CN1331829A - 核燃料粉末处理方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本方法包括一个使粉末通过颗粒平均尺寸缩细装置(24)、改变颗粒粒度谱总体类型的阶段,在此阶段中,在缩细装置中留住尺寸大于预定尺寸或临界尺寸的所谓粗颗粒,而让尺寸小于临界尺寸所谓细的颗粒自由流过。在缩细装置(24)中连续缩细(在44处)粗颗粒的尺寸以形成尺寸小于临界尺寸的颗粒,或缩细颗粒,并把缩细颗粒分送到自由细颗粒流中去。本方法可避免堵塞、污染和再循环问题。

Description

核燃料粉末处理方法及设备
本发明涉及核燃料粉末的处理方法及设备。
本发明尤其针对氧化物如UO2类粉末的处理，该氧化物经过一个转变阶段由一种化合物如UF6形成。该粉末经过该转变阶段后进入缩细其组成颗粒平均尺寸阶段。
可用不同方法获得UO2。第一种方法所谓湿法，可获得粗聚集体，其平均直径约1毫米。在这种情况下，缩细颗粒平均尺寸阶段在于整体移动粒度谱，但不改变该粒度谱的总体类型。这通常采用机械设备，如球磨机、锤碎机或喷气粉碎机破碎实现。构成燃料粉末的全部颗粒都承受这些机械破碎机的作用。
然而，这种已知的方法具有一些缺陷。球磨机流量小，出料时会造成污染，此外噪声大且不能解决粉末再结块问题。锤碎机除了噪声大外，不能保证获得均匀性令人满意的粉末。
喷气粉碎机造成堵塞和过热，因此，只能以小流量工作。使用这类破碎机还需添加气体再处理设备。
另外，现有一些采用干法将UF6转变成UO2的方法，比用湿法制成的粉末细，由平均尺寸约100微米的聚合颗粒组成。不过该粉末含有UO2F2类的含氟颗粒，其尺寸比粉末中其余的组成颗粒的尺寸大。当这些含氟颗粒的尺寸超过约300微米的临界尺寸时会引起特别是与烧结有关的问题，因此需将它们清除。
为此，众所周知，可采用筛分法阻挡尺寸大于上述临界尺寸的颗粒。所以流过筛子的颗粒的平均尺寸小于过筛前允许的颗粒尺寸。与整体移动粒度谱的技术相反，这里采用削峰法用以改变粒度谱的总体类型。
对于被筛子网眼挡住的大尺寸颗粒需进行再循环及脱氟操作，以便于它们以后与较细的颗粒混合。
这种筛分法同样具有一些缺陷。实际上，未流过筛子的颗粒成为所谓的“筛余物”，需定期清除，这会造成频繁停产。这种清除大部分时间人工操作，所以特别容易污染。
由于机械结构的缘故，筛子的强度差，易断。这样就得对流经涉及到的筛子的全部粉末进行再处理。迫于这种易损性，还得频繁更换这些筛子。
损坏的筛子可以修理以减少费用，但是，维修的结果是过滤面减小。
如果粉末的流动性差，使用筛子时，由于粉末堆积堵塞筛子，会引发堵塞问题。因此需通过如超声波或撞击排除堵塞，这就造成筛子机械损耗。
本发明试图采用一种能够对付上述各种旧工艺方法所固有的全部缺陷的核燃料粉末处理方法。
为此，本发明涉及一种氧化物如UO2类核燃料粉末的处理方法，所述处理方法尤其是在一个由化合物如UF6到所述氧化物的转换阶段之后进行。所述处理方法包括一个使粉末通过颗粒平均尺寸缩细装置的阶段，导致颗粒粒度谱总体类型改变，在此阶段中，在缩细装置中留下了尺寸大于预定尺寸或临界尺寸的所谓粗颗粒，而让尺寸小于临界尺寸的所谓细颗粒自由流过，其特征是连续地在缩细装置中缩细粗颗粒的尺寸以形成尺寸小于临界尺寸的颗粒，或缩细颗粒，并把缩细颗粒分送到自由细颗粒流中去。
本发明还涉及含氧化物如UO2的核燃料粉末的处理设备，该处理设备尤其设置在一个将化合物如UF6转变成所述氧化物的装置的下游，该处理设备具有一个使组成粉末的颗粒平均尺寸缩细而改变颗粒粒度谱总体类型的装置，该装置具有大于预定尺寸或临界尺寸的所谓粗颗粒的阻挡装置，该阻挡装置适于让尺寸小于临界尺寸的所谓细颗粒自由流过，其特征是所述缩细装置还具有连续地缩细粗颗粒以形成尺寸小于临界尺寸的所谓缩细颗粒的装置，以及将缩细颗粒分送到自由细颗粒流中去的分送装置。
