CN112694129B - 一种不同富集度的二氧化铀粉末制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于核化工粉末制备技术领域，具体涉及一种不同富集度的二氧化铀粉末制备方法，包括步骤一，原料配料量计算；按照²³⁵U占U原子百分比进行不同富集度的UO₂粉末原料配料量计算；步骤二，UO₂粉末酸溶解；将UO₂粉末酸溶解生成硝酸铀酰溶液；根据富集度测定结果进行二次调节校正；步骤三，硝酸铀酰溶液沉淀；将校正后的硝酸铀酰溶液沉淀处理转化为ADU；步骤四，ADU分解还原；ADU分解还原制备二氧化铀粉末，取样进行²³⁵U富集度、杂质和物性分析。本发明相较于固－固混料法、六氟化铀气体配料制备和金属铀激光分离制备的二氧化铀粉末，制备过程简单，U²³⁵富集度均匀性较好。

Description

一种不同富集度的二氧化铀粉末制备方法

技术领域

本发明属于核化工粉末制备技术领域，具体涉及一种不同富集度的二氧化铀粉末制备方法。

背景技术

二氧化铀是核化工转化过程重要的中间产物，是干法生产四氟化铀的原料，是动力反应堆中广泛使用的核燃料，制备不同富集度二氧化铀粉末的方法有六氟化铀气体配料制备、金属铀激光分离制备、固体物料混料制备等，从这几种配料制备的方法看，只有固－固混料法，制备的二氧化铀粉末²³⁵U富集度均匀性较差，其它两种配料方式制备不同富集度的物料虽然均能达到较为理想的配料效果，但针对二氧化铀粉末原料，六氟化铀气体配料制备方法和金属铀激光分离制备方法，无法实现不同富集度二氧化铀粉末的配制。

发明内容

针对以上不足，本发明的目的是提供一种不同富集度的二氧化铀粉末制备方法，需要对燃料元件进行有源、无源伽玛扫描检测，在检测过程中需要确保标准棒验证检测系统的稳定性与可靠性，以确保检测结果准确，因此需要制备标准棒所需不同富集度的二氧化铀粉末，同时必须保证制备的二氧化铀粉末铀含量和同位素组分分布均匀。

本发明的技术方案如下：

一种不同富集度的二氧化铀粉末制备方法，步骤一，原料配料量计算；

按照²³⁵U占U原子百分比进行不同富集度的UO₂粉末原料配料量计算；

步骤二，UO₂粉末酸溶解；

将UO₂粉末酸溶解生成硝酸铀酰溶液；根据富集度测定结果进行二次调节校正；

步骤三，硝酸铀酰溶液沉淀；

将校正后的硝酸铀酰溶液沉淀处理转化为ADU；

步骤四，ADU分解还原；

ADU分解还原制备二氧化铀粉末，取样进行²³⁵U富集度、杂质和物性分析。

所述步骤一，原料配料量计算，标准棒UO₂富集度为0.74％～90％。

所述原料配料量计算，制备质量为W_tg的UO₂产品所需的原料质量计算公式参照

方程组进行计算,其中W₁、W₂、W_t分别代表原料一、原料二、UO₂产品所需 UO₂原料量，单位是g；M₁、M₂、M_t分别代表原料一、原料二、UO₂产品金属铀平均原子量，单位是g/mol；α％、β％、γ_t％分别代表原料一、原料二、UO₂产品中²³⁵U 的原子百分比；∑U₁％、∑U₂％、∑U_t％分别代表原料一、原料二、UO₂产品的铀总含量所占原料量的质量百分比；解方程组，最终得出制备W_tgUO₂产品所需的原料的分配情况：

W₁＝W_t∑U₂％(γ_t％÷M_t-β％÷M₂)÷(∑U₁％α％÷M₁-∑U₂％β％÷M₂-∑U₁％γ_t2％÷M_t+∑U₂％γ_t％÷M_t)

W₂＝W_t-W₁

如果所用原料种类超过两种以上，算法与此类似。

所述步骤二，将UO₂粉末酸溶解过程，按照上述计算称量UO₂原料粉末，硝酸的加入量为U:HNO₃＝1:2～1:6，比值为摩尔比，水的加入量为U:H₂O＝1:20～1:50，比值为摩尔比。

所述UO₂粉末酸溶解过程，反应温度为70～90℃；

所述UO₂粉末酸溶解过程，取液样分析²³⁵U富集度，根据分析结果平均值和²³⁵U富集度配制标准，对溶液的²³⁵U富集度二次校正。

所述步骤三，硝酸铀酰溶液沉淀过程，氨水的加入量的为U:NH₃＝1:2～1:6，比值为摩尔比，反应温度为40～70℃，搅拌时间为10～20min，反应中和至PH＝2～3；

