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J.E.N. 166-DMa/l 20 DENSIDADES-CONCENTRACIONES DE SOLUCIONES ACUOSAS DE NITRATO DE URANILO por A. Rodrigo Otero, B. Rodríguez Hernández y L. Fernández Rodríguez Madrid, 1966
J.E.N. 166-DMa/l 20
DENSIDADES-CONCENTRACIONES DESOLUCIONES ACUOSAS DE NITRATO DE
URANILO
por
A. Rodrigo Otero, B. Rodríguez Hernández y L. Fernández Rodríguez
Madrid, 1966
Toda correspondencia en relación con este traba-jo debe dirigirse al Servicio de Documentación Bibliote-ca y Publicaciones, Junta de Energía Nuclear, CiudadUniversitaria, Madrid-3, ESPAÑA.
Las solicitudes de ejemplares deben dirigirse aeste mismo Servicio.
Las publicaciones señaladas con la signatura / ipertenecen a la categoría a, "Memorias Científicas Or_iginales"; las señaladas con la signatura /N pertenecena la categoría b, "Publicaciones Provisionales o NotasIniciales"; y los señalados con la signaturas /C, /CM,/B, /Conf pertenecen a la categoría c, "Estudios Recapitulativos" de acuerdo con la recomendación GC/VIl//RES/150 del OIEA, y la UNESCO/NS/177.
Se autoriza la reproducción de los resúmenes analíticos que aparecen en esta publicación.
Este trabajo se ha recibido para su publicaciónel mes de Noviembre de 1965.
Depósito legal n° M. 7223-1966.
Í N D I C E
Págs.
1. Introducción 1
2. Método Experimental de determinación de densidades. 1
3. Cálculos de transformación 23. 1. Equivalencia de U3O8 a UO2(NO3)2 6 H2O 23. 2. Transformación de contenido de U^Og en gr/litro a por-
centaje en peso de UO2 (NO3)£ 6 H2O 23. 3. Transformación de gr de U3O8 a gr de Uranio/litro 3
4. Tablas de resultados 3
5. Cálculo de densidades y doixrenJxAciones para soluciones concen-tradas con densidades superiores a 1, 75 gr/cm.3 10
6. Apéndice 13
7. Bibliografía 19
DENSIDADES-CONCENTRACIONES DE SOLUCIONES ACUOSAS
DE NITRATO DE URAÑILO
Por
RODRIGO OTERO, A. , RODRÍGUEZ HERNÁNDEZ, B.
FERNANDEZ RODRÍGUEZ, L.*
1. Introducción.
Se pretende obtener datos prácticos que permitan determinar cualesson las composiciones y concentraciones de diferentes soluciones de nitratode uranilo de manera que una medida de la densidad facilite el conocimientode la concentración de la solución expresada en distintas formas, sin necesi-dad de recurrir a análisis químicos.
Los datos incluidos se han tomado de los facilitados por la bibliogra-fía (1 y 2) y de los obtenidos de los ensayos realizados en el laboratorio de laPlanta Piloto de la División de Materiales.
En ellos no se ha tenido en cuenta el efecto de la acidez libre de lasolución, ya que el objeto de este estudio es la aplicación de los resultados auna planta en operación, alimentando con una solución de nitrato de uranilohexahidratado (UN6H) cuya acidez oscila entre 0,09 y 0, 1 Molar.
2. Método experimental de determinación de densidades.
Las experiencias se realizaron, tomando muestras de soluciones acuosas de distinta concentración y determinando la densidad con un picnómetro.Las medidas se realizaron en termostato para de esta forma poder estudiarla variación de la densidad con la temperatura.
* División de Materiales.
3. Cálculos de transformación.
Se han determinado los distintos factores de transformación para po-der, mediante una simple operación matemática, conocer el valor de la con-centración deseada.
3. 1. Equivalencia de U3Og a UO2 (NO3)2 6 H2O.
La ecuación estequiometrica de descomposición del nitrato de uranilohexahidratado es la siguiente:
(1) 3 UO2(NO3)2 6 H2O - - 3 UO3 4- 1,86NO 4- 0, 14 NO2 4- 0, 5702 4-. 6 H2O
3 UO3 - - U3O8 4- 1/2 O2
Según la estequiometría de la reacción (1) 842 grs de U3Og equivalena 1506 grs de UN6H. Luego cada Kg de U3O3 equivalen a 1. 789 Kgs deUN6H.
