تولید هگزا فلوئورید اورانیوم

اگر بخواهيم از اورانيوم طبيعي در راكتورها استفاده نماييم ، پس از توليد دي اكسيد اورانيوم كه در مراحل قبل ذكر شد ، آنرا براي تهية ميله هاي سوخت به قسمت مربوطه منتقل مي نمايند و در غير اينصورت چنانچه هدف ، بكارگيري اورانيوم غني شده مي باشد ، مي بايست درصد ايزوتوپ 235 در سوخت بالا رود و لذا بايد مراحل زير را پس از توليد UO2 انجام داد . . .

 در ضمن بررسي خواص UF6 و ساير تركيبات اورانيومي و نيز اثر آلودگي آنها در محيط ، در قسمتهاي بعد بطور كامل مورد بررسي قرار خواهد گرفت و در اين فصل صرفا به مسئلة چرخة توليد سوخت هسته اي و نيز مواد موجود در كارخانه بطور مختصر پرداخته شده است . براي تبديل پودر دي اكسيد اورانيوم به هگزا فلوئوريد اورانيوم ، ابتدا پودر بدست آمده در مراحل قبل را با اسيد فلوئوريدريك تركيب مي نمايند تا نمك سبز رنگ UF4 بدست آيد .
 UF4بدست آمده جامد بوده و نقطة ذوب آن حدود oC 960 مي باشد . واكنش انجام گرفته بينUO2 و HF ، ضمن اينكه با افزايش حجم مادة جامد به ميزان حدود 27% همراه است ، شديدا حرارت زا نيز مي باشد . لذا بايد براي كنترل دماي برج راكتور ، درجه حرارت را حدود 450 تا 600 درجة سانتيگراد خنك نگه داشت . توليد UF4 از پودر UO2 ، در داخل راكتور بستر سيال و يا كوره گردان صورت مي گيـرد و پس از بدست آمـدن UF4 ، آنرا توسط گاز فلوئور ، فلوريناسيون كرده و مادة UF6 توليد خواهد گرديد . جهت بهبود انتقال حرارت و نيز ايجاد جريان درهم از CaF2 استفاده خواهد شد :
 ( 2-5 )
در برخي از كارخانجات ممكن است از راكتورهاي مشتعل براي تبديل UF4 به UF6 استفاده شود و در اين روش UF4 و گاز فلوئور هر دو از بالاي راكتور به آن وارد شده و در داخل راكتور و در حضور فلوئور اضافي در دماي 1100 درجة سانتيگراد ، گاز فلوئور با UF4 واكنش داده ، محصول دلخواه بدست خواهد آمد . براي تنظيم دما ، از خنك كننده اطراف راكتور استفاده مي گردد . پس از خروج UF6 گازي شكل بطور تناوبي از برج و سردسازي ، به UF6 جامد تبديل مي شود .
همچنين مي توان از فرآيند خشك هيدرور براي توليد UF6 استفاده نمود . در اين فرآيند ابتدا U3O8 ، سايش داده شده و سپس در دو راكتور بستر سيال به ترتيب در دماهاي 480 تا 540 درجه سانتيگراد و 540 تا 650 درجه سانتيگراد باHF بدون آب تركيب مي شود تا UF4 بدست آيد ، سپس UF4 جامد در 340 تا 480 درجة سانتيگراد با گاز فلوئور تركيب شده و توليد هگزا فلوئوريد اورانيوم را مي نمايد . اما دليل اصلي اينكه از تركيب UF6 براي فرآيند غني سازي استفاده مي شود آن است كه : فلوئور تنها داراي يك ايزوتوپ پايدار مي باشد و گرنه اختلاف وزني سه نوترونی در دو ايزوتوپ مفهومي نداشت .

برگرفته از كتاب : ( بررسي توليد و انتشار سم HF در فرآيند غني سازي اورانيوم )



خواص مورد نیاز برای UO2F2

اين ماده دومين محصول از واكنش UF6 با بخار آب مي باشد كه ممكن است در اثر وقوع حادثه در كارخانه غني سازي توليد شود از اين رو دانستن خواص شيميايي و فيزيكي آن اهميت پيدا مي نمايد .

• خواص فيزيكي
 UO2F2 يك ماده مياني در تبديل UF6 به اكسيد اورانيوم مي باشد و نيز يك ماده اي كه از واكنش UF6 با رطوبت ايجاد خواهد شد . اين ماده داراي رنگ زرد و جامدي است كه قابليت جذب رطوبت را دارد .
شكل گيري و انتشار آن تابعي از شرايط موجود اتمسفري مي باشد . هنگامي كه UF6 با بخار آب واكنش انجام مي دهد ، UO2F2 بهمراه HF توليد شده در فضا منتشر خواهد گرديد و بدليل وزن مولكولي زياد روي سطح نشت پيدا مي نمايد و ممكن است يك لايه از UO2F2 بر روي سطوح نزديك حادثه ايجاد گردد .

• واكنش پذيري
 طبق گزارشهاي انجام شده UO2F2 مي تواند تا دماي oC 300 پايدار باقي بماند . اين ماده داراي نقطة ذوب نمي باشد چرا كه در دماهاي بالا به U3O8 تبديل خواهد شد و با بالاتر رفتن دما اين ماده به فلوئوريد سمي شكل تجزيه مي شود . UO2F2 يك جاذب رطوبت بوده و در آب حل خواهد شد و در صورت حل شدن به رنگ نارنجي درخشان مايل به زرد تبديل شده و سپس با آب واكنش صورت مي دهد .

 • سميت
 علاوه بر سمي بودن UO2F2 از نظر شيميايي ، اين ماده داراي تشعشع نيز مي باشد چه در حالتي كه بطور آزاد وجود داشته باشد و چه در هنگامي كه در آب حل شده است . همانگونه كه قبلا عنوان گرديد اين ماده بدليل اينكه قابل حل شدن در آب است مي تواند در خون نيز جذب شود . اگر ذرات بزرگي از UO2F2 در خون جذب شود مي تواند همانند يك مادة فلزي سمي خطرناك ، برروي كليه ها اثرگذاري نمايد . بايد در نظر داشت كه سميت شيميايي اين مواد نسبت به خطرات تشعشعي آنها بسيار بيشتر مي باشد زيرا قادرند تا واكنش هاي مخرب در درون بدن انجام دهند .

