- Danh mục
- NSG – Danh mục kích hoạt (Phần 1) – INFCIRC/254/Rev.15/Part 1 (21/4/2026)
CHÚ THÍCH MỞ ĐẦU
Nhà máy và hệ thống chuyển đổi urani có thể thực hiện một hoặc nhiều phép chuyển hóa từ dạng hợp chất urani này sang dạng hợp chất urani khác, bao gồm: chuyển đổi tinh quặng urani thành urani trioxit (UO₃), chuyển đổi UO₃ thành urani dioxit (UO₂), chuyển đổi các oxit urani thành urani tetrafluorua (UF₄), UF₆ hoặc UCl₄, chuyển đổi UF₄ thành UF₆, chuyển đổi UF₆ thành UF₄, chuyển đổi UF₄ thành urani kim loại, và chuyển đổi các fluorua urani thành UO₂. Nhiều hạng mục thiết bị chủ yếu của nhà máy chuyển đổi urani cũng được dùng phổ biến trong nhiều phân ngành của công nghiệp quy trình hóa học. Ví dụ, các loại thiết bị được sử dụng trong các quy trình này có thể gồm: lò nung, lò quay, thiết bị phản ứng tầng sôi, thiết bị phản ứng tháp lửa, máy ly tâm chất lỏng, cột chưng cất và cột chiết lỏng-lỏng. Tuy nhiên, rất ít hạng mục có sẵn ‘trên thị trường’; phần lớn sẽ được chế tạo theo yêu cầu và đặc tính kỹ thuật của khách hàng. Trong một số trường hợp, cần có những cân nhắc đặc biệt về thiết kế và chế tạo để xử lý tính ăn mòn của một số hóa chất được sử dụng (hydro florua (HF), flo (F₂), clo trifluorua (ClF₃) và các fluorua urani) cũng như các vấn đề về tới hạn hạt nhân. Cuối cùng, cần lưu ý rằng, trong tất cả các quy trình chuyển đổi urani, các hạng mục thiết bị mà riêng lẻ không phải được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc chuyển đổi urani vẫn có thể được lắp ghép thành những hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để sử dụng trong chuyển đổi urani.
7.1.1. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chuyển đổi tinh quặng urani thành UO₃
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Việc chuyển đổi tinh quặng urani thành UO₃ có thể được thực hiện bằng cách trước tiên hòa tan quặng trong axit nitric và chiết uranyl nitrat (UO₂(NO₃)₂) đã tinh chế bằng một dung môi như tributyl photphat (TBP). Tiếp theo, uranyl nitrat được chuyển đổi thành UO₃ hoặc bằng cách làm đậm đặc và khử nitrat, hoặc bằng cách trung hòa với NH₃ dạng khí để tạo ra amoni diuranat, sau đó lọc, sấy và nung.
7.1.2. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chuyển đổi UO₃ thành UF₆
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Việc chuyển đổi UO₃ thành UF₆ có thể được thực hiện trực tiếp bằng flo hóa. Quy trình này cần một nguồn F₂ hoặc ClF₃.
7.1.3. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chuyển đổi UO₃ thành UO₂
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Việc chuyển đổi UO₃ thành UO₂ có thể được thực hiện bằng cách khử UO₃ với NH₃ dạng khí đã cracking hoặc với hydro.
7.1.4. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chuyển đổi UO₂ thành UF₄
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Việc chuyển đổi UO₂ thành UF₄ có thể được thực hiện bằng cách cho UO₂ phản ứng với HF dạng khí ở 573-773 K (300-500°C).
7.1.5. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chuyển đổi UF₄ thành UF₆
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Việc chuyển đổi UF₄ thành UF₆ được thực hiện bằng phản ứng tỏa nhiệt với flo trong một thiết bị phản ứng dạng tháp. UF₆ được ngưng tụ từ dòng khí thải nóng bằng cách cho dòng khí thải đi qua một bẫy lạnh được làm mát đến 263 K (-10°C). Quy trình này cần một nguồn F₂ dạng khí.
7.1.6. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chuyển đổi UF₄ thành urani kim loại
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Việc chuyển đổi UF₄ thành urani kim loại được thực hiện bằng cách khử với magie (lô lớn) hoặc canxi (lô nhỏ). Phản ứng được tiến hành ở nhiệt độ trên điểm nóng chảy của urani (1403 K (1130 °C)).