3. 2. Transformación de contenido de U3Og en gr/l a porcentaje de UO2
(NO3)? 6 H2O.
Esta transformación se consigue con relaciones muy sencillas.
Si a = contenido en U3Og expresado en gr/l
x = nitrato de uranilo hexahidratado contenido en 1 litro de solución proble-ma expresado en grs.
d = densidad de la solución en gr/ l
y = contenido de la solución problema en UO2 (NO3)->, 6 H2O expresado enporcentaje en peso.
Se tendrá que :
y = 0,1 -f- (2)
De acuerdo con la expresión (2) y la equivalencia entre el U3Og y el UO2
(NO3)2 6 H2O.
•3
x = 1. 788 a, y la expresión final será:
ay = 0,1789 - - - (3)d
3. 3. Transformación de grs de U3O0 a. grs de Uranio/litro.
Frecuentemente en la bibliografía las concentraciones se expresan engr de uranio/litro.
La equivalencia entre el uranio y el U3O0 es:
_3__F-_ = 0,8480
u3o8Por tanto si b es el contenido en uranio de la solución en gr/litro la rela-ción sera :
b = 0, 848 a (4)
En la figura 1 se ha representado gráficamente esta equivalencia.
Por combinación de (3) y (4) se obtiene la relación entre uranio y ni-trato de ur añilo hexahidratado
by = 0,2180 - - (5)
d
4. Tablas de resultados.
En las tablas 1 a 4 se muestran los resultados experimentales obteni-dos con las soluciones preparadas y determinados con los correspondientescálculos.
Las determinaciones se hicieron a 202, 402, 602 y 802.
En las Figs. 2 y 3 se indican las relaciones entre densidad y contenidode Ü3Og en grs/l y porcentaje de UN6H en peso respectivamente, a 20 2C,temperatura usual del Laboratorio y hasta densidades de 1, 75 gr/cm .
Con ayuda de la expresión (5) se ha obtenido la Fig. 4 que relaciona elcontenido en Uranio con el porcentaje en peso de UNQH.a 20 2C.
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1,828
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1,066
1, 148
1,245
1,350
1,473
1,603
1, 744
agr U3O8
litro
63, 5
136, 7
221,8
317,4
424, 3
540, 6
668,2
732,0
1415,0
agr U3O8
litro
63,2
136,0
220,7
316, 7
422, 6
537, 6
665, 5
Temperatura 20 °C
y% UN6H en peso
10, 6
21,2
31,6
41,7
51,0
60,0
68,0
71,6
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Temperatura 40 2C
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60,0
68,0
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115,8
188,0
269,0
359,0
459,0
565,0
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1200,0
bgr U/litro
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densidadgr/cm.3
1,051
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1,335
1,453
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agr U3O8
litro
62, 7
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°C
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°C
bgr U/litro
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En la Fig. 5 se agrupan los valores de las tablas 1 a 4, relacionándo-se la densidad con el porcentaje en peso de UNGH hasta densidades no superio:res .a 1, 76 gr/cm^.
En la Fig. 6 se muestra la relación entre la densidad y el contenidoen uranio obtenido a 80 2C, en la que se puede apreciar la concordancia entrelos datos experimentales del presente informe y los aportados por la biblio-grafía.
5. Cálculo de densidades y composiciones para soluciones concentradas con
densidades superiores a 1, 75 gr/cm .
En la tabla 5 se han realizado los cálculos para transformar valores experimentales obtenidos en la bibliografía en composiciones de soluciones deelevada concentración, referidas a porcentaje en peso de nitrato de uranilohexahidratado para soluciones inferiores al 100%.
Para concentraciones superiores los datos se expresan como relaciónde moles de agua a moles de nitrato de uranilo anhidro. Es decir, el valorde n en el compuesto UO2 (^03)2.11 H2O o bien UN. n H2O.
A continuación se explica el significado de las diferentes columnas dela tabla 5.
Las determinaciones se han realizado a 80 2C, pues a temperaturasinferiores parte de las soluciones cristalizan.