• اشتعال پذيري

 UO2F2 احتراق پـذير نيست و قادر به تجزيـه شدن در اثـر احتـراق نمي باشد و بطور كلي تحت شرايط موجود در كارخانه اين مسئله اهميت پيدا نخواهد كرد .

برگرفته از كتاب ( بررسي توليد و انتشار سم HF در فرآيند غني سازي اورانيوم )



خواص هگزا فلوئورید اورانیوم UF6

در اين قسمت به خواص فيزيكي و ساير خواص مورد نياز از UF6 خواهيم پرداخت :

 • خواص فيزيكي UF6
هگزا فلوئوريد اورانيوم تركيبي است كه تشكيل شده است از يك اتم اورانيوم به همراه 6 اتم فلوئور . آن ، شكل شيميايي اورانيومي است كه در طي فرآيند غني سازي مورد استفاده قرار مي گيرد . UF6 مي تواند بصورت جامد ، مايع و يا گاز وجود داشته باشد .
اين تركيب فازي مشخص ، بستگي به دما و فشار آن دارد . فازهاي متعدد تنها در صورتي در تعادل با يكديگر قرار دارند كه تحت دما و فشار مخصوص آن سيستم فازي ، قرار داشته باشند . چنانچه به نمودار تعادل فازي توجه نماييم مشخص خواهد شد كه اختلاف فازي UF6 تابعي از دما و فشار سيستم مي باشد نقطة سه گانه كه سه فاز در تعادل با يكديگر قرار دارند تحت دماي oC64 و نيز فشار kpas 152 مي باشد .
مايع UF6 ، تنها در دما و فشار بالاتر از نقطه سه گانه شكل گيري خواهد شد و در زير نقطة سه گانه ، UF6 جامد بصورت گازي شكل تصعيد خواهد شد و پس از بالا رفتن دما و يا كاهش فشار ، UF6جامد مي تواند بدون اينكه تبديل به مايع شود بصورت گازي شكل درآيد .
 UF6 جامد بصورت يك مادة سفيد كريستالي و چگال بوده و در ضمن شباهتي به سنگ نمك خواهد داشت . هر دو فاز مايع و گاز UF6 بصورت بي رنگ مي باشند . آلودگي موجود در سيلندر UF6 و يا اگر بهتر عنوان شود ، ناخالصي درون مخزن نگهداري UF6 ، باعث مي شود تا رفتار طبيعي فازها دچار تغييراتي در اندازه و ميزان سطح زير منحني شود .
 اغلب ناخالصي هاي گازي در خوراك UF6 كارخانه غني سازي ، هوا و فلوئوريد هيدروژن مي باشد . HF موجود در مخزن UF6 ناشي از واكنش UF6 با رطوبت موجود در هوا خواهد بود . وجود ناخالصي در مخزن UF6 ، باعث مي شود تا ضمن تغيير در فشار بخار مادة موجود در مخزن ، اين فشار بخار افزايش محسوسي را پيدا نمايد كه با مقايسه فشار بخار در دماي مخزن بين حالت خالص UF6 و موقعيت حاضر ، می توان از وجود ناخالصي اطلاع پيدا نمود .
هنگامي كه UF6 از فاز جامد به فاز مايع تبديل شود انبساط حجمي پيدا مي نمايد و اين مسئله با افزايش دما صورت خواهد گرفت . اين مسئله در شكل ( 1-5 ) آورده شده است . اين شكل نشان مي دهد كه ميزان انبساط UF6 در حالت جامد و مايع به چه حد خواهد بود . در قسمت حمل و نقل دماي مورد نياز براي مخازن oC 121 مي باشد و 5% فضاي خالي نيز براي ضريب ايمني بخاطر احتمال افزايش دما و ديگر شرايط و تغييرات فيزيكي UF6 در هر مخزن در نظر گرفته خواهد شد .

 • واكنش پذيري
 UF6 با اكسيژن ، نيتروژن ، دي اكسيد كربن يا هواي خشك هيچ گونه واكنشي انجام نمي دهد اما با آب واكنش داده و براي جلوگيري از انجام اين واكنش ، UF6 در مخازن محكم و ضخيم و بدور از تماس با آب و يا بخار آب نگهداري مي شود .
هنگامي كه UF6 با آب واكنش مي دهد و يا اينكه با بخار آب موجود در هوا در تماس قرار مي گيرد ، واكنش مذكور منجر به توليد گاز HF و يك ماده جامد به نام UO2F2 ، خواهد گرديد . UF6 همچنين مي تواند با تعدادي از هيدروكربن ها و آروماتيكها واكنش دهد اما هيچ يك از اين مواد بجز در روغن کاری و پمپها در كارخانة غني سازي وجود نخواهد داشت لذا نگراني در اين مورد نیز بسیار کم است .

• سميت
 اگر UF6 در اتمسفر نشت پيدا نمايد ، تركيبات اورانيوم و HF كه از واكنش UF6 با رطوبت هوا حاصل خواهد شد بسیار سمي مي باشند .
اورانيوم يك فلز سنگين است و علاوه بر آن داراي خواص تشعشعي است كه مي تواند اثرات شيميايي سمي نيز بر روي كليه داشته باشد . معمولا اين تركيبات بصورت استنشاق و يا بلعيدن وارد بدن خواهند گردید . HF نيز يك گاز به شدت خورنده و سمي است كه مي تواند باعث مرگ شود ( قبلا ذكر گرديد ) .

• اشتعال پذيري
 
UF6 ، اشتعال پذير نمي باشد و بدون اينكه نگراني ناشي از اشتعال پذيري احساس شود مي تواند مورد استفاده واقع گردد .

برگرفته از كتاب ( بررسي توليد و انتشار سم HF در فرآيند غني سازي اورانيوم )



خواص فیزیکی فلوئورید هیدروژن HF

فلوئوريد هيدروژن يكي از دو محصولي است كه در حوادث اتفاق افتاده در كارخانه ، ممكن است به محيط نشت پيدا كرده و يا در كارخانة غني سازي اورانيوم از واكنش UF6 با بخار آب بوجود آيد .