7.1.7. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chuyển đổi UF₆ thành UO₂
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Việc chuyển đổi UF₆ thành UO₂ có thể được thực hiện bằng một trong ba quy trình. Ở quy trình thứ nhất, UF₆ được khử và thủy phân thành UO₂ bằng hydro và hơi nước. Ở quy trình thứ hai, UF₆ được thủy phân bằng cách hòa tan trong nước, NH₃ được bổ sung để kết tủa amoni diuranat, và diuranat được khử thành UO₂ bằng hydro ở 1093 K (820 °C). Ở quy trình thứ ba, UF₆, CO₂ và NH₃ dạng khí được kết hợp trong nước, kết tủa amoni uranyl cacbonat. Amoni uranyl cacbonat được kết hợp với hơi nước và hydro ở 773-873 K (500-600 °C) để tạo ra UO₂.
Việc chuyển đổi UF₆ thành UO₂ thường được thực hiện như bước đầu tiên của một nhà máy chế tạo nhiên liệu.
7.1.8. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chuyển đổi UF₆ thành UF₄
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Việc chuyển đổi UF₆ thành UF₄ được thực hiện bằng cách khử với hydro.
7.1.9. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chuyển đổi UO₂ thành UCl₄
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Việc chuyển đổi UO₂ thành UCl₄ có thể được thực hiện bằng một trong hai quy trình. Ở quy trình thứ nhất, UO₂ được cho phản ứng với cacbon tetraclorua (CCl₄) ở khoảng 673 K (400 °C). Ở quy trình thứ hai, UO₂ được cho phản ứng ở khoảng 973 K (700 °C) trong sự có mặt của muội than (CAS 1333-86-4), cacbon monoxit và clo để tạo ra UCl₄.
Nhà máy và hệ thống chuyển đổi urani có thể thực hiện một hoặc nhiều phép chuyển hóa từ dạng hợp chất urani này sang dạng hợp chất urani khác, bao gồm: chuyển đổi tinh quặng urani thành urani trioxit (UO₃), chuyển đổi UO₃ thành urani dioxit (UO₂), chuyển đổi các oxit urani thành urani tetrafluorua (UF₄), UF₆ hoặc UCl₄, chuyển đổi UF₄ thành UF₆, chuyển đổi UF₆ thành UF₄, chuyển đổi UF₄ thành urani kim loại, và chuyển đổi các fluorua urani thành UO₂. Nhiều hạng mục thiết bị chủ yếu của nhà máy chuyển đổi urani cũng được dùng phổ biến trong nhiều phân ngành của công nghiệp quy trình hóa học. Ví dụ, các loại thiết bị được sử dụng trong các quy trình này có thể gồm: lò nung, lò quay, thiết bị phản ứng tầng sôi, thiết bị phản ứng tháp lửa, máy ly tâm chất lỏng, cột chưng cất và cột chiết lỏng-lỏng. Tuy nhiên, rất ít hạng mục có sẵn ‘trên thị trường’; phần lớn sẽ được chế tạo theo yêu cầu và đặc tính kỹ thuật của khách hàng. Trong một số trường hợp, cần có những cân nhắc đặc biệt về thiết kế và chế tạo để xử lý tính ăn mòn của một số hóa chất được sử dụng (hydro florua (HF), flo (F₂), clo trifluorua (ClF₃) và các fluorua urani) cũng như các vấn đề về tới hạn hạt nhân. Cuối cùng, cần lưu ý rằng, trong tất cả các quy trình chuyển đổi urani, các hạng mục thiết bị mà riêng lẻ không phải được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc chuyển đổi urani vẫn có thể được lắp ghép thành những hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để sử dụng trong chuyển đổi urani.
7.1.1. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chuyển đổi tinh quặng urani thành UO₃
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Việc chuyển đổi tinh quặng urani thành UO₃ có thể được thực hiện bằng cách trước tiên hòa tan quặng trong axit nitric và chiết uranyl nitrat (UO₂(NO₃)₂) đã tinh chế bằng một dung môi như tributyl photphat (TBP). Tiếp theo, uranyl nitrat được chuyển đổi thành UO₃ hoặc bằng cách làm đậm đặc và khử nitrat, hoặc bằng cách trung hòa với NH₃ dạng khí để tạo ra amoni diuranat, sau đó lọc, sấy và nung.
