CS201977B1 - Process for preparing semiproducts and products of sinterable ceramic nuclear fuels - Google Patents

Process for preparing semiproducts and products of sinterable ceramic nuclear fuels Download PDF

Info

Publication number
CS201977B1
CS201977B1 CS792545A CS254579A CS201977B1 CS 201977 B1 CS201977 B1 CS 201977B1 CS 792545 A CS792545 A CS 792545A CS 254579 A CS254579 A CS 254579A CS 201977 B1 CS201977 B1 CS 201977B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
products
nitrate
preparing
nuclear fuels
semiproducts
Prior art date
Application number
CS792545A
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Vaclav Matous
Vaclav Pecak
Original Assignee
Vaclav Matous
Vaclav Pecak
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vaclav Matous, Vaclav Pecak filed Critical Vaclav Matous
Priority to CS792545A priority Critical patent/CS201977B1/en
Publication of CS201977B1 publication Critical patent/CS201977B1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Description

Vynález řeší způeob přípravy meziproduktů a produktů sllnovatelných keramických jaderných paliv přímou termickou denitrifikaci koloidnlch vodných suspenzi amonných polyaniontů uronu nebo jejich směsí se sloučeninami plutonia nebo thoria, vzniklých současně s dusičnane n emonným amoniakalizaci příslušných vodných roztoků dusičnanů.The present invention provides a process for the preparation of intermediates and products of compressible ceramic nuclear fuels by direct thermal denitrification of colloidal aqueous suspensions of uranium ammonium polyanions or mixtures thereof with plutonium or thorium compounds formed concomitantly with nitric or ammoniacalization of the respective aqueous nitrate solutions.

Nejčastějši výchoz! surovinou pro přípravu keramických jaderných paliv bývá dusičnan uranylu. Podle typu paliva obsahuje vstupní sloučenina uran v obvyklém izotopovém poměru, případně uran dále obohacený izotopem 235, obohacený plutoniem 239, ep. Zpracováni výchozích soli na kysličníky předchází vždy jejiph převedení do amonné soli příslušných polyaniontů, jejich odfiltrováni od vodné fáze, jejich následující termický rozklad a redukce. Při preparacích vychází se obvykle z roztoků solí, jež máji koncentraci asi 10 % hmotn. a obsahuji asi 0,05 až 0,15 molů kyseliny dusičné/kg. Přísadou asi 11 molů plynného amoniaku se tak ziská při hodnotě pH 3,5 produkt, který při 50 °C rychle sedimentuje a má dobré filtrační vlastnosti. Se vzestupem pH se však filtrovatelnost produktů neobyčejně zhoršuje a při hodnotách pH vyšších než 6,6 je filtrace již provozně nerealizovatelná. Přesto však právě preparáty z těchto těžko dělitelných suspenzi poskytuji po chemickém rozkladu a redukci vzniklého kysličníku uranového, všeobecně nej hodnotnější kysličník uraničitý, jehož měrná hmotnost je vždy vyšší než 10,5 g.cm“3 (tj. vice než 97 % teorie). Produkty, získané naproti tomu při hodnotách pH 3,5 dosahuji nejvyšší měrné hmotnostiMost common default! The raw material for the preparation of ceramic nuclear fuels is uranyl nitrate. Depending on the fuel type, the feed compound contains uranium in the usual isotope ratio, or uranium further enriched in isotope 235, enriched in plutonium 239, ep. The treatment of the starting salts into oxides is always preceded by jejiph transfer to the ammonium salt of the respective polyanions, their filtration from the aqueous phase, their subsequent thermal decomposition and reduction. The preparations are usually based on salt solutions having a concentration of about 10% by weight. and containing about 0.05 to 0.15 moles of nitric acid / kg. By adding about 11 moles of ammonia gas, a product is obtained at pH 3.5 which rapidly settles at 50 DEG C. and has good filtration properties. However, as the pH rises, the product filterability deteriorates extremely, and at pH values above 6.6, filtration is no longer operationally feasible. Nevertheless, it is precisely the preparations of these hardly separable suspensions that after chemical decomposition and reduction of the uranium oxide formed, generally the most valuable uranium dioxide, whose specific gravity is always greater than 10.5 g.cm < 3 & gt ; (i.e., more than 97% of theory). The products obtained, on the other hand, reach the highest specific gravity at pH 3.5

201 977201 977

9,28 g.cm“3 (tj, asi 85 % teorie).9.28 g.cm < 3 & gt ; (i.e., about 85% of theory).

Při tom sráženi při hddnotě pH 3,5 poskytuje vždy asi 55 % až 90 % výtěžku, zatímco zbytek muel být z roztoků získáván při hodnotách pH vyěělch než 7.In this case, precipitation at a pH of 3.5 gives a yield of about 55% to 90% in each case, while the remainder must be recovered from the solutions at pH values greater than 7.

