JP2006199547A - Method and apparatus for producing ammonium diuranate particle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、重ウラン酸アンモニウム粒子の製造方法および製造装置に関し、さらに詳しくは、変形などのない重ウラン酸アンモニウム粒子を製造することのできる、高温ガス炉用燃料の燃料核の製造に有用な重ウラン酸アンモニウム粒子の製造方法および製造装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for producing ammonium heavy uranate particles, and more particularly, useful for producing a fuel core of a HTGR fuel capable of producing ammonium heavy uranate particles without deformation. The present invention relates to a method and an apparatus for producing ammonium biuranate particles.
高温ガス炉の燃料を投入する炉心は、熱容量が大きく、高温健全性に優れた黒鉛により形成されている。この高温ガス炉においては、冷却ガスとして、高温下でも化学反応を起こすことがなく、安全性の高いヘリウムガス等の気体が用いられているので、出口温度が高い場合でも冷却ガスを安全に取り出すことができる。したがって、炉心の温度が約900℃程度まで上昇したとしても、高温に加熱された前記冷却ガスは、発電はもとより、水素製造装置、その他の化学プラントなど、幅広い分野において、安全な熱利用を可能としている。 The core into which the fuel of the high-temperature gas reactor is charged is formed of graphite having a large heat capacity and excellent high-temperature soundness. In this high-temperature gas furnace, a gas such as helium gas that does not cause a chemical reaction even at a high temperature and has high safety is used as a cooling gas, so that the cooling gas can be safely taken out even when the outlet temperature is high. be able to. Therefore, even if the temperature of the core rises to about 900 ° C, the cooling gas heated to a high temperature can be used safely in a wide range of fields, including power generation, hydrogen production equipment, and other chemical plants. It is said.
また、この高温ガス炉に投入される高温ガス炉用燃料は、一般的に、燃料核とこの燃料核の周囲を被覆する被覆層とを備えて成る。燃料核は、例えば、二酸化ウランをセラミックス状に焼結して成る直径約350〜650μmの微小粒子である。 Moreover, the fuel for a high temperature gas reactor to be charged into the high temperature gas reactor generally includes a fuel core and a coating layer that covers the periphery of the fuel core. The fuel core is, for example, fine particles having a diameter of about 350 to 650 μm formed by sintering uranium dioxide into a ceramic form.
前記被覆層は、4層構造をなし、燃料核表面側より、第一層、第二層、第三層および第四層を有している。第一層は、密度約1g/cm3の低密度熱分解炭素により形成され、ガス状の核分裂生成物(FP)のガス溜めとしての機能を有すると共に、燃料核のスウェリングを吸収するバッファとしての機能をも有している。第二層は、密度約1.8g/cm3の高密度熱分解炭素により形成され、ガス状FPの保持機能を有している。第三層は、密度約3.2g/cm3の炭化珪素(SiC)により形成され、固体FPの保持機能を有し、被覆層の主要な強度部材である。また、第四層は、密度約1.8g/cm3の高密度熱分解炭素により形成され、ガス状FPの保持機能を有すると共に、第三層の保護層としての機能をも有している。これら被覆層を形成する被覆粒子の直径は、通常は、約500〜1000μmである。 The coating layer has a four-layer structure, and has a first layer, a second layer, a third layer, and a fourth layer from the fuel core surface side. The first layer is formed of low-density pyrolytic carbon having a density of about 1 g / cm 3 , functions as a gas reservoir for gaseous fission products (FP), and serves as a buffer for absorbing fuel nuclear swelling. It also has the function of The second layer is formed of high-density pyrolytic carbon having a density of about 1.8 g / cm 3 and has a function of holding a gaseous FP. The third layer is formed of silicon carbide (SiC) having a density of about 3.2 g / cm 3 , has a function of holding a solid FP, and is a main strength member of the coating layer. The fourth layer is formed of high-density pyrolytic carbon having a density of about 1.8 g / cm 3 and has a function of holding a gaseous FP and also a function of a protective layer of the third layer. . The diameter of the coated particles forming these coating layers is usually about 500 to 1000 μm.
前記4層の被覆層により被覆された燃料核(被覆燃料粒子)は、黒鉛マトリックス中に分散され、一定形状の燃料コンパクトの形態に成型加工され、さらにこの燃料コンパクトは、黒鉛により形成された筒に一定数量入れられ、上下に栓をして、燃料棒の形態とされる。最終的には、この燃料棒は、六角柱型黒鉛ブロックが有する複数の挿入口に入れられ、この六角柱型黒鉛ブロックを多数個、ハニカム状に配列し、複数段重ねることによって炉心が形成される。 The fuel nuclei (coated fuel particles) covered with the four coating layers are dispersed in a graphite matrix and molded into a fixed fuel compact shape. The fuel compact is a cylinder made of graphite. A certain amount is put into the tank and plugged up and down to form a fuel rod. Ultimately, this fuel rod is inserted into a plurality of insertion holes of the hexagonal column type graphite block, and a core is formed by arranging a plurality of the hexagonal column type graphite blocks in a honeycomb shape and stacking a plurality of stages. The
このような高温ガス炉用燃料は、一般的に、以下のような工程を経ることによって製造することができる。まず、酸化ウラン粉末を硝酸に溶解して硝酸ウラニル溶液を調製する。次いで、この硝酸ウラニル溶液に純水および増粘剤を加えて攪拌混合して重ウラン酸アンモニウム粒子の製造用原液を調製する。増粘剤は、後記のアンモニア水溶液中に滴下される原液である硝酸ウラニルの液滴が、落下中に自身の表面張力により真球状になるように添加される物質である。 Such a HTGR fuel can generally be manufactured through the following steps. First, a uranium nitrate solution is prepared by dissolving uranium oxide powder in nitric acid. Next, pure water and a thickening agent are added to this uranyl nitrate solution and mixed with stirring to prepare a stock solution for producing ammonium biuranate particles. A thickener is a substance added so that droplets of uranyl nitrate, which is a stock solution dropped in an aqueous ammonia solution described later, become spherical due to its surface tension during dropping.
