ES2895102T3 - Procedimiento de preparación de un polvo a base de óxido(s) que comprende uranio y plutonio y uso de dicho polvo para la fabricación de combustible a base de uranio y plutonio - Google Patents

Abstract

Procedimiento de preparación de un polvo a base de óxidos que comprenden uranio y plutonio, que comprende las siguientes etapas: a) una etapa de adición de al menos un monómero a una solución acuosa que comprende iones nitrato y que comprende uranio y plutonio, comprendiendo el o los monómeros al menos un grupo etilénico y al menos un grupo polar capaz de formar enlaces hidrógeno; b) una etapa de obtención de un gel que atrapa dicha solución acuosa por polimerización del monómero o de los monómeros añadidos en a); c) una etapa de obtención de un xerogel que comprende nitratos de uranio y de plutonio por deshidratación del gel obtenido en b); d) una etapa de obtención de dicho polvo por tratamiento térmico del xerogel obtenido en c).

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de preparación de un polvo a base de óxido(s) que comprende uranio y plutonio y uso de dicho polvo para la fabricación de combustible a base de uranio y plutonio

Campo técnico

La presente invención se refiere a un procedimiento para la preparación de un polvo de óxidos que comprende uranio y plutonio, pudiendo este polvo ser utilizado para el diseño de combustibles nucleares mixtos a base de uranio y plutonio y, más específicamente, de una solución sólida de uranio y plutonio, denominándose estos combustibles con la denominación de combustibles MOX que pueden corresponder a la fórmula Ui-xPuxO2±s con 0 <x< 1 y 0 < 8 < 0,1.

Se pueden apuntar diferentes composiciones de combustible MOX en función del reactor, en el que se pretende usar el combustible. Así, para los reactores de generación 3 de tipo REP (siendo REP el acrónimo para designar a los reactores de agua presurizada), los combustibles MOX utilizados generalmente tienen un contenido de plutonio del 8% atómico para el 92% atómico de uranio, mientras que para los reactores de generación 4 de tipo RNR (siendo RNR la abreviatura para designar a los reactores de neutrones rápidos), en donde los combustibles MOX utilizados generalmente presentan un contenido de plutonio mucho más elevado, ya que puede llegar hasta alrededor del 30% atómico. Esta elevada proporción de plutonio convierte a los reactores de generación 4 en una posible solución industrial a la futura disminución de los recursos naturales de uranio, pero con la necesidad de aumentar los rendimientos de producción de los combustibles MOX con tan alto contenido de plutonio.

Actualmente, la preparación de combustibles MOX es parte del reciclaje del combustible usado, lo que implica, en primer lugar, una etapa de disolución de los combustibles usados en una solución ácida (específicamente, una solución de ácido nítrico) seguido de varias etapas aguas arriba de las etapas de conformación y de fabricación de pastillas de combustible MOX destinadas a su uso. Más concretamente, a partir de los flujos de uranio y de plutonio resultantes de la disolución de los combustibles usados, se realiza la preparación de precursores sólidos divididos por la ejecución de las siguientes operaciones principales:

- una operación de coprecipitación oxálica cuantitativa del uranio y del plutonio presentes en las corrientes;

- una operación de separación líquido/sólido, para aislar el precipitado de oxalato de uranio y de plutonio; y

- una operación de tratamiento térmico para convertir el precipitado en un sólido dividido de óxido de uranio y de plutonio, que luego se puede utilizar para la fabricación de pastillas de combustible MOX, como se describe en Coordination Chemistry Reviews, 1, 2014, 266-267.

Si este tipo de procedimiento de síntesis de precursores es adecuado para la fabricación de combustibles MOX destinados a ser utilizados en reactores de generación 3 del tipo REP, debería requerir una mejora significativa para lograr mejores rendimientos de fabricación (especialmente en términos de la incorporación de plutonio) que se utilizará para la fabricación de combustibles MOX destinados a reactores de generación 4.

