CN116253363A - 一种二氧化铀粉末及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二氧化铀粉末及其制备方法和应用，属于核燃料及材料工艺领域。二氧化铀粉末的制备方法，包括：由高氟料制成的重铀酸铵粉末在惰性气体气氛中升温进行干燥分解后，将惰性气体切换成还原性气体进行还原。本发明提供二氧化铀粉末的制备方法，将高氟料经重铀酸氨法返溶后获得的重铀酸氨粉末后经分解、还原为性质均匀的二氧化铀粉末，通过调控惰性气体/还原性气体切换温度可有效调整获得的二氧化铀粉末比表面积，可优化现有的高氟料返溶后ADU粉末的分解还原工艺，实现粉末比表面积的调控并提高工艺安全性。
Description
技术领域
本发明涉及核燃料及材料工艺领域，具体涉及一种二氧化铀粉末及其制备方法和应用。
背景技术
二氧化铀(UO2)芯块是重要的堆用核燃料形式，当前制备UO2燃料芯块通常采用粉末冶金法，作为原料的UO2粉末的物理化学性质，尤其是比表面积和氧铀比将直接影响燃料芯块的最终性能。常用的制备UO2粉末的方法为ADU法，ADU法制备UO2粉末过程中因多种异常情况的出现会产生氟含量超出技术条件要求的UO2粉末(＞150μg/g)，通常称之为高氟料。对于高氟料的处理通常采用ADU返料工艺进行处理，即将高氟料经煅烧，得到八氧化三铀(U3O8)，再经硝酸溶解后进行萃取提纯得到硝酸铀酰溶液，然后利用沉淀剂氨水将水解液中的铀以重铀酸氨(ADU)的形式沉淀下来，再经过滤干燥后得到ADU粉末，随后进行分解还原得到UO2粉末。传统的分解还原是利用水蒸气、氢气将ADU在回转炉中进行热解、还原重新得到UO2粉末。该分解还原过程中一般全程使用氢气，安全风险较高；重新的到UO2粉末比表面积难以调控，无法根据用户需求制备一定比表面积的UO2粉末；同时采用回转炉，设备结构复杂且温度均匀性难以保证。
发明内容
本发明目的在于提供一种二氧化铀粉末及其制备方法和应用，解决了ADU粉末传统的分解还原过程中由于全程使用氢气，存在一定安全问题，同时也难以对UO2粉末比表面积根据需求进行调控的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
本发明提供一种二氧化铀粉末的制备方法，包括：
由高氟料制成的重铀酸铵粉末在惰性气体气氛中升温进行干燥分解后，将惰性气体切换成还原性气体进行还原。
进一步地，在所述的二氧化铀粉末的制备方法中，所述高氟料制成重铀酸铵粉末的步骤为：将高氟料在(300～800)℃蒸气中脱氟(2～5)h，通过硝酸反溶、沉淀制得。
进一步地，在所述的二氧化铀粉末的制备方法中，进行干燥分解的条件为：
第一阶段，从室温升温至(200～300)℃，保温(1～2)h；
第二阶段，以(1～3)℃/min的升温速率升温至(350～500)℃，保温(2～3h)；
第三阶段，升温至(600～800)℃。
进一步地，在所述的二氧化铀粉末的制备方法中，所述惰性气体包括：氩气、氮气或氦气。
进一步地，在所述的二氧化铀粉末的制备方法中，进行还原的条件为：(600～800)℃，保温(2～3h)。
进一步地，在所述的二氧化铀粉末的制备方法中，所述还原性气体包括：氢气、一氧化碳或甲烷。
进一步地，在所述的二氧化铀粉末的制备方法中，所述方法还包括：还原后的二氧化铀粉末冷却至室温后，通入氮气(1～2)h后，再通入体积比(5～15)％的空气(2～3)h。
进一步地，在所述的二氧化铀粉末的制备方法中，所述二氧化铀粉末的制备在立式电阻炉中分层进行。
本发明还提供上述的二氧化铀粉末的制备方法制得的二氧化铀粉末。
本发明还提供上述的二氧化铀粉末在核燃料上的应用。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明提供二氧化铀粉末的制备方法，将高氟料经重铀酸氨法返溶后获得的重铀酸氨粉末后经分解、还原为性质均匀的二氧化铀粉末，通过调控惰性气体/还原性气体切换温度可有效调整获得的二氧化铀粉末比表面积，可优化现有的高氟料返溶后ADU粉末的分解还原工艺，实现粉末比表面积的调控并提高工艺安全性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明的技术方案为：
