本發(fā)明屬于核燃料制備，具體涉及一種反應(yīng)堆mox燃料粉末的制備方法。

背景技術(shù)：

1、mox燃料是近年來國內(nèi)外最受關(guān)注的核燃料類型之一，是實(shí)現(xiàn)核燃料閉式循環(huán)及核能可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。在mox燃料制備工藝中，粉末制備是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，粉末的質(zhì)量，具體包括成分及均勻性(雜質(zhì)、同位素)、粉末的性能(粒度、比表面積、松裝密度等)直接影響后續(xù)芯塊的性能。因此，mox粉末制造一直是國內(nèi)外mox燃料制造研究的重點(diǎn)。

2、為了獲得均勻混合的mox燃料粉末，國內(nèi)外開展了大量研究，開發(fā)了多條工藝流程，按照粉末混合方式的不同，主要分為兩大類：機(jī)械混合法(俗稱干法)和化學(xué)共沉淀法(俗稱濕法)。濕法可以獲得較好的產(chǎn)品均勻度，并形成固溶體粉末。濕法包括德國的三碳酸鈾钚酰銨共沉淀工藝

3、(aupuc)、日本通過將1：1的硝酸钚和硝酸鈾酰混合溶液微波脫硝形成(u0.5pu0.5)o2的固溶體粉末。干法最早用于puo2含量較高的快堆mox燃料的生產(chǎn)，法國和比利時(shí)經(jīng)改良開發(fā)的兩步混合法，即微細(xì)化主混合(mimas)工藝取代原法國的一步混合(coca)工藝，可用于puo2含量較低的lwr(輕水堆)mox燃料的生產(chǎn)。英國開發(fā)的無粘結(jié)劑工藝(sbr)工藝pu的分布均勻性優(yōu)于mimas工藝。俄羅斯依靠abc-150型高效磁力混合機(jī)制備均勻的mox粉末。上述的濕法工藝流程長、廢液多，難以適應(yīng)不同豐度、不同含量產(chǎn)品的要求；干磨工藝操作難度大，對(duì)設(shè)備和工藝參數(shù)要求高，且不可避免地存在富钚顆粒問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種反應(yīng)堆mox燃料粉末的制備方法，采用六水合硝酸鈾酰、五水合硝酸钚(或六水合硝酸釷)與尿素形成的低共熔體，制備微觀(分子水平)混合均勻的含(uxpu1-x)o2或(uxth1-x)o2的mox燃料粉末，所得到的mox燃料粉末能夠應(yīng)用于生產(chǎn)在lwr、fnr等堆型中進(jìn)行輻照的mox型燃料。

2、為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種反應(yīng)堆mox燃料粉末的制備方法，所述方法包括如下步驟：

3、s1、制備混合錒系低共熔體：將干燥的混合錒系鹽與尿素固體按照一定比例混合，直至混合物變?yōu)橥耆吻宓囊后w，獲得混合錒系低共熔體；所述混合錒系鹽為六價(jià)錒系硝酸鹽和四價(jià)錒系硝酸鹽；

4、s2、脫氨：所述混合錒系低共熔體按指定的程序升溫至指定溫度并保溫指定時(shí)間，得到脫氨粉末，所述脫氨粉末包括混合錒系鹽和錒系氧化物；

5、s3、脫氮：所述脫氨粉末按設(shè)定的程序升溫至設(shè)定溫度并保溫設(shè)定時(shí)間，得到脫氮粉末；

6、s4、還原：所述脫氮粉末在氬氣氣氛下，按一定的程序升溫至一定溫度，然后切換至氫氬混合氣或氫氣氣氛并保溫一定時(shí)間，得到mox燃料粉末。

7、進(jìn)一步，所述六價(jià)錒系硝酸鹽為六水合硝酸鈾酰固體，所述四價(jià)錒系硝酸鹽為六水合硝酸釷固體或五水合硝酸钚固體。

8、進(jìn)一步，所述混合錒系鹽中的金屬離子與所述尿素的摩爾比為1:9。

9、進(jìn)一步，所述混合錒系鹽中六水合硝酸鈾酰固體與六水合硝酸釷固體的摩爾比為任意比例，或所述混合錒系鹽中六水合硝酸鈾酰固體與五水合硝酸钚固體的摩爾比為任意比例。

10、進(jìn)一步，步驟s1所述混合錒系鹽與尿素固體混合過程中，通過對(duì)混合物進(jìn)行攪拌和/或研磨的方式進(jìn)行混合。

11、進(jìn)一步，步驟s1所述混合錒系鹽與尿素固體混合過程中，還包括對(duì)所述混合錒系鹽與尿素形成的混合物進(jìn)行加熱，獲得完全澄清的混合錒系低共熔體。

12、進(jìn)一步，步驟s2包括如下具體步驟：通過移液槍將所述混合錒系低共熔體吸取至坩堝中，并將所述坩堝按指定的程序升溫至150～160℃并保溫30min以上，得到所述脫氨粉末。

