CN112687415A - 一种uco微球的制备方法 - Google Patents
一种uco微球的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112687415A CN112687415A CN202011310387.2A CN202011310387A CN112687415A CN 112687415 A CN112687415 A CN 112687415A CN 202011310387 A CN202011310387 A CN 202011310387A CN 112687415 A CN112687415 A CN 112687415A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- uco
- uranium
- temperature
- thickening agent
- microspheres
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明属于核燃料制备技术领域，具体涉及一种UCO微球的制备方法，本方法采用溶胶凝胶法进行UCO凝胶球的制备，通过向含硝酸铀酰和有机物的胶液中加入炭黑、石墨烯等碳源或葡萄糖、果糖等碳的前驱体，实现胶液与碳的均匀混合或分散，再经过分散凝胶，得到含碳凝胶球，最后经过陈化、洗涤、干燥、焙烧、还原、烧结等工艺，即可得到UCO微球。本发明可以实现以金属铀及其氧化物为原料，直接制备得到含UO2、UC、UC2的UCO微球，即通过采用溶胶凝胶法由硝酸铀酰溶液添加碳材料后分散得到含碳凝胶球，再经过陈化、洗涤、干燥、煅烧可制备得到UCO微球。相比较传统的UCO粉末制备方法，该方法可获得球形的UCO微球，且球形度好、尺寸均匀。
Description
技术领域
本发明属于核燃料制备技术领域，具体涉及一种UCO微球的制备方法。
背景技术
弥散型燃料元件是核燃料元件的重要组成部分，通常常见的为陶瓷UO2核芯，已经成功的应用于核反应堆中，但由于UO2陶瓷微球热导率较低，开发新的具有更高铀密度、高导热性能的核燃料已成为趋势。
UCO微球具有铀密度高、热导率高、燃料安全性能高等优点。目前有报道的仅有UCO粉末的制备方法，通常是将UO2粉末与炭黑按比例混匀后，再经高温煅烧即可制得UCO粉末。
但该方法只能实现UCO粉末的制备，对于UCO陶瓷微球该方法无法实现。
发明内容
针对以上不足，本发明的目的是提供一种UCO微球的制备方法，采用溶胶凝胶法进行UCO凝胶球的制备，通过向含硝酸铀酰和有机物的胶液中加入炭黑、石墨烯等碳源或葡萄糖、果糖等碳的前驱体，实现胶液与碳的均匀混合或分散，再经过分散凝胶，得到含碳凝胶球，最后经过陈化、洗涤、干燥、焙烧、还原、烧结等工艺，即可得到UCO微球。
本发明的技术方案如下：
一种UCO微球的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将金属铀或其化合物氧化生成U3O8，用硝酸溶解为硝酸铀酰溶液；
步骤二，将炭材料均匀分散于硝酸铀酰溶液中；
步骤三，配制含增稠剂，并与含碳材料硝酸铀酰溶液混合后，进行分散凝胶；
步骤四，凝胶球经过陈化、洗涤、干燥、焙烧、还原、烧结即可得到UCO 微球；
所述步骤一的金属铀或其化合物，金属铀可为铀锭、车屑、金属粉末形态；铀化合物可为二氧化铀、三氧化铀铀氧化物；
金属铀或铀化合物氧化生成U3O8过程，在马弗炉内实现，氧化反应所需气氛为氧气或空气；
金属铀、铀化合物煅烧氧化反应温度T范围为500℃≤T≤800℃，反应时间 t范围为0.5h≤t≤5h，完全氧化为八氧化三铀粉末为止。
所述步骤一U3O8粉末酸溶解过程，硝酸的加入量为：U3O8与HNO3的摩尔比为 1:5.5～1:5.0；
U3O8粉末酸溶解过程，水的加入量为U3O8与H2O的摩尔比为1:45～1:50；
U3O8粉末酸溶解过程，反应温度控制在25～85℃。
所述步骤一U3O8粉末酸溶解过程，可采用物理搅拌加速溶解过程，如机械搅拌、电磁搅拌等。
所述步骤二将炭材料包括炭黑、碳纳米管、石墨烯、石墨固体材料，还包括葡萄糖、果糖有机前驱体；碳材料加入量以C元素与U元素的摩尔比为1.5:1～ 6:1。
步骤二所述碳材料分散过程采用机械搅拌，超声波分散方式进行混合；碳材料分散过程混合时间为30-120min。
所述步骤三增稠剂包括去离子水、聚乙烯醇、四氢糠醇，尿素；
所述增稠剂配制，聚乙烯醇的加入量为0.07～0.09kg/kgU；
所述增稠剂配制，去离子水的加入量为0.7～0.9kg/kgU；
所述增稠剂配制，四氢糠醇的加入量为0.6～0.7kg/kgU；