7.1.2. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chuyển đổi UO₃ thành UF₆
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Việc chuyển đổi UO₃ thành UF₆ có thể được thực hiện trực tiếp bằng flo hóa. Quy trình này cần một nguồn F₂ hoặc ClF₃.
7.1.3. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chuyển đổi UO₃ thành UO₂
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Việc chuyển đổi UO₃ thành UO₂ có thể được thực hiện bằng cách khử UO₃ với NH₃ dạng khí đã cracking hoặc với hydro.
7.1.4. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chuyển đổi UO₂ thành UF₄
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Việc chuyển đổi UO₂ thành UF₄ có thể được thực hiện bằng cách cho UO₂ phản ứng với HF dạng khí ở 573-773 K (300-500°C).
7.1.5. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chuyển đổi UF₄ thành UF₆
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Việc chuyển đổi UF₄ thành UF₆ được thực hiện bằng phản ứng tỏa nhiệt với flo trong một thiết bị phản ứng dạng tháp. UF₆ được ngưng tụ từ dòng khí thải nóng bằng cách cho dòng khí thải đi qua một bẫy lạnh được làm mát đến 263 K (-10°C). Quy trình này cần một nguồn F₂ dạng khí.
7.1.6. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chuyển đổi UF₄ thành urani kim loại
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Việc chuyển đổi UF₄ thành urani kim loại được thực hiện bằng cách khử với magie (lô lớn) hoặc canxi (lô nhỏ). Phản ứng được tiến hành ở nhiệt độ trên điểm nóng chảy của urani (1403 K (1130 °C)).
7.1.7. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chuyển đổi UF₆ thành UO₂
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Việc chuyển đổi UF₆ thành UO₂ có thể được thực hiện bằng một trong ba quy trình. Ở quy trình thứ nhất, UF₆ được khử và thủy phân thành UO₂ bằng hydro và hơi nước. Ở quy trình thứ hai, UF₆ được thủy phân bằng cách hòa tan trong nước, NH₃ được bổ sung để kết tủa amoni diuranat, và diuranat được khử thành UO₂ bằng hydro ở 1093 K (820 °C). Ở quy trình thứ ba, UF₆, CO₂ và NH₃ dạng khí được kết hợp trong nước, kết tủa amoni uranyl cacbonat. Amoni uranyl cacbonat được kết hợp với hơi nước và hydro ở 773-873 K (500-600 °C) để tạo ra UO₂.
Việc chuyển đổi UF₆ thành UO₂ thường được thực hiện như bước đầu tiên của một nhà máy chế tạo nhiên liệu.
7.1.8. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chuyển đổi UF₆ thành UF₄
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Việc chuyển đổi UF₆ thành UF₄ được thực hiện bằng cách khử với hydro.
7.1.9. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chuyển đổi UO₂ thành UCl₄
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Việc chuyển đổi UO₂ thành UCl₄ có thể được thực hiện bằng một trong hai quy trình. Ở quy trình thứ nhất, UO₂ được cho phản ứng với cacbon tetraclorua (CCl₄) ở khoảng 673 K (400 °C). Ở quy trình thứ hai, UO₂ được cho phản ứng ở khoảng 973 K (700 °C) trong sự có mặt của muội than (CAS 1333-86-4), cacbon monoxit và clo để tạo ra UCl₄.
Nguyên văn tiếng Anh
INTRODUCTORY NOTE
Uranium conversion plants and systems may perform one or more transformations from one uranium chemical species to another, including: conversion of uranium ore concentrates to uranium trioxide (UO₃), conversion of UO₃ to uranium dioxide (UO₂), conversion of uranium oxides to uranium tetrafluoride (UF₄), UF₆, or UCl₄, conversion of UF₄ to UF₆, conversion of UF₆ to UF₄, conversion of UF₄ to uranium metal, and conversion of uranium fluorides to UO₂. Many of the key equipment items for uranium conversion plants are common to several segments of the chemical process industry. For example, the types of equipment employed in these processes may include: furnaces, rotary kilns, fluidised bed reactors, flame tower reactors, liquid centrifuges, distillation columns and liquid-liquid extraction columns. However, few of the items are available ‘off-the-shelf’; most would be prepared according to the requirements and specifications of the customer. In some instances, special design and construction considerations are required to address the corrosive properties of some of the chemicals handled (hydrogen fluoride (HF), fluorine (F₂), chlorine trifluoride (ClF₃), and uranium fluorides) as well as nuclear criticality concerns. Finally, it should be noted that, in all of the uranium conversion processes, items of equipment which individually are not especially designed or prepared for uranium conversion can be assembled into systems which are especially designed or prepared for use in uranium conversion.
