CN106782736A - Mox燃料芯块废品的干法回收工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核燃料领域。为解决MOX燃料芯块废品湿法回收工艺存在诸多缺陷的问题，本发明提供了一种MOX燃料芯块废品的干法回收工艺。该工艺包括以下步骤：一、煅烧MOX燃料芯块废品；二、采用破碎机破碎；三、过筛；四、球磨；五、回收利用。本发明通过采用破碎‑球磨工艺实现了MOX燃料芯块废品的粉末化，使其从根本上不同于采用氧化粉碎工艺的UO2燃料芯块废品的干法回收工艺。实际应用表明，本发明的MOX燃料芯块废品的干法回收工艺具有回收率高，回收工艺流程短，速度快，设备简单，成本低，不产生放射性废液等优点，可以在MOX燃料制造厂内完成回收，回收粉末接近普通MOX原料粉末的烧结性能，可与普通原料混合制备MOX燃料芯块。

Description

MOX燃料芯块废品的干法回收工艺
技术领域
本发明属于核燃料领域，具体涉及一种MOX燃料芯块废品的干法回收工艺。
背景技术
作为一种特殊的核燃料，MOX燃料在其芯块制造时，会不可避免地产生15～20％性能不合格的芯块废品，如果不对这些芯块废品加以回收利用，将造成核材料浪费、废品库存压力和生产线剂量严重超标等问题，甚至令生产线陷于停产瘫痪状态。
目前，MOX燃料芯块废品的回收主要采用湿法工艺，该工艺先用硝酸溶解MOX燃料芯块废品，去除杂质后得到硝酸铀酰和硝酸钚的混合溶液；然后进行铀、钚化学分离，得到高纯硝酸钚溶液；最后用草酸沉淀，得到草酸钚沉淀，并煅烧成高纯PuO2粉末，再返回用于制造MOX燃料芯块，该湿法回收工艺特别适用于回收化学性能不合格(即杂质含量较高)的MOX燃料芯块废品。不过该工艺也存在显著的缺点，其不仅工艺复杂，而且会产生大量放射性废液，处理成本也较高。另外，如果湿法处理厂与MOX燃料厂相距较远，还需要进行严格的包装和长途运输，增加了安全隐患和成本。
根据国内外的实践经验来看，在MOX燃料生产线产生的废品大部分是物理性能不合格的MOX燃料芯块废品，其杂质含量实际上并不超过设计限值。
对于仅为物理性能不合格的核燃料芯块废品的回收，目前已有针对UO2燃料芯块废品的干法回收工艺。该干法回收工艺将UO2燃料芯块废品氧化为U3O8粉末，从而将其转化为UO2芯块制造中的造孔剂，具有工艺简单、不产生放射性废液等优点。工艺中，化学反应氧化温度为450～550℃，氧化时间为3h。
基于上述情况，理论上讲，只要将UO2燃料芯块废品的干法回收工艺直接转用到MOX燃料芯块废品的回收中，即可解决MOX燃料芯块废品的湿法回收工艺存在的前述问题，但事实并非如此简单。
UO2燃料芯块废品的干法回收工艺之所以能够实现，是因为UO2燃料芯块在空气中很容易氧化粉碎成U3O8粉末，实现起来较为容易。而MOX燃料芯块中含有含量较高的PuO2，其与UO2具有不同的热力学和化学性能，且在烧结过程中与UO2形成了固溶体，使得MOX燃料芯块根本无法在空气中自动氧化粉碎成粉末。
为此，若要开发出MOX燃料芯块废品的干法回收工艺以避开湿法回收工艺的种种缺陷，就需要开发出一条新的技术路线。
发明内容
为解决MOX燃料芯块废品湿法回收工艺存在的诸多缺陷，而UO2燃料芯块废品的干法回收工艺无法适用于MOX燃料芯块废品回收的问题，本发明提供了一种MOX燃料芯块废品的干法回收工艺。
该工艺包括以下步骤：
(一)将MOX燃料芯块废品置于空气中煅烧3～6小时，煅烧温度为700℃～900℃，煅烧后冷却；
(二)采用破碎机对冷却后的MOX燃料芯块废品进行破碎，得到初步破碎回收料，；
(三)对所述初步破碎回收料进行过筛，得到粒径小于1mm的筛分粉末；
(四)将所述筛分粉末转入球磨机中进行球磨，球料比为5:1～3:1，装料比(即球、料体积之和与球磨罐容积的比值)为1/2～2/3，转速为350～500rpm，球磨时间5h～17h，得到球磨细粉末；
(五)对所述球磨细粉末进行回收，返回利用。
所述破碎机优选为圆盘式破碎机。
所述圆盘式破碎机的圆盘间距优选为0.05～1.5mm，以获得良好的破碎效果。
所述圆盘式破碎机采用硬质合金耐磨圆盘为优选。
所述过筛采用18目不锈钢筛为优选。
所述球磨机优选为行星式球磨机。
所述球磨机采用氧化锆陶瓷球磨罐和氧化锆球为优选。
本发明通过采用破碎-球磨工艺实现了MOX燃料芯块废品的粉末化，使其从根本上不同于采用氧化粉碎工艺的UO2燃料芯块废品的干法回收工艺。实际应用表明，本发明的MOX燃料芯块废品的干法回收工艺具有回收率高，回收工艺流程短，速度快，设备简单，成本低，不产生放射性废液等优点，可以在MOX燃料制造厂内完成回收，回收粉末接近普通MOX原料粉末的烧结性能，可与普通原料混合制备MOX燃料芯块。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的实施方式做进一步的说明。为降低PuO2的采用所带来的高度危险性，各实施例中均采用本领域中惯用的以CeO2代替PuO2的方法制备模拟MOX芯块，以完成验证。
实施例1
将模拟MOX(UO2-20％CeO2)芯块置于空气中煅烧6小时，煅烧温度为700℃。冷却后使用圆盘式破碎机破碎1次。破碎回收料过18目筛，过筛留下的大颗粒存储起来，留待下次破碎，将过筛后的粉料装入250ml硬质合金球磨罐，球料比＝3:1，装料比＝1/2，使用氧化锆磨球，球径7mm，行星球磨机进行球磨5小时。回收的模拟MOX粉末中位粒径在1.13μm左右，满足回收要求，回收率为98.8％。
实施例2
将模拟MOX(UO2-20％CeO2)芯块置于空气中煅烧5小时，煅烧温度为800℃。冷却后使用圆盘式破碎机破碎1次。破碎回收料过18目筛，过筛留下的大颗粒存储起来，留待下次破碎，将过筛后的粉料装入250ml硬质合金球磨罐，球料比＝4:1，装料比＝2/3，使用氧化锆磨球，球径7mm，行星球磨机进行球磨11小时。回收的模拟MOX粉末中位粒径在1.08μm左右，满足回收要求，回收率为98.0％。
实施例3
将模拟MOX(UO2-20％CeO2)芯块置于空气中煅烧4小时，煅烧温度为900℃。冷却后使用圆盘式破碎机破碎1次。破碎回收料过18目筛，过筛留下的大颗粒存储起来，留待下次破碎，将过筛后的粉料装入250ml硬质合金球磨罐，球料比＝5:1，装料比＝2/3，使用氧化锆磨球，球径7mm，行星球磨机进行球磨17小时。回收的模拟MOX粉末中位粒径在0.86μm左右，满足回收要求，回收率为97.5％。