所述增稠剂配制，尿素的加入量为0.6～0.7kg/kgU。
所述步骤三中增稠剂与含碳硝酸铀酰溶液混合过程，温度控制在10-40℃；
分散凝胶过程，激振频率为80～300Hz，针头直径为0.2～0.5mm，胶液流量为6～14mL/min；
分散凝胶过程，分散介质为浓氨水，氨水浓度为6-12mol/L。
所述步骤四凝胶球经过陈化、洗涤、干燥、焙烧、还原、烧结过程。
所述步骤四陈化过程，氨水浓度6～12mol/L，陈化温度40～80℃，陈化时间为6～24h；
洗涤过程，氨水浓度0.5～1.0mol/L，单次洗涤时间为3～6h，洗涤次数为 3～5次；
干燥过程，气氛为空气或氮气，干燥温度40～80℃，干燥时间3.0～12.0h；
焙烧过程，气氛为空气，空气流量为0.06～0.6m3/h；升温速度0.5～1.5℃ /min，焙烧温度500～600℃，焙烧保温时间1.5～3.0h；
还原过程，气氛为氢气和氦气，氢气或氦气流量为0.06～0.6m3/h；还原氢气与氦气流比：1:9～1:1；升温速度0.5～1.5℃/min，还原温度850～950℃，还原保温时间2～6h；
烧结过程，气氛为氢气，氢气流量为0.06～0.6m3/h；升温速度0.5～1.5℃ /min，烧结温度1550～1650℃，烧结保温时间0.5～1.5h。
本发明的有益效果在于：
本发明可以实现以金属铀及其氧化物为原料，直接制备得到含UO2、UC、UC2 的UCO微球，即通过采用溶胶凝胶法由硝酸铀酰溶液添加碳材料后分散得到含碳凝胶球，再经过陈化、洗涤、干燥、煅烧可制备得到UCO微球。相比较传统的UCO粉末制备方法，该方法可获得球形的UCO微球，且球形度好、尺寸均匀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种UCO微球的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将金属铀或其化合物氧化生成U3O8，用硝酸溶解为硝酸铀酰溶液；
步骤二，将炭材料均匀分散于硝酸铀酰溶液中；
步骤三，配制含增稠剂，并与含碳材料硝酸铀酰溶液混合后，进行分散凝胶；
步骤四，凝胶球经过陈化、洗涤、干燥、焙烧、还原、烧结即可得到UCO 微球。
步骤一所述金属铀或其化合物，金属铀可为铀锭、车屑、金属粉末等形态；铀化合物可为二氧化铀、三氧化铀等铀氧化物。
步骤一所述的金属铀或铀化合物氧化生成U3O8过程，可以在马弗炉内实现，氧化反应所需气氛为氧气或空气。
步骤一所述的金属铀、铀化合物煅烧氧化反应温度T范围为500℃≤T≤ 800℃，反应时间t范围为0.5h≤t≤5h，完全氧化为八氧化三铀粉末为止。
步骤一所述U3O8粉末酸溶解过程，硝酸的加入量为：U3O8与HNO3的摩尔比为 1:5.5～1:5.0。
步骤一所述U3O8粉末酸溶解过程，水的加入量为U3O8与H2O的摩尔比为 1:45～1:50。
步骤一所述U3O8粉末酸溶解过程，反应温度控制在25～85℃。
步骤一所述U3O8粉末酸溶解过程，可采用物理搅拌加速溶解过程，如机械搅拌、电磁搅拌等。
步骤二所述将炭材料包括：炭黑、碳纳米管、石墨烯、石墨等固体材料，还包括葡萄糖、果糖等有机前驱体。碳材料加入量以C元素与U元素的摩尔比为1.5:1～6:1为宜。
步骤二所述碳材料分散过程采用机械搅拌，超声波分散方式进行混合。
步骤二所述碳材料分散过程混合时间为30-120min。
步骤三所述增稠剂由去离子水、聚乙烯醇、四氢糠醇，尿素等组成。
步骤三中所述增稠剂配制，聚乙烯醇的加入量为0.07～0.09kg/kgU。
步骤三中所述增稠剂配制，去离子水的加入量为0.7～0.9kg/kgU。
步骤三中所述增稠剂配制，四氢糠醇的加入量为0.6～0.7kg/kgU。
步骤三中所述增稠剂配制，尿素的加入量为0.6～0.7kg/kgU。
步骤三中所述增稠剂与含碳硝酸铀酰溶液混合过程，温度控制在10-40℃。
步骤三中所述的分散凝胶过程，激振频率为80～300Hz，针头直径为0.2～ 0.5mm，胶液流量为6～14mL/min。
步骤三所述的分散凝胶过程，分散介质为浓氨水，氨水浓度为6-12mol/L。
步骤四所述凝胶球经过陈化、洗涤、干燥、焙烧、还原、烧结过程。
步骤四陈化过程，氨水浓度6～12mol/L，陈化温度40～80℃，陈化时间为 6～24h。
步骤四洗涤过程，氨水浓度0.5～1.0mol/L，单次洗涤时间为3～6h，洗涤次数为3～5次。
步骤四干燥过程，气氛为空气或氮气，干燥温度40～80℃，干燥时间3.0～ 12.0h。
步骤四焙烧过程，气氛为空气，空气流量为0.06～0.6m3/h；升温速度0.5～ 1.5℃/min，焙烧温度500～600℃，焙烧保温时间1.5～3.0h。
