JP3339535B2 - 六フッ化ウランを二酸化ウランに変換する方法 - Google Patents

六フッ化ウランを二酸化ウランに変換する方法

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JP3339535B2 JP03860595A JP3860595A JP3339535B2 JP 3339535 B2 JP3339535 B2 JP 3339535B2 JP 03860595 A JP03860595 A JP 03860595A JP 3860595 A JP3860595 A JP 3860595A JP 3339535 B2 JP3339535 B2 JP 3339535B2
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、原子炉燃料の製造に適
した二酸化ウラン(UO2)を六フッ化ウラン(UF6
の変換により製造する方法に関する。更に詳しくは結晶
粒径の大きな核燃料ペレットを製造するに適した六フッ
化ウランを二酸化ウランに変換する方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の二酸化ウランの製造方法
として、湿式法と乾式法が知られており、湿式法の中で
はADU(重ウラン酸アンモニウム)法が最も多く用い
られている。ADU法は、UF6ガスを気液反応で加水
分解してウラニルイオン含有液とし、この含有液にアン
モニア水溶液を添加して重ウラン酸アンモニウムを沈殿
させ、これを濾過し、乾燥し、焙焼・還元して二酸化ウ
ラン粉末を得る方法である。しかしこの方法では、アン
モニア水が目的とする中間生成物であるADUの沈殿反
応の他に、上記加水分解において副生するHFとも反応
するために、本来目的とする量より過剰のアンモニア水
を必要とし、かつ上記アンモニアの添加によってNH4
Fが副生し、これが上記濾過工程で濾液中に移行する等
の問題点がある。
【0003】これらの問題点を解決する方法として特開
昭62−197318号公報による二酸化ウランを製造
する方法が提案されている。この方法はUF6ガスと水
蒸気の気相反応によりUO22粒子とHFガスに分離
し、このUO22粒子を水に溶解してUO22水溶液を
生成させ、これにアンモニア水溶液を添加して重ウラン
酸アンモニウムを沈殿させ、これを濾過し、乾燥させ、
乾燥した重ウラン酸アンモニウムを焙焼・還元してUO
2粉末を得ることを特徴とする。一方、近年の原子力発
電における技術革新の試みのひとつとして、原子炉燃料
をより長期間使用する、いわゆる高燃焼度化の計画が検
討されている。この高燃焼度化に伴って燃料からの核分
裂生成ガス(FPガス)の放出が増大し、これによる燃
料棒内の内圧上昇及びペレット−被覆管ギャップの熱伝
導度の低下が起こり、燃料の健全性が低下する可能性が
あるため、高燃焼度化を実現するにはFPガスのペレッ
ト外への放出を低減することが必要である。このFPガ
スの保持効果を高めるためには、ペレットの結晶粒径を
大きくするのが有効であることが判っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記特開昭62
−197318号公報に示される方法では従来のADU
法に比べてアンモニア水の使用量及び副生NH4Fの発
生量を減少させることは可能であるが、得られるUO2
粉末のハンドリング性(成形性)が不十分であり、沈殿
後の重ウラン酸アンモニウムの濾過が必要になり、必然
的にプロセス廃液が発生する等の問題点が残されてい
る。本発明の目的は、ハンドリング性及び焼結特性に優
れ、かつ結晶粒径の大きな核燃料ペレットの製造に適し
たUO2粉末を得ることができる六フッ化ウランを二酸
化ウランに変換する方法を提供することにある。本発明
の別の目的は、濾過による分離工程を必要とせず、従っ
て廃液が実質的に発生しない六フッ化ウランを二酸化ウ
ランに変換する方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の六フッ化ウランを二酸化ウランに変換する
方法はUF6ガスと水蒸気とを反応させてUO22粒子
を生成する工程と、このUO22粒子が粒子形状を損な
わない程度にUO22粒子にアンモニウム塩水溶液を噴
霧しながら混合することによりUO22粒子とアンモニ
ウム塩水溶液とを反応させて粒子状のウラン酸アンモニ
ウム塩を生成する工程と、このウラン酸アンモニウム塩
の粒子を焙焼・還元してUO2粉末を生成する工程とを
含むことを特徴とする。本発明において、好ましく使用
