JP2542118B2 - 二酸化ウランを金属ウラン塊に転換する方法 - Google Patents
二酸化ウランを金属ウラン塊に転換する方法Info
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- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
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- C22B60/0213—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by dry processes
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Description
この発明は、二酸化ウランを還元して直接塊状の金属
ウランを製造する方法に関するものである。
ウランを製造する方法に関するものである。
従来から、二酸化ウランを金属カルシウムにより還元
して下記反応に基づき金属ウランを製造できることは知
られていた。 UO2＋2Ca→Ｕ＋2CaO ［“核燃料・材料の化学工業"158−166頁,M.Benedict,
T.H.Pigfordら著（1983年３月，日刊工業新聞社発
行）］ しかしながら反応生成物であるスラグ（CaO）の融点
は約2572℃と極めて高いため、スラグと金属ウランとを
溶融分離することはできず、その結果、金属ウランはス
ラグ中に粒状で点在する状態でしか得られない。従っ
て、これらの金属ウラン粒子をスラグ中より分離して取
出す必要があり、精製金属ウランの収率は通常35〜40％
程度である。また取出した金属ウランは粒状であるため
に酸化し易く取扱いにくいという欠点もある。 さらに、二酸化ウランを金属カルシウムにより還元す
る上記の反応において、塩化カルシウムを添加すること
も既に知られている。［“The Chemistry of Uranium"1
22−132頁,J.J.Katz,E.Rabinowich著（1951年,Constabl
e ＆ Co.,Ltd.発行）］塩化カルシウムの添加により還
元反応を容易に行わせることができるが、依然としてス
ラグ中に点在する状態の粒状金属ウランが生成され、粒
状金属ウランの回収が必要となる。
して下記反応に基づき金属ウランを製造できることは知
られていた。 UO2＋2Ca→Ｕ＋2CaO ［“核燃料・材料の化学工業"158−166頁,M.Benedict,
T.H.Pigfordら著（1983年３月，日刊工業新聞社発
行）］ しかしながら反応生成物であるスラグ（CaO）の融点
は約2572℃と極めて高いため、スラグと金属ウランとを
溶融分離することはできず、その結果、金属ウランはス
ラグ中に粒状で点在する状態でしか得られない。従っ
て、これらの金属ウラン粒子をスラグ中より分離して取
出す必要があり、精製金属ウランの収率は通常35〜40％
程度である。また取出した金属ウランは粒状であるため
に酸化し易く取扱いにくいという欠点もある。 さらに、二酸化ウランを金属カルシウムにより還元す
る上記の反応において、塩化カルシウムを添加すること
も既に知られている。［“The Chemistry of Uranium"1
22−132頁,J.J.Katz,E.Rabinowich著（1951年,Constabl
e ＆ Co.,Ltd.発行）］塩化カルシウムの添加により還
元反応を容易に行わせることができるが、依然としてス
ラグ中に点在する状態の粒状金属ウランが生成され、粒
状金属ウランの回収が必要となる。
そこでこの発明は、二酸化ウランを金属カルシウムで
還元して金属ウランを製造するに際して、上述した従来
方法におけるように金属ウランが粒状でスラグ中に点在
しているような生成物を得るのではなく、金属ウランが
塊状で得られるような改良された二酸化ウランの還元方
法を提供することを目的としてなされたものである。
還元して金属ウランを製造するに際して、上述した従来
方法におけるように金属ウランが粒状でスラグ中に点在
しているような生成物を得るのではなく、金属ウランが
塊状で得られるような改良された二酸化ウランの還元方
法を提供することを目的としてなされたものである。
すなわちこの発明による二酸化ウランの金属ウラン塊
への転換方法は、二酸化ウランに、金属カルシウムから
なる還元剤と、塩化カルシウムからなるスラグ溶媒と、
塩化バリウム，塩化リチウム，塩化ナトリウムまたは塩
化カリウムから選ばれる１種または２種以上からなる共
融剤とを混合して金属ウランの融点以上の温度に加熱
し、生成した溶融金属ウランを比重差により溶融スラグ
から分離させた後、冷却して溶融金属ウランを固体塊と
して得ることを特徴とするものである。
への転換方法は、二酸化ウランに、金属カルシウムから
なる還元剤と、塩化カルシウムからなるスラグ溶媒と、
塩化バリウム，塩化リチウム，塩化ナトリウムまたは塩
化カリウムから選ばれる１種または２種以上からなる共
融剤とを混合して金属ウランの融点以上の温度に加熱
し、生成した溶融金属ウランを比重差により溶融スラグ
から分離させた後、冷却して溶融金属ウランを固体塊と
して得ることを特徴とするものである。
二酸化ウランは還元剤である金属カルシウムと下記式 UO2＋2Ca→Ｕ＋2CaO により反応して金属ウランとスラグ（CaO）とを生成す
る。前述したようにスラグはそのままでは融点が約2572
℃と極めて高いが、スラグの溶媒である塩化カルシウム
と共融剤とを併用することによりスラグは約500℃で溶
