JP2002536628A

JP2002536628A - （Ｕ，Ｐｕ）Ｏ２混合酸化物核燃料スクラップの乾式リサイクル方法

Info

Publication number: JP2002536628A
Application number: JP2000596572A
Authority: JP
Inventors: アラン・ファンダーヘインスト; ジャン・ヴァン・ヴリエ; エドゥアルト・ペルクマンス
Original assignee: Belgonucleaire SA
Current assignee: Belgonucleaire SA
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2002-10-29
Also published as: US6783706B1; EP1151438B1; DE69928570D1; WO2000045394A1; EP1151438A1; AU2260199A

Abstract

(57)【要約】本発明は、（Ｕ，Ｐｕ）Ｏ_２混合酸化物核燃料スクラップをリサイクルする乾式プロセスのための方法に関し、その方法は、粉末形態のスクラップ、および必要な場合のＰｕＯ_２および／またはＵＯ_２粉末を計量して第１混合する（１）こと、第１混合物を微粉化して（２）強制篩分する（３）こと、篩分した第１混合物、ＵＯ_２粉末および必要な場合の粉末形態のスクラップを更に計量して第２混合する（４）こと、第２混合物をペレット化する（６）こと、ならびに得られたペレットを焼結する（７）ことを含む（Ｕ，Ｐｕ）Ｏ_２混合酸化物燃料ペレットを製造する方法、ならびに粉末スクラップをペレット化して（２０）焼結して（２１）スクラップペレットを形成すること、およびスクラップペレットを微粉化して（２３）、粉末形態のスクラップとして第１混合および／または第２混合（４）に混合できるスクラップ粉末を形成することを含むスクラップを前処理する方法を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、（Ｕ，Ｐｕ）Ｏ_２混合酸化物核燃料スクラップを乾式リサイクルす
る方法（またはプロセス）に関する。

【０００２】ウラニウムおよびプルトニウム酸化物を基剤とする、軽水炉要燃料、一般的に
ＭＯＸ燃料と呼ばれるものを製造することは、使用済み燃料の再処理の間に回収
されるプルトニウムをリサイクルするという要望に関連して種々の開発の対象で
あった。

【０００３】ＭＯＸ燃料の製造及び軽水炉内での照射は、プルトニウムが民需由来のものか
軍需由来のものかを問わず、核分裂生成物から分離された形態で存在するプルト
ニウムの拡散に対する、合理的抵抗機能を与えると現在では考えられている。

【０００４】ＭＯＸ燃料を製造する多くの方法は、この２０年の間に開発され、あるものに
ついては、良く混じった混合物とするためにＰｕＯ_２およびＵＯ_２粉末を完全に
摩砕（または粉砕）することを必要とし、また、別のあるものについては、これ
らの粉末の一部分のみを粉砕することに限っている。

【０００５】本発明の出願人が開発したＭＩＭＡＳ（MIcronization and MASter blend：微粉
化及びマスター・ブレンドの略語である、図1参照)法は、最終混合物の一部のみ
を粉砕により微粉化し、同位体均質化を実現するため、および自由流動ＵＯ_２フ
ィードの性質を有効利用するため、２つの連続する混合工程を用いている。第２
混合工程に流動性ＵＯ_２粉末を使用し、かつ、粉砕を第1混合工程だけに限定す
ることにより、製造を（例えば、混合酸化物混合物の予備圧縮／造粒もしくは回
転楕円体化工程を省くことにより）単純化し、また、（ＭＯＸ燃料とＵＯ_２燃料
の挙動の類似性のため）工業化開始時に、使用者によるＭＯＸ燃料の認定、及び
原子力安全政府機関による認可手続きが著しく簡素化される。

【０００６】軽水炉用に混合酸化物燃料が製造されているが、製造方法の開発期間中に大量
のスクラップが発生し、また通常の生産期間中も発生を続ける。これらスクラッ
プの量は、当該プロセスそれ自体、燃料消費者の仕様、製品の追跡可能性（バッ
チ製造）、およびサンプル採取による品質検査に関係して来る。

