Химия урана, плутония, тория и редких элементов

Рабочая программа учебной
дисциплины
Ф ТПУ 7.1-21
Утверждаю
Декан ФТФ, профессор
___________В.И. БОЙКО
«____»_________ 2009 г.
Химия урана, плутония, тория и редких элементов
Рабочая программа для специальности 140305 - Физика кинетических
явлений.
Факультет: физико – технический (ФТФ)
Обеспечивающая кафедра – № 43 ФТФ
Курс
4
Семестр 7
Учебный план набора 2006 года с изменениями_____ года
Распределение учебного времени
Лекции
Лабораторные занятия
Практические занятия
Курсовой проект
Всего аудиторных занятий
Самостоятельная работа (внеаудиторная)
Общая трудоемкость
Зачет (седьмой семестр)
Документ: Рабочая программа стр. 1 из 9
Дата разработки: 29.06.04
32 часов
8 часов
нет
нет
40 часа
18 часов
56 часа
9 часов
Рабочая программа учебной
дисциплины
Ф ТПУ 7.1-21
2009
ПРЕДИСЛОВИЕ
1. Рабочая программа составлена на основе ГОС по специальности 140305 –
«Физика кинетических явлений» утвержденных приказом Минобразования России №
686 от 02.03.2000г.
РАССМОТРЕНА И ОДОБРЕНА на заседании обеспечивающей кафедры №43
ФТФ
Протокол №
от « »
200 г.
2. Разработчик ст. преподаватель кафедры № 43 _________ В.В. Шагалов
3. Зав. обеспечивающей кафедрой № 43
_________ В.П. Дмитриенко
4. Рабочая программа СОГЛАСОВАНА с факультетом, выпускающими
кафедрами специальности; СООТВЕТСТВУЕТ действующему плану.
Зав. выпускающей кафедрой №43
УДК 661.87(07)
Документ: Рабочая программа стр. 2 из 9
Дата разработки: 29.06.04
__________ В.П. Бойко
Рабочая программа учебной
дисциплины
Ф ТПУ 7.1-21
Ключевые слова: уран, химия, технология, кинетика, выщелачивание, ионный
обмен, экстракция, аффинаж, металлотермия.
АННОТАЦИЯ
Химия и технология урана
65100; 200600 (072800) (и)
Каф. № 43 ФТФ
Ассистент Шагалов Владимир Владимирович
Тел. (3822) 418-900
Цель предмета - изучение основных вопросов химии и технологии урана.
Содержание: основные химические соединения урана, физико-химические
основы и аппаратурное оформление основных стадий получения урана и ядерного
горючего на его основе из руд.
Курс – 4 (7 сем. – зачет).
Всего – 56 ч., в т.ч. Лк. – 32 ч. Лаб. – 8 ч.
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1 Цели преподавания дисциплины.
Целью преподавания дисциплины «Химия и технология урана» является
ознакомление с физико – химическими свойствами урана и его важнейшими
химическими соединениями, минералами, рудами, месторождениями, технологией
получения из руд металлического урана, а также важнейших его промышленных
соединений – оксидов и фторидов.
В результате изучения курса «Химия и технология урана» студент должен:
знать:
- основные химические соединения урана;
- физические и химические свойства металлического урана и основных
соединений урана;
- основные минералы урана и способы добычи урановых руд;
- способы обогащения урановых руд;
- основные стадии получения металлического урана из руд;
- аппаратурное оформление технологических стадий.
уметь:
- записывать уравнения химических реакций;
- расставлять коэффициенты в уравнениях химических реакций;
- выполнять расчеты по уравнениям химических реакций.
иметь опыт:
- качественного определения урана в рудах и минералах;
- количественного определения урана в рудах и минералах.
1.2 Задачи изложения и изучения дисциплины.
- ознакомление студентов с рабочей программой дисциплины;
Документ: Рабочая программа стр. 3 из 9
Дата разработки: 29.06.04
Рабочая программа учебной
дисциплины
Ф ТПУ 7.1-21
- ознакомление студентов с организацией текущего, рубежного и итогового
контроля знаний;
- обеспечение строгой систематичности и последовательности изложения
дисциплины;
- теоретическое изучение на лекциях способов получения основных химических
соединений урана, принципов работы основных аппаратов в технологии урана;
- контроль текущего усвоения материала (2 контрольных работы);
- итоговый контроль (зачет).
Перечень дисциплин с указанием разделов, предварительное усвоение которых
необходимо студентам для изучения дисциплины:
1. Общая неорганическая химия. Химические свойства элементов 6 группы. Законы
общей химии. Свойства кислот. Свойства окислителей и восстановителей.
2. Физическая химия. Термодинамика. Кинетика.
3. Высшая математика. Дифференциальное и интегральное исчисление.
2. СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГОРАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ
(ЛЕКЦИИ - 32 час.)
1. Введение (2 ч)
 Классификация материалов, применяемых в ядерной энергетике.
 Ядерное сырье.
 Ядерное горючее.
 Роль урана в ядерной энергетике.
2. Уран (0,5 ч)
 Сведения из истории открытия урана.
 Уран как элемент.
 Изотопный состав и радиоактивные константы естественного урана.
3. Металлический уран. (1,5 ч)
 Физические свойства: удельный вес, температуры плавления и кипения,
теплопроводность, теплоемкость.
 Химические свойства: отношение урана к газам, воде, кислотам и основаниям.
4. Важнейшие соединения урана. (6 ч)
 Валентность урана, устойчивость урана различной валентности.
 Оксиды урана: физико – химические свойства, способы получения и
применения.
 Галогениды урана: тетрафторид и гексафторид. Физико – химические сойства,
способы получения и применения.
 Соли уранила: нитрат, сульфат, карбонаты, натрий – уранилацетат. Физико –
химические свойства, способы получения и применения.
5. Уран в природе. (1 ч)
 Распространенность урана.
 Важнейшие минералы и месторождения.
6. Технология урана. (20 ч)
 Основные задачи технологии
урана. Общая схема переработки
урансодержащих материалов.
 Классификация урановых руд.
Документ: Рабочая программа стр. 4 из 9
Дата разработки: 29.06.04
Рабочая программа учебной
дисциплины
Ф ТПУ 7.1-21
 Механическая обработка руд; дробление, измельчение, классификация по
крупности фракций.
 Радиометрическое обогащение урановых руд.
 Сернокислое выщелачивание урана из руд. Химизм выщелачивания.
Аппаратурное оформление и технологические параметры процесса
выщелачивания.
 Выделение урана из пульп и растворов после сернокислотного
выщелачивания:
a) Сорбционный метод: физико – химическая характеристика процесса,
типы
ионообменных
смол,
аппаратурное
оформление
и
технологические параметры процесса сорбционного выделения урана
из пульп и растворов.
б) Экстракционный метод: характеристика процесса, типы экстрагентов,
аппаратурное оформление и технологические параметры.
 Получение урановых концентратов гидрометаллургических заводов:
а) Осаждение урана из кислотных растворов с помощью.
б) Термическое разложение уранатов.
 Экстракционный аффинаж урановых концентратов. Физико – химические
свойства ТБФ. Химические и физические свойства растворителей.
Аппаратурное оформление и технологические параметры.
 Осаждение урана аммиаком из реэкстрактов после аффинажа урана.
Термическое разложение диураната аммония, трикарбонатного комплекса.
 Восстановление высших окислов урана до двуокиси. Теория процесса.
Восстановители. Аппаратурное оформление и технологические параметры
процесса.
 Получение тетрафторида урана из гексафторида урана. «Полусухой» способ,
«сухой» способ. Химизм процессов. Преимущества и недостатки каждого
способа. Аппаратурное оформление технологические параметры.
 Получение металлического урана:
а) Обзор методов получения урана.
б) Кальций и магний – теоретический способ восстановления
тетрафторида урана. Аппаратурное оформление.
в) Рафинирование чернового урана.
 Получение гексафторида урана:
а) Обзор промышленных способов получения.
б) Теория процессов фторирования тетрафторида и оксидов урана.
в) Пламенный реактор, реактор кипящего слоя.
г) Конденсация гексафторида урана.
д) Улавливание фтора, гексафторида урана и фтористого водорода из
газов после конденсации.
 Переработка гексафторида урана, обогащенного изотопом в другие
соединения:
а) До двуокиси урана.
б) До урана металлического.
7. Предотвращение заражения окружающей среды технологическими отходами
производства урана (1 ч)
 Характеристика газообразных, жидких и твердых отходов.
Документ: Рабочая программа стр. 5 из 9
Дата разработки: 29.06.04
Рабочая программа учебной
дисциплины
Ф ТПУ 7.1-21
 Обезвреживание отходов.
 Захоронение отходов.
3. СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ.
Лабораторные занятия
Лаб. работа №1: Тема: Частные реакции на уран. (4 ч)
Лаб. работа №2: Тема: Качественное определение урана. (2 ч)
Лаб. работа №3: Тема: Объемное определение урана. (2 ч)
4. ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Самостоятельная познавательная деятельность студента рассматривается
как основной способ усвоения знаний и формирования умений применять их при
теоретическом и практическом (экспериментальном) изучении процессов в химии и
технологии урана. При таком способе усвоения знаний проявляются и развиваются
способности, стиль мышления и другие индивидуальные качества студента. Объем
и глубина усвоенных знаний, состав умений должны соответствовать, во-первых
целям курса, а во-вторых – содержанию предмета настоящего курса. Поэтому
самостоятельная познавательная деятельность ориентирована на:
 изучение лекционного материала (уяснение смысла понятий, физико –
химических
свойств урана и его основных химических соединений,
технологии урана и основных ее стадий, закономерностей процессов
протекающих на этих стадиях);
 применение теоретических положений в методах качественного и
количественного анализа при выполнении контрольных и лабораторных
работ.