解するようになる。これによって上記式による還元反応
の生成熱をスラグの溶融に有効に利用できることにな
り、その結果、生成する金属ウランとスラグは溶融状態
となり、この状態で比重差により溶融金属ウラン相が溶
融スラグ相から分離され、これを冷却することによっ
て、容器底部に金属ウラン塊を生成させることができ
る。 また、スラグ溶媒と共融剤との併用によって、溶融し
たスラグの粘度が低下するため、金属ウラン溶融相の効
果的な分離が期待される。 この発明で使用される共融剤は、塩化バリウム（BaCl
2）、塩化リチウム（LiCl）、塩化ナトリウム（NaCl）
または塩化カリウム（KCl）の１種または２種以上の混
合物として使用できる。スラグ溶媒である塩化カルシウ
ム（CaCl2）と複数の共融剤とを種々の混合割合で混合
使用することによって、スラグ溶媒＋共融剤の混合物の
融点を種々に選択することができる。この混合物組成の
代表例を以下に示す。（）内の数字は、各成分の混合割
合を重量％で示している。混合物組成 融点℃ CaCl2−LiCl−NaCl−BaCl2 （10.6:41.1:8.9:39.4） 490 CaCl2−NaCl−BaCl2 （47.0:38.0:15.0） 340 CaCl2−LiCl−BaCl2 （28.8:54.1:17.1） 406 CaCl2−LiCl−NaCl （34.2:52.3:13.5） 440 CaCl2−KCl−NaCl （50.0:7.3:42.7） 465 CaCl2−KCl−LiCl （5.0:43.0:52.0） 340 この発明においては、スラグ溶媒＋共融剤の混合物の
融点は約500℃以下とすることが望ましい。 還元剤である金属カルシウムの添加量は、二酸化ウラ
ン１当量に対して1.1〜1.2当量の範囲で添加するのが好
ましい。この範囲より少ないと効果的な還元反応が起こ
らず、過剰に添加した場合には、過剰分の還元剤の溶
媒、蒸発に還元反応生成熱が消費されてしまうため好ま
しくない。 スラグ溶媒＋共融剤の混合物の添加量は、反応により
生成するスラグに対して60重量％以上添加することが好
ましい。これより少ないと、混合物に対するスラグの溶
解が十分でなくなる傾向がある。 この発明の方法を実施するに際しては、先ず二酸化ウ
ラン、スラグ溶媒および共融剤を乾燥して可能な限り無
水状態の粉末としておき、還元剤である金属カルシウム
については表面の酸化被膜を除去しておく。これらの処
理を施した材料を均一に混合してるつぼに圧縮充填した
のち、るつぼを加熱炉内に装填し、不活性ガス雰囲気で
大気圧下または減圧下で加熱する。加熱に際しては、熱
損失を防ぐために、還元反応が起こる約500℃の直前の
温度までは均一加熱に注意しながら徐々に加熱し、その
後は短時間でウラン融点（1133℃）以上まで急加熱す
る。反応が終了した時点でるつぼを炉から取り出してる
つぼ内の溶融状態のスラグおよび金属ウランを直ちに冷
却し、るつぼの底部に生成する金属ウラン塊を取り出
す。 なお、加熱装置の断熱効果があまり良好でない場合に
は、必要に応じて材料混合物中にヨウ素を添加すること
が好ましい。これによって、ヨウ素とカルシウムとの反
応による生成熱を、還元反応により生成するスラグや金
属ウランの溶融に利用して、不足する熱量を補うことが
できる。この場合のヨウ素の添加量は、二酸化ウラン重
量の10重量％以内とする。
る。前述したようにスラグはそのままでは融点が約2572
℃と極めて高いが、スラグの溶媒である塩化カルシウム
と共融剤とを併用することによりスラグは約500℃で溶
解するようになる。これによって上記式による還元反応
の生成熱をスラグの溶融に有効に利用できることにな
り、その結果、生成する金属ウランとスラグは溶融状態
となり、この状態で比重差により溶融金属ウラン相が溶
融スラグ相から分離され、これを冷却することによっ
て、容器底部に金属ウラン塊を生成させることができ
る。 また、スラグ溶媒と共融剤との併用によって、溶融し
たスラグの粘度が低下するため、金属ウラン溶融相の効
果的な分離が期待される。 この発明で使用される共融剤は、塩化バリウム（BaCl
2）、塩化リチウム（LiCl）、塩化ナトリウム（NaCl）
または塩化カリウム（KCl）の１種または２種以上の混
合物として使用できる。スラグ溶媒である塩化カルシウ
ム（CaCl2）と複数の共融剤とを種々の混合割合で混合
使用することによって、スラグ溶媒＋共融剤の混合物の
融点を種々に選択することができる。この混合物組成の
代表例を以下に示す。（）内の数字は、各成分の混合割
合を重量％で示している。混合物組成 融点℃ CaCl2−LiCl−NaCl−BaCl2 （10.6:41.1:8.9:39.4） 490 CaCl2−NaCl−BaCl2 （47.0:38.0:15.0） 340 CaCl2−LiCl−BaCl2 （28.8:54.1:17.1） 406 CaCl2−LiCl−NaCl （34.2:52.3:13.5） 440 CaCl2−KCl−NaCl （50.0:7.3:42.7） 465 CaCl2−KCl−LiCl （5.0:43.0:52.0） 340 この発明においては、スラグ溶媒＋共融剤の混合物の
融点は約500℃以下とすることが望ましい。 還元剤である金属カルシウムの添加量は、二酸化ウラ
ン１当量に対して1.1〜1.2当量の範囲で添加するのが好
ましい。この範囲より少ないと効果的な還元反応が起こ
らず、過剰に添加した場合には、過剰分の還元剤の溶
媒、蒸発に還元反応生成熱が消費されてしまうため好ま
しくない。 スラグ溶媒＋共融剤の混合物の添加量は、反応により
