BE1003929A5

BE1003929A5 - Production de dioxyde d'uranium.

Info

Publication number: BE1003929A5
Application number: BE8900956A
Authority: BE
Original assignee: British Nuclear Fuels Plc
Priority date: 1988-09-09
Filing date: 1989-09-08
Publication date: 1992-07-14
Also published as: GB8821192D0; JPH0288427A; US5009817A; GB2222581A; FR2636321A1; KR900004632A; GB8915778D0; GB2222581B; DE3925492A1; ES2016160A6; KR0120925B1; JP2738867B2; FR2636321B1

Abstract

Du dioxyde d'uranium céramique est produit à partir d'uranium métallique par oxydation de ce métal par la vapeur d'eau, suivie de l'oxydation dans l'air pour la formation du U3O8 et ensuite de la réduction dans l'hydrogène du U3O8 pour la production de UO2. Le milieu de vapeur d'eau peut se trouver entre 250 et 500 degrés C, le milieu contenant de l'oxygène peut se trouver à 700 degrés C ou à une température plus basse et le milieu réducteur peut se trouver à 600 degrés C ou à une température plus basse.

Description


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  Production de dioxyde d'uranium 
La présente invention concerne la production du dioxyde d'uranium et plus particulièrement la pro- duction de dioxyde d'uranium céramique. 



   La présente invention a pour objet un procédé pour la production d'une matière céramique comprenant du dioxyde d'uranium à partir d'uranium métallique, le procédé comprenant une oxydation initiale de l'ura- nium métallique dans un milieu de vapeur d'eau, puis la poursuite de l'oxydation du métal oxydé par la va- peur d'eau dans un milieu contenant de l'oxygène pour produire du U308, et ensuite la réduction du U308 dans un milieu réducteur pour produire une matière cérami- que comprenant du dioxyde d'uranium. 



   Le milieu de vapeur d'eau peut avoir une température entre 250 et   5000C   et de préférence d'en- viron   350 C.   Le milieu contenant de l'oxygène pourrait avoir une température jusqu'à 700 C et est de préférence à environ   450 C.   Le milieu réducteur pourrait avoir une température jusqu'à 600"C et est de préférence à envi- ron   500oC.   Avantageusement, le procédé est exécuté   ....'   sous la pression atmosphérique. 



   Le milieu de vapeur d'eau pourrait comprendre un gaz inerte tel que l'azote. 



   Le milieu contenant de l'oxygène pourrait comprendre un mélange gazeux 02/N2. 



   Le dioxyde d'uranium de qualité céramique produit par le procédé de l'invention a une morphologie qui donne une matière frittable capable d'être façonnée en pastilles de combustible nucléaire. L'invention a donc aussi pour objet le dioxyde d'uranium céramique produit par le procédé de l'invention, de même que les pastilles de combustible comprenant ce dioxyde d'ura- nium céramique. 



   Il convient d'observer que tel qu'il est uti- 

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 lisé ici, le   terme"dioxyde d'uranium"ou"UO"n'est   pas limité au   U02   stoechiométrique, mais désigne également le dioxyde d'uranium non stoechiométrique. De même, U308 désigne le U308 non stoechiométrique et l'uranium métallique désigne le métal qui a été partiellement oxydé, par exemple par une longue exposition à l'air. 



   L'invention est davantage décrite ci-après à titre uniquement illustratif avec référence aux exemples suivants. 



  EXEMPLE I
On oxyde 24,2833 g d'uranium métallique par la vapeur d'eau à 3500C pendant 3 heures à un débit d'eau de 0,222 ml par minute pour produire 27,6610 g d'un dioxyde d'uranium qui contient aussi un peu d'hydrure d'uranium et d'uranium métallique résiduel. On oxyde ce produit davantage à l'air à 4500C pendant 3 heures pour obtenir 28, 6410 g de U308 qu'on réduit ensuite dans un milieu d'hydrogène à   5000C   pendant 2 heures pour obtenir 27, 6124 g de   U02   de qualité céramique. 



  EXEMPLE II 
 EMI2.1 
 On oxyde 27, 4126 g d'uranium métallique par la vapeur d'eau à 350 C pendant 3 heures à un débit d'eau de 0,222 ml par minute pour produire 31,3006 g d'un dioxyde d'uranium contenant un peu d'hydrure d'uranium et d'uranium métallique résiduel.   0n   oxyde ce produit davantage dans l'air à   4500C   pendant 3 heures pour produire 32,3805 g de   U308 qU'on   réduit ensuite dans un milieu d'hydrogène à   500 C   pendant 2 heures pour produire 31,2112 g de   U02   de qualité céramique. 