一种二氧化铀粉末的制备方法，包括：
(1)以高氟料作为原料，将高氟料在(300～800)℃蒸气中脱氟(2～5)h，采用硝酸反溶、沉淀制得重铀酸铵粉末。将高氟料经蒸气煅烧脱氟后，经硝酸反溶后获得的重铀酸铵粉末。蒸气可选自水蒸气，或是水蒸气和空气的混合气体，蒸气的温度维持在(300～800)℃。
(2)将制备的重铀酸铵粉末装入不锈钢料舟中分层置于立式电阻炉中。采用立式电阻炉替代传统的回转炉，设备结构简单，以分层进行的方式，受热更加均匀，更有利于反应的进行。
(3)重铀酸铵粉末在惰性气体气氛中升温进行干燥分解后，得到八氧化三铀。在惰性气体气氛保护下，对重铀酸铵粉末升温加热干燥后，继续升温加热分解成八氧化三铀。惰性气体包括：氩气、氮气或氦气，作为保护气体使用。
其中，进行干燥分解的条件为：
第一阶段，从室温升温至(200～300)℃，保温(1～2)h；
第二阶段，以(1～3)℃/min的升温速率升温至(350～500)℃，保温(2～3h)；
第三阶段，升温至(600～800)℃。
在第一阶段中，通过升温除去重铀酸铵粉末中残留的水分，起到干燥的作用。在第二阶段中，重铀酸铵粉末分解为三氧化铀(UO3)：重铀酸铵粉末中的硝酸盐受热分解产生NH3，UO3通过NH3还原以及高温热解转换为八氧化三铀(U3O8)粉末。在第三阶段中，U3O8粉末随温度升高逐渐长大，U3O8粉末比表面积降低，该第三阶段的温度和进行还原的温度保持相同。
(4)维持步骤(3)干燥分解的温度，直接将惰性气体切换成还原性气体，将八氧化三铀还原成二氧化铀。还原性气体包括：氢气、一氧化碳或甲烷。
进行还原的条件为：(600～800)℃，保温(2～3h)。进行还原的温度和进行干燥分解的温度在同一范围内，且保持相同。进行还原时，维持步骤(3)干燥分解的温度，直接将惰性气体换成还原性气体对气氛进行切换。在气氛未切换之前，U3O8颗粒随温度升高逐渐长大，粉末比表面降低；气氛切换后，U3O8迅速还原成UO2，该过程中粉末颗粒快速收缩，从而提高比表面积。通过对还原前的惰性气体和还原性气体的温度控制，该温度越高，气氛切换前U3O8粉末比表面积越低，气氛切换后生成的UO2粉末比表面积越低，这样就可以通过控制切换气氛的温度，可有效控制最终得到的UO2粉末比表面积，进而控制粉末活性。该方法通过控制惰性气体和还原性气体的温度((600～800)℃)，可制备得到可控比表面积在(3～7)m2/g范围内的UO2粉末。
为了提高粉末的稳定性，该二氧化铀粉末的制备方法还包括：还原后的二氧化铀粉末冷却至室温后，通入氮气(1～2)h后，再通入体积比(5～15)％的空气(2～3)h。采用的氮气为工业氮气，纯度99.5％。
在下面实施例中，采用氩气作为惰性气体，采用氧气作为还原性气体。
实施例1：
本实施例的二氧化铀粉末的制备方法，包括：
第一步脱氟、反溶：将高氟料在300℃的空气与水蒸气混合气中提前脱氟2h，然后采用硝酸反溶重新制备ADU粉末；
第二步粉末装炉：将ADU粉末称重，装入不锈钢料舟，统一将装好的料舟置于立式电阻炉中；
第三步通氩气：将炉内真空度抽至50Pa以下，保压观察一段时间确保炉体气密性良好。打开氩气阀门，调节氩气流量计通入氩气，并观察真空压力表，当压力表达到常压后，打开氩气阀门，调节Ar流量至5L/min；
第四步除水干燥：在氩气气氛下从室温升温至200℃保温2h；
第五步分解：从除水温度以1℃/min的升温速率缓慢升温至350℃，保温2h；
第六步切换氢气：升温至800℃，将氩气切换为氢气；
第七步还原：在氢气气氛下保温2h；
第八步降温：随炉冷却，炉内温度低于200℃时，切入氩气5L/min，关闭氢气，对炉内进行吹扫30min。完成氩气吹扫后，打开尾气罐的排水阀，将还原产生的水排出；
第九步粉末稳定化：待温度降至室温，首先通入工业氮气(纯度99.5％)2h，之后通入5％空气2h，炉内温度回落至室温后出炉。
本实施例的获得UO2粉末的比表面积为3.04m2/g，氧铀比为2.04。
实施例2：
本实施例的二氧化铀粉末的制备方法，包括：
第一步脱氟、反溶：首先将高氟料在600℃的空气与水蒸气混合气中提前脱氟4h，然后采用硝酸反溶重新制备ADU粉末；