生成するスラグに対して60重量％以上添加することが好
ましい。これより少ないと、混合物に対するスラグの溶
解が十分でなくなる傾向がある。 この発明の方法を実施するに際しては、先ず二酸化ウ
ラン、スラグ溶媒および共融剤を乾燥して可能な限り無
水状態の粉末としておき、還元剤である金属カルシウム
については表面の酸化被膜を除去しておく。これらの処
理を施した材料を均一に混合してるつぼに圧縮充填した
のち、るつぼを加熱炉内に装填し、不活性ガス雰囲気で
大気圧下または減圧下で加熱する。加熱に際しては、熱
損失を防ぐために、還元反応が起こる約500℃の直前の
温度までは均一加熱に注意しながら徐々に加熱し、その
後は短時間でウラン融点（1133℃）以上まで急加熱す
る。反応が終了した時点でるつぼを炉から取り出してる
つぼ内の溶融状態のスラグおよび金属ウランを直ちに冷
却し、るつぼの底部に生成する金属ウラン塊を取り出
す。 なお、加熱装置の断熱効果があまり良好でない場合に
は、必要に応じて材料混合物中にヨウ素を添加すること
が好ましい。これによって、ヨウ素とカルシウムとの反
応による生成熱を、還元反応により生成するスラグや金
属ウランの溶融に利用して、不足する熱量を補うことが
できる。この場合のヨウ素の添加量は、二酸化ウラン重
量の10重量％以内とする。
【実施例】 実施例１ 二酸化ウラン 50 ｇ 金属カルシウム（還元剤） 17.1 g 塩化カルシウム（スラグ溶媒） 1.33g 共融剤 LiCl 5.14g NaCl 1.11g BaCl2 4.92g 上記の材料を均一に混合してるつぼに圧縮充填したの
ち加熱炉に装填し、大気圧のアルゴン雰囲気で１時間か
けて約500℃まで加熱し、引続き15分かけて1500℃まで
加熱した。るつぼを炉から取り出して直ちに冷却し、る
つぼ内の生成溶融物を固化させた後、るつぼ底部に生成
している金属ウラン塊33.4gを得た。このときの金属ウ
ラン塊収率は75.8％であった。 実施例２ 二酸化ウラン 50 ｇ 金属カルシウム（還元剤） 17.7 g 塩化カルシウム（スラグ溶媒） 1.65g 共融剤 LiCl 6.40g NaCl 1.38g BaCl2 6.13g ヨウ素 3.5 g 上記の材料を均一に混合してるつぼに圧縮充填したの
ち、実施例１と同様な操作を施し、金属ウラン塊35.3g
を得た。このときの金属ウラン収率は80.0％であった。
ち加熱炉に装填し、大気圧のアルゴン雰囲気で１時間か
けて約500℃まで加熱し、引続き15分かけて1500℃まで
加熱した。るつぼを炉から取り出して直ちに冷却し、る
つぼ内の生成溶融物を固化させた後、るつぼ底部に生成
している金属ウラン塊33.4gを得た。このときの金属ウ
ラン塊収率は75.8％であった。 実施例２ 二酸化ウラン 50 ｇ 金属カルシウム（還元剤） 17.7 g 塩化カルシウム（スラグ溶媒） 1.65g 共融剤 LiCl 6.40g NaCl 1.38g BaCl2 6.13g ヨウ素 3.5 g 上記の材料を均一に混合してるつぼに圧縮充填したの
ち、実施例１と同様な操作を施し、金属ウラン塊35.3g
を得た。このときの金属ウラン収率は80.0％であった。
以上の説明からわかるようにこの発明によれば、通常
は約2572℃でしか溶融しないスラグ（CaO）を、スラグ
溶媒と共融剤とを併用することにより約500℃で溶解す
ることができる。 従って、二酸化ウランの還元反応で生成する実熱量を
反応生成物の溶融に有効に利用することができ、その結
果、溶融状態のスラグと金属ウランが生成物として得ら
れ、溶融スラグ相から比重差により金属ウラン溶融相が
分離するためこれを冷却することによって、金属ウラン
塊を直接製造することが可能となる。
は約2572℃でしか溶融しないスラグ（CaO）を、スラグ
溶媒と共融剤とを併用することにより約500℃で溶解す
ることができる。 従って、二酸化ウランの還元反応で生成する実熱量を
反応生成物の溶融に有効に利用することができ、その結
果、溶融状態のスラグと金属ウランが生成物として得ら
れ、溶融スラグ相から比重差により金属ウラン溶融相が
分離するためこれを冷却することによって、金属ウラン
塊を直接製造することが可能となる。
Claims (2)
- 【請求項１】二酸化ウランに、金属カルシウムからなる
還元剤と、塩化カルシウムからなるスラグ溶媒と、塩化
バリウム，塩化リチウム，塩化ナトリウムまたは塩化カ
リウムから選ばれる１種または２種以上からなる共融剤
とを添加混合して金属ウランの融点以上の温度に加熱
し、生成した溶融金属ウランを比重差により溶融スラグ
から分離させた後、冷却して溶融金属ウランを固体塊と
して得ることを特徴とする二酸化ウランを金属ウラン塊
に転換する方法。 - 【請求項２】二酸化ウランにさらにヨウ素を添加混合す
ることを特徴とする請求項１記載の方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2283721A JP2542118B2 (ja) | 1990-10-22 | 1990-10-22 | 二酸化ウランを金属ウラン塊に転換する方法 |
| US07/739,317 US5211742A (en) | 1990-10-22 | 1991-08-01 | Method of converting uranium dioxide into metallic uranium lump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2283721A JP2542118B2 (ja) | 1990-10-22 | 1990-10-22 | 二酸化ウランを金属ウラン塊に転換する方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04160125A JPH04160125A (ja) | 1992-06-03 |
