DE3780825T2

DE3780825T2 - Verfahren zur herstellung von urandioxid aus uranhexafluorid.

Info

Publication number: DE3780825T2
Application number: DE8787119392T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Tanaka; Tadao Yato
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1986-05-27
Filing date: 1987-12-30
Publication date: 1993-01-14
Anticipated expiration: 2007-12-31
Also published as: JPH0653572B2; EP0322481B1; EP0322481A1; JPS62278128A; DE3780825D1; CN1033785A; US4963294A; CN1016159B

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Urandioxidpulver, das als nuklearer Brennstoff brauchbar ist, aus Uranhexafluorid, und insbesondere eine Verbesserung des Ammoniumdiuranat(ADU)-Verfahrens.
Wenn man die Verfahren zur Überführung von Uranhexafluorid (UF&sub6;) in Urandioxid (UO&sub2;)-Pulver, das als nuklearer Brennstoff verwendet werden kann, ganz allgemein unterteilt, so gibt es zwei Arten von Verfahren, d. h. die Naßverfahren und die Trockenverfahren. Repräsentative Beispiele für die Naßverfahren umfassen das sogenannte Ammoniumdiuranat(ADU)-Verfahren, bei dem UF&sub6;-Gas mit Wasser unter Bildung einer wäßrigen Uranylfluorid(UO&sub2;F&sub2;)-Lösung umgesetzt wird, das dann mit Ammoniak umgesetzt wird, um Ammoniumdiuranat (ADU) auszufällen, und der Niederschlag wird dann verschiedenen Verfahrensstufen unterworfen, wie z. B. einer Filtration, Trocknung, Kalzinierung, Reduktion, usw., um UO&sub2;-Pulver zu erhalten.
Ammoniumdiuranat wird gemäß den folgenden Reaktionsschemata (I) und (II) hergestellt.
UF&sub6; + 2H&sub2;O T UO&sub2;F&sub2; + 4HF (I)
UO&sub2;F&sub2; + 4HF + 7NH&sub4;OH T 1/2(NH&sub4;)&sub2;U&sub2;O&sub7; + 6NH&sub4;F + 11/2H&sub2;O (II)
Im vorstehend beschriebenen Verfahren werden vier Mol Fluorwasserstoff (HF) pro Mol Uran (U) in der wäßrigen UO&sub2;F&sub2;-Lösung durch Hydrolyse von UF&sub6; gebildet, wie dies die vorstehende Formel (I) zeigt. Dies ist in zweierlei Hinsicht nachteilig. Zunächst ist es schwierig, mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren ein UO&sub2;-Pulver mit einer sehr hohen Aktivität zu erhalten. Andererseits wird das Fluor nicht effektiv genützt und in großen Mengen verschwendet.
In der durch das Reaktionsschema (II) dargestellten Bildungsreakion von ADU wird zunächst Ammoniumfluorid (NH&sub4;F) durch Neutralisierungsreaktion mit HF gebildet, was dazu führt, daß die ersten Körner von ADU ziemlich groß werden. Das UO&sub2;-Pulver, das durch Behandlung von aus großen primären Körnern zusammengesetzten ADU in verschiedenen Verfahrensstufen, wie z. B. Kalzinierung, Reduktion usw. erhalten wird, setzt sich wie im Fall von ADU aus großen primären Körnern zusammen. Das bedeutet, daß die Aktivität des Pulvers relativ gering ist. Wenn gesinterte Pellets, z. B. nukleare Brennelemente, aus solchem UO&sub2;-Pulver mit einer relativ niedrigen Aktivität hergestellt werden, beträgt die Sinterdichte der unter normalen Bedingungen hergestellten Pellets ca. 95 % TD (theoretische Dichte), und die Pellets sind aus Kristallen zusammengesetzt, die eine Korngröße in der Größenordnung von lO µm besitzen. Wenn es erwünscht ist, Pellets zu erhalten mit einer Sinterdichte und einer Korngröße, die größer ist als die vorstehend beschriebene, würden Versuche, die Sinterung bei erhöhten Temperaturen oder während eines längeren Zeitraumes durchzuführen, bis zu einem gewissen Grad erfolgreich sein, obwohl es praktisch schwierig ist, Pellets mit einer Korngröße von z. B. 40 bis 50 µm zu erhalten.