Ve výrobním měřítku vedou zmíněná obtíže nutně k aplikaci tzv. dvoustupňového procesu; oddělováni produktů ve druhém stupni sráženi je však vždy o to obtížnější, oč nižší podlí se podařilo srazit v prvním stupni.On a production scale, these difficulties necessarily lead to the application of the so-called two-stage process; however, the separation of the products in the second stage of precipitation is always all the more difficult as the lower rate of precipitation is reduced in the first stage.

Produkty vypadlé při hodnotách pH 3,5 se skládají z částic o velikostech 20 - 24 /um, zatímco polyurenáty získané např. při hodnotách pH 7,2 tvoři shluky beztvarých částic o velikosti nejvýše 3 yum. Násobným promývánim, kdy se odstraňuje spoluvyerážený dusičnan amonný, sraženina navíc jeětě peptizuje a tlm se dále ehorěuji filtrační vlastnosti produktů, jejich dalěí zpracováni i výtěžky.Products dropped at pH 3.5 consist of particles having a size of 20-24 µm, while the polyurethanes obtained, for example, at pH 7.2, form clusters of amorphous particles having a size of not more than 3 µm. By repeated washing to remove co-precipitated ammonium nitrate, the precipitate additionally peptides and further deteriorates the filtration properties of the products, their further processing and yields.

Shrnutá problematika vyetihuje v hrubých rysech současný stav výroby kysličníku uranlčltého, který může být reprezentován i celou řadou patentních spisů, např. US patentyThe summary summarizes the current state of uranium oxide production, which can be represented by a number of patents, such as US patents.

394 997, 3 174 821, 3 846 520, 3 202 526, nebo Oap. pat. 6 924 884, Fr. pat. 1 152 140,394,997, 3,174,821, 3,846,520, 3,120,526, or Oap. U.S. Pat. 6,924,884, Fr. U.S. Pat. 1 152 140

221 395, Brit. pat. 845 235, 893 320 apod., jež s většími nebo menilai obměnami byly aplikovány i průmyslově.221,395, Brit. U.S. Pat. 845 235, 893 320 and the like, which, with major or minor variations, have also been applied industrially.

Zmíněné nevýhody postupů, zpracovávajících dusičnan uranylu na jaderné keramické palivo, odstraňuje postup podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se dusičnan uranylu nebo dusičnan uranylu ve směsi s dusičnanem plutonlčitým nebo s dusičnanem thoričltým ve vodných roztocích uprav! amoniakem ne hodnotu pH 7 až 9, vzniklá koloidní suspenze se podrob! přímé termické degradaci při teplotě 500 až 900 °C a redukovaný préškovitý produkt se potom známým způsobem slinuje.The aforementioned disadvantages of the processes for treating uranyl nitrate into nuclear ceramic fuel eliminate the process according to the invention, characterized in that uranyl nitrate or uranyl nitrate is mixed with plutonium nitrate or thorium nitrate in aqueous solutions. ammonia at pH 7 to 9, the resulting colloidal suspension is subjected to a pH-ex. direct thermal degradation at 500 to 900 ° C and the reduced pellet product is then sintered in a known manner.

Postup podle vynálezu vystihuje orientačně např. následující reakční schéma;The process of the invention illustrates, for example, the following reaction scheme;

U02(N03)2 + 12 NH3 + 12 HgO -> 2 (NH4)2U207 + 8 NH4N03 + 6 H20U0 2 (NO 3 ) 2 + 12 NH 3 + 12 HgO -> 2 (NH 4 ) 2 U 2 0 7 + 8 NH 4 NO 3 + 6 H 2 0

NH4N03 . .............> 8 N20 + 16 HgO (NH4)2U207 -4 U03 + 4 NH3 + 2 H20NH 4 NO 3 . .............> 8 N 2 0 + 16 HgO (NH 4 ) 2 U 2 0 7 -4 U 0 3 + 4 NH 3 + 2 H 2 0

U03 + 2 NH3 .. ...........-.....-z 4 U02 + NgO + 3 HgOU0 3 + 2 NH 3 .. ...........-.....- of 4 U0 2 + NgO + 3 HgO

U02(N03)2 + 12 NH3 + 12 HgO -V 4 U02 + 9 NgO + 2 ,NH3 + 27 H20U0 2 (NO 3 ) 2 + 12 NH 3 + 12 HgO -V 4 U0 2 + 9 NH 3 + 2, NH 3 + 27 H 2 0

Malý přebytek amoniaku zaručuje nejen redukční prostředí, ale i degradaci přítomného dusičnanu amonného za zcela bezpečných podmínek. Směsné roztoky obsahující plutonium nebo thorium reaguji ee zcela obdobnými výsledky.A small excess of ammonia guarantees not only a reducing environment but also degradation of the present ammonium nitrate under completely safe conditions. Mixed solutions containing plutonium or thorium react with completely similar results.

