[发明专利]从溶解在离子性液体中的UF6

说明书

本文描述了从六氟化铀(UF₆)回收四氟化铀(UF₄)的方法，所述方法包括将UF₆直接溶解在离子性液体中并回收UF₄，所述UF₄可以被加工以获得UO₂(s)或金属铀。

与相关申请的交叉引用

本申请要求2020年3月6日提交的美国临时专利申请号62/986,059的优先权，所述临时申请整体通过参考并入本文。

联邦资助的研究

本发明在美国能源部授予的主合同号为DE-NA-0003624、子合同号为159313、任务订单号为26和37的美国政府支持下做出。美国政府在本发明中具有一定权利。

技术领域

本文描述了从六氟化铀(UF₆)回收四氟化铀(UF₄)的方法，所述方法包括将UF₆直接溶解在离子性液体中并回收UF₄，所述UF₄可以被加工以获得UO₂(s)或金属铀。

背景技术

六氟化铀(UF₆)是一种高挥发性和反应性的铀形式，是国家核材料储备的一部分。全世界95％的贫化铀以UF₆的形式存在。UF₆与水剧烈反应产生氟化铀酰(UO₂F₂)和氢氟酸(HF)，在室温下极易挥发和升华。

对于将反应性UF₆转变成可用于后续应用的更稳定的铀化合物的方法，存在着需求。

发明内容

本文描述的一个实施方式是一种将六氟化铀(UF₆)转变成四氟化铀(UF₄)的方法，所述方法包括：将UF₆以0.01M至3.0M的浓度直接溶解在室温离子性液体中；将溶液温育一个时间段；和向所述溶液添加水以沉淀固体UF₄。在一种情况下，所述离子性液体中的UF₆浓度低于约2.0M。在另一种情况下，所述离子性液体中的UF₆浓度为约0.01M、约0.02M、约0.03M、约0.04M、约0.05M、约0.06M、约0.07M、约0.08M、约0.09M、0.01M、约0.02M、约0.03M、约0.04M、约0.05M、约0.06M、约0.07M、约0.08M、约0.09M、约0.1M、约0.2M、约0.3M、约0.4M、约0.5M、约0.6M、约0.7M、约0.8M、约0.9M、约1.0M、约1.1M、约1.2M、约1.3M、约1.4M、约1.5M、约1.6M、约1.7M、约1.8M、约1.9M、约2.0M、约2.1M、约2.2M、约2.3M、约2.4M、约2.5M或约3.0M。在另一种情况下，所述方法还包括在将所述UF₆溶解在所述离子性液体中之前激冷所述UF₆。在另一种情况下，所述时间段包含约1小时至约200天。在另一种情况下，所述时间段包含约1小时至约1天。在另一种情况下，所述离子性液体包含带有孤对电子的阴离子。在另一种情况下，所述离子性液体包含选自n-双(三氟甲磺酰亚胺)(TFSI)、双氰胺、三氟乙酸根、烷基磺酸根、烷基硫酸根、双(氟磺酰)亚胺和三氟甲基乙酸根的阴离子。在另一种情况下，所述离子性液体包含n-双(三氟甲磺酰亚胺)阴离子(TFSI^-)。在另一种情况下，所述离子性液体包含选自烷基取代或未取代的铵阳离子、烷基取代或未取代的哌啶鎓阳离子和烷基取代或未取代的吡咯烷鎓阳离子的阳离子。在另一种情况下，所述离子性液体包含选自四烷基铵阳离子、二烷基哌啶鎓阳离子和二烷基吡咯烷鎓阳离子的阳离子。在另一种情况下，所述离子性液体包含1-甲基-1-丙基哌啶鎓阳离子。在另一种情况下，所述离子性液体包含1-甲基-1-丙基哌啶鎓双(三氟甲磺酰亚胺)([MPPi][TFSI])。在另一种情况下，UF₄的回收率约为100％。