Самостоятельная познавательная деятельность организована следующим
образом:
1. Проработка литературы по материалам лекций 14 часов;
2. Проработка материала лабораторных занятий 4 часа;
1.
2.
Подготовка к двум контрольным работам:
Важнейшие соединения урана. На основании материала лекций 1-6.
Технология урана. На основании материала материала лекций 7-16.
Документ: Рабочая программа стр. 6 из 9
Дата разработки: 29.06.04
Рабочая программа учебной
дисциплины
Ф ТПУ 7.1-21
5. ТЕКУЩИЙ И ИТОГОВЫЙ КОНТРОЛЬ
РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Контроль результатов изучения дисциплины осуществляется в соответствии с
рейтинг-планом (см. Приложение 1).
Текущий контроль усвоения студентами учебного материала производится на
каждом лекционном, практическом занятии (устный опрос) с целью стимулирования
самостоятельной работы студентов по изучению текущего материала
Рубежный контроль (контрольная работа) производится по окончании
изучения каждого модуля дисциплины и позволяет установить, сформировалась ли у
студента система базовых знаний по соответствующему разделу курса.
К итоговому контролю допускаются студенты, набравшие по результатам
текущего и рубежного контроля, выполнения контрольных и лабораторных работ не
менее 450 баллов
Итоговый контроль (устный зачет) производится по окончании изучения
дисциплины с целью определения уровня знаний и умений при изучении
дисциплины в целом
Образцы контролирующих материалов
Пример задания для контрольной работы №1.
ВАРИАНТ 1
1. Физические свойства металлического урана.
2. Расставить коэффициенты в уравнениях реакций и назвать химические
соединения.
U + O2 = UO2 + U3O8
U + HNO3 = UO2(NO3)2 +H2O + NO
UO2 +H2SO4 = U(SO4)2 +H2O
UO2 + H2O2 +NaOH = Na2UO5 + H2O
U + H2O = UO2 +H2
Пример задания для контрольной работы №2.
ВАРИАНТ 1
1. Дробление и измельчение руд. Размеры. Основные показатели.
2. Спиральный классификатор. Схема и принцип действия.
Документ: Рабочая программа стр. 7 из 9
Дата разработки: 29.06.04
Рабочая программа учебной
дисциплины
Ф ТПУ 7.1-21
Пример зачетного билета
Зачетный билет №
По дисциплине
3
Химия урана, плутония, тория и редких элементов
.
Факультет
ФТ
Курс
4
1. Физические свойства диоксида урана.
2. Общая технологическая схема получения урана и ядерного горючего на его
основе.
Составил
Шагалов В.В.
Утверждаю: Зав. кафедрой
Дмитриенко В.П.
«04»
сентября
2009г.
6. Учебно методическое обеспечение дисциплины
При чтении лекций используются наглядные образцы, таблицы, графические
зависимости.
Литература
Основная:
1. Шевченко В.Б., Судариков Б.Н.. Технология урана. Атомиздат, 1961. – 330с.
2. Галкин Н.П., Судариков Б.Н.,. Верятин У.Д, Шишков Ю.Д., Майоров А.А..
Технология урана. Атомиздат. 1964.
3.
Галкин Н.П., Судариков Б.Н., Верятин У.Д., Шишков Ю.Д., Майров А.А.
Технология урана. М: Атомиздат, 1964. – 310с.
4.
Раков Э.Г., Хаустов С.В. Процессы и аппараты производства радиоактивных
и редких металлов. – М.: Металлургия, 1993. – 384 с.
Дополнительная
1. Емельянов В.С., Евстюхин А.И.. Металлургия ядерного горючего.
Атомиздат. 1968. – 484с.
2. Зеликман
А.Н.,
Гольдман
Г.М.,
Беляевский
Л.В..
Теория
гидрометаллургических процессов. Металлургия. 1983– 423с.
3. Данчев В.И., Лапинская Т.А.. Месторождения радиоактивного сырья. Недра.
1980. -255с.
4. Судариков Б.Н., Раков Э.Г.. Процессы и аппараты урановых производств.
Машиностроение. 1969. – 381с.
Документ: Рабочая программа стр. 8 из 9
Дата разработки: 29.06.04
Рабочая программа учебной
дисциплины
Лектор: _____________ Шагалов В.В.
Документ: Рабочая программа стр. 9 из 9
Дата разработки: 29.06.04
Ф ТПУ 7.1-21
«____»__________