13、進(jìn)一步，步驟s2中，所述脫氨過程在空氣或氬氣氣氛下進(jìn)行；

14、所述按指定的程序是指按指定的升溫速率，所述指定的升溫速率為5～10℃/min。

15、進(jìn)一步，當(dāng)所述混合錒系鹽為六水合硝酸鈾酰固體與六水合硝酸釷固體時(shí)，所述脫氮粉末為u3o8和tho2粉末；當(dāng)所述混合錒系鹽為六水合硝酸鈾酰固體與五水合硝酸钚固體時(shí)，所述脫氮粉末為u3o8和puo2粉末。

16、進(jìn)一步，步驟s3中，所述脫氨粉末按設(shè)定的程序升溫至500～800℃并保溫30min以上，得到脫氮粉末。

17、進(jìn)一步，步驟s3中，所述脫氮過程在空氣或氬氣氣氛下進(jìn)行；

18、所述按設(shè)定的程序是指按設(shè)定的升溫速率，所述設(shè)定的升溫速率為5～10℃/min。

19、進(jìn)一步，步驟s4中，所述脫氮粉末在氬氣氣氛下，按5～10℃/min的升溫速率升溫至680～900℃，然后切換至氫氬混合氣或氫氣氣氛并保溫10～30min，得到mox燃料粉末。

20、進(jìn)一步，當(dāng)所述混合錒系鹽為六水合硝酸鈾酰固體與六水合硝酸釷固體時(shí)，所述mox燃料粉末為(uxth1-x)o2；當(dāng)所述混合錒系鹽為六水合硝酸鈾酰固體與五水合硝酸钚固體時(shí)，所述mox燃料粉末為(uxpu1-x)o2；

21、其中，0.0＜x＜1.0。

22、本發(fā)明的有益效果在于：采用本發(fā)明所提供的一種反應(yīng)堆mox燃料粉末的制備方法，通過如下步驟：由混合錒系鹽與尿素固體制備混合錒系低共熔體、混合錒系低共熔體經(jīng)脫氨、脫氮/脫碳、還原，直接獲得mox燃料粉末；當(dāng)所述混合錒系鹽為六水合硝酸鈾酰固體與六水合硝酸釷固體時(shí)，所述mox燃料粉末為(uxth1-x)o2；當(dāng)所述混合錒系鹽為六水合硝酸鈾酰固體與五水合硝酸钚固體時(shí)，所述mox燃料粉末為(uxpu1-x)o2。本發(fā)明提供的方法直接采用硝酸鈾酰固體及硝酸钚/硝酸釷為原料，即具有原料簡單的優(yōu)點(diǎn)，能夠大大簡化制備由uo2和puo2(或tho2)構(gòu)成的mox燃料粉末的制備工藝流程，減少過程試劑的使用，沒有任何過程廢液產(chǎn)生，從而提供一種簡便的，生產(chǎn)效率高、不產(chǎn)生廢液、更加經(jīng)濟(jì)和綠色的mox燃料粉末制備方法。本發(fā)明的具體有益效果主要體現(xiàn)在：

23、(1)以六水合硝酸鈾酰、五水合硝酸钚(或六水合硝酸釷)與尿素三種固體以一定比例直接混合后得到的室溫下為液體的混合錒系低共熔體作為制備mox燃料粉末的母液，相比濕法中先將兩種錒系分別溶解成溶液再在一定條件下進(jìn)行共沉淀的過程，流程簡單、步驟少、效率高、不產(chǎn)生任何廢液；將混合錒系低共熔體在一定溫度下分解既可以得到mox燃料粉末，只需要高溫?zé)Y(jié)氣氛爐一種設(shè)備，這是常規(guī)uo2燃料生產(chǎn)中的已有的通用設(shè)備，無需增加其他專用設(shè)備，相比干法操作簡便，不額外增加設(shè)備。本方法能夠極大簡化工藝流程、有效降低生產(chǎn)成本，具有更好的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

24、(2)本發(fā)明制備得到的混合錒系低共熔體的性質(zhì)十分穩(wěn)定，僅需要一種添加劑尿素，其易獲取、成本低、并且加熱到160℃附近可以完全除去。

25、(3)本發(fā)明制備得到的mox燃料粉末化學(xué)組成均勻度好，在微觀的分子水平上都是均勻混合的。

26、(4)采用本發(fā)明提供的mox燃料粉末的制備方法，能夠根據(jù)需要制備各種不同大小、形狀類型的mox粉末顆粒，例如配合振動(dòng)分散法、微流控法、兩相分散法或氣溶膠噴霧等方法，可以制備出粒度可控范圍在1μm～1mm、且粒徑分布范圍較窄的單分散mox微球，應(yīng)用于triso燃料及其他用途，可以作為一種新型、經(jīng)濟(jì)、綠色的mox微球制備方案。而且，該mox燃料粉末的制備方案還能夠拓展應(yīng)用于所有六價(jià)錒系硝酸鹽和四價(jià)錒系硝酸鹽體系。