 HF مي تواند بصورت گاز و يا در اثر فشار ، بصورت مايع از مخزن UF6 و غيره خارج شود ، آنهم بصورت اسيد غير آبي و يا مي تواند بصورت يك محلول آبي به محيط نشت پيدا نمايد .
چنانچه بخواهيم قدرت اسيديتة آنرا داشته باشيم بايد ميزان آبي بودن محلول را نيز بدست آوريم . بخار HF بصورت يك گاز بدون رنگ با بويي تند مي باشد كه حداكثر غلظت مجاز آن ppm1 در نظر گرفته شده و به هر ميزاني در آب محلول بوده و در ضمن حل شدن در آب توليد حرارت مي نمايد .
 نشت HF بدون آب ، بصورت يك بخار دودي شكل مي باشد ( بخاطر واكنش با بخار آب ) بنابراين هر نقطه اي كه اين دود سفيد رنگ مشاهده گرديد حاكي از آن است كه HF در محيط انتشار يافته است .

• واكنش پذيري
 هر دو شكل گازي و بدون آب و يا HF آبي ، داراي قابليت واكنش پذيري خوبي مي باشد .
فلزات، شيشه و ديگر تركيباتي همچون سيليكون ، چرم و لاستيك طبيعي از جمله موادي هستند كه با HF واكنش صورت مي دهند .

 • سميت
 هر دو شكل گازي و آبي HF ، شديدا خورنده بوده و باعث سوزش شديد پوست ، چشم و مخاط بويايي شده ، همچنين باعث سوزش شديد در دستگاه تنفسي مي شوند .
 استنشاق HF باعث سوزش غير قابل تحمل ، احساس سوزش در بيني و گلو به همراه سرفه شديد و درد در زير سينه مي شود . تهوع ، استفراغ ، اسهال و زخم لثه از مواردي است كه ايجاد خواهد گرديد .

در غلظتهاي كم : سوزش بيني ، خشكي ، خونريزي بيني و اختلال سينوسها ممكن است اتفاق بيفتد . در صورتيكه بدن انسان به مدت زيادي در تماس با HF قرار گيرد ، مي تواند باعث ايجاد زخم و سوراخ در ديوارة بيني شود . در معرض بودن غلظت زياد HF با بدن مي تواند باعث خشك شدن حنجره و برونشيت شده و نيز باعث ورم معده در بعد از 12 تا 24 ساعت خواهد گرديد .

در معرض بودن شديد مقدار زيادي از گازها و يا ذرات فلوئوريد باعث ايجاد تهوع ، استفراغ ، خسارت و زيان در اشتها و اسهال يا يبوست مي شود . مسموميت فلوئوريدها و يا ديگر اثرات شديد مي تواند ناشي از در معرض بودن شديد آن با بدن باشد .
در معرض بودن با مايع HF مي تواند باعث سوزش شديد شود . سوزش ايجاد شده توسط در معرض بودن با محلول رقيق (20-1) % از اسيد هيدرو فلوئوريدريك ( HF آبي ) ، يا غلظت ملايم بخار ، نمي تواند فورا باعث ايجاد اثرات ملامت آوري روي پوست شود .
چنانچه پوست در اثر تماس با HF دچار تخريب گردد اين تخريب در برخي مواقع موجب مي شود تا ضمن آسيب ديدن رگهاي خوني به استخوان نيز نفوذ پيدا نمايد . در هر حال در معرض بودن بدن با HF مايع در كارخانه ، غني سازي انتظار نمي رود .
 اگر چشم در معرض تماس با HF قرار گيرد ، باعث ايجاد احساس سوزش ، سرخي و ترشح خواهد گرديد . تراوش اسيد فلوئوريدريك آبي به چشم باعث تورم ، التهاب قرنيه و بسياري اثرات مخرب جدي خواهد شد . اما اين مسئله نيز در كارخانه اتفاق نمي افتد زيرا HF موجود بصورت گازي شکل در محيط نشت پيدا مي نمايد و HF مايع در فرآيند غني سازي و هنگام كار با سانتريفوژ ايجاد نمي شود .

• اشتعال پذيري
 هيدروفلوئوريد هيدروژن خاصيت اشتعال پذيري و يا احتراق ندارد . HF مي تواند يك واكنش گرمازا با آب انجام دهد و باعث اشتعال مواد آتش پذير نزديك آن شود . HF در واكنش با فلزات معين مي تواند توليد هيدروژن نمايد كه اشتعال پذير مي باشد . هر دوي اين واكنشها بايد با مقدار زيادي HF و مواد نامبرده صورت گيرد . اين فعل و انفعالات در كارخانه غني سازي وجود ندارد .

برگرفته از كتاب ( بررسي توليد و انتشار سم HF در فرآيند غني سازي اورانيوم )



واکنش پذیری HF از نظر شیمیایی

HF غيرآبي ، واكنش پذيري بسيار خوبي با ديگر مواد از جمله فلزات و غير فلزات و نيز هيدروژن و اكسيژن و بسياري ديگر از دسته هاي تركيبات دارد . . . 

به هرحال برخي از اين واكنش ها ممكن است در حضور كاتاليزور و يا حتي بدون وجود آن صورت پذيرد . براي مثال واكنش HF گازي شكل با جزء M مي تواند بطور ترموديناميكي موافق فرمول نوشته شده در زير باشد : ( 1-4 ) مشروط به آنكه انرژي براي واكنش منفي باشد .
در نهايت از نتايج بدست آمده در موردHF مي توان اين مقدار انرژي گيبس يعني را معادل در نظر گرفت . از انرژي آزاد تشكيل نيز مي توان به راحتي دريافت كه ميل واكنشي HF با فلزات بسيار بالا مي باشد .
از طرف ديگر هرگاه در بسياري از حالتها با فلزات قلیایی و فلزات قلیایی خاكي و يا با فلزاتي همچون : روي ، آلومينيوم و اجزاء لانتانید واكنش انجام دهد ، اين واكنش به شدت گرمازا خواهد بود .
از مقايسة هالوژنها و ميل واكنش پذيري آنها با مواد مختلف مي توان دريافت كه نقره مي تواند با كلريد هيدروژن و يا بروميد و يديد هيدروژن واكنش دهد ، اما اين عنصر قادر نخواهد بود تا با فلوئوريد واكنشي صورت دهد .
 اگر بخواهيم واكنش پذيري با آهن را عنوان كنيم بايد بگوييم كه آهن نيز مي تواند بصورت آنهم فقط با تكرار واكنش با بدست آيد و نيز در صورتي تشكيل خواهد شد كه ، اين واكنش فقط در دماي بالا صورت گيرد . واكنشهاي سيليسيم به شكل بسيار موافق با حالت X = F و كلرو بروم خواهد بود ، اما فقط واكنشهاي HF در دماي اتاق صورت مي گيرد و ساير واكنش ها بايد تحت اعمال دماي بالا انجام پذيرد . واكنش نيز براي HF بصورت خواهد بود در حاليكه واكنش اين ماده با ديگر هالوژنهاي HX ، بصورت انجام واكنش با HF ميسر نمي باشد .
مهمترين مسئله در مورد فلوئوريد هيدروژن ، واكنش پذيري و نسبت مخلوط شدن آن با آب مي باشد و بايد در اين مورد اذعان نمود كه : اين مولكول با همة نسبتها مي تواند در آب مخلوط شود و در مورد ميزان نسبت حل شدن در آب محدوديتي ندارد . همان طوري كه در نمودار فازي حل شدن HF در آب كه در زير آورده شده است مشاهده مي شود ، مي توان از اين نمودار سه نقطة مهم را بدست آورد :