所述硝酸铀酰溶液沉淀过程，陈化时间为20～40min；

滤饼洗涤温度为50～70℃，洗涤次数为2～5次。

所述步骤四，ADU分解还原过程，进行第一步干燥，保护气体为氮气，干燥温度为100～350℃，干燥时间为1.5～3.5h。

所述ADU分解还原过程，进行第二步分解，保护气体为氮气，分解温度600～ 800℃，分解温度为1～3h。

所述ADU分解还原过程，进行第三步还原，保护气体为氢气，还原温度600～ 800℃，还原温度为0.5～2h；

所述ADU分解还原过程，还原断电降温0.5h后，切换氮气，自然冷却，取样进行²³⁵U富集度、杂质和物性分析。

本发明的有益效果在于：

本发明采用同位素配料理论计算、硝酸溶解、²³⁵U富集度二次校正等液-液混料方式，最终制备成符合富集度标准的二氧化铀粉末。相较于固－固混料法、六氟化铀气体配料制备和金属铀激光分离制备的二氧化铀粉末，制备过程简单， U²³⁵富集度均匀性较好。

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。

一种不同富集度的二氧化铀粉末制备方法，具体步骤如下：步骤一，原料配料量计算；

按照²³⁵U占U原子百分比进行不同富集度的UO₂粉末原料配料量计算；

步骤二，UO₂粉末酸溶解；

将UO₂粉末酸溶解生成硝酸铀酰溶液；根据富集度测定结果进行二次调节校正。

步骤三，硝酸铀酰溶液沉淀

将校正后的硝酸铀酰溶液沉淀处理转化为ADU；

步骤四，ADU分解还原；

ADU分解还原制备二氧化铀粉末，取样进行²³⁵U富集度、杂质和物性分析。

所述步骤一，原料配料量计算，标准棒UO₂富集度可为0.74％～90％。

所述原料配料量计算，制备质量为W_tg的UO₂产品所需的原料质量计算公式参照

方程组进行计算,其中W₁、W₂、W_t分别代表原料一、原料二、UO₂产品所需 UO₂原料量，单位是g；M₁、M₂、M_t分别代表原料一、原料二、UO₂产品金属铀平均原子量，单位是g/mol；α％、β％、γ_t％分别代表原料一、原料二、UO₂产品中²³⁵U 的原子百分比；∑U₁％、∑U₂％、∑U_t％分别代表原料一、原料二、UO₂产品的铀总含量所占原料量的质量百分比；解方程组，最终得出制备W_tgUO₂产品所需的原料的分配情况：

W₁＝W_t∑U₂％(γ_t％÷M_t-β％÷M₂)÷(∑U₁％α％÷M₁-∑U₂％β％÷M₂-∑U₁％γ_t2％÷M_t+∑U₂％γ_t％÷M_t)

W₂＝W_t-W₁

如果所用原料种类超过两种以上，算法与此类似。

所述步骤二，将UO₂粉末酸溶解过程，按照上述计算称量UO₂原料粉末，硝酸的加入量为U:HNO₃(摩尔比)＝1:2～1:6，水的加入量为U:H₂O(摩尔比) ＝1:20～1:50。

所述UO₂粉末酸溶解过程，反应温度为(70～90)℃。

所述UO₂粉末酸溶解过程，取液样分析²³⁵U富集度，根据分析结果平均值和²³⁵U富集度配制标准，对溶液的²³⁵U富集度二次校正。

所述步骤三，硝酸铀酰溶液沉淀过程，氨水的加入量为U:NH₃(摩尔比) ＝1:2～1:6，反应温度为(40～70)℃，搅拌时间为(10～20)min，反应中和至 PH＝2～3。

所述硝酸铀酰溶液沉淀过程，陈化时间为(20～40)min。

所述硝酸铀酰溶液沉淀过程，滤饼洗涤温度为(50～70)℃，洗涤次数为 (2～5)次。

所述步骤四，ADU分解还原过程，进行第一步干燥，保护气体为氮气，干燥温度为(100～350)℃，干燥时间为(1.5～3.5)h。

所述ADU分解还原过程，进行第二步分解，保护气体为氮气，分解温度 (600～800)℃，分解温度为(1～3)h。

所述ADU分解还原过程，进行第三步还原，保护气体为氢气，还原温度 (600～800)℃，还原温度为(0.5～2)h。

所述ADU分解还原过程，还原断电降温0.5h后，切换氮气，自然冷却，取样进行²³⁵U富集度、杂质和物性分析。

实施例1：

步骤一、制备300g富集度3.8％UO₂粉末，经计算需163.66g富集度0.3％ (∑U₁＝87.92％)和136.34g富集度8％(∑U₂＝87.87％)，

步骤二、称量上述UO₂粉末进行酸溶解，加入240ml硝酸、550ml蒸馏水，反应温度为90℃，酸溶完取液样分析溶液²³⁵U富集度，对溶液的²³⁵U富集度二次校正。

步骤三、静置过滤进行沉淀操作，在50℃下加入250ml氨水，搅拌12min，反应中和至PH＝2.3，陈化30min。对滤饼进行过滤洗涤，洗涤温度60℃，洗涤次数3次。