第二步粉末装炉：将ADU粉末称重，装入不锈钢料舟，统一将装好的料舟置于立式电阻炉中；
第三步通氩气：将炉内真空度抽至50Pa以下，保压观察一段时间确保炉体气密性良好。打开氩气阀门，调节氩气流量计通入氩气，并观察真空压力表，当压力表达到常压后，打开氩气阀门，调节Ar流量至7L/min；
第四步除水干燥：在氩气气氛下从室温升温至240℃保温2h；
第五步分解：从除水温度以2℃/min的升温速率缓慢升温至450℃，保温2h；
第六步切换氢气：升温至700℃，将氩气切换为氢气；
第七步还原：在氢气气氛下保温2h；
第八步降温：随炉冷却，炉内温度低于200℃时，切入氩气7L/min，关闭氢气，对炉内进行吹扫30min。完成氩气吹扫后，打开尾气罐的排水阀，将还原产生的水排出；
第九步粉末稳定化：待温度降至室温，首先通入工业氮气(纯度99.5％)1h，之后通入10％空气2h，炉内温度回落至室温后出炉。
本实施例的获得UO2粉末的比表面积为4.01m2/g，氧铀比为2.03。
实施例3：
本实施例的二氧化铀粉末的制备方法，包括：
第一步脱氟、反溶：首先将高氟料在800℃的空气与水蒸气混合气中提前脱氟5h，然后采用硝酸反溶重新制备ADU粉末；
第二步粉末装炉：将ADU粉末称重，装入不锈钢料舟，统一将装好的料舟置于立式电阻炉中；
第三步通氩气：将炉内真空度抽至50Pa以下，保压观察一段时间确保炉体气密性良好。打开氩气阀门，调节氩气流量计通入氩气，并观察真空压力表，当压力表达到常压后，打开氩气阀门，调节Ar流量至7L/min；
第四步除水干燥：在氩气气氛下从室温升温至300℃保温1h；
第五步分解：从除水温度以3℃/min的升温速率缓慢升温至500℃，保温2h；
第六步切换氢气：升温至600℃，将氩气切换为氢气；
第七步还原：在氢气气氛下保温2h；
第八步降温：随炉冷却，炉内温度低于200℃时，切入氩气7L/min，关闭氢气，对炉内进行吹扫30min。完成氩气吹扫后，打开尾气罐的排水阀，将还原产生的水排出；
第九步粉末稳定化：待温度降至室温，首先通入工业氮气(纯度99.5％)2h，之后通入15％空气3h，炉内温度回落至室温后出炉。
本实施例的获得UO2粉末的比表面积为6.45m2/g，氧铀比为2.01。
实施例4
本实施例的二氧化铀粉末的制备方法，包括：
第一步脱氟、反溶：首先将高氟料在600℃的空气与水蒸气混合气中提前脱氟4h，然后采用硝酸反溶重新制备ADU粉末；
第二步粉末装炉：将ADU粉末称重，装入不锈钢料舟，统一将装好的料舟置于立式电阻炉中；
第三步通氩气：将炉内真空度抽至50Pa以下，保压观察一段时间确保炉体气密性良好。打开氩气阀门，调节氩气流量计通入氩气，并观察真空压力表，当压力表达到常压后，打开氩气阀门，调节Ar流量至5L/min；
第四步除水干燥：在氩气气氛下从室温升温至300℃保温2h；
第五步分解：从除水温度以2℃/min的升温速率缓慢升温至450℃，保温2h；
第六步切换氢气：升温至800℃，将氩气切换为氢气；
第七步还原：在氢气气氛下保温2h；
第八步降温：随炉冷却，炉内温度低于200℃时，切入氩气5L/min，关闭氢气，对炉内进行吹扫30min。完成氩气吹扫后，打开尾气罐的排水阀，将还原产生的水排出；
第九步粉末稳定化：待温度降至室温，首先通入工业氮气(纯度99.5％)2h，之后通入10％空气2h，炉内温度回落至室温后出炉。
获得UO2粉末比表面积3.26m2/g，氧铀比2.08。
实施例5
本实施例的二氧化铀粉末的制备方法与实施例4一致，区别在于第六步中，升温至700℃。
本实施例获得UO2粉末比表面积4.64m2/g，氧铀比2.04。
实施例6
本实施例的二氧化铀粉末的制备方法与实施例4一致，区别在于第六步中，升温至600℃。
本实施例获得UO2粉末比表面积6.76m2/g，氧铀比2.08。
通过实施例4-6数据结果可知，氩气/氢气的切换温度越高，UO2粉末比表面积越低，由此表明可通过调控惰性气体/还原性气体切换温度可有效调整获得的UO2粉末比表面积。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种二氧化铀粉末的制备方法，其特征在于，包括：
