0,9 - 1,1 см/с.

Пылеунос в псевдоожиженном слое по прототипу составляет 8 - 10% от массы конечного продукта. В предлагаемом нами способе - практически отсутствует, не превышая 0,1%.

В таблице приведены результаты гидрофторирования.

Как следует из изложенных выше экспериментальных данных в предлагаемом способе получение фторида бериллия сопровождается более высокой степенью гидрофторирования и снижением пылеуноса.

Использование: получение сырья для ядерного горючего, неорганическая химия, в частности получение фторида бериллия. Сущность способа: прокаленный оксид бериллия гидрофторируют фтористым водородом при невысокой температуре 300 - 340^oC. Подачу фтористого водорода осуществляют в периодическом режиме. При отключении подачи осуществляют перемешивание и перемещение продукта. Процесс проводят 1,5 - 2,0 ч. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения фторида бериллия действием фтористого водорода на прокаленный оксид бериллия при невысоких температурах, отличающийся тем, что процесс гидрофторирования проводят в периодическом режиме подачи фтористого водорода. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемешивание и перемещение продукта происходит при отключении подачи фтористого водорода. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс гидрофторирования оксида бериллия проводят при 300 340^oС в течение 1,5 2,0 ч.