步骤四还原过程，气氛为氢气和氦气，氢气或氦气流量为0.06～0.6m3/h；还原氢气与氦气流比：1:9～1:1。升温速度0.5～1.5℃/min，还原温度850～ 950℃，还原保温时间2～6h。
步骤四烧结过程，气氛为氢气，氢气流量为0.06～0.6m3/h。升温速度0.5～ 1.5℃/min，烧结温度1550～1650℃，烧结保温时间0.5～1.5h。
实施例1：
步骤一、取一定量UO2粉末，在750℃的氧化温度下氧化1h，完全转化为U3O8粉末，然后准确称取煅烧氧化后的U3O8粉末1000g放入双口玻璃烧瓶内，加入 425mL硝酸，850mL去离子水，升温至70℃，溶解2h，酸溶解完成静置2h后过滤备用。
步骤二、室温下，开启机械搅拌和超声波，向上述溶解液缓慢加入10g炭黑，加入时间持续40min，加完后继续搅拌1.0h，待用。
步骤三、取68g聚乙烯醇、590g四氢糠醇和534g尿素，加入680mL水配制成增稠剂，再与含碳硝酸铀酰溶液在室温下混合，分散过程温度为室温(22℃)，分散介质为9mol/L的浓氨水，激振频率设定为100Hz，针头直径为0.35mm。胶液流量为9mL/min，得到黑色的凝胶球。
步骤四、将凝胶球在9mol/L的氨水中进行陈化，陈化温度为60℃，陈化时间为14h。陈化后得到含碳的ADU微球，经过洗涤，洗涤时洗水为稀氨水，氨水浓度为0.6mol/L，单次洗涤时间为4h，共洗涤4次。ADU微球经过滤后干燥，干燥时气氛为空气，干燥温度70℃，干燥时间6h。焙烧在空气气氛中进行，升温速率1℃/min，于500℃时保温2小时，再继续升温进行还原，将气氛切换为 H2，升温速率1℃/min，于900℃时还原3小时，继续升温烧结，升温速率1℃ /min，于1580℃时保温1.0小时，最后自然降温，即可得到UCO微球。
本发明公开实施例，只涉及到与本公开实施例涉及到的方法，其他方法可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种UCO微球的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将金属铀或其化合物氧化生成U3O8，用硝酸溶解为硝酸铀酰溶液；
步骤二，将炭材料均匀分散于硝酸铀酰溶液中；
步骤三，配制含增稠剂，并与含碳材料硝酸铀酰溶液混合后，进行分散凝胶；
步骤四，凝胶球经过陈化、洗涤、干燥、焙烧、还原、烧结即可得到UCO微球；
其特征在于：
所述步骤一的金属铀或其化合物，金属铀可为铀锭、车屑、金属粉末形态；铀化合物可为二氧化铀、三氧化铀铀氧化物；
金属铀或铀化合物氧化生成U3O8过程，在马弗炉内实现，氧化反应所需气氛为氧气或空气；
金属铀、铀化合物煅烧氧化反应温度T范围为500℃≤T≤800℃，反应时间t范围为0.5h≤t≤5h，完全氧化为八氧化三铀粉末为止。
2.如权利要求1所述的一种UCO微球的制备方法，其特征在于：
所述步骤一U3O8粉末酸溶解过程，硝酸的加入量为：U3O8与HNO3的摩尔比为1:5.5～1:5.0；
U3O8粉末酸溶解过程，水的加入量为U3O8与H2O的摩尔比为1:45～1:50；
U3O8粉末酸溶解过程，反应温度控制在25～85℃。
3.如权利要求2所述的一种UCO微球的制备方法，其特征在于：所述步骤一U3O8粉末酸溶解过程，可采用物理搅拌加速溶解过程，如机械搅拌、电磁搅拌等。
4.如权利要求1所述的一种UCO微球的制备方法，其特征在于：
所述步骤二将炭材料包括炭黑、碳纳米管、石墨烯、石墨固体材料，还包括葡萄糖、果糖有机前驱体；碳材料加入量以C元素与U元素的摩尔比为1.5:1～6:1。
5.如权利要求4所述的一种UCO微球的制备方法，其特征在于：
步骤二所述碳材料分散过程采用机械搅拌，超声波分散方式进行混合；碳材料分散过程混合时间为30-120min。
6.如权利要求1所述的一种UCO微球的制备方法，其特征在于：所述步骤三增稠剂包括去离子水、聚乙烯醇、四氢糠醇，尿素；
所述增稠剂配制，聚乙烯醇的加入量为0.07～0.09kg/kgU；
所述增稠剂配制，去离子水的加入量为0.7～0.9kg/kgU；
所述增稠剂配制，四氢糠醇的加入量为0.6～0.7kg/kgU；
所述增稠剂配制，尿素的加入量为0.6～0.7kg/kgU。
7.如权利要求6所述的一种UCO微球的制备方法，其特征在于：所述步骤三中增稠剂与含碳硝酸铀酰溶液混合过程，温度控制在10-40℃；
分散凝胶过程，激振频率为80～300Hz，针头直径为0.2～0.5mm，胶液流量为6～14mL/min；
