專利名稱：二氧化鈾顆粒制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于ADU(重鈾酸銨)法制造UO2的方法，更具體地涉及通過調(diào)節(jié)ADU法的沉淀?xiàng)l件，控制由ADU法產(chǎn)生的UO2粉末制得的UO2顆粒粒度的方法之改進(jìn)。
眾所周知，ADU法廣泛地用于由UF6制造UO2的粉末。
ADU法如下所述UF6氣體與水反應(yīng)所得到的UO2F2水溶液，與通入溶液的NH3產(chǎn)生的NH4OH反應(yīng)而析出ADU沉淀。然后ADU過濾，干燥，煅燒并還原成UO2的粉末。下列的兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)式表示了生成ADU的反應(yīng)
UF6首先按化學(xué)反應(yīng)式(1)表示的水解反應(yīng)轉(zhuǎn)化為UO2F2的水溶液。由于水溶液中存在著對(duì)應(yīng)-摩爾鈾的四摩爾HF，接著在第二個(gè)反應(yīng)進(jìn)行HF中和反應(yīng)，并生成了ADU沉淀，沉淀物為粒度較粗的惰性顆粒。如果通過此惰性的ADU經(jīng)煅燒和還原過程所得到的UO2粉末用于制作UO2顆粒的原料，則一般制成顆粒的粒度約為10微米。
為了使UO2顆粒在核反應(yīng)堆中進(jìn)行穩(wěn)定的燃燒，最好使裂變產(chǎn)物氣體(FP氣體)從顆粒中釋放出的量盡可能地減少。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果顆粒的粒度變大，F(xiàn)P氣體的滯留作用增強(qiáng)?？墒?，還應(yīng)當(dāng)考慮，若顆粒粒度過大也會(huì)造成機(jī)械強(qiáng)度的下降。雖然目前還不能定出最佳的粒度，但是將100微米定為上限被認(rèn)為是合適的。
考慮到上面的情況，本發(fā)明的轉(zhuǎn)讓人先前在申請(qǐng)?zhí)枮?1-190079的日本專利申請(qǐng)中就已經(jīng)提出了制造大粒度UO2顆粒的方法。
上述專利申請(qǐng)中所公開的方法其特征在于，NH3是與含有U而不含HF的UO2F2的水溶液進(jìn)行反應(yīng)生成ADU，UO2F2水溶液中U的濃度在50-1000克/升的范圍內(nèi)，NH3加到UO2F2水溶液中的速度為每一摩爾U規(guī)定等于或高于2摩爾NH3/分。
根據(jù)上面的方法，UO2F2水溶液中U的濃度越低，和NH3加到UO2F2水溶液中的速度越快，則所生成的ADU初級(jí)顆粒的粒度就愈小，因之顆粒燃燒生成FP氣體時(shí)會(huì)有很強(qiáng)的活性。由于這種情況，從ADU產(chǎn)生的UO2粉末制得的UO2顆粒的粒度增長(zhǎng)加快了，結(jié)果粒度變大。上述目的通過適宜地設(shè)定沉淀?xiàng)l件在上述的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)，從而有可能使制成的UO2顆粒的粒度在10-100微米范圍內(nèi)。
但是在上述方法中，U和NH3之間的反應(yīng)速度和NH3/U的摩爾比必須達(dá)到足夠高的數(shù)值，因?yàn)殡S著ADU沉淀物的析出，必須維持足夠高的生產(chǎn)率。如果NH3/U比小于6(PH＜10)，反應(yīng)中不會(huì)消耗全部U而生成ADU沉淀，結(jié)果一部分U仍殘留在廢液中。反應(yīng)速度低也會(huì)導(dǎo)致ADU生產(chǎn)率的下降。據(jù)此，藉控制U的濃度就可以調(diào)節(jié)ADU初級(jí)顆粒的粒度。如果要制造，接近在10-100微米范圍內(nèi)的下限值的粒度較小的UO2顆粒，UO2F2水溶液中U的濃度必須等于或高于500克/升。這必然會(huì)大大地增加UO2F2水溶液的粘度，影響了沉淀的條件，造成最終UO2顆粒變得很不均勻的缺點(diǎn)。