يكي براي ديگري براي و نقطة سوم هم مي تواند براي در نظر گرفته شود . هر كدام از اين تركيبات داراي درصد مولي HF متفاوتی در مخلوط آب و HF مي باشند .
همانگونه كه از شكل فوق مشخص مي شود نقاط انجماد سه تركيب نام برده شده از نظر مقدار با ديگري متفاوت مي باشد ، بطوريكه مي توان براي مقدار c ° 5/35- را ذكر نمود درحالي كه براي اين مقدار c ° 5/75- رسيده و در نهايت نقطة انجماد دمايي در حدود c ° 4/100- را خواهـد داشت كه اين مقـدار زيـر دمـاي ذوبHF خالـص مي باشد . مطالعات جديد توسط X- ray روي اين ماده تائيد كنندة حدسي خواهد بود كه در مورد آن وجود داشته است . بهترين شكل بندي پيوندH در نمك مواد و و نيز وجود دارد كه داراي سه پيوند قوي هيدروژن بر هر يون هيدرونیوم بوده و متوسط فاصلة پيوند O —- F از 2/250 براي مادة اول و 7/246 و pm 6/253 به ترتيب براي ساير مواد خواهد بود .
با توجه به نتايج ذكر شده مي توان عنوان كرد كه : پيوندهاي هيدروژن خيلـي مناسب بوده و گرنـه در غير اينصورت تركيبات مذكور به شكل ديگـري ظاهـر مي شدند .
عليرغم ساير اسيدهاي آبي ، اين پيوند به شدت محكم مي باشد . اسيد هيدرو فلوئوريك ، يك اسيد خيلي ضعيف در محلول هاي آبي به شمار مي آيد . براستي كه رفتار چنين محلول هايي در مورد ثابت تجزيه آن ، كه منجر به رقيق شدن محلول ميباشد بسيار قابل توجه و چشمگير خواهد بود . مطالعات انجام گرفته در اين زمينه حكايت از دو تعادل مهم مي نمايد كه در زير آورده شده است : ثابت شكست براي اولين فرآيند فقط در حدود و در دماي 25 درجه سانتيگراد خواهد بود .
اين مطالعات نشان داده است كه مقدار كمتري از يون هيدروژن در غلظت مورد نظر باعث محكم تر شدن پيوند شده و باعث ايجاد پيوند هيدروژني مي شود . اين مسئله همچنين باعث خواهد شد تا جفت يون تشكيل شده از يكديگر جدا نشوند .
با مقايسة مي توان دريافت كه مطالب ذكر شده در مورد فرآيند اول صحت دارد . زيرا اگر را مساوي بدانيم حاصل آن باعث به وجود آمدن مقدار 58/0 براي خواهد بود و آن نشان دهندة اين مطلب است كه وجود تعداد قابل ملاحظه اي از يونهاي فلوئوريد در محلول ذكر شده در کنار مولكول هاي HF ، تشكيل يون جديد را خواهد داد و اين واكنش نسبت به واكنش تركيب با زودتر صورت خواهد گرفت آنهم در حضور غلظت بسيار زياد مولكول هاي آب در محلول .
در سيستم هاي هالوژني از نوع HX / H2O كه مادة مورد نظر ما هم در آن قرار دارد ، تنها تعادل فازي بين مايع و جامد قابل اهميت است در حالي كه بين فـاز مايـع و گـاز نيـز يك تعـادل ديگر موجود مي باشد . هنگامي كه محلول هاي آبكي و رقيق HX را داريم ، گرم كردن تا نقطة جوش باعث مي شود تا غلظتHX در بخار نسبت به فاز مايع كمتر شود بنابراين غلظت مولكول هاي HX در مايع همزمان با بخار شدن آب افزايش خواهد يافت و همچنين با انجام اين عمل نقطة جوش فاز مايع نيز به دليل افزايش مولكول هاي HX در آن فاز ، نسبت به قبل از وقوع تبخير ، افزايش پیدا مي نماید .
 اين افزايش غلظت مولكولهاي HX در محلول و نيز به دنبال آن افزايش نقطة جوش ، تا نقطه مشخصی ادامه مي يابد و پس از آن عليرغم افزايش غلظت ، دماي جوش همچنان ثابت باقي خواهد ماند . اين مخلوط با رسيدن به اين نقطه ، آزئوتروپ ناميده مي شود .
پديدة مذكور در شكل بعد به نمايش گذاشته شده است . با افزايش فرآيند تبخير و پس از طي شدن نقطة آزئوتروپ غلظت در مايع كاهش يافته و مقداري از HF تبخير مي شود . در نتيجه دماي جوش مايع كاهش مي يابد و اين عمل آنقدر ادامه پیدا می کند تا دوباره نقطة دوم شكل گيـرد : با توجه به شكل فوق و همچنين مطالب ذكر شـده مي توان عنوان نمود كه دماي جوش محلول آب و HF ، بستگي به غلظت HF در آن دارد .
 نقاط جوش و آزئوتروپ تركيبات هالوژن در جدول (1-5 ) آورده شده است : از طرف ديگر ، نقطة جوش و تركيب آزئوتروپ هر دو با فشار تغيير مي يابند و اين تغييرات براي تركيب HCl در جدول ( 6-1 ) آورده شده است . چنين رخدادي آشكارا مي تواند نشان دهد كه با تبخير مي توان نقطة آزئوتروپ را به هم نزديك نمود .
 به هرحال آنها يك معني را مي رسانند و آنهم اينكه بهترين محلول ، با تركيب درست و دقت در حين تهيه كردن به دست خواهد آمد .

