火焰脱硝反应器制备高纯度三氧化铀(UO3)的动力学与工艺优化及其在核燃料循环中的应用

本文推荐语：本研究创新性地采用火焰脱硝反应器（Flame Denitrification Reactor）在440-480°C温度区间高效制备核级三氧化铀（UO3），通过热重分析揭示了铀酰硝酸盐脱水（0-200°C）、脱氧（200-267°C）和脱硝（268-300°C）的分段热分解机制，所获产物具有11-13 m2·g?1的稳定比表面积（BET），为核燃料循环（Nuclear Fuel Cycle）中铀浓缩（Uranium Enrichment）和钚富集（Plutonium Enrichment）提供了关键技术支撑。

　　

Highlight

本研究通过火焰脱硝反应器成功制备出比表面积稳定在11-13 m²·g^?1（BET法测定）的核级三氧化铀（UO₃），系统解析了铀酰硝酸盐"脱水-脱氧-脱硝"的三段式热分解行为，为核燃料循环体系提供了关键材料解决方案。

Results and discussion

热重分析曲线（图1）显示铀酰硝酸盐经历六阶段质量损失：200°C时脱水导致20.9%质量损失，267°C完成脱氧，300°C实现彻底脱硝。值得注意的是，当火焰脱硝反应器温度维持在440-480°C的"甜蜜点"时，可同步优化反应效率与产物纯度——这个温度区间既能避免UO₃在595°C发生的过度分解，又能确保铀氧化物颗粒保持理想的孔隙结构。

Conclusion

火焰脱硝技术展现出比传统流体化床反应器更显著的工业化优势：采用廉价燃气供能使得能耗降低60%，反应区停留时间缩短至流体化床的1/5，单日铀处理量突破2.5 tU·d^?1的核临界安全阈值。所制备的UO₃产品可直接用于下游加氢还原（Hydrogenation Reduction）和氢氟化（Hydro-Fluorination）工艺，标志着核燃料循环技术迈向"更高效、更经济、更安全"的新阶段。