分散凝胶过程，分散介质为浓氨水，氨水浓度为6-12mol/L。
8.如权利要求1所述的一种UCO微球的制备方法，其特征在于：所述步骤四凝胶球经过陈化、洗涤、干燥、焙烧、还原、烧结过程。
9.如权利要求8所述的一种UCO微球的制备方法，其特征在于：所述步骤四陈化过程，氨水浓度6～12mol/L，陈化温度40～80℃，陈化时间为6～24h；
洗涤过程，氨水浓度0.5～1.0mol/L，单次洗涤时间为3～6h，洗涤次数为3～5次；
干燥过程，气氛为空气或氮气，干燥温度40～80℃，干燥时间3.0～12.0h；
焙烧过程，气氛为空气，空气流量为0.06～0.6m3/h；升温速度0.5～1.5℃/min，焙烧温度500～600℃，焙烧保温时间1.5～3.0h；
还原过程，气氛为氢气和氦气，氢气或氦气流量为0.06～0.6m3/h；还原氢气与氦气流比：1:9～1:1；升温速度0.5～1.5℃/min，还原温度850～950℃，还原保温时间2～6h；
烧结过程，气氛为氢气，氢气流量为0.06～0.6m3/h；升温速度0.5～1.5℃/min，烧结温度1550～1650℃，烧结保温时间0.5～1.5h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011310387.2A CN112687415B (zh) | 2020-11-20 | 2020-11-20 | 一种uco微球的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011310387.2A CN112687415B (zh) | 2020-11-20 | 2020-11-20 | 一种uco微球的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112687415A true CN112687415A (zh) | 2021-04-20 |
| CN112687415B CN112687415B (zh) | 2022-12-20 |
Family
ID=75446759
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011310387.2A Active CN112687415B (zh) | 2020-11-20 | 2020-11-20 | 一种uco微球的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112687415B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3463842A (en) * | 1967-06-13 | 1969-08-26 | Grace W R & Co | Microsphere process |
| GB1480427A (en) * | 1973-10-26 | 1977-07-20 | Agip Nucleare Spa | Production of microspheres |
| CN1062126A (zh) * | 1990-11-30 | 1992-06-24 | 清华大学 | 用全胶凝法制备核燃料微球 |
| CN1922110A (zh) * | 2003-12-24 | 2007-02-28 | 原子燃料工业株式会社 | 原料液,制备原料液的方法,制备硝酸双氧铀溶液的方法以及制备聚乙烯醇溶液的方法 |
| CN106297904A (zh) * | 2016-08-25 | 2017-01-04 | 中广核研究院有限公司 | UO2–SiC燃料芯块的制备方法及采用该制备方法制成的UO2–SiC燃料芯块 |
| CN112521151A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-03-19 | 岭东核电有限公司 | 二氧化铀-石墨烯燃料芯块及其制备方法 |
-
2020
- 2020-11-20 CN CN202011310387.2A patent/CN112687415B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3463842A (en) * | 1967-06-13 | 1969-08-26 | Grace W R & Co | Microsphere process |
| GB1480427A (en) * | 1973-10-26 | 1977-07-20 | Agip Nucleare Spa | Production of microspheres |