برگرفته از كتاب ( بررسي توليد و انتشار سم HF در فرآيند غني سازي اورانيوم )



خواص فیزیکی HF

فلوئوريد هيدروژن يك مايع فرار و بدون رنگ است . همچنين اين ماده يك تركيب ، با پيوندهاي گازي بين مولكولهاي مي باشد كه در ادامة همين فصل آورده خواهد شد .. .

برخي از خواص فيزيكي HF در جدول ( 1-4 ) آورده شده است :
با توجه به جدول فوق مي توان به چند نكتة مهم دست پيدا نمود :
يكي فشار بخار پائين ، ديگري محدودة مايع بودن زياد و در نهايت نيز بالا بودن ثابت دي الكتريك اين ماده مي باشـد .
همچنين مي توان نتيجه گيري نمود كه ويسكوزيتة مايع HF در مقايسه با ويسكوزيتة آب ، پائين تر بوده و حتي از ويسكوزيتة ساير هالوژن ها هم كمتر مي باشد . اين مطلب موضوعي را مشخص مي كند كه : شبكة پيوندي سه بعدي H همانند آنچه كه در مورد آب و يا اسيد سولفوريك و يا اسيد فسفريك ، مشاهده مي نماييم در اينجا وجود ندارد .
در هر حال بايد به خاطر داشت كه ويسكوزيتة HF در صفر درجة سانتيگراد محاسبه شده است ، يعني در دماي حدود 80 درجه بالاتر از نقطة ذوب و حدود 20 درجة سانتيگراد زير نقطة جوش اين ماده . يك مقايسة ديگر در دمـايc° 5/62- نشان مي دهد كه مقدار ويسكوزيته ، 772/0 سنتي پوپس مي باشد در حالي كه آب در دماي c°20 ، ويسكوزيته اي در حدود يك سنتي پویس را خواهـد داشت .
پيوند هيـدروژني ، همچنين مسئول پيوستگـي مولكول هاي HF در فـاز بخـار مي باشد . دانسيتة بخار بالاي مايع HF ، داراي مقداري ماكزيمم در c° 34- يعني 86 خواهد بود و اين دانسيته در فشار اتمسفر از 86 ، به 58 در c° 25 و در نهايت به مقدار 6/20 در c°80 خواهد رسيد . دانسيتة بخار مونومري H در آن شرايط ، حاصل تقسيم 0063/20 به 0158/2 يعني 925/9 خواهد بود .
اين نتايج حاصل تحقيقات انجام گرفته توسط اشعة مادون قرمز و با انكسار الكتروني مي باشد . نتيجة ديگري كه از اين تحقيق به دست مي آيد اين است كه :
مولكول هاي HF گازي شكل ، به صورت يك مخلوطي كه در حال تعادل بوده و از مجموعة مولكول هاي تكي و يا حتي 6 تايي مي تواند وجود داشته باشد ، تشکیل شده است و اين حالت تكي و يا چندتايي حاصل دما و فشار حاكم بر سيستم خو اهد بود : و ساختمان كريستاليHF نشان مي دهد كه پليمرهاي موجود به شكل يك تغييرات زيگزاگ با پيوند بين فلوئور به طول Pm 249 و با زاويه اي در حدود ° 1/120 ظاهر مي شود .
انرژي مورد نياز براي شكسته شدن پيوند بين مولكول هاي HF بيشترين مقدار را در بين هالوژن ها داشته و اين انرژي به Kj / mol 574 خواهد رسيد .

برگرفته از كتاب ( بررسي توليد و انتشار سم HF در فرآيند غني سازي اورانيوم )



موارد استفاده HF

فلوئوريد هيدروژن بدون آب براي اولين بار و در ابتدا در سال 1931 در مقياس صنعتي در آمريكا توليد گرديد . پس از آن نيز در سال 1942 ميلادي توسط كشور انگلستان و امروزه نيز در كشورهاي زيادي كار توليد اين ماده انجام مي پذيرد . . .