Das Fluor (F) wird zuerst in Ammoniumfluord (NH&sub4;F) überführt und ist nach dem Abfiltrieren des ADU-Niederschlags im Filtrat enthalten. Der flüssige Abfall, der NH&sub4;F enthält, wird mit einem Fällungsmittel, wie z. B. gelöschtem Kalk, behandelt. Durch diese Behandlung wird die Fluorkomponente als Kalziumfluorid (CaF&sub2;) ausgefällt und Ammoniak (NH&sub3;) wird gewonnen und rezyklisiert. Auf der anderen Seite wird CaF&sub2;, das in einer sehr großen Menge, z. B. in einer Menge bis zu ca. 1 Tonne pro Tonne behandeltem Uran gebildet wird, als Festabfall zurückgelassen, ohne weiter rezyklisiert zu werden. In den konventionellen ADU-Verfahren war es schwierig, aufgrund des nachteiligen Einflusses von Fluor UO&sub2;-Pulver mit einer hohen Aktivität zu erhalten, und zusätzlich sind sie nachteilig, weil eine große Menge an Fluoriden als Abfall gebildet wird.
Beispiele für Naßverfahren umfassen neben dem vorstehend beschriebenen ADU-Verfahren ein Ammoniumuranylcarbonat(AUC)-Verfahren, ein modifiziertes ADU-Verfahren, usw. Das AUC-Verfahren ist ein Verfahren, bei dem UF&sub6;-Gas mit Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser umgesetzt wird, um Ammoniumuranylcarbonat auszufällen, das dann den Verfahrensstufen der Filtration, Trocknung, Kalzinierung, Reduktion usw. in im wesentlichen der gleichen Weise wie im ADU-Verfahren unterworfen wird, um UO&sub2;-Pulver zu erhalten. Auf der anderen Seite umfaßt das modifizierte ADU-Verfahren die Hydrolyse von UF&sub6;-Gas in einer Salpetersäurelösung, die ein Defluorierungsmittel enthält, um wäßriges UO&sub2;(NO&sub3;)&sub2; zu erhalten, die Reinigung der Lösung durch Lösungsmittelextraktion, die Umsetzung der gereinigten Lösung mit Ammoniak unter Bildung von ADU, und die Behandlung des resultierenden ADU in der gleichen Weise wie im ADU-Verfahren, wodurch das ADU in UO&sub2; überführt wird. Obwohl diese Verfahren die Herstellung von UO&sub2;-Pulver mit einer Aktivität ermöglichen, die höher ist als die des gemäß dem normalen ADU-Verfahren erhaltenen Pulvers, versagen sie nicht nur im Hinblick darauf, ein UO&sub2;-Pulver mit einer Korngröße von größer als ca. 20 µm zu ergeben, sondern sie leiden im wesentlichen unter den gleichen Nachteilen, wie sie im Hinblick auf das Auftreten von Fluoridabfällen bei normalen ADU-Verfahren auftreten. Insbesondere beim AUC-Verfahren verbleibt das Fluor im Endprodukt als CaF&sub2;, so wie im ADU-Verfahren, während im modifizierten ADU-Verfahren Fluoride des defluorierenden Mittels, z. B. Aluminiumfluorid, wenn Aluminiumnitrat als defluorierendes Mittel verwendet wird, im Endprodukt aufgefunden werden.
Das Trockenverfahren, das hervorragend ist, weil es von den vorstehend beschriebenen Nachteilen, wie der Bildung einer großen Menge an Fluoridabfall im nassen ADU-Verfahren, frei ist, wird durch die nachfolgenden Reaktionsschemata dargestellt.
UF&sub6; + 2H&sub2;O T UO&sub2;F&sub2; + 4HF (III)
UO&sub2;F&sub2; + H&sub2; T UO&sub2; + 2HF (IV)
In den vorstehenden Reaktionen wird zunächst UF&sub6; mit Dampf umgesetzt, um UO&sub2;F&sub2; zu bilden, das fest ist, wobei das HF als Gas davon abgetrennt wird. Dann wird UO&sub2;F&sub2; mit Wasserstoffgas reduziert, um UO&sub2;-Pulver zu ergeben. In diesem Verfahren werden alle Fluorkomponenten als HF-Gas gewonnen, im Gegensatz zum Naßverfahren, bei dem die Fluorkomponente zu flüssigem Abfall wird, was das Auftreten von Fluoridabfällen verursacht. Gemäß dem Trockenverfahren ist es jedoch im allgemeinen schwierig, die Eigenschaften des erhaltenen UO&sub2; zu kontrollieren, und es wird nur ein UO&sub2;-Pulver erhalten, das eine Aktivität besitzt, die niedriger ist als die des Pulvers aus dem nassen ADU-Verfahren.