本發(fā)明致力于解決上面討論到的與最佳粒度有關(guān)的問題，因此其目的在于提供制造UO2的方法，此方法能夠控制UO2顆粒的粒度為10-100微米范圍內(nèi)的最佳值，此方法也能夠制造粒度不同而特性均一的顆粒。
按本發(fā)明制造UO2顆粒的方法在下面將具體地加以說明。
本方法的特征在于，當(dāng)ADU沉淀時(shí)，UO2F2水溶液中U的濃度保持在50-500克/升范圍內(nèi)，UO2F2水溶液與NH3的反應(yīng)分兩步進(jìn)行，在第一步NH3/U的摩爾比定在3-6范圍內(nèi)，在第二步NH3/U的摩爾比定在6-12范圍內(nèi)。
根據(jù)上述方法，第一步中的沉淀反應(yīng)基本上決定了所生成的ADU的性質(zhì)。在這方面，如果條件為NH3/U的摩爾比等于或小于6，即使UO2F2水溶液中U的濃度等于或小于500克/升，仍可能生成作為初級(jí)顆粒的粒度較大的ADU，據(jù)認(rèn)為，原因是在NH3/U的摩爾比等于或小于6的情況下，根據(jù)ADU從UO2F2水溶液中析出的下列化學(xué)反應(yīng)式(3)所表示的反應(yīng)，隨著NH4F濃度的增加，NH4F又啟動(dòng)如化學(xué)反應(yīng)式(4)和(5)所表示的反應(yīng)，通過五氟鈾酰銨(AUF)生成ADU
因?yàn)锳UF在正常條件下是惰性的結(jié)晶體，所以通過AUF生成的ADU也是惰性的，并具有較大的初級(jí)顆粒。第一步規(guī)定的NH3/U摩爾比愈低，則通過AUF生成ADU的趨勢(shì)就愈大，結(jié)果得到了惰性的具有較大初級(jí)顆粒的ADU。在第一步沉淀反應(yīng)中，NH3/U的摩爾比低于3是不希望的，因?yàn)檫@會(huì)降低U沉淀的比例。另一方面，如果NH3/U摩爾比等于或大于6，則常規(guī)遇到的問題不能得到解決。在這方面，雖然即使NH3/U摩爾比在3-6的范圍內(nèi)，U仍留在水溶液中，但如果第二步反應(yīng)中的NH3/U摩爾比保持在6-12范圍內(nèi)，仍有可能使U充分地進(jìn)行反應(yīng)。又如果第二步反應(yīng)中的NH3/U摩爾比低于6，則U不能充分地進(jìn)行沉淀。另方面，NH3/U摩爾比也不會(huì)超過12，因?yàn)檫@僅僅增加了所用水量和廢液量。還有在第二步反應(yīng)中，為了使ADU按上述的方式進(jìn)行充分的沉淀，在NH3/U摩爾比在6-12范圍內(nèi)取值的情況下，所得到的ADU的性質(zhì)與用標(biāo)準(zhǔn)方法的反應(yīng)式(2)中所形成的ADU的性質(zhì)相比不會(huì)有任何的差別。
因此，根據(jù)本發(fā)明的方法，能夠很容易地制造最佳粒度在10-100微米范圍內(nèi)且性質(zhì)均一的顆粒，即使在UO2F2水溶液中U濃度等于或小于500克/升的條件下，U也能充分利用。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)下面將參考實(shí)施例作詳細(xì)的說明。
