JP4085441B2 - フッ化ウラニル粉末の製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、六フッ化ウランと水蒸気を反応させてフッ化ウラニル粉末を製造する装置に関する。更に詳しくは装置からのフッ化水素の排出量に基づいて装置を制御する装置に関するものである。
【0002】
この種のフッ化ウラニル粉末の製造装置として、図3に示す装置が知られている。この製造装置では、シード粉供給管1からシード粉のUO2F2粉末を反応装置2内に一定量だけ供給した後、水蒸気供給管3より水蒸気を反応装置2内に供給することにより、流動層4を流動状態にする。次いで流動層4を加熱して所定の温度にした後、供給ノズル6から六フッ化ウランと窒素ガスを流動層4に噴霧すると、噴霧された六フッ化ウランを含むガスと水蒸気は装置2内で激しく撹拌され、六フッ化ウランは水蒸気と反応して、UO2F2とHFを生成する。この反応により反応装置2内のUO2F2粉末の量が増加する。増加したUO2F2粉末は反応生成物として上部抜出し管7又は下部抜出し管8から定期的に抜き出される。9はヒータ、10は分散板、11はウインドボックスである。
【0003】
流動層反応により生成して上昇するHFガス、未反応の水蒸気、窒素ガスは、反応装置2の上部の固気分離フィルタ12で随伴するUO2F2粉末と分離され、オフガス管13から排出された後、定期的に三方切換弁14を切換えて凝縮器16へ送られる。ここで凝縮された凝縮液は容器17に収容される。凝縮器16から排出される窒素ガスと微量のHFガスは三方切換弁18を介して洗浄塔19へ送られ、ここでフッ酸と窒素ガスに分離される。オフガス管13から排出したHFガスと窒素ガスと未反応の水蒸気は通常操業時には凝縮器16へ送らずに三方切換弁14及び18を切換えて直接に洗浄塔19へ送り、ここでフッ酸を含む廃液と窒素ガスに分離される。容器17に収容された凝縮液はサンプリングのために手作業で採取されてフッ酸の濃度が測定される。測定の結果、フッ酸の濃度に応じて供給ノズル6からの六フッ化ウランの供給量又は水蒸気供給管3からの水蒸気の供給量が調整される。またサンプル液にウランの移行が原因と思われる着色が見られた場合には運転を停止する。
【0004】
従来、この種のウランを計量する装置として、特開平4−58184号公報に示されるウラン計量管理システムが知られている。このシステムは金属ウランの原子レーザ法による分離・濃縮用気密セルの外側に中性子検出器を備え、更にこの気密セル内においてウラン原料から分離された濃縮ウランと廃品ウランを運ぶ流路の周囲に設置されるγ線測定装置、α線スペクトル試料製造装置とα線スペクトル測定装置、及び質量分析試料製造装置と質量分析器、並びに気密セル内の雰囲気をSF6ガスで入れ替えるSF6ガス置換装置の少なくとも一種を備えたことを特徴とする。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、容器17に収容された凝縮液をサンプリングしてそのフッ化水素やウランの含有量を測定し、対処する方法では、サンプリングに時間がかかり迅速な測定ができない問題点がある。
また、上記ウラン計量管理システムではバックグラウンド計数が大きく、正確に値を測定することが困難である。
【0006】
本発明の目的は、装置から排出されるフッ化水素の含有量を迅速にかつ正確に測定して原料の供給を的確に自動制御できるフッ化ウラニル粉末の製造装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、図1に示すようにそれぞれ連続的に供給される六フッ化ウランガスと水蒸気とを加熱反応させてフッ化ウラニル粉末を連続的に生成する反応装置22と、反応装置22から連続的に排出されるオフガスを所定量採取し分析してオフガス中のフッ化水素の含有量を測定し電気信号として送出する自動分析装置50と、自動分析装置50から送出される電気信号の基づいて六フッ化ウランガスを供給する第1流量調整弁41又は水蒸気を供給する第2流量調整弁42を制御するコントローラ60とを備えたフッ化ウラニル粉末の製造装置である。
【0008】
この製造装置において、次の式(1)に示す反応が反応装置22内で生じる。
UF6 + 2H2O → UO2F2 + 4HF …… (1)
自動分析装置50は装置22から排出されるオフガス中のフッ化水素の含有量を迅速にかつ正確に測定して、調整弁41又は42の開度を適切に変えることにより原料の供給を的確に自動制御することができる。
【0010】