Chemical Abstracts, Band 108, 11. 01. 88, 12919t beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von UO&sub2; aus UF&sub6; durch anfängliche Umsetzung des UF&sub6; mit Dampf in der Gasphase unter Bildung einer Mischung von UO&sub2;F&sub2; und HF. Das UO&sub2;F&sub2; wird in Wasser gelöst, und dann wäßriges Ammoniak hinzugegeben, um ADU auszufällen. Das ADU wird dann filtriert, getrocknet, kalziniert und reduziert, um UO&sub2;-Pulver zu bilden.
Die FR-A-2582641 beschreibt ein mit dem vorstehenden Verfahren aus Chemical Abstract ähnliches Verfahren der Überführung von UF&sub6; in UO&sub2;-Pulver. Diese Schrift erwähnt jedoch nicht die Möglichkeit, das Zwischenprodukt UO&sub2;F&sub2; vor der Stufe der Umsetzung mit Ammoniak in Wasser oder Salpetersäure zu lösen.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein Verfahren zur Herstellung von UO&sub2;-Pulver bereitzustellen, das die Herstellung von UO&sub2;-Pulver mit hoher Aktivität und mit stark kontrollierbaren Eigenschaften ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem das Auftreten von Fluoridabfällen minimalisiert wird.
Erfindungsgemäß werden die vorstehenden Aufgabenstellungen erreicht durch ein Verfahren zur Herstellung von Urandioxid(UO&sub2;)-Pulver aus Uranhexafluorid (UF&sub6;), das die folgenden Stufen umfaßt:
(1) Umsetzung von UF&sub6;-Gas mit Dampf unter Kontrolle der Temperatur der Umsetzung zwischen UF&sub6;-Gas und Dampf bei einer bestimmten Temperatur innerhalb des Bereiches von 350 bis 700ºC, um festes Uranylfluorid (UO&sub2;F) und/oder Uranoxid mit einem O/U-Verhältnis (Sauerstoff-zu-Uran-Atomverhältnis) von 2.7 bis 3 zu bilden,
(2) Auflösen dieses UO&sub2;F&sub2; und/oder Uranoxids in Salpetersäure, um eine wäßrige Uranyllösung zu bilden, die UO&sub2;F&sub2; und/oder Uranylnitrat (UO&sub2;(NO&sub3;)&sub2;) enthält,
(3) Umsetzung dieser wäßrigen Uranyllösung mit Ammoniak unter Ausfällung von Ammoniumdiuranat (ADU),
(4) Abfiltrieren des Niederschlages,
(5) Trocknung des Niederschlages,
(6) Kalzinierung des trockenen Niederschlages, und
(7) Reduzieren des kalzinierten Niederschlages,
wodurch die Eigenschaften des UO&sub2;-Pulvers kontrolliert werden.
Die vorliegende Erfindung vermeidet auf diese Weise die vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik, indem sie das Auftreten von Fluoridabfällen verringert oder minimalisiert, die sich nach dem konventionellen Naßverfahren in großen Mengen bilden würden, und indem es die Aktivität des Produktes erhöht und eine Kontrolle der Eigenschaften des Produktes ermöglicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die einzige Figur ist eine schematische Darstellung eines Systems zur Durchführung des Verfahrens gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Unter Bezugnahme auf die einzige Figur, die eine schematische Darstellung der in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform verwendeten Vorrichtung ist, wird die Erfindung nachfolgend beschrieben.