Claims (7)

1.一种MOX燃料芯块废品的干法回收工艺，其特征在于：该工艺包括以下步骤：
(一)将MOX燃料芯块废品置于空气中煅烧3～6小时，煅烧温度为700℃～900℃，煅烧后冷却；
(二)采用破碎机对冷却后的MOX燃料芯块废品进行破碎，得到初步破碎回收料，；
(三)对所述初步破碎回收料进行过筛，得到粒径小于1mm的筛分粉末；
(四)将所述筛分粉末转入球磨机中进行球磨，球料比为5:1～3:1，装料比(即球、料体积之和与球磨罐容积的比值)为1/2～2/3，转速为350～500rpm，球磨时间5h～17h，得到球磨细粉末；
(五)对所述球磨细粉末进行回收，返回利用。
2.如权利要求1所述的MOX燃料芯块废品的干法回收工艺，其特征在于：所述破碎机为圆盘式破碎机。
3.如权利要求2所述的MOX燃料芯块废品的干法回收工艺，其特征在于：所述圆盘式破碎机的圆盘间距为0.05～1.5mm。
4.如权利要求2或3所述的MOX燃料芯块废品的干法回收工艺，其特征在于：所述圆盘式破碎机采用硬质合金耐磨圆盘。
5.如权利要求1所述的MOX燃料芯块废品的干法回收工艺，其特征在于：所述过筛采用18目不锈钢筛。
6.如权利要求1所述的MOX燃料芯块废品的干法回收工艺，其特征在于：所述球磨机为行星式球磨机。
7.如权利要求1或6所述的MOX燃料芯块废品的干法回收工艺，其特征在于：所述球磨机采用氧化锆陶瓷球磨罐和氧化锆球。
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