DD254336A1

DD254336A1 - METHOD FOR PRODUCING A TRANSPORTABLE POWDER MIXTURE

Info

Publication number: DD254336A1
Application number: DD29731286A
Authority: DD
Inventors: Eva-Marie Nicht; Wolfgang Kurze; Reiner Krompass
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1986-12-09
Filing date: 1986-12-09
Publication date: 1988-02-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer transportfaehigen Pulvermischung aus feinteiligem, nichtfliessfaehigem oxidischen Kernbrennstoffpulver und einem groeberen Aluminiumpulver fuer die Fertigung von Kernbrennstoffstaeben. Das Ziel der Erfindung besteht in der Vermeidung der Entmischung eines Pulvergemischs aus feinteiligem oxidischen Kernbrennstoff und groeberen Aluminium bei Transportprozessen, um Kernbrennstoffstaebe mit weitgehend homogener Verteilung beider Komponenten zu erzeugen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem im Prozess des Mischens eine Agglomeratbildung erreicht werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass die beiden Komponenten einem Mischwerk mit Mahlkugeln aufgegeben und bis zur vollstaendigen Agglomeratbildung behandelt werden. Ueberraschenderweise tritt bei den beiden Komponenten bei Einstellen normaler Mahlparameter keine Zerkleinerung auf, sondern es kommt zu einer festen Anlagerung der feinen Kernbrennstoffteilchen auf der groberen Aluminiumkomponente.The invention relates to a method for producing a transportable powder mixture of finely divided, non-flowable oxidic nuclear fuel powder and a larger aluminum powder for the production of nuclear fuel rods. The object of the invention is to avoid the segregation of a powder mixture of finely divided oxidic nuclear fuel and larger aluminum during transport processes in order to produce nuclear fuel rods with a largely homogeneous distribution of the two components. The invention has for its object to develop a method by which agglomeration can be achieved in the process of mixing. This object is achieved according to the invention in that the two components are charged to a mixer with grinding balls and treated until complete agglomeration. Surprisingly, crushing does not occur in the two components when normal grinding parameters are set, but the fine nuclear fuel particles are firmly attached to the coarser aluminum component.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer transportfähigen Pulvermischung aus feinteiligem, nichtfließfähigem oxidischen Kernbrennstoffpulver und einem gröberen Aluminiumpulver für die Fertigung von Kernbrennstoffstäben.The invention relates to a method for producing a transportable powder mixture of finely divided, non-flowable oxidic nuclear fuel powder and a coarser aluminum powder for the production of nuclear fuel rods.

Characteristic of the known solutions

Im technologischen Prozeß der Brennstoffelementherstellung treten bei Einsatz von oxidischen Kernbrennstoffen und Aluminium wesentlich voneinander abweichender Korngrößen bei den Verfahrensschritten Transport, Einfüllen und Vibrieren Entmischungseffekte auf. Das führt dazu, daß eine homogene Verteilung beider Komponenten im Brennstoffelement nicht erreicht werden kann.In the technological process of fuel element production occur when using oxidic nuclear fuels and aluminum significantly different grain sizes in the process steps transport, filling and vibrating segregation effects. This leads to the fact that a homogeneous distribution of both components in the fuel element can not be achieved.

Ein weiterer Nachteil ist, daß die Komponente Brennstoffpulver—vorzugsweise UO2—in der Regel als nichtfließfähiges Pulver vorliegt. Sie neigt beim Transport zur Staubbildung und zur Brückenbildung.A further disadvantage is that the component fuel powder-preferably UO 2 -is generally present as a non-flowable powder. It is prone to dust formation and bridging during transport.

Eine intensive Mischung beider Komponenten ist nicht ausreichend, um Entmischungseffekte zu vermeiden und ändert nichts am Fließverhalten der Einzelkomponenten.An intensive mixture of both components is not sufficient to avoid segregation effects and does not change the flow behavior of the individual components.

Zur Herstellung fließfähiger oxidischer Kernbrennstoffe sind bereits Verfahren bekannt (DE 1 592478, DE 1240055,For the production of free-flowing oxidic nuclear fuel processes are already known (DE 1 592478, DE 1240055,

Im industriell angeführten Verfahren zur Herstellung von Kernbrennstoffsinterkörpern wird das Pulver in geeigneten Mühlen gemahlen, mit Plastifikatoren und Preßhilfsmitteln versetzt und einer Druckgranulierung oder drucklosen Aufbaugranulierung unterzogen.In the industrial process for the production of nuclear fuel sintered bodies, the powder is ground in suitable mills, mixed with plasticizers and pressing aids and subjected to pressure granulation or pressure-free built-up granulation.

Damit liegen nun zwei fließfähige Einzelkomponenten vor. Beim Transport daraus hergestellter Mischungen treten aber weiterhin Entmischungseffekte auf. Um eine homogene Verteilung von zw'ei metallischen Komponenten zu erreichen, ist es bereits bekannt, diese in einem metallischen Prozeß zu verschmelzen. Dieses Verfahren ist sehr energie- und arbeitsaufwendig.Thus there are now two flowable individual components. However, when transporting mixtures made therefrom, segregation effects continue to occur. In order to achieve a homogeneous distribution of zw'ei metallic components, it is already known to merge them in a metallic process. This process is very energy and labor intensive.