本发明可实现上述目标。其实，缩细尺寸大于临界尺寸的颗粒以便将它们分散在自由流过的颗粒中的做法，使得在不允许确定的一小部分粉末通过的同时，还不必对所述不能通过的部分象在采用筛子的旧工艺中那样进行清除。因此，本发明的处理方法比采用这种筛子的处理方法污染性明显小。此外，采用本发明的处理方法可连续处理，流束无明显间断，需要时还可使用不同质的连续流动的粉末工作。本发明的处理方法还可以处理流量大幅度变化的粉末。
在所有从缩细装置出口流出的颗粒尺寸确实小于预定的临界尺寸的条件下，本发明的处理方法具有很高的效率。
由于不必对可能有的分离物进行再处理，也不必对为缩细颗粒尺寸而可能使用的流体进行再处理，本发明的处理方法在很大程度上保证了无污染。
本发明的核燃料粉末处理设备适应性很强。实际上，它能够处理丰度甚至性质不同的产品。鉴于本发明的处理设备不设有粉末阻挡区，在由一种产品转为另一种产品时无需进行任何清洗。
本发明的处理设备可以达到很高的流量，例如可比借助于筛子的处理设备允许的流量大5到10倍。本发明的处理设备相对于旧工艺运转成本低。此外，由于它在很大程度上避免了发热从而不导致任何氧化现象，所以能保证被处理的粉末具有令人十分满意的完整性。由于该设备不求助于任何润滑剂，粉末进入该设备时，不会因为接触一种这类外来物而受到污染。
本发明的处理设备配备有涡轮，在粉末通过颗粒缩细装置时吸入粉末，借助于涡轮的驱动作用，本发明的处理设备可以摆脱堵塞问题。
再则，本发明的处理设备在调节方面具有很大的灵活性，因为临界尺寸(超过该尺寸的颗粒被缩细)改动简便，只需改变处理设备的与确定临界尺寸相关的参数中的一个参数即可。此外，该临界尺寸一旦确定，无须任何进行任何额外调节。
下面参照仅作为非限制性例子给出的附图描述本发明，其中：
-----图1为本发明的核燃料粉末处理设备的示意图；
-----图2为图1处理设备的颗粒缩细装置的不同构件的分解分离透视图；
-----图3为图2缩细装置的局部径向断面图；
-----图4为俯视横断面图，所示为属于图2、图3所示的颗粒缩细装置的涡轮和切削刀片。
图1以示意的方式表示核燃料粉末处理设备。该设备在上端或上游端设有一个卡箍或环2可连接一个容器4，容器的底部有一个未画出的阀如闸阀。该容器中装有通过例如干法将初始化合物如UF6转变成氧化物如UO2而获得的核燃料粉末。
环2位于下端延伸出一个双层壳料斗8的管6上。管6的上端配有一个用于检测粉末是否存在的探头12，后者与一个自动阀14相连，自动阀用以在无粉末时堵住管子。在管6的下游端与料斗8的连接处装有一个流量调节器。
该料斗8的下游端与一个整体上由标号18表示的公知的金属颗粒探测器相连。该探测器配有收集金属杂质的分流管20，通过一个中间管22与一粉末颗粒缩细装置24连接。在缩细装置24的内部下游端开有供氮孔25。
该缩细装置24(后面详细讲述)下游端与处理设备的一输出管26连接，处理过的核燃料粉末在该输出管中流动，被送往储存装置27。该输出管26设有一个阀28用以有选择性的中断料流。复式管(或回流管)29可平衡粉末颗粒缩细装置24上下游的压力。
图2和图3所示为用比图1大的比例尺画的颗粒缩细装置24。
该装置24含有一个和图1所示管22的下游端相通的待处理粉末进料斗30。该进料斗30的下端套有一个套圈32，后者特别如图3所示与腔34的上游端齐平，腔34中装有布置在套圈32下游的全部构件。套圈32通过环形卡箍36压附在整体上由标号38表示的微切割嘴的上端。
