二氧化铀制取(preparation of uranium dioxide)

还原剂还原铀的高价氧化物或将铀酰铵盐热分解成二氧化铀的过程。还原法和热分解法都已应用于工业生产。常用的还原剂有氢、裂解氨和一氧化碳。产品UO₂为核纯级，是制取UF₄和制备核反应堆用陶瓷元件的原料。

原料制取UO₂的原料主要有UO₃、U₃O₈、铀酸铵盐以及三碳酸铀酰铵。亦可从具有不同²³⁵U丰度的UF。中制取UO₂。此时先将UF₆转化为氟化铀酰溶液，然后再转化成铀酸铵盐。

采用不同的原料和不同的生产工艺流程时，所得UO₂的粒度和其反应性能亦不一样。例如，以铀酸铵盐或硝酸铀酰为原料，分别采用低温煅烧、氢还原以及高温煅烧、再氢还原，所得UO₂的粒度明显不同，从铀酸铵盐所得的UO₂的粒径为0．032um和0．38／um，从硝酸铀酰所制得的粒径为0．33／um和0．85um。它们的生产工艺流程和工艺条件如图。

产品UO₂的粒度较原料的粒度小，原料粒度直接影响UO₂的粒度，原料粒度大时，产品UO₂的颗粒也粗。对用来生产陶瓷元件的UO₂的粒度要求甚严，要采用特定的生产工艺制备铀酸铵盐和三碳酸铀酰铵，

由表看出，用H₂、CO₂或裂解NH。都可把UO₂或UO₂₈还原成UO2。

氢还原用H₂还原UO₃或U₃O₈的还原温度超过723K，还原率在97％以上。在低于此温度下制得的UO₂，其反应活性较大，也易于氧化。当连续进行还原和氢氟化制取UF₄时，还原温度宜选用873K左右；若UO₂需存放，为提高其稳定性，还原温度则宜选用1073～1143K。

一氧化碳还原用CO还原UO₃或U₃O₈时，因反应速度快，还原温度低于H₂的还原温度。例如CO于673K下还原5min，还原率可高达97％；而在相同温度下，用氢还原2h，还原率只有57％。

氨还原NH₃还原的反应步骤为：

NH₃还原比氢还原安全，成本也较低，产品二氧化铀一般不存放，立即进行氢氟化制取UF₄。

三碳酸铀酰铵热分解法三碳酸铀酰铵((NH₄)₄[UO₂(CO₃)₂])含有足够量的还原剂——NH₃、NH₃裂解产生氢。三碳酸铀酰铵热分解、还原的系列反应为：

三碳酸铀酰铵在热分解过程中，产生大量的NH₃和CO₂气体，致使原料的颗粒多孔或发生崩解，因而得到颗粒较细的UO₂产品。这种UO₂的比表面积一般大于3m／g，化学反应性能良好，为活性二氧化铀。

设备用于生产UO₂的设备种类繁多，按铀氧化物在设备内的运动状况分为固定床设备、移动床设备、流化床设备及L型联合炉。固定床设备有固定盘式、箱式炉或管式炉，还有移动盘式链条炉等。移动床设备有挡板式回转炉，内螺纹式管式炉及螺旋推进式管式炉等。流化床设备有流态化炉。L型联合炉由垂直的还原段和水平的氢氟化段组合而成。法国研制成功的L型联合炉将还原制取UO₂和UO₂氢氟化制取UF₄在同一设备中完成。三氧化铀在L型炉的垂直段中呈飘悬状态下落，与上升的裂解NH₃作用，被还原为UO₂，接着在水平段氢氟化为UF₂。由于还原所得的UO₂可立即进行氢氟化，从而可降低还原或热分解温度。例如在873K温度左右进行还原或热分解时，既可得到活性的UO₂，又可以提高氢氟化剂氟化氢的利用率，并节省热能。