 ميزان محصول توليد شده همة كشورها به همراه آمريكا بيش از 300 هزار تن در سال مي باشد و در آينده تخمين زده مي شود تا يك ميليون تن افزايش پيدا نمايد .
در سال 1979 قيمت هر كيلو گرم از HF حدود 1 دلار بود و براي اسيد 70 درصدي آن ، حدود 75/0 دلار بـراي هر كيلـوگـرم پـرداخـت مي گرديد . حمل مادة HF توسط كشتي ، در مخازني به ظرفيت 20 تا 91 تن انجام مي پذيرد و اين ماده سپس به مخازن استيلي با ظرفيت 8 تا900 كيلوگرم انتقال داده خواهد شد ( مخازن مورد استفاده در انگليس 7/2 تا 635 كيلوگرم است ) .
بطري هاي 340 گرمي HF ، با غلظتي در حـدود 70 درصد اسيـد ، در واگن ها و كاميونهاي با ظرفيت 32 تا 80 تن انتقال داده مي شوند . در ابتدا ، از مادة فلوئوريد هيدروژن در توليد كلر و فلوئوركربن جهت واحدهاي سرما سازي استفاده مي شد و همچنين با توجه به نقطة جوش آن و خواص اين ماده ، در انجماد سازي گازها نيز مورد استفاده قرار مي گرفت .
توليد زياد محصولات آلومينيومي در سالهاي 1935 تا 1940 و در آمريكا باعث شد تا اين ماده صرفا جهت كارهاي سرماسازي مورد استفاده قرار نگيرد و با مصرف در اين كارخانه ها باعث ايجاد تعادلي جهت موارد استفادة خود گرديد به طوريكه مورد مصرف HF براي اين دو نوع استفاده ، به ترتيب 37 و 40 درصد بود و لذا حدود 77 درصد از محصول HF براي اين دو صنعت عظيم مورد استفاده واقع گرديد . علاوه بر موارد ذكر شده حدود 7 درصد ديگر جهت ساير فرآيندهاي آلومينيوم و نيز 5 درصد هم براي كاتاليزورهاي آلكیلاسيون در صنايع نفت و 4 درصد جهت قطعه شويي صنايع استيل و 7 درصد باقيمانده نيز جهت مصارف سنتي استفاده مي شود ( مثل كار بر روي شيشه و توليد لامپ برق و تيوب تلويزيون و ساخت نمكهاي فلوئوريد ) .
شايد استفادة 40 هزار تن از محصول HF در هر سال و در سطح جهان جهت ساخت تركيبات ديگري از جمله و باشند كه در ابتدا با واكنشHF مي توان به رسيد و سپس با افزايش گاز فلوئور به دست پيدا نمود ( اين واكنش ها بعدا ذكر خواهند گردید ) .
خاصيت خورندگي طبيعي HF و محلول آبي اين اسيد ، بايد در هنگام كار كردن با آن مد نظر قرار گيرد . سيماي آشكار سوزاندن HF برروي پوست بـدن ، با يـك زخـم دردنـاك شـروع مي شود و واكنش تدريجي اين ماده بر روي پوست با كاهش هيدروژن و ايجاد PH كم و اثر سمي مخصوص حاصل از غلظت بالاي يون هاي فلوئور بهمراه خواهد بود . اين عمل باعث مي شود تا از بافت بدن جدا شده و به صورت مادة ظاهر شود و بدين وسيله با كاهش تدريجي در بدن و اضافه شدن در بافت به نهايت اثر نامطلوب خود خواهد رسيد .
 اثر سوختگيHF بر روي پوست بدن مي تواند توسط شستن با آب ، آنهم به مدت 15 دقيقه متوقف شود . در عين حال براي جلوگيري از ادامة واكنش HF با بافت بدن ، مي توان علاوه بر شستن، موارد زير را نيز با توجه به موقعيت و ميزان سوختگي مورد عمل قرار داد :

 1- غوطه ور نمودن عضو آسيب ديده در محلول سرد ، يا استفاده از ذرات مرطوب آن .
 2- تزريق زير جلدي از يك محلول 10 درصدي گلوكونات كلسيم .
 3- جراحي قسمت آسيب ديده در سوختگي شديد ناشی از HF .

در این زمینه خاطر نشان می سازد که توجهات پزشكي کاملا ضروري خواهد بود حتي اگر اثر ناچيزي از آن ظاهر شده باشد . زيرا اثرات مخرب بعدي را ممكن است به دنبال داشته باشد .

برگرفته از كتاب ( بررسي توليد و انتشار سم HF در فرآيند غني سازي اورانيوم )



روش های تولید HF

فلوئوريد هيدروژن بدون آب اغلب بوسيلة يك واكنش ، بين اسيد سولفوريك با غلظت حداكثر 95 درصد ، روي پاية اسيدي فلوريت با غلظت بيش از 98 درصد ساخته مي شود .

 ( 1-1 ) واكنش ذكر شده در فوق ، گرماگير بوده و براي انجام اين واكنش و بالابردن راندمان كار ، مي بايست گرماي مورد نياز به فرآيند انتقال پيدا نمايد .
واكنش فوق در مدت 30 تا 60 دقيقه و در دمايي در حدود 200 تا 250 درجة سانتيگراد صورت خواهد پذيرفت . چنانچه فلوريت موجود در واكنش داراي مقداري ناخالصي از عنصر سيليس باشـد ، اين عنصر و جزء ناخالصي ، باعث مي شود تا 6 مول از محصول اصلي يعنيHF به ازاي هر مول از اكسيد سيليسيم يعني با انجام واكنش مضر و زايد ، به هدر رفته و با توليد و نيز از راندمان واكنش مورد نياز به شدت بكاهد . لذا استفاده از مادة خالص ، به همراه دماي مورد نياز براي انجام واكنش باعث افزايش راندمان واكنش خواهد گرديد .
در يك واحد ( براي نمونه 20 هزار تنی توليدHF ) ، مقدار زيادي حرارت مورد نياز خواهد بود كه بايد از طريق جدارة مخزن انجام واكنش به محلول انتقال پيدا نمايد . براي اين منظور از يك كورة استيل به طول 30 متر استفاده مي شود كه اين كوره قابليت چرخش يك دور بر دقيقه حول مخزن را دارد .
محصول گازي شكل ، در 100 تا 150 درجة سانتيگراد از مخزن خارج شده و پس از آن طي مراحل مختلفي به شكل جامد ، مايع و يا ناخالصي هاي گازي شكل تبديل مي شود . آنچـه كه به مايع تبديـل مي شود محصولي با خلوص 99 درصد است كه طي مراحل بعدي تقطير به خلوص 9/99 درصد خواهد رسيد . از نظر خوردگي و ايمني كارخانه ، بايد مقررات خاصي را اعمال نمود زيراHF توليدي بسيار خورنده و سمي بوده ، علاوه برآن ، دماي واكنش نيز بالا مي باشد .
 HF همچنين مي تواند توسط يك فرآيند مرطوب و با استفاده از فلوراپانيت و تبديل آن به اسيد فسفريك توليد شود ، اما وجود مادة كه با توليد و به شدت از راندمان واكنش و تـوليـدHF خواهـد كاست ، باعث مي شود تا اين فرآيند ، غير اقتصادي به حساب آيد
( 1-2 ) ( 1-3 ) محلول آبی مقداری از مادة توليد شده در واكنشهاي فوق مي تواند از نظر تجاري مورد استفاده واقع شود ، اما بايد در نظر داشت كه حدود 500 هزار تن از اين ماده توسط كارخانة اسيد فسفريكUS بطور ساليانه دور ريخته مي شود كه اگر بر اساس واكنشهاي انجام شده بخواهيم معادل آن را بدست آوريم ، يعني مقدار يك ميليون تن از فلوريت بدست آمده كه مي توانست براي توليد HF مورد نياز استفاده شود .

برگرفته از كتاب ( بررسي توليد و انتشار سم HF در فرآيند غني سازي اورانيوم )



تهیه و تولید گاز فلوئور F2

تنها روش منطقي توليد گاز فلوئور ، روش اصلي مويسان مي باشد كه بر اساس الكتروليز محلول KF در محلول غير آبيHF استوار است . . .