されるアンモニウム塩の具体例としては炭酸アンモニウ
ム及び有機酸のアンモニウム塩のいずれか又は双方を含
む。有機酸のアンモニウム塩としては酢酸アンモニウ
ム、シュウ酸アンモニウム又はコハク酸アンモニウムを
挙げることができる。
【0006】従って、生成するウラン酸アンモニウム塩
は好ましくは炭酸ウラニルアンモニウム、酢酸ウラニル
アンモニウム、シュウ酸ウラニルアンモニウム及びコハ
ク酸ウラニルアンモニウムからなる群から選ばれた1種
又は2種以上の化合物である。
【0007】次に本発明の六フッ化ウランを二酸化ウラ
ンに変換する方法を図1に示す装置に基づいて説明す
る。図1に示すように、UF6ガスは導入管10を通じ
て、また水蒸気は導入管1を通じてそれぞれ流動層反応
装置12内に導入され、この内部で反応してUO22
子を生成する。流動層反応装置12の好ましい操作温度
は200〜500℃である。流動層反応装置12で副生
するHFガスは凝縮器13によってHF水溶液として回
収され、容器14に受けられる。
【0008】生成したUO22粒子は流動層反応装置1
2の流動層からオーバーフローして排出され、混練機1
8に導入される。混練機18にはアンモニウム塩水溶液
を噴霧状態で導入する導管19が配管され、導管19の
先端には噴霧ノズル19aが設けられる。混練機18内
において、噴霧ノズル19aからアンモニウム塩水溶液
をUO22粒子が粒子形状を損なわない程度に噴霧しな
がらUO22粒子と混合する。この噴霧と混合により反
応が起こり、粒子状のウラン酸アンモニウム塩が生成さ
れる。生成したウラン酸アンモニウム塩の粒子は乾燥装
置22に送られて乾燥される。乾燥されたウラン酸アン
モニウム塩は焙焼・還元装置23に送られ、導管24よ
り導入される水素ガス、窒素ガス及び水蒸気よりなる混
合ガスと反応して、焙焼・還元され、UO2粉末を生成
し、製品の二酸化ウランとして容器26に受容される。
なお27は排気処理系である。
【0009】混練機18の好ましい一態様を図2及び図
3に基づいて説明する。図2及び図3に示すように、混
練機18の本体を構成する上部が開放した収納槽31内
には互いに逆方向に回転する一対のブレード32,32
が収納されている。これらのブレード32の回転軸32
aは収納槽31の外側に設けられた一対の駆動ギヤ3
3,34に接続される。一方の駆動ギヤ33の軸33a
は図示しないモータに接続される。また収納槽31の上
方にはアンモニウム塩水溶液の導管19が配管され、そ
の先端にはアンモニウム塩水溶液を収納槽31内のUO
22粒子に噴霧する噴霧ノズル19aが設けられる。
【0010】このように構成された混練機18を使用し
て粒子状のウラン酸アンモニウム塩を生成するには、先
ず流動層反応装置12から排出されたUO22粒子を所
定量秤量して収納槽31に投入する。次いでブレード3
2,32を回転させながらアンモニウム塩水溶液を噴霧
ノズル19aから少量ずつUO22粒子が粒子形状を損
なわないように噴霧しながら混合すると、UO22粒子
とアンモニウム塩水溶液が反応して粒子状のウラン酸ア
ンモニウム塩が生成する。ウラン酸アンモニウム塩が生
成されると、図3の二点鎖線に示す位置まで収納槽31
が支点31aを中心に回転して生成物は取出される。
【0011】
【作用】UO22粒子とアンモニウム塩水溶液との反応
によって生成した粒子状のウラン酸アンモニウム塩は流
動性が良好であるため、このウラン酸アンモニウム塩を
焙焼・還元すると、ハンドリング性及び焼結特性に優れ
たUO2粉末が得られる。
【0012】
【実施例】次に本発明の具体的態様を示すために、本発
明の実施例を図1〜図3の装置に基づいて説明する。 <実施例1>上述のように構成された図1〜図3の装置
を下記の操作条件で操作してUO2粉末を製造した。 流動層反応装置12の操作温度 : 270℃ UF6ガスの供給速度 : 243g/分 水蒸気供給速度 : 72g/分 UO22粒子の生成速度 : 203g/分 アンモニウム塩 : 炭酸アンモニウム アンモニウム塩水溶液の濃度 : 10% UO22粒子に対するアンモニウム塩 水溶液の噴霧混合比(NH3/Uモル比) : 3 ウラン酸アンモニウム塩 : 炭酸ウラニルアンモニウム ブレード32の回転速度 : 10rpm 焙焼・還元装置23の操作温度 : 700℃ 水素ガス及び水蒸気よりなる混合ガス の混合比(容量) : H2/水蒸気=1/1 <実施例2>アンモニウム塩として炭酸アンモニウムの
代わりに酢酸アンモニウムを用いた以外は実施例1と実
質的に同じ操作を繰返してUO2粉末を製造した。
【0013】<比較例>前記実施例ではUO22粒子を