前記増粘剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、アルカリ条件下で凝固する性質を有する樹脂、ポリエチレングリコール、メトローズなどを挙げることができる。このようにして調製された原液は、所定の温度に冷却され、粘度が調整された滴下原液とされた後、原液滴下器が有する細径の原液滴下ノズルから、このノズルを振動させることによってアンモニア水溶液貯槽内のアンモニア水溶液中に滴下される。 Examples of the thickener include polyvinyl alcohol, tetrahydrofurfuryl alcohol, a resin having a property of solidifying under alkaline conditions, polyethylene glycol, and metroses. The stock solution prepared in this manner is cooled to a predetermined temperature to obtain a drop stock solution whose viscosity is adjusted, and then ammonia is produced by vibrating the nozzle from a small-sized stock droplet lower nozzle of the stock droplet lowering device. It is dripped in the aqueous ammonia solution in the aqueous solution storage tank.
アンモニア水溶液中に滴下される液滴には、アンモニア水溶液表面に達するまでの空間において、アンモニアガスが吹きかけられる。このアンモニアガスによって液滴表面がゲル化して被膜が形成されるので、ゲル被膜が形成された液滴粒子は、アンモニア水溶液表面に落下する際の衝撃による変形が防止され、アンモニア水溶液貯槽内のアンモニアと反応して重ウラン酸アンモニウム粒子が形成される。形成された重ウラン酸アンモニウム粒子が、アンモニア水溶液貯槽内の下部に堆積していく。形成された重ウラン酸アンモニウム粒子が堆積した状態のままにしておくと、重ウラン酸アンモニウム粒子の堆積における上部に位置する重ウラン酸アンモニウム粒子の荷重により下の重ウラン酸アンモニウム粒子が変形してしまう。そこで、重ウラン酸アンモニウム粒子の堆積により下部に位置する重ウラン酸アンモニウム粒子に変形が生じないように、換言すると重ウラン酸アンモニウム粒子が堆積したままにならないように、アンモニア水溶液貯槽内のアンモニア水溶液においては、アンモニア水溶液貯槽の下側から上側に向かう液流が形成されている。 The droplets dropped into the aqueous ammonia solution are sprayed with ammonia gas in the space up to the surface of the aqueous ammonia solution. Since the surface of the droplet gels by this ammonia gas and a film is formed, the droplet particles on which the gel film is formed are prevented from being deformed by impact when falling onto the surface of the aqueous ammonia solution, and the ammonia in the aqueous ammonia solution storage tank To form ammonium deuterated uranate particles. The formed ammonium heavy uranate particles are deposited in the lower part of the ammonia aqueous solution storage tank. If the formed ammonium heavy uranate particles are left in the deposited state, the lower ammonium heavy uranate particles are deformed by the load of the ammonium heavy uranate particles located in the upper part of the deposition of ammonium heavy uranate particles. End up. Therefore, the aqueous ammonia solution in the aqueous ammonia solution storage tank is so formed that the ammonium heavy uranate particles are not deformed by the deposition of ammonium heavy uranate particles, in other words, the ammonium heavy uranate particles do not remain deposited. , A liquid flow is formed from the lower side to the upper side of the ammonia aqueous solution storage tank.
アンモニア水溶液貯槽において形成された重ウラン酸アンモニウム粒子は、アンモニア水溶液貯槽に続設された後処理装置に移送される。この重ウラン酸アンモニウム粒子の後処理装置への移送は、通常は、アンモニア水溶液貯槽と後処理装置とを繋ぐ配管の弁を開放し、自重によりアンモニア水溶液と共に落下させることによって行われる。この後処理装置は、後処理槽を回転させながら、加熱により粒子の中心まで完全に硝酸ウラニルとアンモニアとを反応させて重ウラン酸アンモニウムを生成させる処理(熟成処理)、温水などにより重ウラン酸アンモニウム粒子を洗浄する処理(洗浄処理)および乾燥する処理(乾燥処理)を施す装置である。 The ammonium heavy uranate particles formed in the ammonia aqueous solution storage tank are transferred to a post-treatment device that is connected to the ammonia aqueous solution storage tank. The transfer of the heavy ammonium uranate particles to the post-treatment device is normally performed by opening a valve of a pipe connecting the ammonia aqueous solution storage tank and the post-treatment device and dropping it together with the aqueous ammonia solution by its own weight. In this post-treatment device, while rotating the post-treatment tank, by heating, the uranyl nitrate and ammonia are completely reacted to the center of the particles to produce ammonium heavy uranate (ripening treatment), heavy uranic acid with hot water, etc. It is an apparatus that performs a process for cleaning ammonium particles (cleaning process) and a process for drying (drying process).