【０００７】湿式による混合酸化物スクラップの処理方法は既知のものである。これらの方
法は種々の相当な欠点を有する。一方では、相当量の液体廃棄物を発生し、臨界
の危険性を増大させる。他方、湿式処理プラントがスクラップ発生個所と同じ場
所に位置しない多くの場合では、追加の容器梱包を必要とし、輸送頻度が上がる
。

【０００８】従って、燃料の製造に際して、この種のスクラップについては、発生個所にお
いて直接乾式リサイクルを行い燃料に加工できる必要がある。

【０００９】更に、特別の予防措置を施すことなくスクラップを乾式リサイクルすると、ペ
レット製造中に製品欠陥をもたらすことが経験されている。すなわち、製品の物
理的特性が過剰に変わり易いこと、（例えば研削粉末の直接リサイクルに関連す
る）差別的収縮（differential shrinkage）という欠陥、揮発性不純物によって
生じる気泡性欠陥、等が生じる。一般的に、制御された仕様に基づく製品の製造
には、原料物質の性質を制御することが含まれている。

【００１０】上述のような問題点を解決するために、本発明のリサイクル方法（またはプロ
セス）は、（Ｕ，Ｐｕ）Ｏ_２混合酸化物燃料ペレットを製造する方法（またはプ
ロセス）およびスクラップを前処理する方法（またはプロセス）を含んで成り、（Ｕ，Ｐｕ）Ｏ_２混合酸化物燃料ペレットを製造する方法（またはプロセス）
は、粉末形態のスクラップ、および必要な場合のＰｕＯ_２および／またはＵＯ_２粉
末をディスペンス（または計量供給）して第１混合（または配合）すること、第１混合物を微粉化（または微粉砕）して強制（または外力によって）篩分す
ること、第１篩分した第１混合物、ＵＯ_２粉末および必要な場合の粉末形態のスクラッ
プを更にディスペンス（または計量供給）して第２混合（または配合）すること
、第２混合物をペレット化（またはペレット成形）すること、および得られたペレットを焼結することを含み、スクラップを前処理する方法（またはプロセス）は、粉末スクラップをペレット化および焼結してスクラップペレットを形成するこ
と、およびスクラップペレットを微粉化して、粉末形態のスクラップとして第１混合物お
よび／または第２混合物に組み込む（または混合する）ことができるスクラップ
粉末を形成することを含む。

【００１１】このようにして、ＭＯＸ燃料の製造のスクラップを乾式リサイクルする方法（
またはプロセス）が確立され、この方法は、スクラップ全量を処理できる。また
、この方法は、製造時の数量減（shortage）または使用の中断のためにスクラッ
プとなった（Ｕ，Ｐｕ）Ｏ_２混合酸化物燃料をリサイクルするために使用できる
。

【００１２】本発明の１つの態様では、未焼結粉末（例えば、ペレット形成の最終バッチで
残った粉末）および／または燃料ペレットの粉砕から生じる粉末を、上述のペレ
ット化および焼結前処理の粉末スクラップとして用いる。

【００１３】本発明の１つの有利な態様では、ペレットの純製造量に関して、４０質量％ま
でのスクラップを、燃料ペレットを製造する上述の方法に組み合わせる（または
混ぜる）。

【００１４】本発明の他の詳細および特別な特徴は、添付図面を参照して、以下の限定的で
ない例を示す本発明の方法の説明および添付の請求の範囲から明らかになるであ
ろう。