In der Figur wird UF&sub6; als Ausgangsmaterial in einem Verdampfer 1 verdampft und das resultierende Gas durch Einspritzen oder Eindüsen in einen Fließbettreaktor 2 durch eine seitliche Düse 2a, die an der Seitenwand des Reaktors 2 vorgesehen ist, eingeführt. Andererseits wird Dampf, der als Reaktionsgas verwendet wird, und gleichzeitig als fluidisierendes Gas, in den Reaktor 2 durch eine Düse 2b, die sich am Boden des Reaktors 2 befindet, über die Leitung 3, die mit der Bodendüse 2b in Verbindung steht, in den Reaktor eingeführt. Wenn gewünscht, kann Stickstoffgas als fluidisierendes Gas verwendet und in den Reaktor 2 zusammen mit Dampf eingeführt werden, um die Fluidisierung des Fließbettes zu verbessern. Im Fließbettreaktor 2 wird UF&sub6;-Gas mit Dampf oder einem gemischten Gas, das sich aus Dampf und Stickstoff zusammensetzt, bei einer Temperatur von 350 bis 700ºC in Kontakt und zur Umsetzung gebracht, und abhängig von der Reaktionstemperatur werden drei Arten von Uranverbindungen gebildet. Wenn die Reaktionstemperatur im Bereich von höher als 200ºC und nicht höher als 350ºC liegt, wird UO&sub2;F&sub2;-Pulver gebildet. Wenn die Reaktionstemperatur unterhalb 200ºC liegt, wird UO&sub2;F&sub2; gebildet, aber die Umsetzung erfordert eine lange Zeit, und deshalb sollte eine solche niedrige Reaktionstemperatur nicht verwendet werden. Bei einer etwas höheren Reaktionstemperatur, d. h. höher als 350ºC aber nicht höher als 500ºC, wird ein gemischtes Pulver aus UO&sub2;F&sub2; und einem Uranoxid mit einem O/U-Verhältnis von 3 gebildet. Wenn die Reaktionstemperatur im Bereich von höher als 500ºC und niedriger als 700ºC liegt, wird ein Uranoxid mit einem O/U-Verhältnis von 2.7 bis 3 gebildet. Im dritten Fall ist das O/U-Verhältnis um so geringer, je höher die Reaktionstemperatur ist. Die Verwendung von Reaktionstemperaturen oberhalb von 700ºC sollte vermieden werden, weil solche hohen Temperaturen eine Korrosion der verwendeten Vorrichtung beschleunigen. Das im Reaktor 2 erzeugte Pulver wird in einem Trichter 4 gelagert und dann in eine Lösungsvorrichtung 5 eingebracht, in der das Pulver in Wasser, vorzugsweise deionisiertem Wasser oder destilliertem Wasser, gelöst wird, das durch eine Wasserzuleitung 6 zugeführt wird, wenn das Pulver aus UO&sub2;F&sub2; besteht, oder in Salpetersäure, die durch eine Salpetersäurezuleitung 7 zugeführt wird, wenn das Pulver ein gemischtes Pulver ist, das sich, wie vorstehend angegeben, aus UO&sub2;F&sub2; und Uranoxid zusammensetzt, oder wenn das Pulver sich ausschließlich aus dem spezifizierten Uranoxid zusammensetzt. In den vorstehenden drei Fällen werden entsprechend eine wäßrige UO&sub2;F&sub2;-Lösung, eine wäßrige gemischte Lösung aus UO&sub2;F&sub2; und UO&sub2;(NO&sub3;)&sub2;, und eine wäßrige UO&sub2;(NO&sub3;)&sub2;-Lösung hergestellt. Die Mengen der im zweiten und dritten Fall verwendeten Salpetersäure sind so gering wie möglich, sofern das Uranoxid gelöst wird. Das im Fließbettreaktor 2 als Nebenprodukt gebildete HF-Gas wird als wäßrige HF-Lösung in einem HF-Kondensator 8a gewonnen und von einem HF-Behälter 8b aufgenommen. Die UO&sub2;F&sub2; und/oder UO&sub2;(NO&sub3;)&sub2; enthaltende, in der Lösungsvorrichtung 5 erzeugte Uranyllösung wird einer Fällungsvorrichtung 9 zugeführt, wo sie mit Ammoniak umgesetzt wird, das durch eine Ammoniak-Zuführungsleitung 10 zugeführt wird, um eine ADU-Fällung zu bilden. Der ADU-Niederschlag wird in einer Filtrations- und Trockenvorrichtung 11 filtriert und getrocknet, und dann einer Kalzinierungs- und Reduktionsvorrichtung 12 zugeführt, wo der Niederschlag kalziniert und mit einem reduzierenden Gas (H&sub2; oder ein aus H&sub2; und N&sub2; zusammengesetztes gemischtes Gas) reduziert wird, das Dampf enthält und durch die Reduktionsgasleitung 13 zugeführt wird, und in UO&sub2;-Pulver überführt. Das erhaltene UO&sub2;-Pulver wird in einem UO&sub2;-Reservoir oder -Behälter 14 bis zur Verwendung gelagert. Abgas aus der Kalzinierungs- und Reduktionsvorrichtung 12 und Abgas aus dem HF-Kondensator 8a werden zu einem Abgasbehandlungssystem 15 geführt, das ein konventionelles System sein kann.