由高氟料制成的重铀酸铵粉末在惰性气体气氛中升温进行干燥分解后，将惰性气体切换成还原性气体进行还原。
2.根据权利要求1所述的二氧化铀粉末的制备方法，其特征在于，所述高氟料制成重铀酸铵粉末的步骤为：将高氟料在(300～800)℃蒸气中脱氟(2～5)h，通过硝酸反溶、沉淀制得。
3.根据权利要求1所述的二氧化铀粉末的制备方法，其特征在于，进行干燥分解的条件为：
第一阶段，从室温升温至(200～300)℃，保温(1～2)h；
第二阶段，以(1～3)℃/min的升温速率升温至(350～500)℃，保温(2～3h)；
第三阶段，升温至(600～800)℃。
4.根据权利要求1所述的二氧化铀粉末的制备方法，其特征在于，所述惰性气体包括：氩气、氮气或氦气。
5.根据权利要求1所述的二氧化铀粉末的制备方法，其特征在于，进行还原的条件为：(600～800)℃，保温(2～3h)。
6.根据权利要求1所述的二氧化铀粉末的制备方法，其特征在于，所述还原性气体包括：氢气、一氧化碳或甲烷。
7.根据权利要求1-6任一项所述的二氧化铀粉末的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：还原后的二氧化铀粉末冷却至室温后，通入氮气(1～2)h后，再通入体积比(5～15)％的空气(2～3)h。
8.根据权利要求7所述的二氧化铀粉末的制备方法，其特征在于，所述二氧化铀粉末的制备在立式电阻炉中分层进行。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的二氧化铀粉末的制备方法制得的二氧化铀粉末。
10.权利要求9所述的二氧化铀粉末在核燃料上的应用。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2953430A (en) * | 1957-03-11 | 1960-09-20 | Mallinckrodt Chemical Works | Method of preparation of uranium dioxide |
| FR2060242A1 (en) * | 1969-09-19 | 1971-06-18 | Commissariat Energie Atomique | Sinterable uranium oxides from uraniumhexafluoride |
| CA986293A (en) * | 1971-11-03 | 1976-03-30 | Douglas R. Packard | Ceramic defluorination and reduction process |
| GB2105697A (en) * | 1981-09-11 | 1983-03-30 | Babcock & Wilcox Co | Methods of preparing sinterable uranium dioxide powder |
| CN1033785A (zh) * | 1986-05-27 | 1989-07-12 | 三菱金属株式会社 | 由六氟化铀制备二氧化铀粉末的方法 |
| JPH0680424A (ja) * | 1991-02-20 | 1994-03-22 | Inst Of Nuclear Energ Res Chinese Atom Energ Council Taiwan Roc | ウラニル化合物をａｄｕを経てｕｏ２に転化する方法 |
| RU2211184C2 (ru) * | 2001-06-21 | 2003-08-27 | Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" | Способ для конверсии гексафторида урана в диоксид урана и устройство для его осуществления |
| CN105924169A (zh) * | 2016-04-28 | 2016-09-07 | 中国核动力研究设计院 | 一种以废旧uo2粉料为原料的高密度uo2芯块制备方法 |