A - Existe una posible fuente de error, puesto que la temperatura de medidade la densidad se ha tomado con un error de 4- 2 Q-C debido a dificulta-des experimentales.
B - Datos tomados de la bibliografía (1). A partir de la densidad 2,465gr/cm.3, los resultados proceden de ensayos de descomposición.
C - Valores bibliográficos (1).
D - Valores de la columna C por 120. Factor de transformación entreIb/gallon y grs/litro (1 US gallón = 3, 785 litros).
E - Columna A por 1000.
F - Columna D por 2, 110 que es la relación del peso molecular del nitratode uranilo hexahidratado al peso atómico del uranio.
G - División de la columna F por la E.
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H - Columna D por 1, 655, siendo este valor la relación peso molecular delUN a Uranio.
I - Columna H dividido por 394 (peso molecular del nitrato de uraniloanhidro).
J - Diferencia entre la columna E y la H.
K - División de la columna J por el peso molecular del agua.
L - División de la columna K por la I.
En la Fig. 7 se indican la relación entre la densidad y el porcentajeen peso de UNGH para soluciones en las que este último valor oscila entreel 0 % y el 100 %; refiriéndose en forma de UN . n U2O para concentracio-nes superiores. En la Fig. 8 se relaciona el contenido en U3Üg con las mi£mas variables de la Fig. 7. Ambas han sido obtenidas con resultados de laexperimentales de la J. E.N» y de la bibliografía (1).
6. Apéndice. -
Con objeto de facilitar el trabajo con este tipo de soluciones se inclu-ye en la Fig. 9 el nomograma calculado por B. J. Louding (2) que relacionadensidades, concentraciones, temperaturas y molaridad del ácido libre paraconcentraciones entre 10 y 600 gr U/litro.
En la Fig. 10 se indican la variación de los puntos de ebullición y fu-sión en función de la concentración, según fueron calculados por Lang yNethaway (1).
T A B L A
Densidada 80 °Cgr/cm.3
A
1,714
1,751
1,785
2,400
2,465
2,500
2,790
2,860
2,900
2, 930
3,030
'3, 160
CONTENIDO EN
% U
B
32,4
33,1
34,1
46,5
47,4
48,0
52,4
53,1
53,7
54,1
55,1
55,3
Ib/gallon
C
4,74
4,93
5,22
9,31
9,75
10,00
12,20
12,60
13,00
13,20
13,95
14,50
URANIO
grs/litro
D
566
590
625
1116
1168
1198
1460
1510
1558
1580
1670
1738
Peso totalde la
Solucióngr/litro
E
1714
1751
1785
2400
2465
2500
2790
2860
2900
2930
3030
3160
Cálculospara UN6H
grs.litro
F
1195
1247
1319
2350
2460
2520
3080
3183
3280
3330
3520
3660
% en peso
G
69,8
71,0
73,9
98,0
99,9
-
-
-
-
-
-
-
gr/litro
H
939
976
1035
1848
1930
1980
2420
2500
2580
2619
2763
2875
Cálculos para
moles/litro
I
-
-
-
-
-
5,03
6,15
6,35
6,55
6,64
7,02
7,29
Agua enexcesosobreel UN
J
-
-
-
-
-
520
370
360
320
311
267
285
UN
Agua enmoleslitro
K
-
-
-
-
-
28,9
20,6
20,0
17,8
17,3
14,8
15,85
moles H2Omoles UN
L
-
-
-
—
-
5,75
5,35
3,15
2,72
2,61
2,11
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17
Temperatura de medida
°C °F
10—T=-50
20—{=
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30
—90
35-
45-
50-
-70
-100
—110
-120
Densidad de la solución Concentración deen Gr/ml uranio en Gr./ l
Lineade
referencia
1.900
1.850 -^
1.800 -fi
1.750 -^
1.700 -9
1.650 -^
1.600 -^
1.550 -^
1.500 -^
1.450 -E t. /
F- 300 /1.400 -3
1.350 -^
N.300 -^
1.250 -^
1.200
1.150-3
1.100
1.050
1.000
Normalidad del acido libreen la solucio'n
— 550
E-500
r-450
—.400
— 350
200
rj 150
r j 100
Ej- 50
=^ 10
0.1 —
0.3 —
0.4 —
0.5—
0.6 —
0.7—
0.8 —
0.9 —
FIG.9.- CONCENTRACIÓN DE URANIO DE SOLUCIONESDE NITRATO DE URANILO
18
Temperatura,en °C.
19025
180 H
Vode UN6H en peso
2(H
10 3O 40 . 50Concentrocio'n de U en peso %
Fig. 10 .- Puntos de ebullición y de fusión del sistema U02(N03),-H2Q
en función de la concentracio'n.
19
7. Bibliografía
1. Some Physical Properties of uranyl-nitrate-solutions. G. P. Lang yM.-O. Nethaway - MCW - 1424.
2. Uranium content of uranyl nitrate solutions by specific gravitymeasurement at ambient temperature. - B. J. Louding Jour/. Che/.Eng/. Vol 7 n° 2. - Abril 1962-p 266.
J.E.N. 166-DMa/l 20 J.E.N. 166-DMa/l 20
Junta de Energía Nuclear. División de Materiales, Madrid.
"Densidades-concentraciones de soluciones acuo-sas de nitrato de urañilo"RODRIGO OTERO, A., RODRÍGUEZ HERNÁNDEZ, B.f y FERNANDEZ RODRÍGUEZ, L. (1965)
19 pp. 10 f i gs . 5 tabls. 2 refs.
Se establecen las relaciones a diferentes temperaturas, entre la densidad y
l a concentración de soluciones acuosas de ni t rato de uranilo, expresadas como
U3Üg grs/l1 tro, U g rs / l i t r o y porcentaje de ni t rato de uranilo hexahidratado
en peso.
Por último se representan gráficamente los valores experimentales y se com-
paran con algunos de los publicados en la bibl iografía.
Junta de Energía Nuclear. División de Materiales, Madrid.
"Densidades-concentraciones de soluciones acuo-sas de nitrato de uranilo"RODRIGO OTERO, A., RODRÍGUEZ HERNÁNDEZ, B., y FERNANDEZ RODRÍGUEZ, L. (1965)
19 pp. 10 f i gs . 5 tabls. 2 refs.
Se establecen las relaciones a diferentes temperaturas, entre l a densidad y
la concentración de soluciones acuosas de ni t rato de uranilo, expresadas como
U Og g rs / l i t r o , U g rs / l i t r o y porcentaje de nitrato de uranilo hexahidratado
en peso.
Por último se representan gráficamente los valores experimentales y se com-
paran con algunos de los publicados en la bibl iografía.
J.E. N. 166-DMa/l 20
Junta de Energía Nuclear, División de Materiales, Madrid.
"Densidades-concentraciones de soluciones acuo-sas de nitrato de uranilo"RODRIGO OTERO, A., RODRÍGUEZ HERNÁNDEZ, B., y FERNANDEZ RODRÍGUEZ, L. (1965)
19 pp. 10 f igs . 5 tabls. 2 refs.
Se establecen las relaciones a diferentes temperaturas, entre la densidad y
l a concentración de soluciones acuosas de nitrato de uranilo, expresadas como
U3OQ g rs / l i t r o , U g rs / l i t r o y porcentaje de ni trato de uranilo hexahidratado
en peso.
Por último se representan gráficamente los valores experimentales y se com-
paran con algunos de los publicados en la bibl iografía.
J.E.N. 166-DMa/l 20
Junta de.Energía Nuclear, División de Materiales, Madrid.
"Densidades-concentraciones de soluciones acuo-sas de nitrato de uranilo"RODRIGO OTERO, A., RODRÍGUEZ HERNÁNDEZ, B., y FERNANDEZ RODRÍGUEZ, L. (1965)
19 pp. 10 f igs . 5 tabls. 2 refs.
Se establecen las relaciones a diferentes temperaturas, entre la densidad y
l a concentración de soluciones acuosas de nitrato de uranilo, expresadas como
UgOg g rs / l i t r o , U grs / l i t ro y porcentaje de nitrato de uranilo hexahidratado
en peso.
Por último se representan gráficamente los valores experimentales y se com-
paran con algunos de los publicados en la bibl iografía.