【００１５】種々の図面において、同じ参照番号は、同じまたは類似の要素を示す。

【００１６】上述の欠点を除去するために、（Ｕ，Ｐｕ）Ｏ_２混合酸化物スクラップを乾式
リサイクルする本発明の方法は、（Ｕ，Ｐｕ）Ｏ_２混合酸化物燃料ペレットを製
造する方法に基づく、即ち、一般的に以下の要素よりなっている（図１および図
２）：粉末形態のスクラップ、ならびに必要な場合のＰｕＯ_２および／またはＵＯ_２粉末をディスペンスして第１混合すること（工程１）、この第１混合物を、特に粉砕（またはミル、milling）によって、微粉化して
（工程２）、そのプロダクトを、例えば２５０μｍメッシュの篩で、強制的に篩
分すること（工程３）、篩分した第１混合物、ＵＯ_２粉末および必要な場合の粉末形態のスクラップを
更にディスペンスして第２混合すること（工程４）、第２混合物を均質化すること（工程５）ならびに潤滑剤および／または気孔調
整剤（porosity control agent）を添加すること、ならびに圧縮機（ペレット成型機）を使用してこの第２混合物を圧縮してペレット成形
すること（工程６）、ならびに、得られたペレットを、好ましくは加湿されたアルゴンおよび水素雰囲気下で、
焼結すること（工程７）。

【００１７】混合酸化物燃料ペレットを製造するこの方法は、通常、そのようにして得られ
たペレットについて、次のような工程を更に有してよい：乾式研削すること（工程８）、外観別に分類（ソーティング）すること（工程９）、所定の長さまで積み重ねること（工程１０）、ペレットをクラッド（または被覆管）に装填して、燃料ロッドの構造でクラッ
ドを溶接すること（工程１１）、ロッドを加圧すること、ロッドを非破壊検査すること（工程１２）、およびロッドを組み立てる（または集合体とする）こと（工程１３）。

【００１８】本発明では、上記リサイクル方法は、スクラップの前処理方法（またはプロセ
ス）を更に含み、特に、次の工程を含む：粉末スクラップ、特に、混合酸化物燃料ペレットの上述の製造方法から生じる
ものを、ペレット化して（工程２０）焼結して（工程２１）スクラップペレット
を形成すること、およびスクラップペレットを微粉化して（工程２３）、粉末形態のスクラップとして
（工程１および／または工程４の）第１混合物および／または第２混合物に混合
できる（または組み合わせることができる）スクラップ粉末を形成すること。

【００１９】上述のリサイクル方法は、（ａ）通常、最終の混合物の流動性を改善し、また
、ペレット成型機の金型への充填を促進することを意図する事前圧縮／造粒（ま
たは回転楕円体化）工程を含まないことに留意すべきである。その理由は、本発
明の方法の工程の選択、および工程の対象とされる製品の生ずる順番に鑑み、そ
のような工程は本発明には余分なものであるからである。

【００２０】上述のペレット製造方法の、制限的なものではない幾つかの要因を，例として
、以下に挙げる：連続操業ではなく、バッチあるいはキャンペーンによる操業、第1混合物のプルトニウム含有量：２０〜４０％、数量６０ｋｇで実際最低時間５時間の粉砕、ＡＤＵ又はＡＵＣ（当業者に知られている）で得られるＵＯ_２粉末の使用、０．２〜０．５％のステアリン酸亜鉛及び０〜１％のＡＺＢ気孔形成剤（pore
forming agent）（当業者に知られている）の添加、４００〜６００ＭＰａの圧力での圧縮、Ｈ_２／Ｈ_２Ｏ比２０〜３０で、５％の水素を含むアルゴン雰囲気中、１６５０
〜１７６０℃の温度で少なくとも４時間の焼結、及び乾式センターレス研削。

【００２１】これらの製造操作の間、スクラップが生じ得、製造プロセス自体において、純
製造量の１０〜２０％までのスクラップが生じ得る。この範囲は、幾つかの重要
な要因に依存する。例えば、プロセスのユーザーまたはそのクライアントの特定
の特別な仕様（例えば目視による欠陥仕様）、製造キャンペーンの大きさ等であ
る。

【００２２】スクラップペレットの粉砕に必要な時間を短縮するために、方法は、スクラッ
プペレットを予備粉砕（precrush）すること（工程２２）を更に含んでよい。

【００２３】限定的なものではないが、スクラップとなった未焼結粉末および／または燃料
ペレットの研削（工程８）から生じる粉末を、前処理方法（またはプロセス）の
上述のペレット化および焼結（工程２０および２１）の粉末スクラップとして使
用することができる。

【００２４】工場や土地への投資を削減する目的で、上述の一般的な燃料ペレット製造装置
、即ち、ミル、圧縮プレス、焼結炉等を、リサイクルを考慮したスクラップの乾
式製造工程（工程２０〜２３）に使用することができる。リサイクルのために調
整する要因（またはパラメーター）は、燃料ペレットの実際の製造の場合と同じ
であっても、あるいは異なってもよい。バッチまたはキャンペーンで方法を実施
するので、実際のペレットの製造操作の間にリサイクル操作を挿入することがで
きる。

【００２５】プロセスまたは移送操作の間に生じるＰｕＯ_２およびＵＯ_２酸化物ダストなら
びにスクラップダストに関して、清掃可能フィルターによってこれらを回収して
、ペレット化および焼結工程（工程２０および２１）にてスクラップダストにリ
サイクルすることができる。

【００２６】有利には、燃料ペレットの純製造量に関して、４０％までの（工程２０〜２３
による）前処理スクラップを上述の燃料ペレットの製造方法に組み込む（または
混合する）ことができる。

【００２７】実際の製造とのバランスにおいて、製造において生じるスクラップを、ペレッ
トの純製造量の２０〜２５％までリサイクルできることが、出願人には経験的に
わかっている。

【００２８】特に、燃料ペレットを製造する上述の方法からのスクラップの（ＰｕＯ_２で表
して）９９．５％の割合を乾式リサイクルする。

【００２９】本発明の方法において大きな割合のスクラップをリサイクルできる能力は、異
常な割合のスクラップ、なかんずく、工程の認定試験中、生産事故中等に、発生
するスクラップをリサイクルできる利点にも変わり得る。

【００３０】スクラップが参照したＭＯＸペレット製造プロセス（ＭＩＭＡＳプロセス）か
ら生じようと、あるいは別のプロセスから生じようと、本発明に基づいて前処理
したスクラップの１００％までを該第１混合物に混合することが可能である。

【００３１】上述の第１混合物の微粉化（工程２）および／または上記スクラップペレット
の微粉化（工程２３）に、ボールミルを使用するのが好ましい。

【００３２】ＰｕＯ_２酸化物およびＵＯ_２酸化物の相互拡散を向上させるために、焼結（工
程７、２１）の間、酸素分圧Ｐ_Ｏ２を、好ましくは加湿によって、調節すること
ができる。

【００３３】当該技術分野において生じるスクラップの主な種類を、例によって、以下にま
とめる：

【００３４】

【表１】

【００３５】ペレットの粉砕（ステップ２２、オプション）および微粉化（ステップ２３）
の工程は、スクラップ化ペレットのリサイクルのためにも有用なものとなり得る
。例えば、分級（ステップ９）に際して、またスクラップ粉末均質化のバッチサ
イズを大きくするため、およびリサイクル前に特性を把握するために利用できる
。

【００３６】本発明は、上述の態様に限られず、特許請求の範囲の請求項の範囲から逸脱す
ることなく、多くの修正を実施できることが理解されよう。

【００３７】分析室硝酸溶液の場合、上述のスクラップに関して、乾式リサイクルの前に、
析出および焼成を用いることが可能である。

【００３８】異常に過剰の揮発性化学不純物を含むスクラップに関して、例えば水性相にお
ける化学的前処理を、用いることが可能である。

【００３９】また、本発明のスクラップをリサイクルする方法は、異なるプロセスによって
生成している可能性が大きい（同じプロセスの場合も含む）（Ｕ，Ｐｕ）Ｏ_２混
合酸化物核燃料の未照射ペレット（例えば未照射混合酸化物燃料のスクラップか
ら生じ、進歩した原子炉または実験原子炉用に意図されているもの）を、原料物
質として、リサイクルするために、有用であることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、ＭＩＭＡＳプロセスに基づいて混合酸化物燃料を製造す
る工程を模式的に示す。