Výhodou postupu je zvláště to, že uvolněná plynná emise neobsahuji ani toxická nitrožni plyny, jež by bylo nutno déle zneškodňovat, ale neobsahuji ani žádný úlet či aerosoly, provázejld obvykle termický rožklad směsi polyurananů amonných e dusičnanem amonným. Postup odstraňuje déle již zmíněné nevýhody sráženi polyurananu amonného při různých hodnotách pH; produkt nevykazuje méněcennou jakost výrobků srážených při hodnotách pH vyšších nož 6. Postup je vhodný 1 pro zpracováni kombinovaných amiel polyurananu amonného a duaiinany plutonia nebo thoria.The advantage of the process is in particular that the released gaseous emissions do not even contain toxic intravenous gases which would need to be disposed of for a longer period of time, but do not contain any particulate matter or aerosols. The process eliminates the aforementioned disadvantages of precipitation of ammonium polyuranate at various pH values; the product does not show inferior quality of the products precipitated at higher pH values of the blades 6. The process is suitable 1 for the treatment of the combined ammonium polyuranate amine and plutonium or thorium duaiinates.

Způsob podle vynálezu je dále objasněn na příkladech provedení, jež však možnosti vyn AA· AVU *i 4 nekný AAetiin lem j xj jj ± x j vstupních roztoků.The process according to the invention is further elucidated by means of exemplary embodiments which, however, have the possibility to omit the AA '

Příklad 1 g krystalického dusičnanu uranylu bylo rozpuštěno ve vodě za vzniku 200 g roztoku. Do roztoku byl uváděn za míchání plynný amoniak až bylo dosaženo hodnoty pH 7,0.Example 1 g of crystalline uranyl nitrate was dissolved in water to give 200 g of solution. Ammonia gas was introduced into the solution with stirring until a pH of 7.0 was reached.

Vzniklé suspenze byla termicky degradována postupným naváděním do tyglíku v peci, vyhřáté na teplotu 500 °C.The resulting slurry was thermally degraded by gradual introduction into a crucible in an oven heated to 500 ° C.

Bylo získáno celkem 28 g kysličníku uranu s pravděpodobným složením υ^Οθ, což odpovídá téměř výtěžku 100 %.A total of 28 g of uranium oxide was obtained with a probable composition of υ ^ Οθ, which corresponds to almost 100% yield.

Příklad. 2Example. 2

Stejný roztok jako v příkladu 1 byl upraven plynným amoniakem na pH 8,7. Vzniklá suspenze byla termicky degradována při teplotě 850 až 900 °C. Bylo získáno celkem 27 g kysličníku uraničitého s odpovídající krychlovou krystalickou strukturou, což odpovídá výtěžku 100 %; produkt po slinutí vykazoval měrnou hmotnost 10,64 g.cm-^, což odpovídá přibližně 98 % teorie. .The same solution as in Example 1 was adjusted to pH 8.7 with ammonia gas. The resulting suspension was thermally degraded at 850 to 900 ° C. A total of 27 g of uranium dioxide with the corresponding cubic crystalline structure was obtained, corresponding to a yield of 100%; product after sintering had a density of 10.64 g.cm - ^, which corresponds to approximately 98%. .

Exhalace po degradaci neobsahovaly detekovatelná množství nitrozních emisí ani radioaktivních aerosolů.Exhalations after degradation did not contain detectable amounts of nitrous emissions or radioactive aerosols.

Příklad3Example3

Obdobným způsobem jako v příkladu 2 byl zpracován roztok, obsahující směs dusičnanu uranylu a dusičnanu plutoničitého, s obsahem 23 g uranu a 1,2 g plutonia ve 200 g roztoku. Roztok amoniakalizovaný na pH 9 byl termicky degradován při teplotě v rozmezí 780 až 910 °C.A solution containing a mixture of uranyl nitrate and plutonium nitrate containing 23 g uranium and 1.2 g plutonium in 200 g solution was treated in a similar manner to Example 2. The solution ammoniaized to pH 9 was thermally degraded at a temperature in the range of 780-910 ° C.

Bylo získáno 28,4 g směsného kysličníku UOg-PuO,, (95:5), jehož měrná hmotnost po slinutí vykazovala hodnotu 10,72 g.cm\ což odpovídá 97,5 % teorie.There were obtained 28.4 g of a mixed oxide (95: 5) of UOg-PuO (10: 5), having a specific gravity of 10.72 g.cm < -1 > corresponding to 97.5% of theory.

