DE1147930B

DE1147930B - Verfahren zur Herstellung von feinteiligem Urandioxyd bestimmter Teilchengroesse

Info

Publication number: DE1147930B
Application number: DEST15121A
Authority: DE
Inventors: Theo Van Der Plas; Marie Egidius Antonius Hermans
Original assignee: STICHTING REACTOR CENTRUM
Current assignee: STICHTING REACTOR CENTRUM
Priority date: 1958-05-14
Filing date: 1959-05-12
Publication date: 1963-05-02
Also published as: GB1010629A; BE578613A; GB919523A; FR1231261A; US3097062A; FR86651E; BE648098A; DE1251295B

Description

INTERNAT. KL. C Ol g

DEUTSCHES

PATENTAMT

St 15121 IVa/12n

ANMELDETAG: 12. MAI 1959

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DEK AUSLEGESCHSIFTi 2. MAI 1963

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von feinteiligem Urandioxyd bestimmter Teilchengröße, wobei eine keimfreie, heiße wäßrige Lösung, welche neben etwa 0,4 Grammionen je Liter Uranylion noch Nitrationen und Harnstoff enthält, bis zur Homogenisierung gerührt wird, worauf nach beendeter Fällung der Feststoff schnell von der noch heißen Flüssigkeit getrennt und anschließend in Urandioxyd übergeführt wird.

Unter dem Ausdruck Urandioxyd, wie er hier gebraucht wird, ist der ganze Phasenbereich von etwa UO₁₇₅ bis UO₂₃ zu verstehen, der in der Literatur (s. insbesondere J. J. Katz und E. Rabinowitsch, »The Chemistry of Uranium«, New York, 1951) dem Urandioxyd zugeordnet wird.

Im Rahmen der Herstellung spaltbaren Materials und/oder potentiellen Spaltstoffes für Kernreaktoren, insbesondere für solche, bei denen eine Suspension von feinteiligem spaltbarem Material in einer Trägerflüssigkeit Anwendung findet, ist es vorteilhaft, über ein Verfahren zu verfügen, mit dessen Hilfe feinteiliges uranhaltiges Material von genau bestimmter Teilchengröße unmittelbar hergestellt werden kann, d. h. ohne daß auf die chemische oder physikalische Herstellung die Anwendung komplizierter Zerkleinerungs-, Trennungs- und/oder Klassiermethoden zu folgen braucht, während es zugleich zweckmäßig ist, wichtige Eigenschaften des Materials, wie z. B. seine Rundheit und Festigkeit, reproduzieren zu können.

Bei einem bekannten Verfahren der eingangs erwähnten Art wird eine keimfreie heiße wäßrige Lösung, welche je Liter etwa 0,4 Grammionen Uranyl und weiterhin Nitrationen und Harnstoff enthält, bis zur Homogenisierung gerührt und nach beendeter homogener Fällung der anfallende Feststoff schnell von der noch heißen Flüssigkeit getrennt. Der Harnstoff tritt hier als ammoniakliefernde Verbindung auf, d. h. als Stoff, der unter den vorherrschenden Betriebsverhältnissen eine derart langsame Ammoniakabgabe zeigt, daß sich erst nach einer völligen Homogenisierung der Lösung ein Niederschlag bilden kann.

Das mit dem bekannten Verfahren erhaltene feinteilige Material zeigt eine Korncharakteristik mit einem oder mehreren breiten Maxima, so daß es noch nicht den hohen Anforderungen der obenerwähnten Praxis genügt.

Erfindungsgemäß wird die Fällung aus einer auf eine Harnstoffkonzentration zwischen 110 und 200 g je Liter und eine Nitrationenkonzentration von weniger als 1,8 Grammionen je Liter eingestellten Ausgangslösung bei einer Temperatur unter 100° C, vorzugsweise zwischen 90 und 98° C, vorgenommen, Verfahren zur Herstellung

von feinteiligem Urandioxyd bestimmter

Teilchengröße

Anmelder:

Stichting Reactor Centrum Nederland,
Den Haag

Vertreter: Dr. F. Zumstein,

Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Assmann

und Dipl.-Chem. Dr. R. Koenigsberger,

Patentanwälte, München 2, Bräuhausstr. 4

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 14. Mai 1958 (Nr. 227 806)

Marie Egidius Antonius Hermans

und Theo van der Pias, Arnheim (Niederlande),

sind als Erfinder genannt worden

der Feststoff in an sich bekannter Weise mittels Wasserstoff zu Urandioxyd reduziert und das erhaltene Produkt gegebenenfalls in einer wasserdampfhaltigen Wasserstoffatmosphäre unter Erhaltung der Struktur der Teilchen erhitzt.

Das erfindungsgemäß erhaltene feinteilige Material fällt nach der ersten Stufe in Konglomeraten von hauptsächlich amorphen Teilchen an; dagegen ist das bei Harnstoffkonzentrationen unterhalb 110 bzw. oberhalb 200 g je Liter erhaltene Material deutlich kristalliner Natur. Schon nach dieser ersten Stufe zeigt die Korncharakteristik des anfallenden Produktes ein einziges äußerst scharfes Maximum bei einer bestimmten Teilchengröße, und diese Korncharakteristik bleibt auch in der zweiten Hälfte des Verfahrens erhalten; hiermit ist die Brauchbarkeit des Materials wesentlich vergrößert.

Erfindungsgemäß kann die anfängliche Uranylionenkonzentration innerhalb relativ enger Grenzen wechseln, etwa zwischen 0,2 und 0,6 Grammionen je Liter.

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Wie oben schon ausgeführt, bleibt die scharfe Korncharakteristik des gefällten Materials bei der ·*" Reduktion zu Urandioxyd mittels Wasserstoff erhalten und ändert sich auch nicht beim gegebenenfalls anschließend vorgenommenen Erhitzen des reduzierten Materials in einer wasserhaltigen Wasserstoffatmosphäre, wo keine Teilchenvergrößerung infolge einer gegenseitigen Haftung von Teilchen eintritt.

Das folgende Beispiel dient zur näheren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel

1 1 einer wäßrigen Uranylnitratlösung mit 0,40 Grammionen Uranyl je Liter und 1,32 Grammionen Nitrat je Liter wird mit 50 ml 25°/oigem Ammoniak teilweise neutralisiert. Nach Filtrierung zwecks Entkeimung der anfallenden Lösung wird diese auf 94±2°C erhitzt, worauf unter Aufrechterhaltung dieser Temperatur 500 ml einer filtrierten wäßrigen Harnstofflösung zugesetzt wird, die 500 g Harnstoff je Liter enthält. Die so erhaltene Lösung, welche jetzt je Liter 0,27 Grammionen Uranyl und 167 g Harnstoff enthält, wird mit einem Vibrationsplattenrührer bis zur Homogenisierung gerührt. Erst nach 20 bis 40 Minuten kommt es infolge einer homogenen Fällung zur Bildung eines orangegelben Niederschlags. Dieser Prozeß ist nach weiteren 90 Minuten beendet. Der Feststoff wird anschließend schnell von der heißen Flüssigkeit getrennt, mit Wasser gewaschen und mit Azeton getrocknet. Die Korncharakteristik des so gewonnenen nichtkristallinen Feststoffs zeigt bei etwa 13 Mikron ein scharfes Maximum mit einer maximalen Standardabweichung von 3 Mikron.

Der anfallende Feststoff wird in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1000 bis 1200° C während 20 Minuten reduziert und anschließend gegebenenfalls bei . einer Temperatur von 1700° G in einer Wasserstoffatmosphäre mit etwa 30% Wasserdampf so gesintert, daß keine Teilchenvergrößerung infolge einer gegenseitigen Haftung eintritt.

Das so erhaltene Urandioxyd hat eine Kornverteilung mit einem scharfen Maximum bei etwa Mikron und zeigt dieselbe Korncharakteristik wie das Produkt, aus dem es entstanden ist. Außerdem weist es eine sehr geringe spezifische Oberfläche (0,05 bis 0,10 m² je Gramm) auf. Es eignet sich ausgezeichnet für die Anwendung als spaltbares Material in einem Suspensionskemreaktor mit kontinuierlicher Reinigung während des Betriebs.

Claims

PATENTANSPRUCH:

Verfahren zur Herstellung von feinteiligem Urandioxyd bestimmter Teilchengröße, wobei eine keimfreie heiße wäßrige Lösung, welche neben etwa 0,4 Grammionen je Liter Uranylion Nitrationen und Harnstoff enthält, bis zur Homogenisierung gerührt wird, worauf nach beendeter Fällung der Feststoff schnell von der noch heißen Flüssigkeit getrennt und anschließend in Urandioxyd übergeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fällung aus einer auf eine Harnstoffkonzentration zwischen 110 und 200 g je Liter und eine Nitrationenkonzentration von weniger als 1,8 Grammionen je Liter eingestellten Ausgangslösung bei einer Temperatur unter 100° C, vorzugsweise zwischen 90 und 98° C, vorgenommen wird, daß der Feststoff in an sich bekannter Weise mittels Wasserstoff zu Urandioxyd reduziert und das erhaltene Produkt gegebenenfalls in einer wasserdampfhaltigen Wasserstoffatmosphäre unter Erhaltung der Struktur der Teilchen erhitzt wird.

© 309 578/185 4.