7.1.1. Especially designed or prepared systems for the conversion of uranium ore concentrates to UO₃
EXPLANATORY NOTE
Conversion of uranium ore concentrates to UO₃ can be performed by first dissolving the ore in nitric acid and extracting purified uranyl nitrate (UO₂(NO₃)₂)using a solvent such as tributyl phosphate (TBP). Next, the uranyl nitrate is converted to UO₃ either by concentration and denitration or by neutralisation with gaseous NH₃ to produce ammonium diuranate with subsequent filtering, drying, and calcining.
7.1.2. Especially designed or prepared systems for the conversion of UO₃ to UF₆
EXPLANATORY NOTE
Conversion of UO₃ to UF₆ can be performed directly by fluorination. The process requires a source of F₂ or ClF₃.
7.1.3. Especially designed or prepared systems for the conversion of UO₃ to UO₂
EXPLANATORY NOTE
Conversion of UO₃ to UO₂ can be performed through reduction of UO₃ with cracked gaseous NH₃ or hydrogen.
7.1.4. Especially designed or prepared systems for the conversion of UO₂ to UF₄
EXPLANATORY NOTE
Conversion of UO₂ to UF₄ can be performed by reacting UO₂ with gaseous HF at 573773 K (300-500°C).
7.1.5. Especially designed or prepared systems for the conversion of UF₄ to UF₆
EXPLANATORY NOTE
Conversion of UF₄ to UF₆ is performed by exothermic reaction with fluorine in a tower reactor. UF₆ is condensed from the hot effluent gases by passing the effluent stream through a cold trap cooled to 263 K (-10°C). The process requires a source of gaseous F₂.
7.1.6. Especially designed or prepared systems for the conversion of UF₄ to uranium metal
EXPLANATORY NOTE
Conversion of UF₄ to uranium metal is performed by reduction with magnesium (large batches) or calcium (small batches). The reaction is carried out at temperatures above the melting point of uranium (1403 K (1130 °C)).
7.1.7. Especially designed or prepared systems for the conversion of UF₆ to UO₂
EXPLANATORY NOTE
Conversion of UF₆ to UO₂ can be performed by one of three processes. In the first, UF₆ is reduced and hydrolysed to UO₂ using hydrogen and steam. In the second, UF₆ is hydrolysed by solution in water, NH₃ is added to precipitate ammonium diuranate, and the diuranate is reduced to UO₂ with hydrogen at 1093 K (820 °C). In the third process, gaseous UF₆, CO₂, and NH₃ are combined in water, precipitating ammonium uranyl carbonate. The ammonium uranyl carbonate is combined with steam and hydrogen at 773-873 K (500-600 °C) to yield UO₂.
UF₆ to UO₂ conversion is often performed as the first stage of a fuel fabrication plant.
7.1.8. Especially designed or prepared systems for the conversion of UF₆ to UF₄
EXPLANATORY NOTE
Conversion of UF₆ to UF₄ is performed by reduction with hydrogen.
7.1.9. Especially designed or prepared systems for the conversion of UO₂ to UCl₄
EXPLANATORY NOTE
Conversion of UO₂ to UCl₄ can be performed by one of two processes. In the first, UO₂ is reacted with carbon tetrachloride (CCl₄) at approximately 673 K (400 °C). In the second, UO₂ is reacted at approximately 973 K (700 °C) in the presence of carbon black (CAS 1333-86-4), carbon monoxide, and chlorine to yield UCl₄.