請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明であって、自動分析装置50が、オフガスを所定量連続的に採取する採取装置51と、採取装置51により採取されたオフガスを呈色試薬52と連続的に混合する混合装置53と、この混合物を連続的に反応させて発色させる反応カラム54と、発色した反応物の吸光光度を連続的に測定する吸光光度計56と、吸光光度計56の測定データからオフガス中のフッ素含有量を電気信号に連続的に変換する変換装置57とを備えたフッ化ウラニル粉末の製造装置である。
吸光光度計56を使用することにより装置から排出されるフッ素の含有量を迅速にかつ正確に測定できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のフッ化ウラニル粉末の製造装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1に示すように、流動層反応装置22の側面にはシード粉となるUO2F2粉末を供給するシード粉供給管21が斜め上向きに、また反応生成物であるUO2F2粉末を抜出す上部抜出し管27が斜め下向きにそれぞれ設けられる。流動層反応装置22の内底部近傍には分散板30が反応装置22の内部を区画するように設けられる。この分散板30より上の反応装置内部にはシード粉のUO2F2粉末から構成される流動層24が形成される。分散板30は多孔質のメッシュに形成され、流動用ガスは透過するが、シード粉は抜け落ちないようになっている。また分散板30より下の反応装置内部には流動層24へ水蒸気を均一に送り込むウィンドボックス31が形成される。
反応装置22の底部側壁にはウィンドボックス31内に向けて水蒸気を供給する水蒸気供給管23が設けられる。この水蒸気供給管23への水蒸気の供給量は第2流量調整弁42により調整される。流動層24は水蒸気供給管23及びウィンドボックス31を通って分散板30を透過する水蒸気により流動状態になる。水蒸気供給管23に供給される水蒸気は水をヒータ29で加熱することにより発生する。反応装置22の側壁には供給ノズル26がこの側壁を貫通して設けられる。供給ノズル26には第1流量調整弁41により供給量が調整された六フッ化ウランと窒素ガスが圧送され、このガスが供給ノズル26により流動層24に噴霧されるように構成される。流動層24の深部にあるUO2F2粉末を反応装置22の外部に抜き出す下部出し管28が分散板30及び反応装置22の底部を貫通して設けられる。反応装置22の上部には流動層反応により生成して上昇するUO2F2粉末をHFガスと未反応の水蒸気と窒素ガスとを含むオフガスから分離する固気分離フィルタ32が設けられる。フィルタ32の上部にはオフガス管33が反応装置22を貫通して設けられる。固気分離フィルタ32の上端には逆洗用の不活性ガスを吹込む逆洗管35が接続される。オフガス管33から排出したHFガスと窒素ガスと未反応の水蒸気を含むオフガスは流路43に設けられた三方切換弁44を介して三方切換弁34に導かれる。三方切換弁34の一方はオフガスを凝縮する凝縮器36に接続され、この凝縮液は容器37に収容され、凝縮器36から排出される窒素ガス及び微量のHFガスは三方切換弁38を介して洗浄塔39に導かれる。オフガス管33から排出したオフガスは通常操業時には凝縮器36へ送らずに三方切換弁34及び38を切換えて直接に洗浄塔39へ送られる。洗浄塔39ではフッ酸を含む洗浄廃液と窒素ガスに分離される。
【0012】
図2に示すように、三方切換弁44には自動分析装置50の採取装置51が接続される。装置50には採取装置51で採取された試料と呈色試薬52とを混合する混合装置53及びこの混合装置53で混合された混合物を反応させて発色させる反応カラム54が設けられる。反応カラム54の近傍には吸光光度計56が設けられ、この光度計56には光度計の測定データから試料中のフッ素含有量を電気信号に連続的に変換する変換装置57が接続される。反応カラム54で測定された液は廃液として装置50より排出される。この吸光光度計56では退色法であるZr−エリオクロムシアニンR法や、直接発色法であるアリザリンコンプレクソン(ALC)法に基づいて吸光度が測定される。
図1に示すように、自動分析装置50の変換装置57の出力はコントローラ60に接続される。コントローラ60の制御出力は第1流量調整弁41及び第2流量調整弁42に接続される。コントローラ60に内蔵されるメモリ61には吸光光度計56が測定するフッ素イオンの量に応じた、流量調整弁41及び42の適正な開度が記憶されている。