熟成、洗浄および乾燥処理された重ウラン酸アンモニウム粒子は、大気中で焙焼され、三酸化ウラン粒子となる。さらに、この三酸化ウラン粒子は、還元および焼結することにより、高密度のセラミックス状の二酸化ウラン粒子となる。このようにして形成された二酸化ウラン粒子は分級され、所定の粒子径を有する燃料核粒子として得られる。 Aged, washed and dried ammonium heavy uranate particles are roasted in air to form uranium trioxide particles. Further, the uranium trioxide particles are reduced and sintered to become high-density ceramic-like uranium dioxide particles. The uranium dioxide particles thus formed are classified and obtained as fuel core particles having a predetermined particle size.
このようにして得られた燃料核微粒子は、流動床に装荷され、被覆用ガスを熱分解することによって被覆が施される。例えば、前記第一層は、約1400℃でアセチレンを熱分解することによって形成することができ、前記第二層および第四層は、約1400℃でプロピレンを熱分解することによって形成することができる。また、例えば、前記第三層は、約1600℃でメチルトリクロロシランを熱分解することによって形成することができる。通常の燃料コンパクトは、被覆燃料粒子を黒鉛粉末および粘結剤などから成る黒鉛マトリックス材と共に中空円筒状または中密円筒状にプレス成型またはモールド成型した後、焼成して製造することができる。(非特許文献1および2参照)。
ところで、このような高温ガス炉用燃料の製造工程のうち、硝酸ウラニルと増粘剤とを含有する原液を、アンモニア水溶液中に滴下させて重ウラン酸アンモニウム粒子を製造する工程においては、従来、図2に示すような重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置が採用され、バッチ方式による重ウラン酸アンモニウム粒子の製造方法が主流とされていた。 By the way, in the manufacturing process of such a high temperature gas reactor fuel, in the process of manufacturing ammonium heavy uranate particles by dripping a stock solution containing uranyl nitrate and a thickener into an aqueous ammonia solution, An apparatus for producing ammonium heavy uranate particles as shown in FIG. 2 has been adopted, and a production method of ammonium heavy uranate particles by a batch method has been mainstream.
前記従来の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置1は、硝酸ウラニルと増粘剤とを含有する原液2を貯留する原液貯槽3、前記原液2をアンモニア水溶液9に滴下させる原液滴下ノズル6を有する原液滴下器7へ移送する原液移送配管5およびアンモニア水溶液9を貯留するアンモニア水溶液貯槽10を有して形成されている。4は原液送液ポンプを、8は滴下ノズル6から滴下される滴下原液を、11は重ウラン酸アンモニウム粒子を表す。
The conventional apparatus 1 for producing ammonium heavy uranate particles includes a
前記重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置1によって重ウラン酸アンモニウム粒子を製造するには、まず、酸化ウラン粉末を硝酸に溶解して硝酸ウラニル溶液が調製される。次いで、この硝酸ウラニル溶液に純水および増粘剤を加えて攪拌混合して原液2が調製される。調製された原液2は、原液送液ポンプ4を介して原液移送配管5により原液滴下器7へ移送される。続いて、原液滴下器7へ移送された原液2は、原液滴下ノズル6から滴下され、滴下原液8となってアンモニア水溶液9に滴下される。アンモニア水溶液9中に滴下される滴下液滴8には、アンモニア水溶液9表面に達するまでの空間において、アンモニアガスが吹きかけられる。このようにして、アンモニア水溶液貯槽10中で硝酸ウラニルとアンモニアとが反応し、重ウラン酸アンモニウム粒子11が形成される。
In order to produce ammonium heavy uranate particles by the production apparatus 1 for ammonium heavy uranate particles, first, a uranium nitrate solution is prepared by dissolving uranium oxide powder in nitric acid. Subsequently, pure water and a thickener are added to this uranyl nitrate solution and mixed by stirring to prepare a
しかしながら、このようなバッチ方式による重ウラン酸アンモニウム粒子の製造にあっては、前回のバッチ製造において用いた原液2が、原液移送配管5中に残存しており(図2に太線で表示している。以下、原液移送配管中に残存している原液を「残存原液」ということがある。)、原液の滴下開始に当って、この残存原液を原液滴下ノズル6からアンモニア水溶液9に滴下せざるを得なかった。つまり、新たなバッチ製造に用いる原液2を原液移送配管5により原液滴下器7へ移送しようとすると、その新たな原液2の移送によって、前記残存原液が原液滴下時に押し出されて、その残存原液が原液滴下ノズル6からアンモニア水溶液9に滴下することとなるのである。
However, in the production of ammonium heavy uranate particles by such a batch method, the
前記残存原液は、通常、5〜15℃に原液貯槽3内で温度制御された新たな原液2とは性質または性状を異にする。このため、残存原液をアンモニア水溶液9に滴下した際に形成される重ウラン酸アンモニウム粒子11は変形を生じやすく、重ウラン酸アンモニウム粒子11を熟成、洗浄、乾燥、焙焼、還元および焼結の各工程を経て製造される二酸化ウラン粒子の真球度、外径、内部組織などのスペックを充足することができないという問題があり、製造される二酸化ウラン粒子の歩留まりの低下に繋がるものである。前記問題は、前記残存原液の温度が室温となり、新たな原液2の温度よりも高くなり、原液の粘度が低下することに起因するものと推測される。
The remaining stock solution usually has different properties or properties from the
この発明は、このような従来の問題を解消し、変形などのない重ウラン酸アンモニウム粒子を製造することのできる、高温ガス炉用燃料の燃料核の製造に有用な重ウラン酸アンモニウム粒子の製造方法および製造装置を提供することをその課題とする。 This invention eliminates such conventional problems, and can produce ammonium heavy uranate particles that are free from deformation, and can be used to produce fuel nuclei for HTGR fuel. It is an object of the present invention to provide a method and a manufacturing apparatus.