Wie vorstehend beschrieben ist es ein Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß, während im konventionellen Naßverfahren der gesamte sich vom UF&sub6;-Ausgangsmaterial ableitende Fluorgehalt in Form von Fluoriden in den Abfall gerät, die erfindungsgemäß verwendete trockene Hydrolyse von UF&sub6; es im Gegensatz dazu möglich macht, das Fluor als HF zu gewinnen, und zwar in Mengen im Bereich von ca. 2/3 bis zur Gesamtmenge und unter Minimalisierung oder vollständiger Vermeidung des Auftretens von Fluoridabfällen. Ein weiteres wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, daß nach der Trockenhydrolyse des UF&sub6; das Produkt in Wasser oder salpetriger Säure gelöst wird, um eine wäßrige Uranyllösung zu bilden, die UO&sub2;F&sub2; und/oder UO&sub2;(NO&sub3;)&sub2; enthält, wobei die Uranyllösung als Ausgangsmaterial für die Herstellung von ADU verwendet wird, mit dem Ergebnis, daß die Eigenschaften des schließlich erhaltenen UO&sub2;-Pulvers leicht kontrolliert werden können. Mit anderen Worten werden die Eigenschaften des UO&sub2;-Pulvers hauptsächlich abhängig von den Bedingungen der ADU-Ausfällung bestimmt, von denen besonders wichtig die Eigenschaften der wäßrigen Uranyllösung sind. Erfindungsgemäß führt die Kontrolle der Temperatur der Umsetzung zwischen UF&sub6; und Dampf zur Kontrolle des Verhältnisses von UO&sub2;F&sub2; und Uranoxid, wobei das Verhältnis wieder das Verhältnis von UO&sub2;F&sub2; und UO&sub2;(NO&sub3;)&sub2; in der wäßrigen Uranyllösung kontrolliert. Wenn UO&sub2;-Pulver aus der UO&sub2;F&sub2;-Lösung oder oder UO&sub2;(NO&sub3;)&sub2;-Lösung über ADU unter ähnlichen Bedingungen hergestellt wird, hat das aus den UO&sub2;(NO&sub3;)&sub2;-Lösungen erhaltene UO&sub2;-Pulver eine höhere Aktivität als das UO&sub2;-Pulver, das sich aus der UO&sub2;F&sub2;-Lösung ableitet. Dies trifft deshalb zu, weil die primären Körner von ADU, die aus der UO&sub2;(NO&sub3;)&sub2;-Lösung erhalten werden, kleiner sind als die des sich von der UO&sub2;F&sub2;-Lösung abgeleiteten ADU. Auf der anderen Seite zeigt vom Gesichtspunkt der Geschwindigkeit des Kristallwachstums beim Pressen des UO&sub2;-Pulvers und der Pelletbildung durch Sinterung des UO&sub2;-Pulvers das unter Verwendung der wäßrigen UO&sub2;F&sub2;-Lösung hergestellte UO&sub2;-Pulver ein rascheres Kristallwachstum als das aus der wäßrigen UO&sub2;(NO&sub3;)&sub2;-Lösung abgeleitete Pulver. Dies ist damit begründet, daß, wenn ADU aus der wäßrigen UO&sub2;F&sub2;-Lösung gebildet wird, auch NH&sub4;F gebildet wird, und dieses NH&sub4;F dient dazu, die Agglomerationsfähigkeit des resultierenden Pulvers zu erhöhen. Es ist deshalb möglich, grundsätzlich wichtige Charakteristika des UO&sub2;-Pulvers, d. h. die Aktivität und Geschwindigkeit des Kristallwachstums des UO&sub2;-Pulvers bei gewünschten Werten zu halten, indem man auf geeignete Weise das Verhältnis von UO&sub2;F&sub2; und UO&sub2;(NO&sub3;)&sub2; in der wäßrigen Uranyllösung kontrolliert oder einstellt, wobei dieses Verhältnis eingestellt werden kann, indem man die Reaktionstemperatur zwischen UF&sub6; und Dampf geeignet wählt.
Die Erfindung wird nun ausführlicher unter Bezugnahme auf das Beispiel beschrieben, ohne sie darauf zu beschränken.