混練機18に導入し、UO22粒子が粒子形状を損なわ
ない程度にUO22粒子に導管19の噴霧ノズル19a
からアンモニウム塩水溶液を噴霧しながら混合して粒子
状のウラン酸アンモニウム塩を生成した。これに対し、
この比較例ではその代わりに、UO22粒子を水に溶解
してUO22水溶液を生成させ、これにアンモニア水溶
液を添加して重ウラン酸アンモニウム(ADU)を沈殿
させ、これを濾過し、乾燥装置22を経由して焙焼・還
元装置23に移送し、ここで焙焼・還元した以外は実施
例1と実質的に同じ操作を繰返してUO2粉末を製造し
た。
【0014】<評価>実施例1、実施例2及び比較例か
ら製造したUO2粉末の代表的物性及びこれらのUO2
末から同一条件でペレットを製造したときのペレットの
結晶粒径を表1に示す。
【0015】
【表1】
【0016】表1から明らかなように、比較例と比べて
実施例1及び2は成形性及び焼結特性に優れ、かつ結晶
粒径の大きなペレットが得られることが判った。
【0017】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、U
6ガスと水蒸気とを反応させてUO22粒子を生成さ
せ、このUO22粒子が粒子形状を損なわない程度にU
22粒子にアンモニウム塩水溶液を噴霧しながら混合
することにより粒子状のウラン酸アンモニウム塩を生成
させ、生成したウラン酸アンモニウム塩の粒子を焙焼・
還元してUO2粉末を生成させるようにしたから、成形
性及び焼結特性に優れ、かつ結晶粒径の大きなペレット
の製造に適したUO2粉末を得ることができる。特に粒
子状のウラン酸アンモニウム塩は濾過による分離工程を
必要とせずに生成するから、廃液が実質的に発生しない
優れた特長がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を実施するのに用いる装置の構成
図。
【図2】その混練機の平面図。
【図3】図2のA−A線断面図。
【符号の説明】
10 UF6ガスの導入管 11 水蒸気の導入管 12 流動層反応装置 13 HFガスの凝縮器 14 容器 18 混練機 19 アンモニウム塩水溶液の導管 19a 噴霧ノズル 22 乾燥装置 23 焙焼・還元装置 24 混合ガスの導管 26 二酸化ウランの容器 27 排気処理系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 知彦 茨城県那珂郡那珂町大字向山字六人頭 1002番地の14 三菱マテリアル株式会社 那珂エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−197318(JP,A) 特開 昭58−176129(JP,A) 特開 昭58−74526(JP,A) 特開 平5−279043(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01G 43/025 G21C 3/62

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 UF6ガスと水蒸気とを反応させてUO2
    2粒子を生成する工程と、 前記UO22粒子が粒子形状を損なわない程度に前記U
    22粒子にアンモニウム塩水溶液を噴霧しながら混合
    することにより前記UO22粒子と前記アンモニウム塩
    水溶液とを反応させて粒子状のウラン酸アンモニウム塩
    を生成する工程と、 前記ウラン酸アンモニウム塩の粒子を焙焼・還元してU
    2粉末を生成する工程とを含む六フッ化ウランを二酸
    化ウランに変換する方法。
  2. 【請求項2】 アンモニウム塩が炭酸アンモニウム及び
    有機酸のアンモニウム塩のいずれか又は双方である請求
    項1記載の六フッ化ウランを二酸化ウランに変換する方
    法。
  3. 【請求項3】 有機酸のアンモニウム塩が酢酸アンモニ
    ウム、シュウ酸アンモニウム又はコハク酸アンモニウム
    のいずれかである請求項2記載の六フッ化ウランを二酸
    化ウランに変換する方法。
  4. 【請求項4】 ウラン酸アンモニウム塩が炭酸ウラニル
    アンモニウム、酢酸ウラニルアンモニウム、シュウ酸ウ
    ラニルアンモニウム及びコハク酸ウラニルアンモニウム
    からなる群から選ばれた1種又は2種以上の化合物であ
    る請求項1ないし3いずれか記載の六フッ化ウランを二
    酸化ウランに変換する方法。
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