本発明者は、前記課題を解決するために、前回のバッチ製造工程において原液移送配管中に残存した原液について種々検討した結果、この残存原液を冷却して用いることによって、前記課題が解決できるということを見出し、この知見に基づいてこの発明を完成するに到った。 As a result of various studies on the stock solution remaining in the stock solution transfer pipe in the previous batch manufacturing process in order to solve the above problem, the present inventor said that the above problem can be solved by cooling and using this remaining stock solution. As a result, the present invention has been completed based on this finding.
すなわち、この発明の前記課題を解決するための第1の手段は、
(1)硝酸ウラニルと増粘剤とを含有する原液を、アンモニア水溶液に滴下させて製造するバッチ方式の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造方法であって、前回のバッチ製造において前記原液をアンモニア水溶液に滴下させるために配置された原液移送配管中に残存した前記原液を冷却処理することを特徴とする重ウラン酸アンモニウム粒子の製造方法
である。
That is, the first means for solving the problems of the present invention is as follows:
(1) A batch-type production method of ammonium heavy uranate particles in which a stock solution containing uranyl nitrate and a thickener is dropped into an aqueous ammonia solution, and the stock solution is converted into an aqueous ammonia solution in the previous batch production. A method for producing ammonium heavy uranate particles, comprising cooling the stock solution remaining in a stock solution transfer pipe arranged for dripping.
この発明の前記第1の手段における好ましい態様としては、
前記原液移送配管中に残存した前記原液と前記アンモニア水溶液から揮散するアンモニア蒸気との接触を防止する手段を有する重ウラン酸アンモニウム粒子の製造方法
を挙げることができる。
As a preferable aspect in the first means of the present invention,
A method for producing ammonium biuranate particles having means for preventing contact between the stock solution remaining in the stock solution transfer pipe and ammonia vapor volatilized from the aqueous ammonia solution can be given.
また、この発明の前記課題を解決するための第2の手段は、
(2)硝酸ウラニルと増粘剤とを硝酸ウラニルを含有する原液を貯留する原液貯槽、前記原液を原液滴下器へ移送する原液移送配管、前記原液をアンモニア水溶液に滴下させる原液滴下器およびアンモニア水溶液を貯留するアンモニア水溶液貯槽をその順に配置したバッチ方式の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置であって、前記原液移送配管に、前回のバッチ製造において前記原液移送配管中に残存した前記原液を冷却する手段を有して成ることを特徴とする重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置
である。
The second means for solving the above-mentioned problem of the present invention is as follows:
(2) A stock solution storage tank for storing a stock solution containing uranyl nitrate and uranyl nitrate and a thickener; a stock solution transfer pipe for transporting the stock solution to a stock drop lower device; Is a batch-type ammonium heavy uranate particle storage device in which ammonia aqueous solution storage tanks are arranged in that order, and the stock solution remaining in the stock solution transfer pipe in the previous batch production is cooled to the stock solution transfer pipe. An apparatus for producing ammonium deuterated uranate particles, characterized by comprising means.
この発明の前記第2の手段における好ましい態様としては、
前記原液滴下器と前記アンモニア水溶液貯槽との間に、前記原液移送配管中に残存した前記原液と前記アンモニア水溶液から揮散するアンモニア蒸気との接触を防止する仕切板を設置して成る重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置
を挙げることができる。
As a preferable aspect in the second means of the present invention,
Ammonium deuterated uranate comprising a partition plate between the raw droplet lowering device and the aqueous ammonia solution storage tank for preventing contact between the undiluted solution remaining in the undiluted solution transfer pipe and ammonia vapor volatilized from the aqueous ammonia solution. Mention may be made of an apparatus for producing particles.
この発明によれば、前回のバッチ製造工程において原液移送配管中に残存した、温度制御されていない硝酸ウラニルを含有する原液を、冷却処理して新たなバッチ製造に用いる原液とした後、アンモニア水溶液に滴下させて製造するバッチ方式の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造方法および製造装置が提供され、この製造方法および製造装置によって重ウラン酸アンモニウム粒子を製造すると、この重ウラン酸アンモニウム粒子の熟成、洗浄、乾燥、焙焼、還元および焼結の各工程を経て製造される二酸化ウラン粒子の真球度、外径、内部組織などにおいて、変形などを生じさせることのない重ウラン酸アンモニウム粒子を製造することができる。したがって、高温ガス炉用燃料の製造分野に寄与するところは、きわめて多大である。 According to the present invention, after the stock solution containing uranyl nitrate which is not temperature-controlled and remained in the stock solution transfer pipe in the previous batch production process is cooled to obtain a stock solution used for new batch production, an aqueous ammonia solution A method and an apparatus for producing batch-type ammonium heavy uranate particles that are produced by dripping onto an aqueous solution are provided. When ammonium heavy uranate particles are produced by the production method and production apparatus, aging and washing of the ammonium heavy uranate particles are performed. To produce ammonium heavy uranate particles that do not cause deformation in the sphericity, outer diameter, internal structure, etc. of uranium dioxide particles produced through the steps of drying, roasting, reduction and sintering. be able to. Therefore, there is a great deal of contribution to the field of manufacturing high temperature gas reactor fuels.