【0013】
このように構成のフッ化ウラニル粉末の製造装置の動作を説明する。まずシード粉供給管21によりシード粉のUO2F2粉末を反応装置22内に一定量だけ供給し、次いで水蒸気供給管23より水蒸気を反応装置22内に供給すると、流動層24が流動状態になる。図示しない加熱装置により流動層24を加熱し、反応温度まで昇温する。流動層24の温度が所定の温度に到達すると、供給ノズル26から六フッ化ウランと窒素ガスを流動層24に噴霧する。その結果、噴霧された六フッ化ウランと窒素ガスは流動層24内で激しく撹拌され、六フッ化ウランは水蒸気と反応して、UO2F2とHFを生成する。UO2F2が生成すると反応装置22内のUO2F2粉末の量が増加する。増加したUO2F2粉末は反応生成物として上部抜出し管27から定期的に抜き出される。
オフガス管33から排出されたHFガスを含むオフガスは、その一定量が三方切換弁44から一定の周期、例えば3分間隔で自動分析装置50の採取装置51により採取される。採取された試料は混合装置53により呈色試薬と連続的に均一に混合され、反応カラム54に送られる。呈色試薬には、試料中のフッ素イオンと安定な錯体をつくるZr−アリザリンS、Zr−エリオクロムシアニンR、Zr−SPA−DNS、Zr−キシレノールオレンジ、Th−ネオトリン等が用いられる。反応カラム54では試薬52と試料が反応して発色する。吸光光度計56は発色した反応物を収納する反応カラム54にフッ素イオンの検出に適する所定の波長の単色光を照射してその吸光度を測定する。吸光光度計54で測定された吸光度は変換装置57で電気信号に変換された後、コントローラ60に送出される。吸光度の測定が終了すると、自動分析装置50内の試料は強制的に廃液として排出され、自動分析装置50は次の測定に備える。
【0014】
コントローラ60は自動分析装置50から送出される電気信号に基づいて、メモリ61に記憶されている流量調整弁41及び42の開度を参照し、流量調整弁41及び42を適正な開度に自動的に調整する。これにより原料の六フッ化ウランガスの供給量又は水蒸気の供給量が自動調整される。例えばフッ素イオンの量が少な過ぎる場合には、第1流量調整弁41の開度を大きくして供給ノズル26からの六フッ化ウランの供給量を増加するか、又は第2流量調整弁42の開度を小さくして水蒸気供給管23からの水蒸気の供給量を少なくする。逆にフッ素イオンの量が多過ぎる場合には調整弁41の開度を小さくして六フッ化ウランの供給量を減らすか、又は調整弁42の開度を大きくして水蒸気の供給量を多く調整する。この結果、フッ化ウラニル粉末を高い収率で製造することができる。
【0017】
以上述べたように、従来のような手作業による試料のサンプリングの代わりに、本発明の製造装置では反応装置から連続的に排出されるオフガス中のフッ素の含有量をリアルタイムで自動分析して、直ちに原料の供給を自動制御するので、常に適切な製造条件を維持することができ、高い収率でフッ化ウラニル粉末を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態のフッ化ウラニル粉末の製造装置の構成図。
【図2】 その自動分析装置の構成図。
【図3】 従来のフッ化ウラニル粉末の製造装置の構成図。
Claims (2)
- それぞれ連続的に供給される六フッ化ウランガスと水蒸気とを加熱反応させてフッ化ウラニル粉末を連続的に生成する反応装置(22)と、
前記反応装置(22)から連続的に排出されるオフガスを所定量採取し分析して前記オフガス中のフッ化水素の含有量を測定し電気信号として送出する自動分析装置(50)と、
前記自動分析装置(50)から送出される電気信号に基づいて前記六フッ化ウランガスを供給する第1流量調整弁(41)又は前記水蒸気を供給する第2流量調整弁(42)を制御するコントローラ(60)と
を備えたフッ化ウラニル粉末の製造装置。 - 自動分析装置(50)が、オフガスを所定量連続的に採取する採取装置(51)と、前記採取装置(51)により採取されたオフガスを呈色試薬(52)と連続的に混合する混合装置(53)と、前記混合物を連続的に反応させて発色させる反応カラム(54)と、前記発色した反応物の吸光光度を連続的に測定する吸光光度計(56)と、前記吸光光度計(56)の測定データからオフガス中のフッ素含有量を電気信号に連続的に変換する変換装置(57)とを備えた請求項1記載のフッ化ウラニル粉末の製造装置。
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