利用氟化氢铵纯化四氟化铀：一种高效去除氧和水合物杂质的新方法

为解决UF4中氧和水合物杂质导致的熔点异常问题，研究人员探索了NH4HF2低温干法纯化技术。通过两阶段加热（100°C预反应+480°C高温处理），成功将UF4熔点从915-920°C提升至1030-1036°C，氧含量降低至χO=0.41×10-3。该研究为核燃料制备提供了安全、高效的替代方案，避免了传统HF处理的危险性。

　　

在核能领域，四氟化铀(UF₄)作为熔盐反应堆(MSR)燃料的关键组分，其纯度直接影响反应堆运行效率与安全性。然而UF₄极易与空气反应生成铀氧化物(UO₂)和羟基氟化物，导致熔点异常降低至915-920°C（纯UF₄熔点为1030-1036°C）。传统氢氟酸(HF)纯化法虽有效但危险性高，亟需开发更安全的替代方案。

针对这一挑战，来自美国的研究团队在《Journal of Fluorine Chemistry》发表创新成果，提出采用氟化氢铵(NH₄HF₂)的干法纯化策略。研究通过氩气手套箱内的密闭反应系统，结合差示扫描量热法(DSC)、X射线衍射(XRD)和惰性气体熔融(IGF)等分析技术，系统评估了温度梯度与反应时间对纯化效果的影响。

3.1 原料表征
初始UF₄经IGF检测显示氧摩尔分数χ_O高达0.0459，DSC显示异常熔点峰（928.8°C），证实存在UO₂-UF₄共晶杂质。XRD虽未检出杂相，但衍射峰宽化表明结晶度差。

3.2 工艺优化
通过六组对比试验（A-F）发现：1:2的NH₄HF₂/UF₄质量比、100°C预反应7小时+480°C处理16小时的参数组合效果最佳。引入3%H₂/Ar混合气（试验F）使氧含量降至χ_O=0.41×10^-3，较原料降低两个数量级。

3.3 产物验证
纯化后UF₄的DSC熔点恢复至1038°C（与文献值吻合），XRD显示单相结晶结构。值得注意的是，延长高温处理时间（试验E）比添加还原气体（试验F）对氧去除的贡献更显著。

该研究创新性地证实NH₄HF₂可通过固态反应路径高效脱氧，其机理可能涉及(NH₄)₄UF₈等中间产物的逐级分解。相比传统HF工艺，该方法在手套箱内即可完成，大幅降低安全风险。研究成果为MSR燃料盐数据库(MSTDB-TC)提供了高纯度UF₄的标准化制备方案，对推进熔盐堆技术商业化具有重要实践意义。后续研究可进一步探索该技术在钍基燃料等其他锕系氟化物纯化中的应用潜力。