   On exécute un exemple semblable à ceux cidessus avec de l'uranium métallique partiellement oxydé, à savoir de l'uranium métallique abandonné à l'air pendant 10 mois avant d'être utilisé, mais on n'observe aucune différence discernable dans les résultats entre 

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 le cycle suivant d'oxydation par la vapeur d'eau/oxydation par l'air/réduction et celui des autres exemples. Ceci indique qu'au moins le stade d'oxydation par la vapeur d'eau est hautement tolérant aux conditions de surface de l'uranium métallique. 



   D'autres exemples avec des modifications dans les conditions permettent de déterminer les conditions optimales à l'échelle de 30 g d'uranium pour obtenir des résultats satisfaisants pour le pressage et le frittage en pastilles de combustible, à savoir : 
 EMI3.1 
 
<tb> 
<tb> Stade <SEP> Temp. <SEP> Gaz/débit <SEP> Débit <SEP> Durée
<tb> de <SEP> gaz <SEP> d'eau
<tb> oc <SEP> ml <SEP> min* <SEP> ml <SEP> min* <SEP> heures
<tb> 1. <SEP> (Oxydation <SEP> par
<tb> la <SEP> vapeur <SEP> d'eau) <SEP> 350 <SEP> N2/80 <SEP> 0,222 <SEP> 3'
<tb> 2. <SEP> (Poursuite <SEP> de
<tb> l'oxydation) <SEP> 450 <SEP> Air/300-3
<tb> 3. <SEP> (Réduction) <SEP> 500 <SEP> 82/300 <SEP> - <SEP> 2
<tb> 
 
Les conditions optimales ci-dessus peuvent être réalisées sous la pression atmosphérique à chaque stade.

   Il convient d'observer que lorsque la quantité d'uranium métallique à convertir change,   des'modifi-   cations correspondantes doivent être apportées aux débits de gaz et d'eau. 



   Bien que les conditions optimales ci-dessus pour 30 g d'uranium donnent des résultats satisfaisants, le milieu de vapeur d'eau peut se trouver à une température entre 250 et 500 C avec un débit d'eau entre 0,05 et 0,5 ml par minute. Le milieu contenant de l'oxygène pourrait avoir une température jusqu'à 7000C   et est de préférence   à   450 C.   Le milieu réducteur pourrait avoir une température jusqu'à   6000C et es t de   préférence à environ   500 C.   Le procédé peut être exécuté sous la pression atmosphérique. 



   Dans un autre exemple de l'invention, l'ura- 

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 nium métallique se présente sous la forme d'une couche déposée à partir de la phase vapeur sur un substrat, par exemple une couche d'uranium métallique d'une épaisseur jusqu'à 2 mm. La couche d'uranium métallique peut être traitée par le procédé de l'invention avant ou après élimination du substrat.

Claims

EMI5.1

R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATIONS 1. - Procédé pour la production à partir d'uranium métallique d'une matière céramique comprenant du dioxyde d'uranium frittable, caractérisé par une oxydation initiale de l'uranium métallique dans un milieu fluide de vapeur d'eau/gaz inerte a une température qui se situe entre 250 C et 5000C pour produire essentiellement du dioxyde d'uranium, les proportions de vapeur d'eau et du gaz inerte dans ce milieu et leur débits sont tels que la formation U est empêché,

puis la poursuite de l'oxydation du métal oxydé par la vapeur d'eau dans un milieu contenant de l'oxygène qui n'excède pas 700 C pour produire du UgO et ensuite la réduction du U30a dans un mileu réducteur qui n'excède pas 6000 C pour produire une matière céramique comprenant du dioxyde d'uranium frittable. EMI5.2
2.-Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la température du milieu de vapeur d'eau/gaz interte est d'environ 350oC.
3.-Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en te que la température du milieu contenant de l'oxygène est d'environ 4500C.
4.-Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température du milieu réducteur est d'environ 5000C.
5.-Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est exécuté sous la pression atmosphérique.
6.-Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le milieu contenant de l'oxygène comprend un mélange oxygène/azote.
7.-Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'uranium métallique se trouve à l'état partiellement oxydé. <Desc/Clms Page number 6>
8.-Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'uranium métallique se trouve sous la forme d'une couche sur un substrat.
9.-Matière céramique obtenue par le procédé suivant l'une quelconque des revendicatrions précédentes.
10. - Pastille de combustible nucléaire comprenant une matière céramique produite conformément à la revendication 9.