如下文将参照图4具体描述的那样，微切割嘴38含有2个环形法兰，分别为上法兰40和下法兰42，它们之间布置有刀片44。上法兰40压附在套圈32的下表面和腔34的上边缘48所具有的凸缘46上，下法兰42例如通过螺钉固定在支架50上，后者的下端安放在设备的未画出的底座上。
环形割嘴38在其内部空间装有一个圆形涡轮52，含有两个法兰，分别为上法兰54和下法兰56，它们之间固定有图4中具体所示的叶片58。上法兰54具有一个锥截形上端60，形成涡轮52的一个上游孔62，后者与进料斗30的下游端相通。
下法兰56含有一个延伸出上套环的底部64。底部64开有一个中央孔用以穿过螺栓68，螺栓68和垫圈70及螺母72相匹配以将涡轮52固定在涡轮的传动轴74上，后者与一台未画出的马达相连，在支架50中自由旋转。一个套有密封垫圈75A的连接件75插装在底部64和传动轴74之间。该连接件75通过销75B固定在底部上。
一个下限动环或防磨环76上面镶装具有相应型面的卡箍78，二者之间垫有矩形截面的垫圈80，该下限动环布置在与割嘴38的下法兰42和涡轮52的下法兰56的底部64的相对的壁之间。这样组装可定住环且避免未破碎的粉末通过。
图4以比图2、图3更大的比例尺画出一部分装备微切割嘴38的刀片44和装备涡轮52的叶片之一58。刀片44例如以180的数量设置在微切割嘴38的周边上。
俯视每个刀片44的总体轮廓为矩形，有两个相对于该刀片的主轴线A对称延伸的后刃面82、84。刀片的横截面朝割嘴内部增大。所述面82、84具有相对于轴线A的0至10度的后角α、α′。角α、α′可相同也可不同。
在扩大的内端处分开两个相邻的刀片44的距离d为如0.03至3毫米，最好是0.1至0.4毫米。每个刀片的轴线A按照0至10度最好是1至5度的β角相对于割嘴直径D倾斜。该倾角可用已知的方法调整。
在涡轮52的外周边上延伸的叶片58为弯形，有一个例如用不锈钢制成的主体58A，末端有一个用碳化钨制成的端板58B。分开刀片44内端和叶片58的端板58B的相对面的距离d′根据刀片和涡轮磨损程度而定为0.3至0.6毫米。工作时，每个叶片58都按F箭头的方向以6000至12000转/分的速度旋转。
现在参照1至4图讲述本发明核燃料粉末的处理方法的实施。
首先将容器4连在环2上。然后依次打开容器4的阀门、阀门28和未画出的控制供氮孔25的阀门。接着启动颗粒探测器18并控制上自动阀门14开启以使粉末从容器4流向缩细装置24。
粉末通过料斗30进入缩细装置24，然后向涡轮上游孔62方向流动。接着粉末流到涡轮下法兰56的上表面，由于涡轮高速旋转，将粉末以离心的方式驱散。这些颗粒因而被送往装有微切割嘴38的刀片44。
两个相邻的刀片通过它们相对的侧表面限定一个通道86，大于预先可以确定的尺寸(所谓临界尺寸)的颗粒不能通过该通道。因而每对相邻刀片44都构成一个粗颗粒阻挡装置。临界尺寸按照分开两个相邻刀片相对面的距离d、这些面的倾角α、α′、每个刀片相对于割嘴38的直径轴线D的倾角β及涡轮52的转速确定。
只有小于该临界尺寸的粉末颗粒能够自由流过刀片44组限定的通道86。所谓自由流，是指流动中的颗粒不受刀片44动作的影响。相反，超过上述临界尺寸的颗粒受到破碎而缩细尺寸，破碎是通过叶片58的端板58B的动作实现的，它们旋转时不断地在刀片44的工作面上剪切所述粗颗粒。
然后，尺寸缩细到小于临界尺寸的颗粒沿着每对相邻刀片间设置的通道流动，被散布到小于临界尺寸、不受刀片44动作影响的颗粒流中。通道86因刀片44的后角而朝割嘴38外增宽。通道组形成细颗粒和缩细颗粒的共同路径。