【図２】図２は、本発明に基づいて混合酸化物燃料を製造する工程および
乾式リサイクルする工程を模式的に示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者エドゥアルト・ペルクマンスベルギー、ベー−2460カステルレー、テルロ24番

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料の製造から、または使用の中断もしくは数量減の結果と
しての燃料のスクラップ化から生じる（Ｕ，Ｐｕ）Ｏ_２混合酸化物核燃料スクラ
ップの乾式リサイクル方法であって、粉末形態のスクラップ、および必要な場合のＰｕＯ_２および／またはＵＯ_２粉
末をディスペンスして第１混合する（１）こと、この第１混合物を微粉化して（２）強制篩分する（３）こと、篩分した第１混合物、ＵＯ_２粉末および必要な場合の粉末形態のスクラップを
更にディスペンスして第２混合する（４）こと、この第２混合物をペレット化する（６）こと、ならびに得られたペレットを焼結する（７）ことを含む（Ｕ，Ｐｕ）Ｏ_２混合酸化物燃料ペレットを製造する方法、ならびに粉末スクラップをペレット化して（２０）焼結して（２１）スクラップペレッ
トを形成すること、およびスクラップペレットを微粉化して（２３）、粉末形態のスクラップとして第１
混合および／または第２混合（４）に混合できるスクラップ粉末を形成すること
を含むスクラップを前処理する方法を含んで成る乾式リサイクル方法。
【請求項２】スクラップペレットを、微粉化の前に、粉砕する（２２）こ
とを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】スクラップ化未焼結粉末および／または燃料ペレットの研削
（８）から生じる粉末を、前処理の上記ペレット化（２０）および焼結（２１）
用の粉末スクラップとして使用する請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】別の製造方法で製造されてスクラップ化された未照射（Ｕ，
Ｐｕ）Ｏ_２混合酸化物核燃料ペレットが、それをリサイクルする目的で上記スク
ラップペレットとして同じ前処理方法に付される請求項１〜３のいずれかに記載
の方法。
【請求項５】純製造量基準で、４０％までのスクラップを上記燃料ペレッ
トの製造方法に混合する請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】１００％までのスクラップを該第１混合物（１）に組み込む
請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項７】燃料ペレットを製造する上記方法からのスクラップの、Ｐｕ
Ｏ_２で表現して、９９．５％の割合を乾式リサイクルする請求項１〜３のいずれ
かに記載の方法。
【請求項８】ボールミルによる粉砕プロセスを使用して第１混合物および
／またはスクラップペレットを微粉化する（２、２３）請求項１〜７のいずれか
に記載の方法。
【請求項９】ペレット化（６および２０）の前に、潤滑剤、好ましくはス
テアリン酸亜鉛を加える請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】スクラップを含む燃料ペレットおよび／またはスクラップ
ペレットを、アルゴンおよび水素雰囲気下で、好ましくは１６７０℃〜１７６０
℃の間の温度で、焼結する（７、２１）請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】焼結（７、２１）の間、酸素の分圧Ｐ_Ｏ２を、好ましくは
給湿によって、調節してＰｕＯ_２酸化物およびＵＯ_２酸化物の相互拡散を向上さ
せる請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】この方法または輸送操作の間、清掃可能フィルター手段に
よってスクラップならびに／またはＰｕＯ_２およびＵＯ_２酸化物粉末を回収し、
これをペレット化（２０）および焼結（２１）工程にてスクラップペレットにリ
サイクルする請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。