(1)この発明の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造方法は、硝酸ウラニルと増粘剤とを含有する原液を、アンモニア水溶液に滴下させて製造するバッチ方式の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造方法であって、前回のバッチ製造において前記原液をアンモニア水溶液に滴下させるために配置された原液移送配管中に残存した前記原液を冷却処理する製造方法である。 (1) The method for producing ammonium heavy uranate particles according to the present invention is a batch method for producing ammonium heavy uranate particles in which a stock solution containing uranyl nitrate and a thickener is dropped into an aqueous ammonia solution. In the previous batch production, the raw solution remaining in the raw solution transfer pipe arranged for dripping the raw solution into the aqueous ammonia solution is cooled.
また、(2)この発明の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置は、硝酸ウラニルと増粘剤とを含有する原液を貯留する原液貯槽、前記原液を原液滴下器へ移送する原液移送配管、前記原液をアンモニア水溶液に滴下させる原液滴下器およびアンモニア水溶液を貯留するアンモニア水溶液貯槽をその順に配置したバッチ方式の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置であって、前記原液移送配管に、前回のバッチ製造において前記原液移送配管中に残存した前記原液を冷却する処置を施して成る製造装置である。 Further, (2) an apparatus for producing ammonium biuranium particles according to the present invention comprises a stock solution storage tank for storing a stock solution containing uranyl nitrate and a thickener, a stock solution transfer pipe for transporting the stock solution to a stock drop lower, and the stock solution Is a batch type ammonium heavy uranate particle production apparatus in which an aqueous ammonia storage tank for storing an ammonia aqueous solution and an ammonia aqueous solution storage tank for storing the ammonia aqueous solution are arranged in that order. It is a manufacturing apparatus formed by performing a treatment for cooling the stock solution remaining in the stock solution transfer pipe.
この発明の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造方法および製造装置を、図1および2に基づいて説明する。 A method and apparatus for producing ammonium biuranium particles according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、この発明の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置の一例を示す図である。この発明の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置1は、硝酸ウラニルと増粘剤とを含有する原液2を貯留する原液貯槽3、前記原液2をアンモニア水溶液9に滴下させる原液滴下ノズル6を有する原液滴下器7へ移送する原液移送配管5、前記原液2をアンモニア水溶液9に滴下させる原液滴下ノズル6を有する原液滴下器7およびアンモニア水溶液9を貯留するアンモニア水溶液貯槽10がその順に配置されたバッチ方式の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置であって、前記原液移送配管5に、前回のバッチ製造において前記原液移送配管5中に残存した前記原液を冷却処理する手段を有している。
FIG. 1 is a diagram showing an example of an apparatus for producing ammonium heavy uranate particles according to the present invention. An apparatus for producing ammonium heavy uranate particles 1 according to the present invention comprises a stock
この原液移送配管5中に残存した原液(図1に太線で表示している。)を冷却処理する手段としては、室温となった残存原液を5〜15℃に冷却することができる手段である限り、特に制限はないが、例えば、図1に示すように、原液移送配管5に、冷却用通水管14を巻着する手段を挙げることができる。この巻着された冷却用通水管14に、冷却用通水管14に接続された送水配管13を介して冷却水を送水装置12によって送水する。冷却水が前記冷却用通水管14を通ることにより残存原液は冷却され、微温状態となった冷却水は、冷却用通水管14に接続された還水配管15によって送水装置12に還ってくる。必要により、前記送水、冷却および還水を繰り返してもよい。
The means for cooling the stock solution remaining in the stock solution transfer pipe 5 (indicated by a thick line in FIG. 1) is a means capable of cooling the remaining stock solution at room temperature to 5 to 15 ° C. As long as there is no particular limitation, for example, as shown in FIG. 1, a means for winding a cooling
また、前記残存原液を冷却する手段としては、前記原液移送配管5として、内管と外管とからなる二重管を挙げることができる。この場合は、内管を原液移送用、外管を通水用とすることができる。残存原液を冷却する媒体としては水が最適であるが、水に限られることはなく、アンモニア、塩化メチル、フレオンなどを用いてもよい。
As a means for cooling the remaining stock solution, a double tube comprising an inner tube and an outer tube can be used as the stock
重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置1にあっては、原液滴下器7とアンモニア水溶液貯槽10との間に、仕切板16が設置されていることが好ましい。この仕切板16は、仕切板支持体17によって固定して支持され、原液移送配管5中に残存した前記原液と、アンモニア水溶液貯槽10に貯留されているアンモニア水溶液9から揮散するアンモニア蒸気とが接触することを防止するために設けられた板である。この仕切板16は、着脱自在の仕切板として、原液滴下終了後に取り付けられる。また、仕切板16は固定したまま、前記原液滴下器7を上方に移動して、所期目的を果たしてもよい。
In the production apparatus 1 for ammonium heavy uranate particles, it is preferable that a
前記仕切板16の形状は、原液移送配管5中に残存した前記原液と、アンモニア水溶液貯槽10に貯留されているアンモニア水溶液9から揮散するアンモニア蒸気とを接触させることのない板状である限り、特に制限はない。例えば、図1に示すように、アンモニア水溶液9を貯留するアンモニア水溶液貯槽10の上端部全面を覆うように設置された平板を挙げることができる。
As long as the shape of the
この発明の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造方法は、以下のとおりである。
図2に示す従来の重ウラン酸アンモニウム粒子のバッチ方式による製造装置1によって、まず、酸化ウラン粉末を硝酸に溶解して硝酸ウラニル溶液が調製される。次いで、この硝酸ウラニル溶液に純水および増粘剤を加えて攪拌混合して原液2が調製される。
The method for producing ammonium heavy uranate particles of the present invention is as follows.