Además, en la óptica de la concepción de combustibles MOX para reactores de generación 4, los procedimientos de síntesis deben responder, en primer lugar, a la gestión de flujos de materiales cada vez más importantes, en particular el plutonio. Así, si se toma como ejemplo una flota de reactores que producen 400 TWh/año, el cambio de reactores de generación 3 a reactores de generación 4 implicaría tratar un flujo de plutonio multiplicado por un factor cercano a 10. Por lo tanto, los procedimientos desarrollados deben ser cuantitativos y, si es posible, continuos. En segundo lugar, debido a la necesidad de incorporar más plutonio en el combustible, los procedimientos deben ser lo más directos posible y, en el mejor de los casos, no requerir el uso de una multitud de etapas, tales como las etapas de ajuste de valencia, las etapas de separación sólido/líquido, las etapas de concentración. Además, los procedimientos, si bien permiten obtener los precursores más adecuados para la conformación en forma de pastillas, deberán limitar las etapas preliminares de formulación tales como, por ejemplo, las etapas de granulación o desaglomeración, ajuste de la superficie específica. Finalmente, los procedimientos deben ser preferiblemente no proliferantes con flujos de uranio y de plutonio siempre asociados.

Como se mencionó con anterioridad, los procedimientos actuales de preparación de combustibles mixtos se basan esencialmente en la química de los oxalatos de uranio y de plutonio que implican, antes de la etapa de conversión térmica, etapas que penalizan en términos de rendimiento, como la etapa de separación sólido/líquido para recuperar el precipitado de oxalatos o incluso otras etapas, como una etapa de ajuste de valencia de actínidos en solución, una etapa de concentración.

Asimismo, en vista de lo existente y con miras a una transición gradual a reactores de generación 4, los autores de la presente invención se han propuesto como objetivo desarrollar un procedimiento de preparación de precursores del tipo polvo para la fabricación de combustibles a base de óxido(s) de uranio y de plutonio que permita superar los inconvenientes antes mencionados y, más concretamente, que presenten las siguientes características en particular:

- la posibilidad de acceder a una amplia gama de contenidos de plutonio, lo que permite contemplar la obtención de combustibles utilizables tanto para reactores de generación 3 como para reactores de generación 4;

- etapas que no penalicen el rendimiento de la obtención de precursores en forma de polvo;

- una serie de etapas más limitadas que los procedimientos implementados de modo convencional;

- la posibilidad de permitir el reciclado múltiple de plutonio, por ejemplo, el obtenido a partir de combustibles usados de tipo MOX, debido a la gran flexibilidad del procedimiento debido a sus etapas involucradas;

- un procedimiento robusto que presenta gran flexibilidad en cuanto a insumos pero también productos finales obtenidos.

Descripción de la invención

Así, la invención se refiere a un procedimiento de preparación de un polvo a base de óxidos que comprenden uranio y plutonio que comprende las siguientes etapas:

a) una etapa de adición de al menos un monómero a una solución acuosa que comprende iones nitrato y que comprende uranio y plutonio, en la que dicho monómero es, ventajosamente, el o los monómeros que comprenden al menos un grupo etilénico y al menos un grupo polar capaz de formar enlaces hidrógeno;

b) una etapa de obtención de un gel que atrapa dicha solución acuosa por polimerización del monómero o de los monómeros añadidos en a);

c) una etapa de obtención de un xerogel que comprende nitratos de uranio y de plutonio por deshidratación del gel obtenido en b);

d) una etapa de obtención de dicho polvo por tratamiento térmico del xerogel obtenido en c).

Antes de entrar en más detalle en la descripción de esta invención, se especifican las siguientes definiciones.

Por monómero se entiende, convencionalmente, en lo que precede y lo que sigue, un compuesto capaz de reaccionar durante una reacción de polimerización para formar un polímero (que será, en el contexto de la presente invención, el material constituyente del gel, que atrapa la solución acuosa), comprendiendo así el polímero una unidad repetitiva, es decir, un grupo orgánico bivalente resultante directamente de la reacción del monómero.

Por gel se entiende, convencionalmente, en lo que precede y en lo que sigue, un material constituido por el o los polímeros resultantes de la polimerización del o de los monómeros mencionados con anterioridad, en el que se retiene una fase acuosa, que corresponde, en nuestro caso, a la solución acuosa que comprende iones nitrato y que comprende uranio y plutonio.

Por xerogel se entiende, convencionalmente en lo que precede y en lo que sigue, un material que consiste en el polímero o los polímeros resultantes de la polimerización del o de los monómeros mencionados con anterioridad, en el que el agua de la solución acuosa se ha eliminado por secado, dejando así solo nitratos de uranio y de plutonio atrapados dentro del xerogel.

El procedimiento de la invención comprende, en primer lugar, una etapa de adición de al menos un monómero a una solución acuosa que comprende iones nitrato y que comprende uranio y plutonio.

Más precisamente, la solución acuosa que comprende iones nitrato y que comprende uranio y plutonio es, ventajosamente, una solución que comprende uranio en su grado de oxidación VI (que puede estar simbolizado por U+Vl) y plutonio en su grado de oxidación IV (que puede estar simbolizado por Pu+lV) y, más concretamente, una solución que comprende U+Vl en forma de nitrato de uranilo UO2(NO3)2 y Pu+lV en forma de nitrato de plutonio (IV) Pu(NOa)4. Además, la solución puede ser una solución nítrica (es decir, una solución acuosa de ácido nítrico).

Esta solución nítrica puede obtenerse directamente del reprocesamiento de combustible usado que comprende las siguientes operaciones generales:

- una operación de disolución del combustible usado en el ácido nítrico;

- una operación de extracción líquido/líquido para aislar la solución nítrica que comprende el uranio y el plutonio lista para la ejecución de la etapa a).

Como resultado, el procedimiento de la invención permite mantener un vínculo directo con las operaciones de reciclaje del combustible usado.

Además, dependiendo de la naturaleza del polvo deseado al final del procedimiento, la solución nítrica resultante directamente del reprocesamiento de un combustible usado puede someterse, antes de su uso en el contexto de la etapa a), a un ajuste de su composición química, por ejemplo, respecto de la relación U/Pu y/o la isotopía de la composición.

Ventajosamente, el o los monómeros añadidos durante la etapa a) comprenden al menos un grupo etilénico (que constituye el grupo de polimerización) y al menos un grupo polar capaz de formar enlaces hidrógeno. Por lo tanto, una vez polimerizado, el producto resultante (a saber, un polímero) será apto para almacenar agua formando enlaces hidrógeno entre él y el grupo o grupos polares del o de los motivos repetidos resultantes de la polimerización del o de los monómeros.

Más específicamente, el o los monómeros añadidos durante la etapa a) comprenden al menos un grupo etilénico y al menos un grupo que comprende uno o más átomos de hidrógeno unidos a átomos más electronegativos que el hidrógeno, tales como átomos de nitrógeno, átomos de oxígeno.

Incluso más específicamente, el o los monómeros comprenden al menos un grupo etilénico y al menos un grupo seleccionado entre grupos amida, grupos -OH, grupos carboxílicos, grupos carboxilato y/o grupos éster.

A modo de ejemplo, el o los monómeros se pueden seleccionar de monómeros acrílicos, tales como ácido acrílico, monómeros metacrílicos, monómeros de acrilato (y más particularmente, monómeros de acrilato de alquilo), monómeros de metacrilato (y más particularmente monómeros de metacrilato de alquilo), monómeros de acrilamida, monómeros de bis(acrilamida), monómeros epoxi y mezclas de los mismos.

Durante la etapa a), se puede añadir un solo monómero o una mezcla de monómeros, por ejemplo, de los tipos mencionados con anterioridad.

Cuando se trata de una mezcla de monómeros, puede consistir, más precisamente, en un monómero que comprende un solo grupo polimerizable, por ejemplo, un monómero acrílico, como el ácido acrílico y un monómero que comprende dos grupos polimerizables, por ejemplo un monómero de bis(acrilamida), este último debido a la presencia de dos grupos polimerizables que también actúan como reticulante. A título indicativo, la mezcla de monómeros puede consistir en ácido acrílico y N,N'-metilen-bis(acrilamida).

Aparte de las características mencionadas con anterioridad, que pueden dictar la elección del o de los monómeros en función de la polimerización deseada (por ejemplo, polimerización por radicales libres o polimerización por etapas como la policondensación), otros criterios pueden regir la elección del o de los monómeros por añadir durante la etapa a) para formar posteriormente un gel.

Entre estos criterios, la noción de estabilidad del o de los monómeros con respecto a la solución acuosa y posiblemente del fenómeno de radiólisis a inducido por la posible presencia de ciertos radioelementos emisores a puede ser un criterio de elección para el o los monómeros. En efecto, es importante evitar la gelificación prematura o incluso una no gelificación de la solución acuosa, pero también la generación de gases que presentan riesgos de explosividad (H2, CH4, etc.) más allá de determinadas concentraciones. Además, si la implementación del procedimiento se detiene en condiciones accidentales o programadas, también es necesario poder prevenir el envejecimiento del gel por radiólisis que podría impedir la reanudación de la producción o volver a generar gases que presentan riesgos de explosividad.

Además, en la elección del o de los monómeros que se añadirán en la etapa a), podrán regir los siguientes criterios:

- las propiedades fisicoquímicas del producto final deseado, a saber, el polvo, encierran, por ejemplo, morfología, microestructura de velocidad de aglomeración;

- la viscosidad deseada para el gel resultante de la polimerización del o de los monómeros, siendo posiblemente la noción de viscosidad un criterio de selección en función de la naturaleza del procedimiento implementado; por ejemplo, un procedimiento continuo que implica el uso de líneas de flujo se adapta fácilmente con una baja viscosidad del gel obtenido;

- el cumplimiento de la normativa Reach sobre la toxicidad del o de los monómeros utilizados y la ausencia de generación de gas durante la degradación térmica de los polímeros resultantes de la polimerización del o de los monómeros;

- la capacidad de los polímeros resultantes de la polimerización del o de los monómeros de degradarse térmicamente durante la etapa de tratamiento térmico sin dejar impurezas residuales en el polvo final, cuyo contenido podría ser prohibitivo para los tratamientos posteriores del polvo en forma de pastillas (en particular las etapas de conformación/sinterización/densificación) y el uso de estas pastillas como combustibles;

su disponibilidad y su coste.

En ciertos casos, el o los monómeros añadidos durante la etapa a) también puede cumplir la función de agente complejante del uranio y/o del plutonio presentes en dicha solución, siempre que, por supuesto, el o los monómeros comprendan grupos capaces de complejar el uranio y/o el plutonio.

Además, se puede añadir a la solución acuosa, preferiblemente, antes de la adición del o los monómeros, al menos un agente complejante de uranio y/o plutonio presentes en dicha solución, en donde dicho agente o agentes complejantes son distintos del monómero o de los monómeros de la etapa a), pudiendo ser el papel de este agente, además de la complejación, el de evitar un fenómeno de precipitación del uranio y/o del plutonio antes de la implementación de la etapa de gelificación.

Se especifica que, por agente complejante, se entiende un compuesto que comprende al menos un grupo funcional capaz de complejar el uranio y/o el plutonio presente en la solución acuosa, lo que significa, en otras palabras, que el uranio y/o el plutonio, en contacto con este agente, son capaces de unirse al grupo funcional antes mencionado formando un enlace de coordinación al compartir un doblete libre de un heteroátomo presente en este grupo y/o una carga negativa llevada por un heteroátomo presente en este grupo con un orbital vacío de uranio y/o de plutonio.

Dicho heteroátomo que lleva un doblete libre puede ser un átomo de oxígeno, un átomo de nitrógeno o un átomo de azufre y combinaciones de los mismos, en donde los grupos funcionales que comprenden tales heteroátomos pueden ser un grupo alcohol (es decir, un grupo -OH), un grupo amina, un grupo éter, un grupo éster (a saber, un grupo -COO-), un grupo carboxílico o un grupo carboxilato.

Como ejemplos de agentes complejantes, se pueden citar:

- un compuesto que comprende al menos un grupo carboxílico, tal como ácido cítrico;

- un compuesto que comprende al menos un grupo amina, tal como urea;

- un compuesto que comprende al menos un grupo amina y al menos un grupo carboxílico, tal como EDTA (abreviatura que indica el compuesto ácido etilendiamintetraacético) o DTPA (abreviatura que indica el compuesto ácido dietilentriaminpentaacético).

Después de la adición del o los monómeros y opcionalmente del o de los agentes complejantes, el procedimiento de la invención comprende una etapa de gelificación de la solución resultante de la etapa a) por polimerización del o de los monómeros añadidos durante esta etapa, mediante la cual se forma un gel que atrapa la solución acuosa que comprende uranio y plutonio en forma complejada o no (dependiendo de si el o los monómeros comprenden al menos un grupo complejante y/o si se ha llevado a cabo antes de la adición de un agente complejante).

Para generar la polimerización del o de los monómeros añadidos en a), se pueden prever varias vías:

- una vía térmica que consiste en calentar la solución para iniciar la polimerización y, en consecuencia, la gelificación (pudiendo así calificarse la etapa como termogelificación);

- una vía que consiste en someter la solución a radiación UV para iniciar también la polimerización;

- una vía que consiste en someter la solución a radiación y para iniciar también la polimerización;

- una vía que consiste en añadir a la solución un iniciador de polimerización tal como, por ejemplo, agua oxigenada o una mezcla de agua oxigenada/ácido ascórbico.

No se excluye que se pueda utilizar una combinación de estas diferentes vías, como la vía térmica asociada a la vía que consiste en añadir un iniciador de polimerización a la solución.

Una vez que se obtiene el gel, se somete a una etapa de deshidratación, mediante el cual se forma un xerogel (a saber, un material poroso seco cuya columna vertebral se forma a partir de los polímeros formados en la etapa anterior) y, de manera concomitante, una precipitación de nitratos de uranio y de plutonio dentro del xerogel así formado.

Esta etapa de deshidratación se puede realizar colocando el gel en un horno o bien en un horno de microondas.

Finalmente, el xerogel se somete a una etapa de tratamiento térmico del xerogel obtenido en c) para obtener el polvo objeto del procedimiento de la invención.

Esta etapa de tratamiento térmico puede consistir en una operación de calcinación en atmósfera oxidante, durante la cual la materia orgánica del xerogel se degrada térmicamente (pudiendo así calificarse en parte la operación como desaglomerado) y los nitratos de uranio y de plutonio son convertidos en óxidos de uranio y de plutonio. Las elecciones de la temperatura y la duración de la calcinación se establecen de acuerdo con la naturaleza del xerogel y las propiedades fisicoquímicas deseadas para el óxido o la mezcla de óxidos final. La temperatura de calcinación está comprendida típicamente entre 400 y 1400 °C y, más particularmente, entre 500 y 1200 °C. Esta operación conduce principalmente a la liberación gaseosa de CO2, CO, H2O o incluso CH4 por degradación térmica del material que constituye el xerogel, pero en función de la naturaleza de la atmósfera de calcinación se pueden generar diferentes gases en distintas cantidades. En cuanto a los nitratos, se convierten térmicamente en óxidos y, en función de su naturaleza, pueden interactuar para formar soluciones sólidas parciales o totales. Así, en el caso del uranio y del plutonio, es posible formar en atmósfera oxidante una mezcla de U3O8 y PuO2, pudiendo ser sustituido parcialmente el uranio contenido en U3O8 por plutonio. La naturaleza y proporción de las fases formadas dependen de la temperatura de calcinación y de la atmósfera utilizada.

Después de la operación de calcinación bajo atmósfera oxidante mencionada con anterioridad, se puede llevar a cabo, además, una operación de tratamiento térmico adicional en particular si se desea obtener ya no una mezcla de óxidos sino una solución sólida de óxido de uranio y de plutonio, por ejemplo, de la fórmula Ui-xPuxO2±s (con 0 <x< 1 y 0 < 5 < 0,1). Por lo tanto, esta operación puede consistir en una operación de calcinación realizada en atmósfera reductora. Las condiciones de calcinación (ciclo térmico/atmósfera(s)) se pueden definir en función de si se obtiene o no la solución sólida, pero también de las características finales deseadas para el polvo (superficie específica, tamaño de partícula, densidad del empaque, etc.). Este tratamiento térmico puede disociarse del tratamiento de desaglomerado/conversión o llevarse a cabo de manera sucesiva o en serie.

La etapa de tratamiento térmico d) puede ir precedida de una etapa de trituración del xerogel obtenido para transformarlo en polvo, teniendo lugar así la etapa de tratamiento térmico sobre el polvo resultante de la etapa de trituración.

El polvo obtenido al final del procedimiento de la invención es un polvo a base de óxidos de uranio y de plutonio, lo que significa que puede contener:

- una mezcla de óxido de uranio (por ejemplo, U3O8) y óxido de plutonio (por ejemplo, PuO2); y/o una solución sólida de óxido de uranio y de plutonio de fórmula Ui-xPuxO2±5 con 0 <x< 1 y 0 < 5 < 0,1.

No se excluye que, en la mezcla de óxido de uranio y óxido de plutonio mencionada con anterioridad, parte del uranio del óxido de uranio esté sustituida por plutonio, y viceversa.

El polvo obtenido según el procedimiento de la invención es una composición muy activa, particularmente adecuada para la obtención de un combustible nuclear, y en particular, para la obtención de un combustible nuclear del tipo MOX como se mencionó con anterioridad.

Así, la invención también se refiere a un procedimiento de preparación de un combustible compactado, por ejemplo en forma de pastillas, que comprende:

e) una etapa de implementación del procedimiento de preparación como se definió más arriba;

f) una etapa de compactación de dicho polvo obtenido en e).

Así, el polvo obtenido según el procedimiento de la invención se puede utilizar tal cual, pero no se excluye que, antes de la etapa de compactación, se requiera someterse a operaciones de tratamiento previo, tales como una operación de trituración, granulación, atomización o incluso dilución (por ejemplo, mezclando con un polvo de óxido de uranio).

La etapa de compactación se puede realizar mediante una prensa, que aplicará presión sobre la composición colocada en un molde, cuya forma corresponde a la forma que se desee asignar al combustible, siendo esta forma convencionalmente la que de una pastilla cilíndrica o anular.

Otras características surgirán desde otro ángulo al leer la descripción adicional que sigue, que se refiere a ejemplos de la fabricación de polvos de acuerdo con la invención.

Por supuesto, los ejemplos que siguen se dan únicamente a modo de ilustración del objeto de la invención y no constituyen, en ningún caso, una limitación de este objeto.

Descripción detallada de formas de realización particulares

Ejemplo 1

En este ejemplo, se procede con la preparación de un polvo de acuerdo con el procedimiento de la invención, en donde este polvo consiste en una mezcla de óxido de uranio U3O8 y óxido de plutonio PuO2.

Para ello, en un vaso de precipitados de 250 mL, se preparó una solución con 17 mL de ácido nítrico a 0,5 mol/L, 198,9 mg de plutonio (IV) en forma de nitrato de plutonio (IV), 511,2 mg de nitrato de uranio UO2(NO3)2 (masa molar de 502,73 g/mol), así como 188,8 mg de urea, asegurando la función de agente complejante. A esta solución, se le añadieron 5 mL de ácido acrílico, 500 mg de N,N-metilen-bis(acrilamida). El conjunto se coloca bajo agitación magnética. La solución resultante se llevó a ebullición. En cuanto se alcanzó la ebullición, se añadió una gota de agua oxigenada a la solución, que se volvió gris, y a continuación se añadió una segunda gota de agua oxigenada a la solución, lo que condujo a la formación del gel con el fraguado de la solución. A continuación se retiró el agitador y se calentó el gel en una placa caliente hasta su deshidratación. Tras 45 minutos, se obtuvo un xerogel. A continuación, el xerogel se molió y se trató térmicamente bajo aire reconstituido a 800 °C durante 2 horas. Al final de este tratamiento, se obtuvieron 483 mg de polvo. El análisis de este polvo por difracción de rayos X muestra la presencia de dos fases U3O8/PuO2. Esta mezcla de fases puede utilizarse como precursor para la fabricación de combustible MOX.

Ejemplo 2

En este ejemplo, se procede a la preparación de un polvo de acuerdo con el procedimiento de la invención, en donde este polvo consiste en una solución sólida que comprende una sola fase de la fórmula Uq,55Puq,4502,01.

Para ello, en un vaso de precipitados de 250 mL, se preparó una solución con 17 mL de 0,5 mol/L de ácido nítrico, 198,9 mg de plutonio (IV) en forma de nitrato de plutonio (IV), 511,2 mg de nitrato UO2(NO3)2 (masa molar de 502,73 g/mol), así como 188,8 mg de urea que actúa como complejante. A esta solución, se le añadieron 5 mL de ácido acrílico, 500 mg de N,N-metilen-bis(acrilamida). El conjunto se colocó bajo agitación magnética. La solución resultante se llevó a ebullición. Tan pronto como se alcanzó el punto de ebullición, se agregó una gota de agua oxigenada a la solución, que se volvió gris, luego se agregó una segunda gota de agua oxigenada a la solución que condujo a la formación del gel con solidificación de la solución. Luego se retiró el agitador y el gel se calentó en una placa calefactora hasta que se deshidrató. Después de 45 minutos, se obtuvo un xerogel. A continuación, el xerogel se trituró y luego se trató térmicamente en aire reconstituido a 800 °C durante 2 horas. Al final de este tratamiento, se obtuvieron 483 mg de polvo. A continuación, este polvo se trató térmicamente en argón hidrogenado (5%) a 800 °C. El polvo obtenido se analizó mediante difracción de rayos X en polvo. Solo se destacó una fase, a saber, la fase U0,55Pu0,45O2,01. Este polvo se puede utilizar como precursor para la fabricación de combustible de tipo MOX.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de preparación de un polvo a base de óxidos que comprenden uranio y plutonio, que comprende las siguientes etapas:

a) una etapa de adición de al menos un monómero a una solución acuosa que comprende iones nitrato y que comprende uranio y plutonio, comprendiendo el o los monómeros al menos un grupo etilénico y al menos un grupo polar capaz de formar enlaces hidrógeno;

b) una etapa de obtención de un gel que atrapa dicha solución acuosa por polimerización del monómero o de los monómeros añadidos en a);

c) una etapa de obtención de un xerogel que comprende nitratos de uranio y de plutonio por deshidratación del gel obtenido en b);

d) una etapa de obtención de dicho polvo por tratamiento térmico del xerogel obtenido en c).

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la solución acuosa que comprende iones nitrato y que comprende uranio y plutonio es una solución que comprende uranio en su grado de oxidación VI y plutonio en su grado de oxidación IV.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde la solución acuosa que comprende iones nitrato y que comprende uranio y plutonio es una solución que comprende U+Vl en forma de nitrato de uranilo UO2(NO3)2 y Pu+lV en forma de nitrato de plutonio (IV) Pu(NO3)4.

4. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la solución acuosa que comprende iones nitrato y que comprende uranio y plutonio es una solución nítrica resultante directamente del reprocesamiento de combustible nuclear usado.

5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el o los monómeros añadidos durante la etapa a), comprenden al menos un grupo etilénico y al menos un grupo que comprende uno o más átomos de hidrógeno unidos a átomos más electronegativos que el hidrógeno, tales como átomos de nitrógeno, átomos de oxígeno.

6. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el o los monómeros añadidos durante la etapa a) comprenden al menos un grupo etilénico y al menos un grupo seleccionado de grupos amida, grupos -OH, grupos carboxílicos, grupos carboxilato y/o grupos éster.

7. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el o los monómeros añadidos durante la etapa a) se seleccionan de monómeros acrílicos, monómeros metacrílicos, monómeros de acrilato, monómeros de metacrilato, monómeros de acrilamida, monómeros de bis(acrilamida), monómeros epoxi y mezclas de los mismos.

8. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la adición de la etapa a) consiste en la adición de una mezcla de monómeros.

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en donde la mezcla de monómeros consiste en un monómero que comprende un solo grupo polimerizable, por ejemplo, un monómero acrílico, tal como ácido acrílico y un monómero que comprende dos grupos polimerizables, por ejemplo, un monómero de bis(acrilamida).

10. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se añade a la solución acuosa al menos un agente complejante de uranio y/o de plutonio presentes en dicha solución, siendo dicho o dichos agentes complejantes distintos de uno o más monómeros de la etapa a).

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el o los agentes complejantes se seleccionan de compuestos que comprenden al menos un grupo carboxílico, compuestos que comprenden al menos un grupo amina, compuestos que comprenden al menos un grupo amina y al menos un grupo carboxílico.

12. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la polimerización de la etapa b) se genera por las siguientes vías:

- una vía térmica que consiste en calentar la solución para iniciar la polimerización y, en consecuencia, la gelificación; - una vía que consiste en someter la solución a radiación UV para iniciar también la polimerización;

- una vía que consiste en someter la solución a radiación y para iniciar también la polimerización;

- una vía que consiste en añadir a la solución un iniciador de polimerización como, por ejemplo, agua oxigenada o una mezcla de agua oxigenada/ácido ascórbico; y

- combinaciones de estas vías.

13. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la etapa de tratamiento térmico consiste en una operación de calcinación en una atmósfera oxidante.

14. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la etapa de tratamiento térmico d) está precedida por una etapa de trituración del xerogel obtenido para transformarlo en polvo.

15. Procedimiento de preparación de un combustible compactado que comprende:

e) una etapa de implementación del procedimiento de preparación como se define de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14;

f) una etapa de compactación de dicho polvo obtenido en e).