| CN1062126A (zh) * | 1990-11-30 | 1992-06-24 | 清华大学 | 用全胶凝法制备核燃料微球 |
| CN1922110A (zh) * | 2003-12-24 | 2007-02-28 | 原子燃料工业株式会社 | 原料液,制备原料液的方法,制备硝酸双氧铀溶液的方法以及制备聚乙烯醇溶液的方法 |
| CN106297904A (zh) * | 2016-08-25 | 2017-01-04 | 中广核研究院有限公司 | UO2–SiC燃料芯块的制备方法及采用该制备方法制成的UO2–SiC燃料芯块 |
| CN112521151A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-03-19 | 岭东核电有限公司 | 二氧化铀-石墨烯燃料芯块及其制备方法 |
Non-Patent Citations (10)
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112687415B (zh) | 2022-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104003715B (zh) | ZrC-ZrO2复合陶瓷微球及其制备方法 | |
| US2906598A (en) | Preparation of high density uo2 | |
| RU2014111058A (ru) | Способ получения пористого ядерного топлива | |
| CN110808363A (zh) | 一种硅酸锂包覆的富锂锰基正极材料及其制备方法与应用 | |
| JP2014529738A5 (zh) | ||
| CN116237214B (zh) | 一种Al-Y-Cr-Fe-Er-O高熵复合氧化物阻氢涂层及其制备方法 | |
| CN108807967A (zh) | 一种镍钴铝三元正极材料的制备方法 | |
| CN112687415B (zh) | 一种uco微球的制备方法 | |
| CN115171932A (zh) | 一种uc陶瓷微球的制备方法 | |
| US3773682A (en) | Production of metal-containing materials by gel-precipitation | |
| CN112125281B (zh) | 一种使用共沉淀结合熔盐法制备镧系氧化物材料的方法及其应用 | |
| CN116855113B (zh) | 一种高熵复合氧化物阻氢涂层及制备方法 | |
| CN112521151A (zh) | 二氧化铀-石墨烯燃料芯块及其制备方法 | |
| CN109133920B (zh) | 共聚合辅助内凝胶法制备CeO2陶瓷微球的方法 | |
| RU2494479C1 (ru) | Способ получения твердых растворов оксидов актинидов | |
| CN113416874B (zh) | 一种钨基单元素或多元素原位掺杂复合纳米粉体及其制备方法 | |
| CN111112641A (zh) | 纳米钼铼合金粉末的制备方法 | |
| CN108840678B (zh) | 柠檬酸铈凝胶转化制备CeO2陶瓷微球的内凝胶方法 | |
| CN104128173B (zh) | 低成本高性能载体催化剂及其制备方法 | |
| CN109678217A (zh) | 高振实密度的Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2材料的制备方法及应用 | |
| CN114933335A (zh) | 一种高镍三元正极材料及其制备方法 | |
| JP2559819B2 (ja) | プルトン酸ウラン酸アンモニウム、その製造方法および混合酸化物（Ｕ，Ｐｕ）Ｏ▲下２▼を製造するためのその使用 | |
| US3846520A (en) | Sintering of sol-gel material | |
| CN114105110B (zh) | 一种高纯度氮化铝的制备方法 | |
| Deptuła et al. | Fabrication of uranium dioxide microspheres by classic and novel sol-gel processes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |