DE3242634C2

DE3242634C2 - Verfahren zur Herstellung keramischer Kernbrennstoff-Pellets mit Silikatzusätzen

Info

Publication number: DE3242634C2
Application number: DE3242634A
Authority: DE
Inventors: Dino Pisa Neri; Adriano Bologna Pizziolo
Original assignee: AGIP NUCLEARE SpA ROM/ROMA IT; Agip Nucleare SpA Rom/roma
Current assignee: Agip SpA
Priority date: 1981-11-18
Filing date: 1982-11-18
Publication date: 1985-08-08
Also published as: SE8206466L; IT1144941B; IT8125154A0; FR2516690B1; DE3242634A1; FR2516690A1; SE8206466D0; SE458485B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, welches es ermöglicht, die maximale Dichte, welche für einen keramischen Kernbrennstoff, basierend auf UO ↓2, PuO ↓2, ThO ↓2 und Gemischen davon, dem Silicate zugesetzt worden waren, erhalten werden kann, zu erhöhen. Dieses Verfahren besteht darin, daß vor dem Vermischen mit den genannten Oxiden das Schmelzen in Luft des Zusatzes erfolgt und anschließend Vermahlen der so erhaltenen Masse und Mischen mit den fein vermahlenen Pulvern dieser Oxide. Anschließend werden die erhaltenen Gemische kalt verpreßt und die so erhaltenen Pellets gesintert.

Description

dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Mischen, Kaltpressen und Sintern

d) die Silikatzusälze geschmolzen werden, und

e) die abgekühlten Zusätze zu einem feinen Pulver gemahlen werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung keramischer Kernbrennstoff-Pellets aus UO₂, PuO₂, ThO₂ und deren Gemischen mit Silikatzusätzen, gemäß dem Oberbegriff des einzigen Anspruchs.

Ein solches gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von keramischen Kernbrennstoff-Pellets mit Zusätzen ist aus der US-PS 38 26 754 bekannt. Bei diesem Verfahren werden die Zusätze durch mechanisches Mischen des pulverlörmigen Kernbrennstoffs mit dem Zusatzpulver in den Kernbrennstoff eingebracht. Als Zusätze zu dem aus UO₂, PuO₂, ThO₂ und deren Gemischen bestehenden Kernbrennstoff werden unter anderem Silikate von Aluminium, Calcium, Magnesium,Titan etc. zugemischt, um die aggressiven Spaltprodukte chemisch im Pellet zu binden. Das pulverförmige, homogene Gemisch aus Kernbrennstoff und Silikatzusätzen wird zu Pellets gepreßt und anschließend gesintert.

Die Pulverkörner des Silikatzusatzes sind in den gepreßten, ungesinterten Pellets verteilt. Während des Sinterns wandern die Silikatzusätze gegen die Ränder der Kernbrennstoffdioxid-Körner, wodurch an den Stellen der Silikatzusatz-Pulverkörner im Pellet Poren entstehen, deren Volumen durch die Größe der Zusatzkörner bestimmt wird.

Diese Poren verursachen, daß die Dichte des Brennstoffs mit Silikatzusätzen immer niedriger ist als diejenige des entsprechenden Brennstoffs, der überhaupt keine Zusätze hat. So kann es mit beispielsweise UO₂-Pulvern schwierig sein, einen Brennstoff mit Silikatzusätzen herzustellen, der die erforderliche Dichte aufweist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Dichte von Kernbrennstoff-Pellets mit erforderlichen Silikatzusätzen dadurch zu erhöhen, daß die Porosität der Pellets herabgesetzt wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs gelöst. Diese Lösung ermöglicht, gesinterte Pellets mit einer befriedigenden Mikrostruktur zu c halten und die maximale Dichte zu erhöhen, welche tür einen Kernbrennstoff, dem Silikatzusätze zugegeben wurden, erzielt werden kann.

Durch das Schmelzen und Mahlen des Silikatzusatzes zu einem feinen Pulver vor der Zugabe zum Kernbrennstoff wird das Volumen der beim Sintern durch die Wanderung der Zusätze gegen die Ränder der keramischen Brennstoffkörner entstehenden Poren beträchtlich ver-• mindert. Das Ergebnis ist eine Erhöhung der endgültigen Dichte der Kernbrennstoff-Pellets.
Gemäß einer Ausführungsform zur vorliegenden Erfindung werden die handelsüblich erhältlichen Silikatzusätze in einem Ofen in Lud bei einer Temperatur zwischen 1300⁰C und 1650° C während einer Zeit zwischen 30 Minuten und 2 Stunden geschmolzen. Diese Zusätze werden in einer Menge verwendet, weiche zwischen 0,5 und 2%, bezogen auf das Gewicht des keramischen Kernbrennstoffs, variiert

Die glasige Schmelze wird nach dem Abkühlen gemahlen, bis ein angemessen feines Pulver erhalten wird.

