11. Восстановление закиси – окиси урана

Рассмотрим восстановление закиси – окиси урана.

0,8 U₃O₈ + CO = 0,6 U₄O₉ + CO

Поступая аналогично предыдущему, находим, что

Результаты подсчета по этим уравнениям приведены в табл. 5.

Таблица 5

Т ^0К	500	1000	1500
lgK2	14,24	6,81	4,41

Из таблицы 5 видно, что и для данной реакции К – величина большая. Расчет показывает, что при всех температурах равновесия газовая фаза практически состоит из одной двуокиси углерода. Следовательно, и данная реакция является необратимой и протекает только в сторону восстановления закиси – окиси урана до U₄O₉.

12. ВосстановлениеU4o9

U₄O₉ + CO = 4 UO₂ + CO₂

Для константы равновесия этой реакции получаем следующее уравнение:

Значения lgK₃приведены в табл. 6.

Таблица 6

Т ^0К	1000	1500
lgK3	4,65	2,87

Из этих данных следует, что и данная реакция принадлежит к числу практически необратимых реакций.

13. Восстановление двуокиси урана (uo2).

0,5 UO₂ + CO = 0,5 U + CO₂

Получаем:

Значения lgK₄даются в табл. 7.

Таблица 7

Т ^0К	1000	2000
lgK3	-13,90	-6,76

Из этой таблицы видно, что при всех температурах К₄– величина малая. Если произвести расчет состава равновесной газовой фазы, то получим, что при всех температурах газовая фаза практически состоит из одной окиси углерода.

Поэтому окисью углерода нельзя восстановить двуокись урана до металлического урана.

Суммируя сказанное выше, можно сделать следующие выводы:

1. Высшие окислы урана термодинамически легко восстанавливаются до двуокиси урана.

2. Двуокись урана не может быть окислена с помощью двуокиси углерода.

3. Окисью углерода нельзя восстановить двуокись урана до металлического урана.

Восстановление окислов урана водородом.

Совокупность реакций, протекающих при действии водорода на окислы урана, может быть записана следующим образом:

1. 3 UO₃ + H₂ = U₃O₈ + H₂O

2. 0,8 U₃O₈ + H₂ = 0,6 U₄O₉ + H₂O

3. U₄O₉ + H₂ = 4 UO₂ + H₂O

4. 0,5 UO₂ + H₂ = 0,5 U + H₂O

Константа равновесия для любой из этих реакций

Термодинамический анализ этих реакций осуществляем также, как и в случае восстановления окисью углерода. При этом для реакции:

H₂ + 0,5 O₂ = H₂O

Имеем

Для реакции восстановления окислов урана водородом получаем:

Значения констант равновесия, полученные по этим уравнениям, приведены в табл. 8.

Таблица 8

lgK	T ^0K
	500	1000	1500
lgK1	17,43	9,83	7,29
lgK2	11,97	6,67	4,83
lgK3	7,85	4,42	3,80
lgK4	-	-14,12	-9,20

На основании этих данных можно сделать выводы, аналогичные тем, которые были сделаны при анализе процессов восстановления с помощью окиси углерода, а именно:

Реакции 1, 2, 3 необратимы и протекают только слева направо. Реакция 4 слева направо не протекает.

Аналогичные выводы были сделаны при термодинамическом анализе процессов восстановления окислов урана аммиаком и метаном. Поэтому обобщая, можно сделать следующие выводы:

1. Косвенное восстановление высших окислов урана термодинамически осуществляется легко; все реакции восстановления этих окислов относятся к числу необратимых и могут протекать только слева – направо. Двуокись урана нельзя окислять двуокисью углерода и водяным паром.

2. Косвенным путем двуокись урана не восстанавливается до металлического урана. Окисление металлического урана двуокисью углерода и водяным паром протекает только до двуокиси урана.