First, a uranyl nitrate solution is prepared by dissolving uranium oxide powder in nitric acid using the conventional batch production apparatus 1 of ammonium heavy uranate particles shown in FIG. Subsequently, pure water and a thickener are added to this uranyl nitrate solution and mixed by stirring to prepare a
調製された原液2は、原液送液ポンプ4を介して原液移送配管5により、原液滴下ノズル6を有する原液滴下器7へ移送される。続いて、原液滴下器7へ移送された原液2は、原液滴下ノズル6から滴下され、滴下原液8となってアンモニア水溶液9に滴下される。このようにして、アンモニア水溶液貯槽10中で硝酸ウラニルとアンモニアとが反応し、重ウラン酸アンモニウム粒子11が形成される。
The
前記のとおり、重ウラン酸アンモニウム粒子11が製造され、引き続いて、新たなバッチにより重ウラン酸アンモニウム粒子11の製造を開始する。この重ウラン酸アンモニウム粒子11の製造開始に先立ち、図2に示す重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置1における原液移送配管5に、冷却用通水管15を巻着すると共に、原液滴下器7とアンモニア水溶液貯槽10との間に仕切板16を設置して、図1に示す重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置とする。
As described above, ammonium heavy
この発明を説明するために、便宜上、図2に示す従来の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置1における原液移送配管5に、冷却用通水管15を巻着して、図1に示すウラン酸アンモニウム粒子の製造装置としたが、実用上は、図1に示す重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置1において、前記冷却用通水管15に冷却水を送水しない状態の製造装置が、図2に示す従来の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置1となる。ただし、仕切板16は、新たな重ウラン酸アンモニウム粒子11の製造開始に先立ち、設置される。
In order to explain the present invention, for convenience, a cooling
前記の図1に示す重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置1を用い、前回のバッチ製造において原液移送配管5中に残存している原液2(図1に太線で表示している。)を冷却するため、前記冷却用通水管15に、冷却用通水管15に接続された送水配管13を介して冷却水が送水装置12によって送水される。この間、仕切板16によって、アンモニア水溶液貯槽10に貯留されているアンモニア水溶液9から揮散するアンモニア蒸気が原液滴下ノズル6の下部に混入して、原液移送配管5中に残存した前記原液とこのアンモニア蒸気とが接触しないようになっている。原液移送配管5中に残存している原液2が冷却されている間、残存原液2は、原液移送配管5中に滞留した状態にある。
Using the apparatus 1 for producing ammonium heavy uranate particles shown in FIG. 1, the stock solution 2 (indicated by a thick line in FIG. 1) remaining in the stock
新たなバッチにより重ウラン酸アンモニウム粒子11の製造開始は、新たに調製された原液を原液移送配管5で移送することによって、5〜15℃に冷却された残存原液を追送して行われる。追送された残存原液は、仕切板16が取り外された図2に示すこの発明の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置1における原液滴下ノズル6を有する原液滴下器7へ移送され、原液滴下ノズル6から残存滴下原液8となって落下し、アンモニア水溶液貯槽10中で硝酸ウラニルとアンモニアとが反応して、重ウラン酸アンモニウム粒子11が形成される。
The production of the ammonium heavy
このようにして、第1回目のバッチ方式による重ウラン酸アンモニウム粒子を製造した後、第2回目のバッチ方式による重ウラン酸アンモニウム粒子を製造し、引き続き、第3回目および第4回目と、繰り返し重ウラン酸アンモニウム粒子を製造することができる。 In this way, after producing ammonium deuterated uranate particles by the first batch method, ammonium deuterated uranate particles by the second batch method were produced, and then the third and fourth times were repeated. Ammonium biuranate particles can be produced.
この発明の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置は、金属材料またはガラスを用いて作製され、この金属材料としては、機械的強度および防錆性などに優れたステンレスが好ましい。また、前記製造装置の全体的な容量または大きさは、重ウラン酸アンモニウム粒子の製造規模、臨界安全対策の見地などによって、適宜、決定される。 The apparatus for producing ammonium heavy uranate particles of the present invention is produced using a metal material or glass, and as this metal material, stainless steel excellent in mechanical strength and rust prevention properties is preferable. In addition, the overall capacity or size of the production apparatus is appropriately determined depending on the production scale of ammonium uranate particles, the viewpoint of critical safety measures, and the like.
この発明の重ウラン酸アンモニウム粒子の製造方法および製造装置は、前回のバッチ製造工程において原液移送配管中に残存した、温度制御されていない硝酸ウラニルを含有する原液を冷却した後、アンモニア水溶液に滴下させて重ウラン酸アンモニウム粒子を製造する方法および装置であることから、この製造方法および製造装置によって重ウラン酸アンモニウム粒子を製造すると、この重ウラン酸アンモニウム粒子の熟成、洗浄、乾燥、焙焼、還元および焼結の各工程を経て製造される二酸化ウラン粒子の真球度、外形、内部組織などにおいて、変形などのない重ウラン酸アンモニウム粒子を製造することができる。このため、高温ガス炉用燃料の製造にきわめて有用である。 The method and apparatus for producing ammonium heavy uranate particles according to the present invention, after cooling the stock solution containing uranyl nitrate that is not temperature-controlled and remained in the stock solution transfer pipe in the previous batch production process, was then added dropwise to the aqueous ammonia solution. Therefore, when ammonium heavy uranate particles are produced by this production method and production apparatus, aging, washing, drying, roasting of the ammonium heavy uranate particles, It is possible to produce ammonium heavy uranate particles that are free from deformation in the sphericity, outer shape, internal structure, etc. of the uranium dioxide particles produced through the reduction and sintering processes. For this reason, it is very useful for the manufacture of fuel for HTGR.