Die Korndurchmesser können zwischen 37 μπι und 105 μπι variieren, wobei die bevorzugte Korngröße 44 μπι beträgt.

Danach wird das gemahlene Silikatzusatzpulver mit dem keramischen Brennstoffpulver mechanisch vermischt und nachher kalt gepreßt, und die so erhaltenen Pellets werden bei einer hohen Temperatur gesintert.

Neben den beim Stand der Technik zugegebenen Silikaten des Aluminiums, Calciums, Magnesiums und Titans können auch Eisensilikate verwendet werden.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern.

Beispiel 1

jo Ein Montmorillonit-reiches natürliches Silikat mit einer Schmelztemperatur in der Nähe von I5OO°C wird in Luft erhitzt, so daß eine Schmelze entsteht, und wird bei dieser Temperatur etwa eine Stunde lang gehalten. Nach dem Abkühlen wird eine glasige Schmelze erhalten, welche auf eine Korngröße unter 44 μηι gemahlen wird. Ein Gemisch von handelsüblichem UO₂-Puiver, erhalten aus UFe durch Trocken-Konversion, mit 1% des obigen Silikat-Schmelzpulvers wird in zylindrische Pellets unter einem Druck von 2170 bar kompaktiert.

Die Pellets haben nach dem Sintern in einer reduzierenden Gasatmosphäre während 4 Stunden bei 1650⁰C eine Dichte von 96,63% der theoretischen Dichte.

Eine Mischung desselben UO₂ wie oben, vermischt mit 1% Silikat, das nicht geschmolzen war und auf eine Körnung unter 44 μιτι gemahlen wurde, verpreßt unter demselben Druck wie oben und gesintert unter denselben Bedingungen wie vorstehend beschrieben, ergab Pellets mit einer Dichte, welche 95,38% der theoretischen Dichte betrug.

Beispiel 2

Dasselbe Silikat-Schmelzpulver wie in Beispiel 1 wird mit einem anderen Typ von handelsüblichem UO₂, erhalten aus Ammonium-bi-uranat, derart vermischt, daß in der Gesamtmischung 1% Silikatzusatz vorliegt. Die Mischung wird in Pellets unter einem Druck von 3660 bar kompaktiert, und die Pellets werden in einer reduzierenden Atmosphäre bei 1650° C während 4 Stunden gesintert. Nach Beendigung dieses Schritts haben die Pellets eine Dichte von 95,70% der theoretischen Dichte.

Pellets, welche unter einem Druck von 3660 bar aus demselben UO₂ wie oben kompaktiert bzw. verdichtet waren, jedoch 1% nicht-geschmolzenes Silikatpulver enthielten, ergaben nach dem Sintern unter denselben Bedingungen wie oben eine Dichte von 94,72% der theoretischen Dichte.

Beispiel 3

Dasselbe geschmolzene Silikatpulver wie in Beispiel 1 wird mit demselben Urandioxid wie in Beispiel 1 und mit GdjOj vermischt, derart, daß eine Zusammen-Setzung auf Gewichtsbasis von 96% UO». 3% Gd₃Oj und 1% Silikatzusatz vorliegt Pellets, welche unter einem Druck von 3050 bar aus dieser Mischung gepreßt waren, hatten nach dem Sintern unter einer reduzierenden Atmosphäre bei 1650⁰C während 4 Stunden eine Dichte von 95,03% der theoretischen Dichte. Ein Gemisch, welches von dem eben beschriebenen sich dadurch unterschied, daß es einen nichtgeschmolzenen Silikatzusatz enthielt, ergab nach dem Komprimieren und Sintern unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen Pellets mit einer Dichte von 93,66% der theoretischen Dichte.

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Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung keramischer Kernbrennstoff-Pellets aus UO₂. PuO₂, ThO₂ und deren Gemischen mit Silikatzusätzen, wobei

a) Silikatpulver mit Brennstoffpulver mechanisch gemischt wird,

, b) dann die homogene Mischung zu Pellets kaltgepreßt wird, und

c) schließlich die Pellets bei hoher Temperatur gesintert werden,