 مويسان يك نسبت مولي 1 به 3 را برايKF وHF به كار برده است ، اما اين نسبت ، به فشار بخار بالايي ازHF نياز خواهد داشت و بايد اين واكنش و عمل الكتروليز محلول فوق در دمايي حدود C ° 24- صورت پذيرد .
امروزه نسبت هاي مولي الكتروليت مورد نياز براي الكتروليز ، نسبت 1 به 2 و يا يك به يك از مخلوط ذكر شده بکار گرفته می شود كه البته در اين حالات بر خلاف نسبت 1 به 3 ذكر شده ، دماي مورد نياز براي فرآيند الكتروليز به ترتيب 72 و 240 درجة سانتيگراد خواهد بود .
درضمن در اين حالت فشار بخارHF نيز ، كم مي باشد . مطابق آنچه كه گفته شد معلوم مي شود كه اين واكنش ها در ژنراتورهاي توليد فلوئور در دماي پائين (72 ) و يا دماي بالا (240 ) صورت خواهد گرفت . پيلهاي دماي پائين معمولا استفادة بيشتري دارند و از پيلهاي دماي بالا به دليل مزاياي پيلهاي دماي پائين ، استفادة چنداني به عمل نمي آيد . اين چهار مزيت به ترتيب زير مي باشند :

1- فشار بخارHF در بالاي پيل دماي پائين ، نسبت به دماي بالا ، كمتر است .
2- در اين پيل ها خوردگي كمتري صورت مي گيرد .
3- طول عمر آند پيلهاي دماي پائين ، كمتر است .
4- تركيبات الكتروليت بدون اينكه اثري بر روي بازدهي و يا خراب كردن فعاليت آن داشته باشد مي تواند در محدودة زيادي تغيير پيدا نمايد .

خاصيت خورندگي بالاي الكتروليت مورد استفاده در اين پيل به همراه قدرت اكسيد كنندگي بالاي گاز فلوئور تشديد خواهد شد و مشكلات متعددي را در حين كار كردن به وجود خواهد آورد ، بویژه موقعي كه اين خاصيت خوردگي و اكسيد كنندگي توسط قابليت انفجار گاز فلوئور با گاز هيدروژن آميخته شود . لذا براي حذف عمل انفجار پيـل توسط گازهـاي نامبرده شـده ، مي بايد در طول فرآيند الكتروليز اين دو گاز از يكديگر جدا در نظر گرفته شوند و توسط يك مانع از اختلاط آن دو ، جلوگيري به عمل آید .
با عدم دقت در روغن كاري و نيز گريس كاري و چرب نمودن پيل و همچنين جلوگيري نكردن از واكنش مواد قابل اشتعال ، بايد منتظر يك آتش سوزي شديدی باشيم .
از ديگر خطرات موجود در ژنراتورهاي توليد گاز فلوئور ، مي توان از شكل گيري يک انفجار توسط تركيبات گرافيت فلورين در آند را نام برد . البته بايد در نظر داشت كه بر همة اين مشكلات مي توان غلبه پيدا نمود و با رعايت موارد ايمني ، در آزمايشگاه و همچنین در صنعت ، مي توان این گاز را با اطمينان كامل توليد نمود . نوعي از ژنراتورها دارای يك ديگ استيل به عنوان كاتد و نیز الكتروليت KF. 2HF می باشند .
دماي پيل حدود 80 تا 100 درجة سانتيگراد بوده و تنظيم دما تا اين حد توسط يك جداره صورت مي گيرد . بايد در نظر داشت كه در ابتداي كار و همزمان با شروع فرآيند الكتروليز ، مي بايست دماي مورد نياز و حرارت لازم به الكتروليت و پيل داده شود ، تا به حد مورد نياز برسد اما پس از شروع فرآيند و با آزاد سازي انرژي ، حرارت توليد شده بايد از پيل دفع گردد تا در حدود 80 تا 100 درجه سانتیگراد ، ثابت باقي بماند . وظيفة جداره ، انجام دو عمل تامين حرارت در آغاز و دفع آن پس از شروع كار و در حين فرآيند ميباشد كه توسط يك خنك كننده ، دما از جداره به آن منتقل شده و به بيرون هدایت خواهد شد .
آند مربوطه در اين پيل ، از يك ميلة مركزي از جنس كربن غيرگرافيتي تشكيل شده است و همانگونه كه گفته شد براي جلوگيري از اختلاط گازهاي هيدروژن و فلوئور كه هر دو محصول فرآيند الكتروليز مي باشند ، يك پرده در روي الكتروليت وجود دارد كه مانـع از آميختـه شـدن اين دو گـاز با يكديگر مي شود .
براي اطمينان خاطر از عدم مخلوط شدن گازهاي حاصل شده ، بايد پردة به كار رفته ، به زير سطح الكتروليت فرو برده شود و در این میان دما نيز به طور خودكار تنظيم خواهد گردید . جهت تنظيم سطح سیال الكتروليت ، از يك كنترل كنندة سطح با عمل اضافه كردن محلول غير آبيHF استفاده مي گردد .
ژنراتورهاي آزمايشگاهي معمولا در جريان 10 تا 50 آمپر فعاليت ميكنند حال آنكه در پيل هاي صنعتي توليد F2 ، جريان 4000 تا 6000 آمپر و نيز ولتاژ 8 تا 12 ولت به كار گرفته خواهد شد . يك پيل تولید F2 در نوع قدرتي خود ، داراي ابعاد ( 6/0 8/0 3 ) متر بوده و وزني در حدود 1 تن الكتروليت را تحمل خواهد نمود . همچنين توانايي آن را دارد كه 12 مجموعة آند را در خود جاي دهد كه هر دو آند در يك مجموعه ميتواند 3 تا 4 كيلوگرم گاز فلوئور را در هر ساعت توليد نمايد .
بدين ترتيب يك واحد بزرگ توليد فلوئور ميتواند 9 تن مايع را در هر روز توليد نمايد . كل توليد ساليانة گاز فلوئور در آمريكا و كانادا درحدود 5000 تن مي باشد . مخازن نگهداري فلوئور در اندازه هاي مختلفي همچون 230 گرم تا 7/2 كيلوگرم وجود دارد و مايع F2 نيز در مخازن 27/2 تني معامله مي گردد . از آنجائيكه در دما و فشار معمولي فلوئور به صورت فاز گازي شكل ظاهر خواهد شد ، لذا براي نگهداري آن به صورت مايع و حمل شدن آن توسط مخازن مايع ، بايد از مايع نيتروژن كه داراي نقطة جوش 8 درجة زير فلوئور مي باشد استفاده نمود . البته براي اينكه بتوان فلوئور را در دماي پائين تري حمل نمود مي توان آن را به صورت تركيب درآورد كه اين ماده داراي نقطه جوش 7/11درجة سانتيگراد مي باشد و پس از حمل آن ، به محل مورد نظر و تجزيه گاز فلوئور را مجددا استخراج نمود .
در حال حاضر 70 تا 80 درصد محصول توليد شدة گاز فلوئور براي توليد در كارخانجات فرآوری و غني سازي اورانیوم براي توليد سوخت مورد نياز در راكتورهاي قـدرت نيروگاه هاي هسته اي مورد استفاده واقع مي شود .
بحث توليد و موارد استفادة آن در صنعت غني سازي اورانيـوم در فصل هاي بعد توضيح داده خواهـد شد . مادة ديگري كه از گاز فلوئور به دست مي آيد مي باشد كه به عنوان يك دي الكتريك خوب در صنعت شناخته شده است .