-
2022
- 2022-11-25 CN CN202211489247.5A patent/CN116253363B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2953430A (en) * | 1957-03-11 | 1960-09-20 | Mallinckrodt Chemical Works | Method of preparation of uranium dioxide |
| FR2060242A1 (en) * | 1969-09-19 | 1971-06-18 | Commissariat Energie Atomique | Sinterable uranium oxides from uraniumhexafluoride |
| CA986293A (en) * | 1971-11-03 | 1976-03-30 | Douglas R. Packard | Ceramic defluorination and reduction process |
| GB2105697A (en) * | 1981-09-11 | 1983-03-30 | Babcock & Wilcox Co | Methods of preparing sinterable uranium dioxide powder |
| CN1033785A (zh) * | 1986-05-27 | 1989-07-12 | 三菱金属株式会社 | 由六氟化铀制备二氧化铀粉末的方法 |
| JPH0680424A (ja) * | 1991-02-20 | 1994-03-22 | Inst Of Nuclear Energ Res Chinese Atom Energ Council Taiwan Roc | ウラニル化合物をａｄｕを経てｕｏ２に転化する方法 |
| RU2211184C2 (ru) * | 2001-06-21 | 2003-08-27 | Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" | Способ для конверсии гексафторида урана в диоксид урана и устройство для его осуществления |
| CN105924169A (zh) * | 2016-04-28 | 2016-09-07 | 中国核动力研究设计院 | 一种以废旧uo2粉料为原料的高密度uo2芯块制备方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| HUNG NT ET AL.: "modeling conversion of ammonium diuranate(ADU) into uranium dioxide (UO2) powder", 《JOURNAL OF NUCLEAR MATERIALS》, vol. 479, 31 October 2016 (2016-10-31), pages 483 - 488 * |
| 杨海涛: "ADU粉末比表面积控制工艺研究", 《铀矿冶》, vol. 41, 2 November 2022 (2022-11-02), pages 401 - 405 * |
| 汪邦武: "ADU法制备UO2粉末中大批量高氟料的处理", 《中国核科学技术进展报告》, vol. 1, 30 November 2009 (2009-11-30), pages 1 - 7 * |
| 沈朝纯: "《铀及其化合物的化学与工艺学》", 30 June 1991, 原子能出版社, pages: 69 - 71 * |
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| Publication number | Publication date |
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