Es erfordert spezielle Ausrüstungen, die im pulvermetallurgischen Prozeß nicht vorgesehen sind. Durch Verschmelzen der Komponenten liegen diese in einer anderen Phase vor, die wiederum andere chemische Eigenschaften aufweisen als die Ausgangsstoffe.It requires special equipment that is not provided in the powder metallurgy process. By fusing the components they are present in a different phase, which in turn have different chemical properties than the starting materials.

Aus den industriell eingeführten Verfahren der Brennstoffelementfertigung ist bekannt, das Kernbrennstoffpulver zu pelletieren.It is known from the industrially introduced methods of fuel element production to pellet the nuclear fuel powder.

Das Problem des entmischungsfreien Transports vom Mischer in die Pelletiereinrichtung ist damit aber nicht gelöst, so daß innerhalb eines Pellets mit Verteilungsschwankungen zu rechnen ist.However, the problem of unmixed transport from the mixer into the pelletizer is thus not solved, so that within a pellet distribution fluctuations can be expected.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der Vermeidung der Entmischung eines Pulvergemisch^ aus feinteiligem oxidischen Kernbrennstoff und gröberen Aluminium bei Transportprozessen, um Kernbrennstoffstäbe mit weitgehend homogener Verteilung beider Komponenten zu erzeugen.The object of the invention is to avoid the segregation of a powder mixture of finely divided oxide nuclear fuel and coarser aluminum in transport processes to produce nuclear fuel rods with a substantially homogeneous distribution of both components.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem im Prozeß des Mischens eine Agglomeratbildung erreicht werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Komponenten einem Mischwerk mit Mahlkugeln aufgegeben und bis zur vollständigen Agglomeratbildung behandelt werden. Überraschenderweise tritt bei den beiden Komponenten bei Einstellen normaler Mahlparameter keine Zerkleinerung auf, sondern es kommt zu einer festen Anlagerung derfeinen Kernbrennstoffteiichen auf der gröberen Aluminiumkomponente. Ist die Schichtbildung abgeschlossen, muß die Behandlung abgebrochen werden, da eine Fortführung nun zur Zerstörung der Schicht und zur Zerkleinerung beider Komponenten führt.The invention has for its object to develop a method by which in the process of mixing an agglomeration can be achieved. This object is achieved in that the two components are given to a mixer with grinding balls and treated until complete agglomeration. Surprisingly, crushing does not occur in the two components when normal grinding parameters are set, but solid deposit of the fine nuclear fuel particles on the coarser aluminum component occurs. If the layer formation is completed, the treatment must be discontinued, since a continuation now leads to the destruction of the layer and the comminution of both components.

Das erfindungsgemäß gewonnene Agglomerat ist frei fließend nicht stäubend und von hoher Schüttdichte. Die innige Verbindung der beiden Pulverkomponenten bleibt auch beim Transport, Einfüllen und Vibrationsverdichten in Hüllrohren erhalten. Die mit diesem Agglomerat hergestellten Kernbrennstoffstäbe weisen optimale homogene Verteilung beider Komponenten auf. Vorteilhaft wird die Behandlung in Trommelmühlen oder Schwingmühlen durchgeführt.The agglomerate obtained according to the invention is free-flowing, non-dusting and of high bulk density. The intimate connection of the two powder components is also retained during transport, filling and vibration compression in cladding tubes. The nuclear fuel rods produced with this agglomerate have optimal homogeneous distribution of both components. Advantageously, the treatment is carried out in drum mills or vibrating mills.

embodiment

Die Erfindung soll nachstenend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Essollen Kernbrennstoffstäbe aus einer Mischung aus Aluminiumpulver der Fraktion 100-250/u.m bzw. 250-400 μ.ιπ und nicht frei fließendem UO₂-Pulverder Fraktion < 50 um hergestellt werden.The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment. Essollen nuclear fuel rods from a mixture of aluminum powder of the fraction 100-250 / um or 250-400 μ.ιπ and non-free-flowing UO ₂ -Pulverder fraction <50 are prepared.

Es wird optimale homogene Verteilung angestrebt. Die transportfähige Mischung wurde erreicht, indem die Komponenten einer Trommelmühle aufgegeben werden. Das Verhältnis AL:UO₂ wurde im Rahmen der Gesamttechnologie auf 1,7:1 festgelegt.It is aimed at optimal homogeneous distribution. The transportable mixture was achieved by adding the components to a drum mill. The AL: UO ₂ ratio has been set to 1.7: 1 as part of the overall technology.

Nach einer „Mahldauer" von 45 Minuten hatte sich auf den Aluminiumteilchen eine geschlossene Schicht aus UO2After a "grinding time" of 45 minutes, the aluminum particles had a closed layer of UO2

ausgebildet.educated.

Die Schichtbildung konnte sowohl licht- als auch elektronenmikroskopisch nachgewiesen werden. Im nachfolgendem Transport sowie beim Einfüllen und Vibrationsverdichten traten keine Entmischungseffekte auf.The film formation could be detected both by light and electron microscopy. In the subsequent transport as well as during filling and vibration compression no segregation effects occurred.

Verteilungsprüfungen zeigten optimale Homogenität an. Das erfindungsgemäß hergestellte Agglomerat besaß ausgezeichnete Fließeigenschaften.Distribution tests indicated optimal homogeneity. The agglomerate produced according to the invention had excellent flow properties.

Claims

1. A process for producing a transportable powder mixture ausfeinteiligem, non-flowable oxide nuclear fuel powder and a coarser aluminum powder, characterized in that the two powder components are fed to a grinder with grinding balls and treated until complete agglomeration.

2. The method according to claim 1, characterized in that the two components of a drum mill or a vibrating mill are abandoned.