 

برگرفته از كتاب ( بررسي توليد و انتشار سم HF در فرآيند غني سازي اورانيوم )



تاریخچه تولید HF

در اين بخش ابتدا توضيحات جامع و مفيدي در مورد تاریخچه ، خواص و پيدايش فلوئور داده خواهد شد .. . 

همانگونه كه مي دانيم موضوع اصلي بحث اين كتاب يعني فلوئوريد هيدروژن (HF ) ، يك هالوژن مي باشد كه دانستن خواص عمومي اين تركيب به طور حتم اطلاعات مفيدي را در مورد اين مادة خاص به ما خواهد داد .
تركيبات هالوژن بيش از 200 سال است كه بحث توسعة توليد و خواص آنها چه از نظر علمي و تئوري و چه در واقعيت و از نظر تجربي مورد توجه واقع شده است . از مطالعات انجام گرفته در اين زمينه كه در گذشته ثبت شده است مي توان موارد عمدة زير را برشمرد :

 1- در سال 1670 ميلادي ، شخصي به نام (Nurnberg) H.Schwanhard دريافت كه تركيب شدن فلوئوريد كلسيم ( ) با يك اسيد قوي توليد بخار HF مي نمايد كه اين بخار توليد شده به مراتب قوي تر از اسيدهاي شناخته شده تا آنروز بود و مي توانست بر روي شيشه اثر گذاشته و در تزئين و كار با شيشه مورد استفاده قرار گيرد .

2- A.-M. آمپر به شخصي به نام H.Davy كه پيشنهاد نام گذاري يون كلر را به كلرين داده بود اعلام كرد كه مي توان براي فلوئور نيز در تركيباتي همچون و يا HF عبارت فلورين را در نظر گرفت . اين پيشنهاد در 12 آگوست سال 1813 يعني حدود 200 سال پيش مطرح گرديد

3- شخصي به نام H.Moissan ، گاز F2 را از تركيب KHF2 / HF در 26 ژوئن سال 1906 ميلادي به وسيلة الكتروليز پس از 70 سال تحقيق و عدم حصول نتيجه گيري توسط ساير افراد ، بدست آورد ( گيرندة جايزة نوبل در شيمي در سال 1906 ) .

 4- اولين محمولة بدون آب فلوئوريد هيدروژن (HF) در آمريكا و در سال 1931 حمل گرديد .

آنچه در بالا ذكر شد خلاصه اي بود از صدها و هزاران تحقيق انجام گرفته و روند توسعة علم آن ، كه از ابتدا تا نتيجه گيري آورده شده است . خواص بسيار مضر و سمي بخارHF و تركيبات حاوي آن بعد از آنكه Schwanhard اين ماده را براي تزئين و نقش گذاري روي شيشه به كار برد معلوم گرديد . چنانچه اسيد هيدروفلوريك با پوست دست و يا هر نقطه اي از بدن در تماس باشد ، به شدت آن را دچار سوختگي خواهد نمود و چنانچه بخواهيم آنرا هيدروليز نماييم به دليل سمي بودن اين ماده ، احتياط بسيار شرط كار خواهد بود .
بيشترين غلظت مجاز گازHF در محيط اطراف نبايد بیشتر از ppm 3-2 باشد در حالي كه غلظت ppm 10 از HCN حد آستانة سمي بودن سيانور تشخيص داده شده است . اين مسئله خود گواه اين مدعاست كه اهميت رهاسازي و انتشار گاز HF در محيط بسيار زياد مي باشد و خطرات ناشي از وجود آن در هواي مورد استشمام ، قابل جبران و يا اغماض نيست .
تركيب آزاد HF در محيط به خودي خود اثر سميت بيشتري دارد و حداكثر مقدار مجاز آن براي 8 ساعت استنشاق در روز نبايد بيش از ppm 1/0 در نظر گرفته شده باشد ، زيرا پس از 8 ساعت كار و در معرض قرار داشتن این ماده ، باعث مي شود تا حجم عظيمـي از بخارات سمي اين گاز وارد ريـه شده و باعث از بين رفتن سلولهـاي آن شود ( حدود22 ليتر هوا در هر دقيقه ) . از طرف ديگر وجود مقدار كمي از يون فلوئور در آب آشاميدني اثر بسيار مطلوبي در جلوگيري از پوسيدگي دندان خواهد داشت .
اين مطلب توسط H.T.Dean و همكارانش در ابتداي سال 1930 به جهانيان ارائه گرديد ، در حاليكه براي سالهاي متمادي بسياري از كشورها غلظت يون كلريد را در آب آشاميدني كشورشان در حدود 1 و يا حتي زير آن نگه داشته مي داشتند . به هرحال غلظت ppm 3-2 فلوئور در آب باعث مي شود تا لكه هاي قهوه اي رنگ دندان بر طرف شود اما در غلظت بيش از ppm 50 اثرات آن مخرب خواهد بود .

برگرفته از كتاب ( بررسي توليد و انتشار سم HF در فرآيند غني سازي اورانيوم )