步骤四、通入保护气体氮气，在250℃下干燥2h；升温至700℃下保温2h 进行分解；保护气体改为氢气，还原1h；断电降温0.5h后，切换氮气，自然冷却，取样进行²³⁵U富集度、杂质和物性分析。

实施例2：

步骤一、制备300g富集度1.58％UO₂粉末，经计算需218.30g富集度0.3％ (∑U₁＝87.92％)和81.70g富集度5％(∑U₂＝87.85％)，

步骤二、称量上述UO₂粉末进行酸溶解，加入250ml硝酸、540ml蒸馏水，反应温度为80℃，酸溶完取液样分析溶液²³⁵U富集度，对溶液的²³⁵U富集度二次校正。

步骤三、静置过滤进行沉淀操作，在60℃下加入260ml氨水，搅拌15min，反应中和至PH＝2.5，陈化25min。对滤饼进行过滤洗涤，洗涤温度50℃，洗涤次数4次。

步骤四、通入保护气体氮气，在200℃下干燥2.5h；升温至750℃下保温 1.5h进行分解；保护气体改为氢气，还原1.5h；断电降温0.5h后，切换氮气，自然冷却，取样进行²³⁵U富集度、杂质和物性分析。

本发明公开实施例中，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 (7)

1.一种不同富集度的二氧化铀粉末制备方法，其特征在于：

步骤一，原料配料量计算；

按照²³⁵U占U原子百分比进行不同富集度的UO₂粉末原料配料量计算；

步骤二，UO₂粉末酸溶解；

将UO₂粉末酸溶解生成硝酸铀酰溶液；根据富集度测定结果进行二次调节校正；

步骤三，硝酸铀酰溶液沉淀；

将校正后的硝酸铀酰溶液沉淀处理转化为ADU；

步骤四，ADU分解还原；

ADU分解还原制备二氧化铀粉末，取样进行²³⁵U富集度、杂质和物性分析；

所述步骤一，原料配料量计算，标准棒UO₂富集度为0.74％～90％；

所述原料配料量计算，制备质量为W_tg的UO₂产品所需的原料质量计算公式参照

方程组进行计算,其中W₁、W₂、W_t分别代表原料一、原料二、UO₂产品所需UO₂原料量，单位是g；M₁、M₂、M_t分别代表原料一、原料二、UO₂产品金属铀平均原子量，单位是g/mol；α％、β％、γ_t％分别代表原料一、原料二、UO₂产品中²³⁵U的原子百分比；∑U₁％、∑U₂％、∑U_t％分别代表原料一、原料二、UO₂产品的铀总含量所占原料量的质量百分比；解方程组，最终得出制备W_tgUO₂产品所需的原料的分配情况：

W₁＝W_t∑U₂％(γ_t％÷M_t-β％÷M₂)÷(∑U₁％α％÷M₁-∑U₂％β％÷M₂-∑U₁％γ_t2％÷M_t+∑U₂％γ_t％÷M_t)

W₂＝W_t-W₁

如果所用原料种类超过两种以上，算法与此类似；

所述步骤二，将UO₂粉末酸溶解过程，按照上述计算称量UO₂原料粉末，硝酸的加入量为U:HNO₃＝1:2～1:6，比值为摩尔比，水的加入量为U:H₂O＝1:20～1:50，比值为摩尔比。

2.如权利要求1所述的一种不同富集度的二氧化铀粉末制备方法，其特征在于：所述UO₂粉末酸溶解过程，反应温度为70～90℃；

所述UO₂粉末酸溶解过程，取液样分析²³⁵U富集度，根据分析结果平均值和²³⁵U富集度配制标准，对溶液的²³⁵U富集度二次校正。

3.如权利要求1所述的一种不同富集度的二氧化铀粉末制备方法，其特征在于：所述步骤三，硝酸铀酰溶液沉淀过程，氨水的加入量的为U:NH₃＝1:2～1:6，比值为摩尔比，反应温度为40～70℃，搅拌时间为10～20min，反应中和至PH＝2～3；

4.如权利要求3所述的一种不同富集度的二氧化铀粉末制备方法，其特征在于：所述硝酸铀酰溶液沉淀过程，陈化时间为20～40min；

滤饼洗涤温度为50～70℃，洗涤次数为2～5次。

5.如权利要求1所述的一种不同富集度的二氧化铀粉末制备方法，其特征在于：所述步骤四，ADU分解还原过程，进行第一步干燥，保护气体为氮气，干燥温度为100～350℃，干燥时间为1.5～3.5h。

6.如权利要求5所述的一种不同富集度的二氧化铀粉末制备方法，其特征在于：所述ADU分解还原过程，进行第二步分解，保护气体为氮气，分解温度600～800℃，分解温度为1～3h。

7.如权利要求6所述的一种不同富集度的二氧化铀粉末制备方法，其特征在于：所述ADU分解还原过程，进行第三步还原，保护气体为氢气，还原温度600～800℃，还原温度为0.5～2h；

所述ADU分解还原过程，还原断电降温0.5h后，切换氮气，自然冷却，取样进行²³⁵U富集度、杂质和物性分析。