一、铀化合物转化的主要过程及其工艺特点
铀化合物的转化（简称“铀转化”）过程的原料与产物多种多样，工艺过程也非常繁多。它既可以是核原料生产工艺的一部分，又可以包容于核燃料循环的各个环节之中，成为联系各个环节的纽带。本节所述“铀转化”仅涵盖先由天然铀精炼制得的铀氧化物制备成四氟化铀（UF4），转化成六氟化轴（UF）及其还原的主要工艺过程。由UF和UF还原成二氧化铀（O2）或金属的过程在本章第六节“燃料组件制造”中叙述；而由乏燃料后处理所得硝酸铀酰（UNH）溶液转化为三氧化铀（UO3）的过程则编于其尾端工艺中（见本章第七节“乏燃料及其后处理）。
铀转化过程大多属于气-固相反应，其工艺特点有:
（1）固体的反应性（活性）极为重要。它不仪与化学组成有关，而且是固体结构特征的反映。这些特性（如颗粒的大小、形貌、内部的空隙结构、比表面、品型和晶粒的大小等）对界面过程的速率以及气相反应物和生成物在颗粒内部的传输都起着重要的作用
（2）固体颗粒的形貌及结构都与原料有关。各个转化步骤往往相互衔接，前一步骤的产物即是后续步骤的原料，因此要想得到高活性的子体产物，必须以高活性的母体为原料。
（3）气-固相反应时，固体反应物结构在不断发生变化，体系总是处于瞬变状态之中。
（4）一般要求有较高的转化率（≥95％）。
（5）多数转化反应在较高的温度下进行，而且通常伴有较大的热效应
（6）转化反应常在含有HF、F2等强腐蚀性的气体中进行，因此必须用镍或镍基合金等耐腐材料制作反应器，并且设备要有良好的密闭性以防有毒气体外逸。
二、四氟化铀的生产
1.湿法与干法生产的比较
UF4是制备UF和金属铀的原料，其生产始于20世纪40年代的湿法（氢氟酸沉淀法）。该工艺以核纯级的UO2为原料，先将其溶解制备成四价铀料液，然后加入氢氟酸溶液，生成的沉淀经过滤、干燥和煅烧，得无水UF4产品。之后，该工艺被引入天然铀精炼过程中，以省去铀化学浓缩物沉淀与煅烧工序而直接得到核纯UF4。湿法生产的最突出优点是沉淀过程有纯化作用，但所需工序较多，产生的废液量大，生产成本高。
与湿法和对应的是干法，即在高温下用气态无水氟化氢（IF）与UO2发生气固相反应直接制得几乎不含水的UF4的方法。此方法后来得到了大力发展，至20世纪60年代就趋于成熟，而且在其工业生产领域占据了首要地位。与湿法相比较，用该法生产的优点是:
（1）铀的直接回收率高；
（2）所产生的工艺废液量仅为湿法的1/10
（3）工艺过程简化，设备数约减少一半；
（4）工厂的基建、运行、维修、动力、辅料等费用均下降，生产成本较低
但其缺点为:
（1）干法所得产品的物理和化学性质主要取决于原料的性状，即取决于原料的制备方法，因而流程的适应性较差，对原料要求严格；
（2）生产中无水HF的过剩量较大；
（3）由于设备磨损和腐蚀会给产品带来杂质，而且纯化作用较差。
2.UO2氢氟化工艺过程及其主体设备
UO2干法生产UF4工艺过程由UO2原料与无水HF的供给、UF反应器系统、尾气中HF回收及处理和产品处理及包装几部分组成。由于UO2在储运过程中易被氧化，通常还设有预还原工序；也有的工厂以UO3或铀盐的形式进料，专设有UO3还原工序或铀盐分解-还原工序。
按UF4产品的用途可分两种:一是用于制备金属铀（称为“金属品位”）；二是用于生产UF6（称为“级联品位”）。在产品中，前者的UF4含量不小于96％，后者仅95％，其余部分是UO2（及少量高价氧化物）和UO2F2以及一些痕量杂质。另外，前者的振实密度要不小于3.0g/cm3，后者则强调有适宜的反应性。总的来看，前者的产品质量要求比后者为高，此转化过程的核心是UO2的氢氟化，其反应器设计的关键在于有最适宜的温度分布和良好的气-固相接触。所使用的设备主要有卧式搅拌床、流化床和移动床三类。这三类设备各具特点，可根据原料的特性、产品要求及其他技术经济指标择优选用，也可将其组合成新型反应器。例如“LC”炉就是移动床和搅拌床的组合。这些设备性能差异的主要指标是F产品的质量、产率和HF的利用率，因为HF剩量过多，不仅会加大试剂消耗，而且增加了HF回收系统的投资和尾气处理的困难。
（1）卧式搅拌床反应器
此反应器由水平管和管内的带状螺旋搅拌器或带刮板转轴组成，用电阻炉分段加热，且配有冷风降温装置，以调节温度分布。此设备基本上可实现气固相逆流，轴向混合比较小，可建立一定的浓度梯度，但大规模工业生产上不常应用，其原因是:
①气-固相的接触较差，传热和传质效率不高床内物料填充系数小，生产能力低②流程较长，一般要多级串联；
③设备结构复杂，床内有转动轴及抄板，制造、安装、运行和维修都较困难，投资也大；
④设备腐蚀和磨损严重，易于漏气、漏料。
（2）流化床反应器
流化床反应器靠通入的气体将输入的固态粉末状物料悬浮起来，在流化状态下发生反应。它具有气-固相接触好和能强化反应过程的特点，因而反应速率快，传热与传质效率高，温度较为均匀，设备生产能力高而且简单。但是，单个流化床内不易建立温度和物料浓度的梯度，HF的过剩率一般在10％以上。目前工业上常采用两级串联系统:第一级选用具有良好气-固相接触性能的圆柱形流化床，以增大传热速率，避免物料烧结；第二级则用能减少固相返混的下锥形流化床，以有利于两相逆流接触和温度梯度的建立。当使用具有高活性的分解原料时，采用两级反应法可得到高质量的UF4产品，同时HF的过剩率降至5％左右。
（3）移动床反应器
移动床反应器将制成一定粒度的物料加入到反应器的顶部，靠粒子的自身重力沿床自上向下缓慢移动而进行反应。物料移动时各颗粒之间的相对位置基本上保持不变，并且它们与由反应器底部通入的气体反应剂接触，发生反应。此类设备的特点是气-固相有较为理想的逆流接触，可使反应剂的消耗降至最低（接近化学计算值）；但它的传热性能差，单元设备生产能力受限，生产强度低，而且不适于处理过细的粉末物料。为此，要增加一道原料造粒工序，以改善其粒度和活性，并减少粉尘夹带。
三、六氟化铀的生产
1.制备方法概述
由于UF是唯一一种既稳定又具高度挥发性的铀化合物，故至今一直被用于铀同位素浓缩工厂（无论其采用气体扩散法还是气体离心法）的供料。
生产UF的工业方法几乎都是用核纯级的UF4在高温下与F2发生作用而进行氟化。在各种方法中，只有这种方法消耗的氟气量最少。氟是价格较昂贵的试剂，对氟化工艺的经济性影响很大，而且此反应无其他产物。
在特定情况下，也可用氟气直接氟化铀的氧化物。例如:①将铀矿的化学浓缩物（U3O）直接经干法转化为粗制UF，然后用精馏法纯化得到核纯级UF；②乏燃料后处理回收的UNH（硝酸铀酰）溶液可先行脱硝制得UO3，再直接转化为UF，此方法可以省去还原和氢氟化两道工序；③回收高富集度的铀废料时，用氟直接转化高价铀的氧化物。
2.生产过程与设备
在氟化工艺中，为了最大限度地提高UF的转化率和氟气的利用率，要使用过量的氟气，以确保铀的直接回收率大于98％；而过量的氟气须再循环，使其总利用率不低于99％
UF生产过程主要由氟化、UF冷凝收集、氟气回收和尾气处理四部分组成，其基本流程是:由氟化反应器排出的气体经过滤去除其中夹带的灰分（未反应掉的UF4和非挥发性氟化物杂质）；然后进入第一级冷凝器（又称主冷凝器），在此绝大部分气态UF被冷凝成固体，再经液化转移到UF产品容器；由主冷凝器排出的不凝气中含有过量的F2，将其送入净化反应器（也称二次反应器）回收其中的F2，而产生的UF用第二级冷凝器（又称辅助冷凝器）收集；最后排放的尾气被送入尾气处理工序，除去有害的F2、HF并回收其中的铀后排入大气。
（1）UF4氟化反应器
①火焰炉反应器。UF4细粉末均匀地分散在35~537℃的氟气中时会发生燃烧，氟化反应就在火焰中进行，故称此种设备为火焰炉反应器。它主要由气-固相分布器、塔体和残渣收集器组成。气-固相分布器位于塔的上部，其作用是使UF4粉末均匀地弥散于氟气之中。塔体外壁绕焊冷却蛇管，以分段控制壁温。此设备结构紧凑，生产强度大，但缺点是:对UF4粉末的纯度、粒度及其分散装置要求严，不适于转化粗制UF4，炉体腐蚀较严重，残渣量较多（1％~2％），氟气过剩量大（15％~20％）。