四氟化鈾

中文別稱：氟化鈾（IV），綠鹽

英文名稱：Uranium(IV) fluoride，Uranium tetrafluoride

摩爾質量：314.02 g/mol

晶體結構：單斜

結構模型

翠綠色的粉末。熔點1036℃。密度為(25℃)6.70g/cm³。化學性質，在空氣中穩定，氧氣中加熱至800℃時轉變為六氟化鈾UF₆和UO₂F₂。不溶於水，溶於酸和鹼。氨-過氧化氫混合物劇烈反應生成可溶性過氧鈾酸鹽。

四氟化鈾的工業製備有幹法和濕法兩條途徑。 ^[1] 

通過鈣(鎂)金屬熱還原法生產金屬鈾：

UF₄ + 2Ca =高温= U + 2CaF₂；

UF₄ + 2Mg =高温= U + 2MgF₂。

通過氟氣氟化生產六氟化鈾：

UF₄ + F₂ =250℃= UF₆；

通過氧化法生產六氟化鈾：

2UF₄ + O₂ =800℃= UF₆ + UO₂F₂。

四氟化鈾的工業製備有幹法和濕法兩條途徑。

由二氧化鈾與氟化氫作用而成。

UO2 + 4HF == UF4 + 2H₂O

由氟氫化銨和二氧化鈾作用而成。

2UO₂ + 5NH₄F·HF =150℃= 2UF₄·NH₄F + 3NH₃↑ + 4H₂O↑

UF₄·NH₄F =50℃= UF₄ + NH₄F

四氟化鈾製取(preparation of uranium tetrafluoride)從鈾礦石或鈾化合物生產四氟化鈾的過程。

濕法是用礦石浸出液經溶劑萃取、還原、氫氟化和脱水的製取過程。產品需要經過脱水乾燥後才能成為無水四氟化鈾。

濕法礦石經硫酸浸出，萃取，所得負載鈾有機相用鹽酸洗滌，使硫酸鈾酰轉化為氯化鈾酰。再反萃取。反萃取液電解。加入過量氟化氫，產出四氟化鈾。將所得的UF₄經水洗、乾燥，最後加熱脱水，得產品UF₄。產品含H₂O＜0.1%、UO₂約1%、UO₂F₂約0.3%，松裝密度2000～2300kg/m³，適用於生產六氟化鈾。

六氟化鈾轉化在工業上採用氫還原法，將經同位素分離具有不同U丰度的UF₆轉化為UF₄，反應方程式為：

H₂(g) + UF₆(g) → UF₄(s) + 2HF(g) 反應的ΔG298K為-288.3kJ/molU。

U丰度低的UF₆，採用熱壁反應器工藝進行還原。即將反應器頂部區預熱至923K，然後將預熱至450K的UF₆和裂解NH₃通入器頂。在反應過程中，反應器其餘部分的温度維持在811K。反應產物UF₄落入反應器底部，用螺旋輸送器排出。

U丰度高的UF₆，採用冷壁反應器工藝進行還原。即將反應器的器壁預熱至422～477K，然後將UF₆、氫以及少量元素氟通入反應器內，利用元素氟與氫反應放出的熱，達到還原反應所需的温度。還原反應產物UF₄落入反應器底部，用螺旋輸送器排出。

HF氣體與UO₂反應為：UO₂(s) + 4HF(g) ⇔ UF₄(s) + 2H₂O(g)

UO₂的氫氟化反應為可逆反應。在298K温度下1mol鈾反應的吉布斯自由能變化ΔG_T為-130.5kJ，在873K温度下為一29.3kJ。影響UO₂氫氟化反應速度的主要因素有温度、UO₂的物理特性及HF的用量。用硝酸鈾酰經脱硝、氫還原所得的二氧化鈾(見二氧化鈾製取)進行氫氟化時，在723K温度下的反應轉化率只有70%，在823K温度下達85%，而在873K温度下達到90%。而用鈾酸銨鹽經低温煅燒、氫還原製取的UO₂為原料進行氫氟化時，在723K温度下的反應轉化率就達到100%，但再提高温度轉化率反而下降。

要嚴格控制氫氟化的温度，以防止物料燒結，影響轉化率。採用迴轉爐進行氫氟化時，宜採用以下温度制度：UO2進口端温度563～613K；UF₄出口端温度813～863K。採用三段流態化爐時，第一段温度為673K，第二段温度為773K，第三段温度為873K。

氟化氫用量取決於所採用的設備，如採用移動牀，氟化氫要過量50%～100%；採用流態化牀則要過量20%～50%；而採用L型聯合爐，氟化氫利用率高達98%。

UO₂的氫氟化設備有固定牀、移動牀和流態化牀三種類型。移動牀有擋板式迴轉爐和螺旋推進式迴轉爐之分。流態化牀有圓柱牀、圓錐牀及攪拌流化牀等爐型。L型聯合爐的水平段爐為迴轉爐。氫氟化爐管材料採用因康鎳合金或蒙乃爾合金。

產品四氟化鈾純度為核純級，含UF₄97%～98%、UO₂F₂ 1%～2.5%、UO₂ 0.6%～2%、H₂O＜0.1%，松裝密度3000kg/m³，適合用作生產金屬鈾和六氟化鈾原料。