进入涡轮52内的初始颗粒可能在缩细后流到割嘴38的外部，进入到腔34中。刀片44下游的颗粒的平均尺寸小于刀片上游的颗粒的平均尺寸，因为其中的一些颗粒经过了破碎。因此，缩细装置24是一个降低颗粒平均尺寸、改变颗粒粒度谱总体类型的装置。颗粒在重力的作用下流向输出管26以便储存在未画出的容器中。当探头12检测出无粉末时，上阀门14关闭，可在上环2处接上一个类似于图1所示的容器4的附加容器。
在所述和所示的例子中，仅讲到一种整体上为立式的、颗粒靠重力前进的处理设备。也可以通过其他方法输送颗粒，尤其是借助于气动设备。

Claims (13)

1.氧化物如UO2类核燃料粉末的处理方法，所述处理方法尤其是在一个由化合物如UF6到所述氧化物的转换阶段之后进行，所述处理方法包括一个使粉末通过颗粒平均尺寸缩细装置，改变颗粒粒度谱总体类型的阶段，在此阶段中，在缩细装置中留住尺寸大于预定尺寸或临界尺寸的所谓粗颗粒，而使尺寸小于临界尺寸的所谓细颗粒自由流过(在86处)，其特征是在缩细装置(24)中不断地缩细(在44处)粗颗粒的尺寸以形成尺寸小于临界尺寸的颗粒，或缩细颗粒，并把缩细颗粒分送到自由细颗粒流(在86处)中去。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征是在阻止所述粗颗粒通过的同时缩细(在44处)粗颗粒尺寸。
3.根据权利要求1或2所述的处理方法，其特征是细颗粒和缩细颗粒沿着共同的路径(86)输送。
4.根据权利要求3所述的处理方法，其特征是所述共同路径包含至少一个由粗颗粒缩细部件的相对面限定的通道(86)，该通道或每个通道(86)的尺寸适于细颗粒自由流过，而粗颗粒不能进入该通道(86)。
5.根据权利要求4所述的处理方法，其特征是在形成所述通道或每个通道(86)的缩细部件(44)的至少一个表面上剪切(通过58B)所述粗颗粒。
6.氧化物如UO2类核燃料粉末的处理设备，该处理设备尤其设置在一个将化合物如UF6转变成所述氧化物的装置的下游，该处理设备具有一个使组成粉末的颗粒平均尺寸缩细而改变颗粒粒度谱总体类型的装置(24)，该装置具有大于预定尺寸或临界尺寸的所谓粗颗粒的阻挡装置(44)，该阻挡装置(44)适于让尺寸小于临界尺寸的所谓细颗粒自由流过，其特征是所述缩细装置(24)还具有连续地缩细粗颗粒以形成尺寸小于临界尺寸的所谓缩细颗粒的装置(44)，以及将缩细颗粒分送到自由细颗粒流中去的分送装置。
7.根据权利要求6所述的处理设备，其特征是粗颗粒阻挡装置(44)和粗颗粒缩细装置合在一起。
8.根据权利要求7所述的处理设备，其特征是阻挡装置如缩细装置含有至少一对其相对表面形成通道(86)的缩细部件(44)，所述缩细部件布置得使细颗粒自由流过通道(86)，并缩细粗颗粒尺寸。
9.根据权利要求8所述的处理设备，其特征是缩细部件(44)布置在一个环形缩细机构(38)上，后者在其内部空间中装有一个适于将粉末通过离心作用送往缩细部件(44)的旋转式输送设备装置(52)。
10.根据权利要求9所述的处理设备，其特征是旋转式输送装置(52)具有在所述缩细部件(44)上剪切所述粗颗粒的装置(58B)。
11.根据权利要求8至10之一所述的处理设备，其特征是缩细部件为破碎刀片(44)。
12.根据权利要求11所述的处理设备，其特征是每个刀片(44)都具有一或二个相对于刀片的纵轴线(A)成0至10度的后角的侧表面。
13.根据权利要求12所述的处理设备，其特征是每个刀片(44)的纵轴线(A)相对于环形缩细机构(38)的直径轴线(D)倾斜0至10度的夹角。
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