以下、実施例を挙げて、この発明をさらに具体的に説明するが、この実施例によって、この発明はなんら限定されることはない。
(実施例)〕
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the examples.
(Example)〕
U3O8粉末5kgを60質量%硝酸3.3Lおよび水に溶解して、硝酸ウラニル溶液を調製した。この硝酸ウラニル溶液7.5Lに、増粘剤として、ポリビニルアルコール水溶液〔ポリビニルアルコール粉末量75g/(ポリビニルアルコール+水)L〕およびテトラヒドロフルフリルアルコールを滴下原液に対して43容量%の割合となるように添加して、原液24Lを調製した。120分経過後のこの原液のウラン濃度は180g/Lであり、温度は12℃、粘度は56×10−3Pa・s(56cP)であった。 Uranyl nitrate solution was prepared by dissolving 5 kg of U 3 O 8 powder in 3.3 L of 60% by mass nitric acid and water. In 7.5 L of this uranyl nitrate solution, a polyvinyl alcohol aqueous solution [polyvinyl alcohol powder amount 75 g / (polyvinyl alcohol + water) L] and tetrahydrofurfuryl alcohol are used as a thickener in a ratio of 43% by volume with respect to the dropping stock solution. Thus, a stock solution 24L was prepared. The uranium concentration of this stock solution after 120 minutes was 180 g / L, the temperature was 12 ° C., and the viscosity was 56 × 10 −3 Pa · s (56 cP).
前記のとおり調製された原液を、図1に示す重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置1(ただし、このときはまだ、冷却用通水管15に冷却水を送水していない。また、仕切板16も取り付けていない。)の原液貯槽3に原液2として貯留させた。この原液2を原液送液ポンプ4を介して原液移送配管5により、原液滴下ノズル6を有する原液滴下器7へ移送した。次いで、原液2にアンモニアガスを吹きかけながら、原液2を原液滴下ノズル6から28質量%のアンモニア水溶液9を貯留したアンモニア水溶液貯槽10に滴下させて、硝酸ウラニルとアンモニアとを反応させ、重ウラン酸アンモニウム粒子11を製造した。このとき、原液移送配管5中に残存したる原液2(図2に太線で表示している。)の量は、750mLであった。また、原液滴下終了8時間経過後の温度は24℃、粘度は37×10−3Pa・s(37cP)であった。
The stock solution prepared as described above is produced by using the ammonium heavy uranate particle manufacturing apparatus 1 shown in FIG. It was stored as a
前記のとおり、重ウラン酸アンモニウム粒子11を製造した後、図1に示すように仕切板16を取り付け、冷却用通水管15に、冷却用通水管15に接続された送水配管13を介して冷却水を送水装置12によって送水し、前記原液移送配管5中に残存した原液2の温度を12℃に維持した。
As described above, after the ammonium heavy
その後、二日間を置いて、再度、前記と同様にして原液2を調製した。この原液のウラン濃度は180g/lであり、温度は約13℃、粘度は55cPであった。次いで、仕切板16を取り外し、前記原液移送配管5中に残存している12℃に維持された原液2を、前記の再度調製した原液を原液2として原液移送配管5によって移送することによって追送した。
Thereafter, after 2 days,
追送された残存原液は、原液滴下ノズル6を有する原液滴下器7へ移送され、原液滴下ノズル6から残存滴下原液12として落下し、再び、前記と同様にして、重ウラン酸アンモニウム粒子11を製造した。このとき、アンモニア水溶液9中で形成される重ウラン酸アンモニウム粒子11には、なんらの変形も認められなかった
The transferred remaining stock solution is transferred to the original drop
このようにして製造された重ウラン酸アンモニウム粒子11に、加熱により粒子の中心まで硝酸ウラニルとアンモニアとを反応させて重ウラン酸アンモニウムを生成させる熟成処理、温水により重ウラン酸アンモニウム粒子を洗浄する洗浄処理、乾燥処理および大気中で焙焼する焙焼処理を施して、三酸化ウラン粒子となし、さらに、この三酸化ウラン粒子に還元処理および焼結処理を施して、高密度のセラミック状の二酸化ウラン粒子を得た。
The ammonium heavy
なお、前記各処理は、次のとおりである。
熟成処理:用いたアンモニア水溶液と共に重ウラン酸アンモニウム粒子を乾燥槽に収容し、80℃で1時間、回転させながら熟成処理した。
洗浄処理:乾燥槽中で、80℃の水30Lにより3回、次いで、エチルアルコール20Lにより30分間、洗浄処理した。
乾燥処理:乾燥槽中、100℃で1時間、若干負圧に維持して、回転させながら乾燥処理した。
焙焼処理:大気中、550℃で1時間、焙焼処理した。
還元処理:水素−窒素混合ガス雰囲気下、500℃で2時間、還元処理した。
焼結処理:水素−窒素混合ガス雰囲気下、1550℃で30分間、焼結処理した。
In addition, each said process is as follows.
Aging treatment: Ammonium deuterated uranium particles were placed in a drying tank together with the aqueous ammonia solution used and aged while rotating at 80 ° C. for 1 hour.