Beispiel

Es wurde ein Fließbettreaktor mit einem Reaktionsteil mit einem Durchmesser von 8.3 cm verwendet, und das Verfahren unter den folgenden Bedingungen durchgeführt.
Geschwindigkeit der UF&sub6;-Behandlung 5 kg U/h
Lineare Geschwindigkeit des Dampfes: 15 cm/s
Reaktionstemperatur: 280ºC, 400ºC, 700ºC
Wenn das im Fließbettreaktor erhaltene Produkt UO&sub2;F&sub2; war, wurde es in Wasser gelöst. Auf der anderen Seite wurde das Produkt, wenn es Uranoxid enthielt, in Salpetersäure gelöst, um eine wäßrige Uranyllösung zu ergeben. Die wäßrige Uranyllösung wurde zusammen mit Ammoniakwasser in eine Fällungsvorrichtung eingeführt, wobei der pH-Wert auf 10.5 eingestellt wurde, um einen Niederschlag von ADU zu bilden, und der Niederschlag wurde dann filtriert und getrocknet. Wenn das Filtrat NH&sub4;F enthielt, wurde die wäßrige Uranyllösung mit gelöschtem Kalk behandelt, um den Fluorgehalt als CaF&sub2; wiederzugewinnen. Das so erhaltene ADU wurde einer Kalzinierung und Reduktion in einem H&sub2;-Strom, der Dampf enthielt, bei 650ºC unterworfen, um es in UO&sub2;-Pulver zu überführen. Nach Verpressen bei einem Preßdruck von 4 t/cm² wurde das UO&sub2;-Pulver bei einer Temperatur von 1750ºC gesintert, um gesinterte Pellets zu ergeben, die dann auf ihre keramische Verarbeitbarkeit geprüft wurden, um festzustellen, ob sie als nuklearer Brennstoff akzeptierbar sind. Auf der anderen Seite wurde eine wäßrige Uranyllösung gemäß dem konventionellen (ADU)-Verfahren hergestellt und die wäßrige Uranyllösung wurde auf gleiche Weise wie oben beschrieben behandelt, um über ADU ein UO&sub2;-Pulver und schließlich Pellets für Vergleichszwecke herzustellen. Die wesentlichen Testbedingungen und Testergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben. Tabelle erfindungsgemäß konventionell Reaktionstemperatur zwischen UF&sub6; und Dampf (ºC) Reaktionsprodukt Zusammensetzung von Uranyllösung Menge an Ammoniakwasser (kgNH&sub3;/h) Menge von CaF&sub2; (kgCaF&sub2;/h) Spezifische Oberfläche des UO&sub2;-Pulvers (m²/g) Sinterdichte (% TD) Kristallkorngröße (µm)
Aus den in der vorstehenden Tabelle angegebenen Ergebnissen ist ersichtlich, daß gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bei verschiedenen Temperaturen der Reaktion zwischen UF&sub6; und Dampf verschiedene Produkte gebildet wurden. Bei 280ºC wurde UO&sub2;F&sub2; gebildet, während bei 400ºC eine Mischung aus UO&sub2;F&sub2; und UO&sub2;(NO&sub3;)&sub2; gebildet wurde. Auf der anderen Seite wurde bei 700ºC U&sub3;O&sub8; gebildet. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Menge an Ammoniakwasser, die zur Herstellung von ADU aus der wäßrigen Uranyllösung verwendet wurde, bei einer ausreichenden Effektivität nicht größer als die Hälfte der nach dem konventionellen Verfahren verwendeten Menge. Die Menge an aus dem Filtrat nach Entfernung des Niederschlags gewonnenem CaF&sub2; verringerte sich entsprechend, wenn die Temperatur der Umsetzung zwischen UF&sub6; und Dampf erhöht wurde und beträgt höchstens ca. 1/3 der Menge, die nach dem konventionellen Verfahren erhalten wird. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, ein UO&sub2;-Pulver zu erhalten, das eine höhere Aktivität im Vergleich zu dem nach dem konventionellen Verfahren hergestellten UO&sub2;-Pulver besitzt. Zusätzlich ist es möglich, die Aktivität des UO&sub2;-Pulvers durch Kontrolle der Temperatur der Umsetzung zwischen UF&sub6; und Dampf zu kontrollieren. Auf der anderen Seite kann im Hinblick auf das Kristallwachstum eine UO&sub2;-Pulver erhalten werden, das eine höhere Kristallwachstumsgeschwindigkeit besitzt.
Wie vorstehend angegeben, ermöglicht es die vorliegende Erfindung, die Menge von als Nebenprodukte gebildeten und als Abfall verworfenen Fluoriden in einem größeren Ausmaß zu verringern, indem im Gegensatz zum konventionellen Naßverfahren HF wiedergewonnen wird, und gleichzeitig eine Verringerung der Menge an Ammoniak auf die Hälfte oder weniger als die Menge, die im konventionellen Verfahren verwendet wird. Zusätzlich ist es möglich, eine UO&sub2;-Pulver zu erhalten, das eine sehr hohe Aktivität besitzt, und wobei die Kontrolle der Eigenschaften des Pulvers, wie z. B. der Aktivität und der Kristallwachstumsgeschwindigkeit, sehr leicht zu erreichen sind.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Urandioxid(UO&sub2;)-Pulver aus Uranhexafluorid (UF&sub6;), gekennzeichnet durch die Stufen