| JP2542118B2 true JP2542118B2 (ja) | 1996-10-09 |
Family
ID=17669232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2283721A Expired - Fee Related JP2542118B2 (ja) | 1990-10-22 | 1990-10-22 | 二酸化ウランを金属ウラン塊に転換する方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5211742A (ja) |
| JP (1) | JP2542118B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5356605A (en) * | 1992-10-28 | 1994-10-18 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Recovery of UO2 /Pu O2 in IFR electrorefining process |
| US5735932A (en) * | 1996-07-19 | 1998-04-07 | M4 Environmental Management Inc. | Process for the conversion of uranium oxide to uranium metal and uranium alloys |
| US7527669B2 (en) * | 2003-12-10 | 2009-05-05 | Babcock & Wilcox Technical Services Y-12, Llc | Displacement method and apparatus for reducing passivated metal powders and metal oxides |
| FR2969660B1 (fr) * | 2010-12-28 | 2013-02-08 | Commissariat Energie Atomique | Procede de preparation d'une poudre d'un alliage a base d'uranium et de molybdene |
| JP5944237B2 (ja) * | 2012-06-15 | 2016-07-05 | 株式会社東芝 | 核燃料物質の回収方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS543802A (en) * | 1977-06-13 | 1979-01-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Improved methane fermentation |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1738669A (en) * | 1927-11-09 | 1929-12-10 | Westinghouse Lamp Co | Method of reducing rare refractory-metal oxides |
| US3369889A (en) * | 1967-07-06 | 1968-02-20 | Atomic Energy Commission Usa | Production of spheroidal uranium metal powder |
| US4534792A (en) * | 1983-01-27 | 1985-08-13 | Elliott Guy R B | Magnesium reduction of uranium oxide |
| US4717420A (en) * | 1987-01-27 | 1988-01-05 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Method for converting uranium oxides to uranium metal |
-
1990
- 1990-10-22 JP JP2283721A patent/JP2542118B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-08-01 US US07/739,317 patent/US5211742A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS543802A (en) * | 1977-06-13 | 1979-01-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Improved methane fermentation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04160125A (ja) | 1992-06-03 |
| US5211742A (en) | 1993-05-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |