JP7368620B2

JP7368620B2 - 酸欠乏硝酸ウラニル溶液の調製

Info

Publication number: JP7368620B2
Application number: JP2022524657A
Authority: JP
Inventors: ブラウン，ダニエル; リンニーン，ニコラス
Original assignee: エックス－エナジー，エルエルシー
Priority date: 2019-11-04
Filing date: 2020-11-04
Publication date: 2023-10-24
Anticipated expiration: 2040-11-04
Also published as: JP2023507708A; US20210130181A1; US11858825B2

Description

連邦支援に関する声明

本発明は、エネルギー省によって付与された助成金番号ＤＥ－ＮＥ０００８４７２の下で、政府支援によってなされた。政府は本発明に一定の権利を有する。

本発明は、一般に、硝酸ウラニル溶液の製造に関する。

酸欠乏硝酸ウラニル（ＡＤＵＮ）溶液は、核燃料製造に用いられる酸化ウランマイクロスフィアを調製するための内部ゲル化プロセスにおいて重要である。酸が不足している条件下でウラン濃度が高い場合、酸化ウランの加水分解反応は遅く、酸欠乏ウラニル溶液の調製には長い時間がかかる。

本発明で開示される様々な実施形態は、Ｕ０_２（０Ｈ）_ｙ（Ｎ０_３）_２－ｙの式を有する酸欠乏硝酸ウラニルの溶液を調製する方法に関するものであり、ここで、ｙは０．１～０．５の範囲である。本方法は、
ウラン酸化物、例えば、ｘが１～３であり、ｚが２～８であるＵ_ｘＯ_ｚを硝酸水溶液に溶解し、ウラン溶液を生成する工程と、
密閉された反応チャンバー内で、大気圧より大きい圧力、５～４０気圧、５～２０気圧、又は１０～４０気圧の圧力下に前記ウラン溶液を置く工程と、
マイクロ波又は電気ヒーターを用いて、前記ウラン溶液を１５０℃～２５０℃の間の所望の保持温度に加熱する工程と、
密閉容器内で、前記ウラン溶液を、上昇した圧力下で、前記所望の温度で１５分～６時間の所望の保持時間維持する工程と、
前記保持温度を維持しながら、前記ウラン溶液の圧力を下げる工程と、
前記所望の温度を１００℃未満に下げ、酸欠乏硝酸ウラニル溶液を得る工程と、を含む。

本発明で開示される様々な実施形態は、酸欠乏硝酸ウラニル溶液を、
ウラン酸化物、例えば、ｘが１～３であり、ｚが２～８であるＵ_ｘＯ_ｚを硝酸水溶液に溶解し、ウラン溶液を生成する工程と、
前記ウラン溶液を密閉された反応チャンバー内で、５～４０気圧の圧力下に置く工程と、
前記ウラン溶液の圧力を上昇させながら、マイクロ波又は電気ヒーターを用いて、１５０℃～２５０℃の間の所望の保持温度に加熱する工程と、
前記ウラン溶液を密閉容器内で前記所望の保持温度で１５分～６時間の所望の保持時間だけ保持する工程と、
前記保持温度を維持しながら、前記ウラン溶液の圧力を下げる工程と、
前記所望の温度を１００℃未満に下げ、酸欠乏硝酸ウラニル溶液を得る工程と、
により調製する方法に関するものである。

様々な実施形態において、酸化ウランの硝酸塩、例えば硝酸ジオキソラニウム［ＵＯ_２（ＮＯ_３）_２］を出発物質として使用してもよく、その場合、出発硝酸塩は酸欠乏性ではない。

ウラン溶液を１５０℃～２５０℃の間の所望の温度に加熱する工程の間、密閉された反応チャンバー内の圧力を、５～４０気圧から、１０～７０気圧、１５～６０気圧、又は２０～５０気圧に上昇させてもよい。

ウラン溶液の圧力を下げる工程の間、沸騰を防ぐ圧力下で溶液を所望の保持温度に維持しながら、圧力を部分的に下げてもよい。この工程の後、ウラン溶液の温度は、１００℃未満、例えば、２０℃～９０℃、３０℃～９５℃、４０℃～９０℃、５０℃～８５℃、６０℃～９０℃、又は約８０℃に下げられる。溶液の残りの圧力を約１気圧に下げてもよい。

様々な実施形態において、Ｕ_ｘＯ_ｚは硝酸水溶液に溶解する。ウラン化合物Ｕ_ｘＯ_ｚは、ＵＯ_２、ＵＯ_３、又はＵ_３Ｏ_８であってもよい。

様々な実施形態において、本発明に開示される方法によってＵ_ｘＯ_ｚから生成される酸欠乏硝酸ウラニル溶液は、ウラン濃度が０．５Ｍ～３Ｍで密度が１．１５ｇ／ｃｍ^３～１．９５ｇ／ｃｍ^３であるか、ウラン濃度が１Ｍ～３Ｍで密度が１．３０ｇ／ｃｍ^３～１．９５ｇ／ｃｍ^３であるか、ウラン濃度が２Ｍ～３Ｍで密度が１．５５ｇ／ｃｍ^３～１．９５ｇ／ｃｍ^３であるか、又は、ウラン濃度が２．７Ｍ～３Ｍで密度が１．７５ｇ／ｃｍ^３～１．９５ｇ／ｃｍ^３である。

分解後の酸欠乏硝酸ウラニル溶液の濃度は、１Ｍ～３Ｍ、２Ｍ～３Ｍ、２．５Ｍ～３Ｍ、又は２．７Ｍ～３Ｍであってよい。分解後の酸欠乏硝酸ウラニル溶液のｐＨは、ウラン濃度とＮＯ_３：Ｕのモル比とに依存する。ＮＯ_３：Ｕ比が１．５～１．７でウラン濃度が２．７Ｍ～３．０Ｍの場合、ｐＨは１．２～１．４になり得る。

様々な実施形態において、本発明に開示される方法によって生成される酸欠乏硝酸ウラニル溶液は、
ＮＯ_３：Ｕ比が１．５～１．９、ウラン濃度が０．５Ｍ～３．５Ｍ、ｐＨが０．５～２．８であるか、
ＮＯ_３：Ｕ比が１．５～１．７、ウラン濃度が０．５Ｍ～３．５Ｍ、ｐＨが０．８～２．８であるか、
ＮＯ_３：Ｕ比が１．５～１．９、ウラン濃度が２．５Ｍ～３．０Ｍ、ｐＨが１．８未満であるか、
又は、ＮＯ_３：Ｕ比が１．５～１．７、ウラン濃度が２．５Ｍ～３．０Ｍ、ｐＨが１．２～１．８である。

様々な実施形態において、本発明に開示される方法によって生成される酸欠乏硝酸ウラニル溶液は、２０気圧～５０気圧の圧力下で２００℃～２５０℃の間の高温に、又は３０気圧～４５気圧の圧力下で２１５℃～２４０℃の高温に維持される。そして酸欠乏硝酸ウラニル溶液は、所望の圧力と温度で３０分～２時間保持される。この時間の終わりに、硝酸ウラニル溶液への圧力が部分的に低下する間、高温が維持される。部分的に減圧された圧力は、溶液が高温で沸騰することを防ぐために十分な圧力である。次に、上昇した温度を３０℃～９０℃の間、又は６０℃～９０℃の間、又は約８０℃に下げてから、ウラン溶液の圧力を大気圧に下げる。その後、ウラン溶液を圧力容器から取り出すことができる。

本発明で開示される様々な実施形態は、ＵＯ_２（ＯＨ）_ｙ（ＮＯ_３）_２－ｙの式を有する酸欠乏硝酸ウラニル溶液を調製する方法に関するものであって、ここでｙは、０．１～０．５の範囲であり、前記酸欠乏硝酸ウラニル溶液は、
酸素を含むウランイオン、例えば、ＵＯ_２（ＮＯ_３）_２又はその水和物の硝酸塩を硝酸水溶液に溶解し、ウラン溶液を生成する工程と、
前記ウラン溶液を、密閉された反応チャンバー内で、大気圧よりも高い圧力下に置く工程と、
前記ウラン溶液にマイクロ波を照射し、前記ウラン溶液を１５０℃～２５０℃の間の所望の温度に加熱する工程と、
前記ウラン溶液を高圧力下で、前記所望の温度で、１５分～６時間の所望の保持時間だけ維持する工程と、
前記ウラン溶液を沸騰させることなく、前記ウラン溶液の圧力を部分的に抜く工程と、
前記所望の温度を１００℃未満に下げ、前記ウラン溶液を大気圧まで減圧して酸欠乏硝酸ウラニル溶液を得る工程と、によって調整される。

様々な実施形態において、本発明で開示される方法によってＵＯ_２（ＮＯ_３）_２から調製される酸欠乏硝酸ウラニル溶液は、
ウラン濃度が０．５Ｍ～３Ｍであり、密度が１．１５ｇ／ｃｍ^３～１．９５ｇ／ｃｍ^３であるか、
ウラン濃度が１Ｍ～３Ｍであり、密度が１．３０ｇ／ｃｍ^３～１．９５ｇ／ｃｍ^３であるか、
ウラン濃度が２Ｍ～３Ｍであり、密度が１．５５ｇ／ｃｍ^３～１．９５ｇ／ｃｍ^３であるか、
又は、ウラン濃度が２．７Ｍ～３Ｍであり、密度が１．７５ｇ／ｃｍ^３～１．９５ｇ／ｃｍ^３である。

様々な実施形態において、本発明で開示される方法によってＵＯ_２（ＮＯ_３）_２から調製される酸欠乏硝酸ウラニル溶液は、
ＮＯ_３：Ｕ比が１．５～１．９であり、ｐＨが０．５～２．８であるか、
ＮＯ_３：Ｕ比が１．５～１．７であり、ｐＨが０．５～２．８であるか、
ＮＯ_３：Ｕ比が１．５～１．９であり、ｐＨが１．８未満であるか、
又は、ＮＯ_３：Ｕ比が１．５～１．７であり、ｐＨが１．２～１．８である。

本発明で開示される様々な実施形態は、ＵＯ_２（ＯＨ）_ｙ（ＮＯ_３）_２－ｙの式を有する硝酸ウラニルの酸欠乏溶液の調製方法に関するものであり、ここで０．１＜ｙ＜０．５、０．２＜ｙ＜０．５、又は、０．３＜ｙ＜０．５である。ウラン化合物中の硝酸イオンのウランイオンに対するモル比は、１．５～１．９、１．５～１．８、又は、１．５～１．７であることが好ましい。

本発明は、６時間未満、０．５～５時間、０．５～３時間、０．５～２時間、又は１～３時間で酸欠乏硝酸ウラニル溶液を調製する技術について記載するものである。

本方法は、硝酸水溶液中のウラン（ＶＩ）の溶液を調製する第１の工程を含む。ウランは、酸化物として提供されてもよい。ウランが酸化ウランとして提供される場合、酸化物は、式Ｕ_ｘＯ_ｚであり、ここで、ｘは１～３であり、ｚは２～８であってもよい。様々な実施形態において、酸化物は、ＵＯ_２、ＵＯ_３、Ｕ_３Ｏ_８、又はそれらの混合物であってよい。

様々な実施形態において、ウラン（ＶＩ）又はウラン（ＩＶ）のどちらかの酸化物であり得る適切な質量のウラン化合物が測定され、分解容器に入れられる。ウラン化合物は粉末として提供されてもよい。硝酸水溶液を、溶液中のウランイオンに対する硝酸イオンのモル比が１．５～２．０、１．５～１．９、１．６～１．８、１．５～１．７、又は、１．５５～１．７となる量で、分解容器に加える。

場合によっては、溶液中のウランイオンに対する硝酸イオンのモル比は、所望の生成物中のウランイオンに対する硝酸イオンのモル比を超えることがある。例えば、ウランがウラン（ＩＶ）又はウラン（Ｖ）の酸化物である場合、硝酸の一部は、ウランのウラン（ＶＩ）への酸化によって消費され得る。例えば、Ｕ_３Ｏ_８の大部分、例えば５０％以上、６０％以上、又は７０％以上がウラン（ＩＶ）及びウラン（Ｖ）である。Ｕ_３Ｏ_８から酸欠乏硝酸ウラニルを調製する場合、硝酸の一部がウラン（Ｖ）からウラン（ＶＩ）への酸化により消費され得る。したがって、ウランに対する硝酸のモル比が１．７である酸欠乏硝酸ウラニル溶液を作るためには、Ｕ_３Ｏ_８の硝酸溶液を出発溶液とする場合、ウラン原子に対する硝酸の比を１．８５～１．９にする必要があり得る。三酸化ウランはほとんどウラン（ＶＩ）を含むので、ウラン原子に対する硝酸の比が約１．７の出発溶液を用いて、ウランに対する硝酸のモル比が１．７である酸欠乏硝酸ウラニル溶液を調製することができる。

次に、所定の量の脱イオン水を分解容器に加える。水は、溶解時のウランイオンの濃度が０．２５Ｍ～３．５Ｍ、１Ｍ～３Ｍ、１．５Ｍ～３Ｍ、又は２．５Ｍ～３Ｍとなるような量で添加する。

表１は、ウランイオン濃度が１ＭであってＮＯ_３：Ｕ比が１．５～１．９の範囲の様々な酸欠乏硝酸ウラニル溶液を調製するために必要な試薬の量を示す。このような実施形態では、ウラン化合物は、最終溶液１リットル当たり１モルのウラン原子が分解容器に存在するような量で、分解容器に入れられる。ウラン化合物の使用量は、化合物のモル質量を、化合物の組成式中のウラン原子数で割ることにより決定されてもよい。したがって、ウラン化合物としてＵＯ_２を用いる場合は、１リットル当たり１モルの酸化物を用いればよい。しかし、ウラン化合物としてＵ_３Ｏ_８を用いる場合は、１リットル当たり１／３モルの酸化物を用いる必要がある。ＮＯ_３：Ｕ比が１．５の１Ｍ硝酸ウラン溶液を調製するためには、最終溶液１リットル当たり１．５モルの硝酸を含む量の硝酸溶液を加える必要がある。７０重量％の硝酸を含む濃縮水溶液を使用する場合、最終溶液１リットルごとに９５ｍＬの７０％ＨＮＯ_３を分解容器に加える必要がある。ＮＯ_３：Ｕ比を変えずに最終溶液のウラン濃度を変えたい場合は、ウラン化合物の量と硝酸の量とをそれぞれ適切に調整する必要がある。ウラン濃度を変えずに最終溶液中のＮＯ_３：Ｕ比を変えたい場合は、ウラン化合物の量を変えずに、硝酸の量を適切に調整する必要がある。なお、ウラン濃度及びＮＯ_３：Ｕ比は、それぞれ独立して調整することができる。

ウランの酸化物がウラン源として使用される場合、酸化ウランと硝酸水溶液との初期混合物は、酸化ウランと酸のスラリーである。酸化ウランと硝酸とを反応させて硝酸ウラニルを生成させると、反応が完了して酸欠乏硝酸ウラニルが得られるまで、濃度とｐＨは変化する。

次に、分解容器は、マイクロ波分解装置又は電気抵抗加熱装置の圧力容器に入れられる。圧力容器は、密閉され、不活性ガスで加圧される。不活性ガスは、窒素又はアルゴンであってもよい。圧力容器は、大気圧より高い所望の圧力に加圧される。この圧力は、２～１００気圧、４～５０気圧、５～４０気圧、又は、８～２０気圧であってよい。

分解容器内の反応混合物を加熱するために、マイクロ波又は電力が圧力容器に与えられる。様々な実施形態において、わずかに酸性のベースロード、例えば、３重量％の硝酸水溶液が、分解容器を取り囲むように圧力容器内に存在してもよい。このような実施形態では、マイクロ波を圧力容器に照射してベースロードを加熱し、ベースロードが反応混合物を加熱する、マイクロ波は所望の温度に達するまで照射される。溶液は、３℃／分～２０℃／分、４℃／分～１５℃／分、又は５℃／分～１０℃／分の速度で加熱される。反応混合物及び／又はベースロードが所望の温度に達すると、反応混合物に照射されるマイクロ波の出力が調整されて、所望の保持時間、反応混合物の温度を所望の温度に維持する。

様々な実施形態において、所望の温度は、１２０℃～３００℃の間、１４０℃～２７５℃の間、１５０℃～２５０℃の間、１６０℃～２２５℃の間、又は１７０℃～２００℃の間である。ウラン溶液は、１０気圧～７０気圧、１５気圧～６０気圧、２０気圧～５０気圧、又は３０気圧～５０気圧の圧力下で、所望の保持時間の間、所望の温度で維持されてもよい。ここで、所望の保持時間は１５分間～６時間である。ウラン溶液は０．５～３時間、０．５～２時間、又は０．７５～１．５時間の範囲の保持時間、所望の温度で維持されてもよい。

保持時間が終了すると、マイクロ波の照射をオフにする。その後、所望の温度を維持したまま圧力容器内の圧力を開放し、脱気する。所望の温度で、溶液の蒸気圧より大きい圧力まで減圧されることにより、溶液の沸騰が防止される。その後、反応チャンバーは１００℃未満、３０℃～９０℃、６０℃～９０℃、又は約８０℃の温度まで冷却され、圧力容器内の圧力は制御された速度で放出される。

システムが大気圧に達すると、分解容器は圧力容器から取り出される。反応チャンバーから、酸欠乏硝酸ウラニル溶液が取り出される。酸欠乏硝酸ウラニル溶液の生成が完了したかどうかを判断するために、溶液の密度とｐＨを測定する。

酸欠乏硝酸ウラニル溶液の密度（ρ［ＡＤＵＮ］）は、水の密度（ρ［Ｈ_２Ｏ］）と、ウラン濃度Ｕ（ｍｏｌ／Ｌ）と、硝酸濃度Ｎ（ｍｏｌ／Ｌ）とによって、次式（１）のように変化する。
ρ［ＡＤＵＮ］＝ρ［Ｈ_２Ｏ］＋０．２７Ｕ＋０．０２８Ｎ …（１）

ウラン濃度と硝酸濃度とは既知であるので、酸欠乏硝酸ウラニル溶液の正確な密度は、式（１）から計算することができる。例えば、ＮＯ_３：Ｕ比が１．５である１Ｍ硝酸ウラニル溶液は、１．３１Ｍの密度を有する。酸欠乏硝酸ウラニル溶液のＮＯ_３：Ｕ比が１．５～１．７である様々な実施形態において、酸欠乏硝酸ウラニル溶液の密度ρ［ＡＤＵＮ］は、おおよそ次式（２）で表される。
ρ［ＡＤＵＮ］＝ρ［Ｈ_２Ｏ］＋０．３１Ｕ …（２）

理論的には、酸欠乏硝酸ウラニル溶液中のウラン濃度が２．７Ｍ～３Ｍの間である場合、式（２）に基づき、溶液の密度は１．８３７～１．９３ｇ／ｃｍ^３の範囲となる。ウラン濃度が２．７Ｍ～３Ｍであり、密度が１．７５～１．９５ｇ／ｃｃである溶液は、酸化ウランミクロスフェアの調製に使用することができる。ウラン濃度が２．７Ｍ～３Ｍである酸欠乏硝酸ウラニル溶液のｐＨは、１．２～１．４である。同様のウラン濃度及びｐＨ値を有する酸欠乏硝酸ウラニル溶液は、従来の手段により、雰囲気下で、例えば、大気圧において２０℃～７０℃で処理することにより得ることができる。しかしながら、そのような溶液の調製に必要な時間は、通常、日数で測定される。本発明で開示される技術によれば、６時間未満、０．２５～５時間、０．５～４時間、０．５～３時間、０．５～２時間、又は１～３時間で酸欠乏硝酸ウラニル溶液を調製することができる。

本発明で開示されるプロセスでは、酸欠乏硝酸ウラニル溶液を高圧・高温で調製することができる。溶液の温度は、放射性または導電性の発熱体を含む様々な発熱体を使用して上昇させることができる。マイクロ波を使用して溶液を加熱することにより、温度を上昇させることができる。圧力は、外部から圧力をかけることにより、及び／又は作動流体（すなわちＡＤＵＮ溶液）の蒸気圧を上昇させることにより、供給することができる。酸化ウラン／硝酸ウランスラリーは、混合物を低温の不活性加圧雰囲気下に置き、溶液を加熱してその蒸気圧を上げることによってさらに圧力を上げることによって、高圧下に置くことができる。

様々な実施形態において、酸欠乏硝酸ウラニル溶液は、ＮＯ_３：Ｕ比が１．５であり、ウラン濃度が０．５Ｍ～３．５ＭかつｐＨが１．４～２．９であるか、ウラン濃度が１Ｍ～３ＭかつｐＨが１．６～２．７であるか、ウラン濃度が２Ｍ～３ＭかつｐＨが１．７～２．２であるか、又はウラン濃度が２．７Ｍ～３ＭかつｐＨが１．７～１．９である。

様々な実施形態において、酸欠乏硝酸ウラニル溶液は、ＮＯ_３：Ｕ比が１．６であり、ウラン濃度が０．５Ｍ～３．５ＭかつｐＨが１．２４～２．７５であるか、ウラン濃度が１Ｍ～３ＭかつｐＨが１．３～２．５であるか、ウラン濃度が２Ｍ～３ＭかつｐＨが１．４～２であるか、又はウラン濃度が２．７Ｍ～３ＭかつｐＨが１．４～１．６である。