Uranium conversion plants and systems may perform one or more transformations from one uranium chemical species to another, including: conversion of uranium ore concentrates to uranium trioxide (UO₃), conversion of UO₃ to uranium dioxide (UO₂), conversion of uranium oxides to uranium tetrafluoride (UF₄), UF₆, or UCl₄, conversion of UF₄ to UF₆, conversion of UF₆ to UF₄, conversion of UF₄ to uranium metal, and conversion of uranium fluorides to UO₂. Many of the key equipment items for uranium conversion plants are common to several segments of the chemical process industry. For example, the types of equipment employed in these processes may include: furnaces, rotary kilns, fluidised bed reactors, flame tower reactors, liquid centrifuges, distillation columns and liquid-liquid extraction columns. However, few of the items are available ‘off-the-shelf’; most would be prepared according to the requirements and specifications of the customer. In some instances, special design and construction considerations are required to address the corrosive properties of some of the chemicals handled (hydrogen fluoride (HF), fluorine (F₂), chlorine trifluoride (ClF₃), and uranium fluorides) as well as nuclear criticality concerns. Finally, it should be noted that, in all of the uranium conversion processes, items of equipment which individually are not especially designed or prepared for uranium conversion can be assembled into systems which are especially designed or prepared for use in uranium conversion.
7.1.1. Especially designed or prepared systems for the conversion of uranium ore concentrates to UO₃
EXPLANATORY NOTE
Conversion of uranium ore concentrates to UO₃ can be performed by first dissolving the ore in nitric acid and extracting purified uranyl nitrate (UO₂(NO₃)₂)using a solvent such as tributyl phosphate (TBP). Next, the uranyl nitrate is converted to UO₃ either by concentration and denitration or by neutralisation with gaseous NH₃ to produce ammonium diuranate with subsequent filtering, drying, and calcining.
7.1.2. Especially designed or prepared systems for the conversion of UO₃ to UF₆
EXPLANATORY NOTE
Conversion of UO₃ to UF₆ can be performed directly by fluorination. The process requires a source of F₂ or ClF₃.
7.1.3. Especially designed or prepared systems for the conversion of UO₃ to UO₂
EXPLANATORY NOTE
Conversion of UO₃ to UO₂ can be performed through reduction of UO₃ with cracked gaseous NH₃ or hydrogen.
7.1.4. Especially designed or prepared systems for the conversion of UO₂ to UF₄
EXPLANATORY NOTE
Conversion of UO₂ to UF₄ can be performed by reacting UO₂ with gaseous HF at 573773 K (300-500°C).
7.1.5. Especially designed or prepared systems for the conversion of UF₄ to UF₆
EXPLANATORY NOTE
Conversion of UF₄ to UF₆ is performed by exothermic reaction with fluorine in a tower reactor. UF₆ is condensed from the hot effluent gases by passing the effluent stream through a cold trap cooled to 263 K (-10°C). The process requires a source of gaseous F₂.
7.1.6. Especially designed or prepared systems for the conversion of UF₄ to uranium metal
EXPLANATORY NOTE
Conversion of UF₄ to uranium metal is performed by reduction with magnesium (large batches) or calcium (small batches). The reaction is carried out at temperatures above the melting point of uranium (1403 K (1130 °C)).
7.1.7. Especially designed or prepared systems for the conversion of UF₆ to UO₂
EXPLANATORY NOTE
Conversion of UF₆ to UO₂ can be performed by one of three processes. In the first, UF₆ is reduced and hydrolysed to UO₂ using hydrogen and steam. In the second, UF₆ is hydrolysed by solution in water, NH₃ is added to precipitate ammonium diuranate, and the diuranate is reduced to UO₂ with hydrogen at 1093 K (820 °C). In the third process, gaseous UF₆, CO₂, and NH₃ are combined in water, precipitating ammonium uranyl carbonate. The ammonium uranyl carbonate is combined with steam and hydrogen at 773-873 K (500-600 °C) to yield UO₂.
UF₆ to UO₂ conversion is often performed as the first stage of a fuel fabrication plant.
7.1.8. Especially designed or prepared systems for the conversion of UF₆ to UF₄
EXPLANATORY NOTE
Conversion of UF₆ to UF₄ is performed by reduction with hydrogen.
7.1.9. Especially designed or prepared systems for the conversion of UO₂ to UCl₄
EXPLANATORY NOTE
Conversion of UO₂ to UCl₄ can be performed by one of two processes. In the first, UO₂ is reacted with carbon tetrachloride (CCl₄) at approximately 673 K (400 °C). In the second, UO₂ is reacted at approximately 973 K (700 °C) in the presence of carbon black (CAS 1333-86-4), carbon monoxide, and chlorine to yield UCl₄.