UO2F2粉末溶于軟化水中形成水溶液，溶液中U的濃度在40-600克/升的范圍內(nèi)。此水溶液和NH3水首先連續(xù)地送入第一步沉淀室中，NH3/U的摩爾比為2.5-6.5，進(jìn)行第一步ADU的沉淀。隨后，在第一步沉淀室中生成的ADU的淤漿，和NH3水再連續(xù)地送入第二步沉淀室內(nèi)，NH3/U摩爾比保持在5-15范圍內(nèi)。所得到的第二步ADU淤漿進(jìn)行過濾，干燥，然后煅燒，在650℃在氫氣的氣氛中進(jìn)行還原，使淤漿轉(zhuǎn)變?yōu)閁O2粉末。UO2粉末以5噸/厘米2的壓力壓實(shí)，然后在1750℃的溫度下，在氫氣氛中燒結(jié)4小時(shí)，以形成顆粒。
下表表明了第一步沉淀室和第二步沉淀室中顆粒粒度和ADU沉淀?xiàng)l件之間的關(guān)系。
表UO2F2水溶液第一步第二步顆粒的中U的濃度 NH3/U比 NH3/U比粒度(克/升)(微米)502.59.07503.09.010504.39.046506.09.098506.59.0110406.09.0105506.09.0963006.09.0425006.09.0236006.09.091005.05.0341005.06.0361005.09.0331005.012.0351005.015.034
由上表清楚地看出，在UO2F2水溶液中U的濃度是50克/升的場(chǎng)合，當(dāng)?shù)谝徊椒磻?yīng)的NH3/U的摩爾比在3-6的范圍內(nèi)時(shí)，獲得了粒度在10-100微米范圍內(nèi)的顆粒。又如果第一步反應(yīng)中的NH3/U摩爾比取值為6，則當(dāng)UO2F2水溶液中U的濃度在50-500克/升范圍內(nèi)時(shí)，獲得了粒度在10-100微米范圍內(nèi)的顆粒。并且如果U濃度是100克/升，第一步反應(yīng)中的NH3/U的摩爾比取值為5，即使第二步反應(yīng)中的NH3/U摩爾比在5-15的范圍內(nèi)變化，顆粒的粒度實(shí)際上仍舊是不變的?？墒侨绻诙椒磻?yīng)中的NH3/U摩爾比是5，則U的損失是如此之大，以致約有20%的U仍舊留在廢液中。而另方面，即使第二步反應(yīng)中的NH3/U摩爾比是15，U的損失仍舊與摩爾比在6-12范圍內(nèi)的損失相同，即使第二步反應(yīng)中的NH3/U摩爾比在6-12的范圍內(nèi)，仍可獲得足夠高的收率。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的UO2顆粒制造法，能夠很容易地制造出最佳粒度在10-100微米范圍內(nèi)且性質(zhì)均一的顆粒，即使在UO2F2中的U的濃度等于或小于500克/升的條件下，仍不會(huì)有U的損失。因此，限制裂變產(chǎn)物氣體釋放速度的顆粒數(shù)量可以設(shè)定在所希望的數(shù)值范圍內(nèi)，從而有可能增強(qiáng)顆粒燃燒的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
制造UO2顆粒的方法，此方法是把NH3加到UO2F2水溶液中來沉淀ADU，然后從此ADU產(chǎn)生的UO2粉末制成UO2的燒結(jié)顆粒，此方法之特征在于，UO2F2水溶液的U濃度保持在50-500克/升范圍內(nèi)，在第一步和第二步反應(yīng)中NH3和UO2F2水溶液相互反應(yīng)，在第一步反應(yīng)中NH3/U比規(guī)定在3-6范圍內(nèi)，在第二步反應(yīng)中NH3/U比規(guī)定在6-12范圍內(nèi)，從而形成粒度在10-100微米范圍內(nèi)的顆粒。
全文摘要
制造UO
文檔編號(hào)C10L1/00GK1038069SQ89103749
公開日1989年12月20日 申請(qǐng)日期1989年5月26日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月26日
發(fā)明者八登唯夫, 尾上毅, 田中晧 申請(qǐng)人:三菱金屬株式會(huì)社