様々な実施形態において、酸欠乏硝酸ウラニル溶液は、ＮＯ_３：Ｕ比が１．７であり、ウラン濃度が０．５Ｍ～３．４ＭかつｐＨが０．８～２．６であるか、ウラン濃度が１Ｍ～３ＭかつｐＨが１．６～２．４であるか、ウラン濃度が２Ｍ～３ＭかつｐＨが１．２～１．８であるか、又はウラン濃度が２．７Ｍ～３ＭかつｐＨが１．２～１．４である。様々な実施形態において、酸欠乏硝酸ウラニル溶液は、ＮＯ_３：Ｕ比が１．５～１．９であり、ウラン濃度が０．５Ｍ～３．５ＭかつｐＨが０．５～２．８である。

様々な実施形態において、酸欠乏硝酸ウラニル溶液は、ＮＯ_３：Ｕ比が１．５～１．７であり、ウラン濃度が０．５Ｍ～３．５ＭかつｐＨが０．８～２．８である。

［比較例１］
２３ｍＬの蒸留水が入った容器に３２．３ｍＬの７０％硝酸を加える。この容器を６０℃に加熱し、７６ｇのＵ_３Ｏ_８を６日間かけて２５％、２５％、２５％、１０％、１０％、５％の割合で添加する。この６日間、容器は６０℃に保たれ、攪拌が続けられる。反応容器内の反応混合物の体積を一定に保ち、沈殿を防止するために、６日間にわたって蒸留水が加えられる。容器を２０℃に冷却し、さらに２４時間かけて平衡化させる。２４時間後、密度とｐＨを検査し、必要に応じて蒸留水を加える。硝酸ウラニル溶液を取り出し、ろ過して、未反応の酸化ウランを除去する。

［実施例１］
６ｇのＵ_３Ｏ_８（７．１３ｍｍｏｌＵ_３Ｏ_８；２１．４ｍｍｏｌＵ）を１．８～３ｍＬの蒸留水に加え、酸化ウランスラリーを形成する。酸化ウランスラリーを混合し、７０％硝酸を１．３～２．５ｍＬ添加する。再び酸化ウランスラリーを混合し、酸分解槽に入れる。Ｕ_３Ｏ_８に対する水の質量の比は０．３～０．５である。Ｕ_３Ｏ_８に対する硝酸の質量の比は０．３～０．６である。分解容器はアルゴンで５～４０ｂａｒに加圧され、２００℃～２５０℃に加熱される。この温度を３０～１２０分維持する。この時間の終わりに、沸騰を防止するために、２００℃～２５０℃の温度と、加熱された分解溶液の蒸気圧以上の圧力とを維持しながら、システムを脱気して、圧力を部分的に抜く。部分的に圧力を抜いた後、温度を３０℃まで下げ、圧力を大気圧まで下げ、生成した硝酸ウラニル溶液を取り出す。

［実施例２］
６ｇのＵ_３Ｏ_８（７．１３ｍｍｏｌＵ_３Ｏ_８；２１．４ｍｍｏｌＵ）を３ｍＬの蒸留水に加える。Ｕ_３Ｏ_８と水とを混合し、２．５ｍＬの７０％硝酸（１５．８ＭＨＮＯ_３水溶液：３９．５２ｍｍｏｌＨＮＯ_３；２．４９ｇＨＮＯ_３）を加え、得られた溶液を混合して酸分解槽に入れる。Ｕ_３Ｏ_８に対する硝酸の質量の比は０．５である。Ｕ_３Ｏ_８に対する硝酸のモル比は１．８５である。容器を密閉し、アルゴンで５ｂａｒ～４ｂａｒに加圧し、３℃／分～２０℃／分の温度の上昇率となるように、マイクロ波を用いて２００℃～２５０℃に加熱する。３０分～１２０分の間、２００℃～２５０℃の温度を維持する。この時間の終わりに、沸騰を防止するために分解溶液の蒸気圧以上の圧力を維持したまま、システムを脱気する。これは、温度を２００℃～２５０℃に維持しながら、圧力を２００℃～２５０℃の分解液の蒸気圧を超える圧力に部分的に減圧することにより、行うことができる。部分的に減圧した後、溶液の温度を３０℃まで下げる。圧力を１気圧に下げ、生成物である硝酸ウラニル溶液を取り出す。