(1) Umsetzung von UF&sub6;-Gas mit Dampf unter Kontrolle der Temperatur der Umsetzung zwischen dem UF&sub6;-Gas und dem Dampf bei einer bestimmten Temperatur innerhalb des Bereiches von 350 bis 700ºC, um festes Uranylfluorid (UO&sub2;F) und/oder Uranoxid mit einem O/U-Verhältnis (Sauerstoff-zu-Uran-Atomverhältnis) von 2.7 bis 3 zu bilden,

(2) Auflösen dieses UO&sub2;F&sub2; und/oder Uranoxids in Salpetersäure, um eine wäßrige Uranyllösung zu bilden, die UO&sub2;F&sub2; und/oder Uranylnitrat (UO&sub2;(NO&sub3;)&sub2;) enthält,

(3) Umsetzung dieser wäßrigen Uranyllösung mit Ammoniak, um Ammoniumdiuranat (ADU) auszufällen,

(4) Abfiltrieren des Niederschlages,

(5) Trocknung des Niederschlages,

(6) Kalzinierung des trockenen Niederschlages, und

(7) Reduzieren des kalzinierten Niederschlages,

wodurch die Eigenschaften des UO&sub2;-Pulvers kontrolliert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung zwischen UF&sub6;-Gas und Dampf in einem Fließbettreaktor durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Fließbettreaktor Stickstoffgas eingeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Umsetzung zwischen UF&sub6;-Gas und Dampf bei einer Temperatur von höher als 350ºC und nicht höher als 500ºC kontrolliert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Umsetzung zwischen UF&sub6;-Gas und Dampf bei einer Temperatur höher als 500ºC und nicht höher als 700ºC kontrolliert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den während der Umsetzung zwischen UF&sub6; und Dampf als Nebenprodukt gebildeten Fluorwasserstoff gewinnt.