Washing treatment: Washing treatment was performed 3 times with 30 L of 80 ° C. water and then with 20 L of ethyl alcohol for 30 minutes in a drying bath.
Drying treatment: The drying treatment was performed while rotating at 100 ° C. for 1 hour while maintaining a slight negative pressure.
Roasting treatment: roasting treatment was performed at 550 ° C. for 1 hour in the air.
Reduction treatment: Reduction treatment was performed at 500 ° C. for 2 hours in a hydrogen-nitrogen mixed gas atmosphere.
Sintering: Sintering was performed at 1550 ° C. for 30 minutes in a hydrogen-nitrogen mixed gas atmosphere.
このようにして得られた二酸化ウラン粒子を、篩を用いた外径選別および真球度選別機を用いた真球度選別を行い、歩留まりを調べた結果、19gの不良品が含まれていた。
(比較例)
The uranium dioxide particles thus obtained were subjected to outer diameter sorting using a sieve and sphericity sorting using a sphericity sorter, and the yield was examined. As a result, 19 g of defective products were found. .
(Comparative example)
U3O8粉末5kgを60質量%硝酸3.3Lに溶解して、硝酸ウラニル溶液を調製した。この硝酸ウラニル溶液7.5Lに、増粘剤として、ポリビニルアルコール水溶液〔ポリビニルアルコール粉末量75g/(ポリビニルアルコール+水)L〕およびテトラヒドロフルフリルアルコールを滴下原液に対して43容量%の割合となるように添加して、原液24Lを調製した。120分経過後のこの原液のウラン濃度は180g/Lであり、温度は13℃、粘度は55×10−3Pa・s(55cP)であった。 Uranyl nitrate solution was prepared by dissolving 5 kg of U 3 O 8 powder in 3.3 L of 60% by mass nitric acid. In 7.5 L of this uranyl nitrate solution, a polyvinyl alcohol aqueous solution [polyvinyl alcohol powder amount 75 g / (polyvinyl alcohol + water) L] and tetrahydrofurfuryl alcohol are used as a thickener in a ratio of 43% by volume with respect to the dropping stock solution. Thus, a stock solution 24L was prepared. After 120 minutes, the stock solution had a uranium concentration of 180 g / L, a temperature of 13 ° C., and a viscosity of 55 × 10 −3 Pa · s (55 cP).
前記のとおり調製された原液を、図1に示す重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置1の原液貯槽3に原液2として貯留させた。この原液2を原液送液ポンプ4を介して原液移送配管5により、原液滴下ノズル6を有する原液滴下器7へ移送した。次いで、原液2にアンモニアガスを吹きかけながら、原液2を原液滴下ノズル6から28質量%のアンモニア水溶液9を貯留したアンモニア水溶液貯槽10に滴下させて、硝酸ウラニルとアンモニアとを反応させ、重ウラン酸アンモニウム粒子11を製造した。このとき、原液移送配管5中に残存した原液2(図2に太線で表示している。)の量は、750mLであった。
The stock solution prepared as described above was stored as a
前記のとおり、重ウラン酸アンモニウム粒子11を製造した後、二日間を置いて、再度、前記と同様にして原液を調製した。この原液のウラン濃度は180g/Lであり、温度は13℃、粘度は55cPであった。また、前記原液移送配管5中に残存した原液2の温度は22℃、粘度は39cPであった。以下、原液移送配管5中に原液2が残存した状態で、前記と同様にして重ウラン酸アンモニウム粒子11を製造した。このとき、原液2をアンモニア水溶液貯槽10に滴下させて重ウラン酸アンモニウム粒子11を製造する初期段階において、アンモニア水溶液9中で形成される重ウラン酸アンモニウム粒子11に歪な形状が視認された。
As described above, after the ammonium heavy
このようにして製造された重ウラン酸アンモニウム粒子11に、前記と同様の熟成処理、洗浄処理、乾燥処理および焙焼処理を施して、三酸化ウラン粒子となし、さらに、この三酸化ウラン粒子に、前記と同様の還元処理および焼結処理を施して、高密度のセラミックス状の二酸化ウラン粒子を得た。
The thus produced ammonium heavy
このようにして得られた二酸化ウラン粒子を、篩を用いた外径選別および真球度選別機を用いた真球度選別を行い、歩留まりを調べた結果、156gの不良品が含まれていた。この比較的多量の不良品の発生は、前記の歪な形状の重ウラン酸アンモニウム粒子11に起因するものと推測される。
The uranium dioxide particles thus obtained were subjected to outer diameter sorting using a sieve and sphericity sorting using a sphericity sorter, and the yield was examined. As a result, 156 g of defective products were found. . The generation of a relatively large amount of defective products is presumed to be caused by the distorted ammonium heavy
1 重ウラン酸アンモニウム粒子の製造装置
2 原液
3 原液貯槽
4 原液送液ポンプ
5 原液移送配管
6 原液滴下ノズル
7 原液滴下器
8 滴下原液
9 アンモニア水溶液
10 アンモニア水溶液貯槽
11 重ウラン酸アンモニウム粒子
12 送水装置
13 送水配管
14 冷却用通水管
15 還水配管
16 仕切板
17 仕切板支持体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Manufacturing apparatus of ammonium
Claims (4)
The partition plate for preventing contact between the stock solution remaining in the stock solution transfer pipe and the ammonia vapor volatilized from the ammonia solution is installed between the stock droplet lowering device and the ammonia solution storage tank. An apparatus for producing ammonium heavy uranate particles as described.
Priority Applications (1)
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