［実施例３］
４００ｇのＵ_３Ｏ_８（０．４８ｍｏｌＵ_３Ｏ_８；１．４４ｍｏｌＵ）を１９４ｍＬの蒸留水に添加する。Ｕ_３Ｏ_８と水とを混合し、１７０ｍＬの７０％硝酸（１５．８ＭＨＮＯ_３水溶液：２．６９ｍｏｌＨＮＯ_３）をウラン溶液に加え、得られた溶液を混合して酸分解槽に入れる。Ｕ_３Ｏ_８に対する硝酸の質量の比は０．４２である。Ｕ_３Ｏ_８に対する硝酸のモル比は１．８７以下である。容器を密閉し、アルゴンで３０ｂａｒに加圧し、３℃／分～２０℃／分の温度の上昇率となるように、マイクロ波を用いて２３０℃に加熱する。６０分間、２３０℃の温度を維持する。この時間の終わりに、圧力が３５ｂａｒとなるようにシステムを脱気する。温度を３０℃まで下げ、残りの圧力を抜き、生成した硝酸ウラニル溶液を容器から取り出す。未反応のウラン酸化物を処理するためにろ過してもよい。

［実施例４］
６ｇのＵＯ_２を１．８～３ｍＬの蒸留水に加え、酸化物ウランスラリーを形成する。酸化物ウランスラリーを混合し、７０％硝酸を１．３～２．５ｍＬ加える。再び酸化ウランスラリーを混合し、酸分解槽に入れる。ＵＯ_２に対する水の質量の比は０．３～０．５である。ＵＯ_２に対する硝酸の質量の比は０．３～０．６である。分解容器をアルゴンで５～４０ｂａｒに加圧し、２００℃～２５０℃に加熱する。３０～１２０分、この温度が維持される。この時間の終わりに、沸騰を防止するために、２００℃～２５０℃の温度と、加熱された分解溶液の蒸気圧以上の圧力とを維持しながら、システムを脱気し、圧力を部分的に抜く。圧力を部分的に抜いた後、温度を３０℃まで下げる。圧力を大気圧まで下げ、生成した硝酸ウラニル溶液を取り出す。密度とｐＨとが所望の通りでなかった場合、手順を繰り返す。

様々な実施形態が、その特定の例示的な態様を特に参照して詳細に説明されたが、本発明は他の実施形態が可能であり、その詳細は様々な点で変更が可能であることを理解されたい。当業者には容易に明らかであるように、本発明の思想及び範囲に留まる限り、変更及び修正が行われ得る。したがって、前述の開示及び説明は、例示のみを目的とするものであり、特許請求の範囲によってのみ定義される本発明を決して制限するものではない。

Claims

ＵＯ_２（ＯＨ）_ｙ（ＮＯ_３）_２－ｙの式を有する酸欠乏硝酸ウラニルの溶液を調製する方法であって、
ｙは０．１～０．５の範囲であり、
ａ）ｘが１～３であり、ｚが２～８であるＵ_ｘＯ_ｚを硝酸水溶液に溶解し、ウラン溶液を生成する工程と、
ｂ）密閉された反応チャンバー内で、大気圧より大きい圧力下に前記ウラン溶液を置く工程と、
ｃ）マイクロ波を用いて、前記ウラン溶液を１５０℃～２５０℃の間の所望の温度に加熱する工程と、
ｄ）前記ウラン溶液を、上昇した圧力下で、前記所望の温度で、１５分～６時間の所望の保持時間維持する工程と、
ｅ）前記ウラン溶液を沸騰させることなく、前記ウラン溶液の圧力を部分的に抜く工程と、
ｆ）前記所望の温度を１００℃未満に下げ、前記ウラン溶液の圧力を大気圧まで減圧し、酸欠乏硝酸ウラニル溶液を得る工程とを含む方法。
前記Ｕ_ｘＯ_ｚは硝酸水溶液に溶解されていることを特徴とする、請求項１記載の方法。
前記Ｕ_ｘＯ_ｚがＵＯ_２、ＵＯ_３、又はＵ_３Ｏ_８である、請求項１記載の方法。
前記酸欠乏硝酸ウラニル溶液は、ウラン濃度が０．５Ｍ～３Ｍであり、密度が１．１５ｇ／ｃｍ^３～１．９５ｇ／ｃｍ^３である、請求項１記載の方法。
前記酸欠乏硝酸ウラニル溶液は、ウラン濃度が１Ｍ～３Ｍであり、密度が１．３０ｇ／ｃｍ^３～１．９５ｇ／ｃｍ^３である、請求項１記載の方法。
前記酸欠乏硝酸ウラニル溶液は、ウラン濃度が２Ｍ～３Ｍであり、密度が１．５５ｇ／ｃｍ^３～１．９５ｇ／ｃｍ^３である、請求項１記載の方法。
前記酸欠乏硝酸ウラニル溶液は、ウラン濃度が２．５Ｍ～３Ｍであり、密度が１．７５ｇ／ｃｍ^３～１．９５ｇ／ｃｍ^３である、請求項１記載の方法。
前記酸欠乏硝酸ウラニル溶液は、ＮＯ_３：Ｕ比が１．５～１．９であり、ウラン濃度が０．５Ｍ～３．５Ｍであり、ｐＨが０．５～２．８である、請求項１記載の方法。
前記酸欠乏硝酸ウラニル溶液は、ＮＯ_３：Ｕ比が１．５～１．７であり、ウラン濃度が０．５Ｍ～３．５Ｍであり、ｐＨが０．８～２．８である、請求項１記載の方法。
前記酸欠乏硝酸ウラニル溶液は、ＮＯ_３：Ｕ比が１．５～１．９であり、ウラン濃度が２．５Ｍ～３．０Ｍであり、ｐＨが１．８未満である、請求項１記載の方法。
前記酸欠乏硝酸ウラニル溶液は、ＮＯ_３：Ｕ比が１．５～１．７であり、ウラン濃度が２．５Ｍ～３．０Ｍであり、ｐＨが１．２～１．８である、請求項１記載の方法。
前記ウラン溶液を、２０～５０気圧の圧力下で、前記所望の温度で所望の保持時間維持することを含み、前記所望の温度は２００℃～２５０℃である、請求項１記載の方法。
前記ウラン溶液を、２０～５０気圧の圧力下で、前記所望の温度で所望の保持時間維持することを含み、前記所望の温度は２１５℃～２４０℃である、請求項１記載の方法。
前記所望の保持時間が３０分～２時間である、請求項１３記載の方法。
前記ウラン溶液の圧力を大気圧まで下げる前に、前記所望の温度を３０℃～９０℃に下げることを特徴とする、請求項１記載の方法。
ＵＯ_２（ＯＨ）_ｙ（ＮＯ_３）_２－ｙの式を有する酸欠乏硝酸ウラニルの溶液を調製する方法であって、
ｙは０．１～０．５の範囲であり、
ａ）ＵＯ_２（ＮＯ_３）_２又はその水和物を硝酸水溶液に溶解し、ウラン溶液を生成する工程と、
ｂ）密閉された反応チャンバー内で、大気圧より大きい圧力下に前記ウラン溶液を置く工程と、
ｃ）マイクロ波を用いて、前記ウラン溶液を１５０℃～２５０℃の間の所望の温度に加熱する工程と、
ｄ）前記ウラン溶液を、上昇した圧力下で、前記所望の温度で、１５分～６時間の所望の保持時間維持する工程と、
ｅ）前記ウラン溶液を沸騰させることなく、前記ウラン溶液の圧力を部分的に抜く工程と、
ｆ）前記所望の温度を１００℃未満に下げ、前記ウラン溶液の圧力を大気圧まで減圧し、酸欠乏硝酸ウラニル溶液を得る工程とを含む方法。
ＵＯ_２（ＯＨ）_ｙ（ＮＯ_３）_２－ｙの式を有する酸欠乏硝酸ウラニルの溶液を調製する方法であって、
ｙは０．１～０．５の範囲であり、
ａ）ｘが１～３であり、ｚが２～８であるＵ_ｘＯ_ｚを硝酸水溶液に溶解し、ウラン溶液を生成する工程と、
ｂ）密閉された反応チャンバー内で、２０～５０気圧の圧力下に前記ウラン溶液を置く工程と、
ｃ）マイクロ波を用いて、前記ウラン溶液を１５０℃～２５０℃の間の所望の温度に加熱する工程と、
ｄ）前記ウラン溶液を、１５分～６時間の所望の保持時間、上昇した圧力下で、前記所望の温度に維持する工程と、
ｅ）前記ウラン溶液を沸騰させることなく、前記ウラン溶液の圧力を部分的に抜く工程と、
ｆ）前記所望の温度を１００℃未満に下げ、前記ウラン溶液の圧力を大気圧まで減圧し、酸欠乏硝酸ウラニル溶液を得る工程とを含む方法。