'' Příklad 4Example 4

Zcela obdobně jako v příkladu 3 byl zpracován směsný modelový roztok obsahující 48 g dusičnanu thoričitého a 5 g dusičnanu uranylu. Hodnota pH roztoku byla za vzniku jemné suspenze upravena plynným amoniakem na 8,6.In a similar manner to Example 3, a mixed model solution containing 48 g thorium nitrate and 5 g uranyl nitrate was treated. The pH of the solution was adjusted to 8.6 with ammonia gas to give a fine suspension.

Termická degradace byla provedena při teplotě v rozmezí 780 až 850 °C. Vznikající exhalace neobsahovaly toxické nitrozní plyny a směsný výsledný produkt byl krychlové soustavy.Thermal degradation was performed at a temperature in the range of 780 to 850 ° C. The resulting exhalations did not contain toxic nitrous gases and the mixed product was a cubic system.

Claims (1)

Způsob přípravy meziproduktů a produktů slinovatelných keramických jaderných paliv z vodných roztoků dusičnanu uranylu nebo směsí dusičnanu uranylu s dusičnanem plutoničitýn nebo s dusičnanem thoričitým, vyznačený tím, že se vstupní vodné roztoky upraví amoniakem na hodnotu pH 7 až 9, vzniklá koloidní suspenze se pak podrobí přímé termické degradaci při teplotách 500 až 900 °C a redukovaný práškoviý produkt se nakonec tabletuje a slinuje.Process for preparing intermediates and products of sinterable ceramic nuclear fuels from aqueous solutions of uranyl nitrate or mixtures of uranyl nitrate with plutonium nitrate or thorium nitrate, characterized in that the aqueous solutions are adjusted to a pH of 7-9 with ammonia, and the colloidal suspension is then subjected to a direct colloidal suspension. thermal degradation at temperatures of 500 to 900 ° C and the reduced powder product is finally tabletted and sintered.
CS792545A 1979-04-13 1979-04-13 Process for preparing semiproducts and products of sinterable ceramic nuclear fuels CS201977B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS792545A CS201977B1 (en) 1979-04-13 1979-04-13 Process for preparing semiproducts and products of sinterable ceramic nuclear fuels

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS792545A CS201977B1 (en) 1979-04-13 1979-04-13 Process for preparing semiproducts and products of sinterable ceramic nuclear fuels

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CS201977B1 true CS201977B1 (en) 1980-12-31

Family

ID=5362892

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS792545A CS201977B1 (en) 1979-04-13 1979-04-13 Process for preparing semiproducts and products of sinterable ceramic nuclear fuels

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS201977B1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4397778A (en) Coprocessed nuclear fuels containing (U, Pu) values as oxides, carbides or carbonitrides
JP4223803B2 (en) Actinide coprecipitation method and mixed actinide oxide preparation method
US2906598A (en) Preparation of high density uo2
CA1121146A (en) Method for the manufacture of (u,pu)o.sub.2 mixed crystals
US3154379A (en) Plutonium separation from uranium and lanthanides by precipitation from molten chloride solutions
US3287279A (en) Preparation of a filterable co-precipitate of plutonium and uranium
US3981960A (en) Reprocessing method of caramic nuclear fuels in low-melting nitrate molten salts
Haas A comparison of processes for the conversion of uranyl nitrate into ceramic-grade UO2
JPS62297215A (en) Method for controlling crystal particle diameter of uo2 pellet
CS201977B1 (en) Process for preparing semiproducts and products of sinterable ceramic nuclear fuels
US3276850A (en) Method of selectively reducing plutonium values
NL8200183A (en) METHOD FOR THERMALLY DECOMPOSITION OF A METAL NITRATE SOLUTION
KR940006545B1 (en) Manufacturing method of UO₂ pellet
US3519403A (en) Method for the preparation of uranium dioxide powder (uo2) with good pressing and sintering properties from uranium hexafluoride (uf6) or aqueous solutions of uranyl nitrate (uo2(no3)2)
JP2559819B2 (en) Ammonium puratonate uranate, a process for its preparation and its use for preparing a mixed oxide (U, Pu) O 2
US3288568A (en) Direct dissolution of water-insoluble uranium compounds by contact with neutral organic solvents pretreated with nitric acid
US3778380A (en) Method for producing uo2 loaded refractory metals
RU2446107C1 (en) Method of producing solid plutonium dioxide solution in uranium dioxide matrix
US3825499A (en) Fueled moderator composition
US3697441A (en) Method for preparing stable actinide peroxide sols
Mailen et al. Direct thermal denitration to prepare mixed oxides for nuclear fuel fabrication
JPS6244697A (en) Method of solidifying high-level radioactive waste liquor
RU2069393C1 (en) Method of preparing oxide nuclear fuel
WO1997025721A1 (en) Recovery of actinides
US3645672A (en) Manufacture of composite ferrites