JPH01188427A - 二酸化ウラン粉末の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、硝酸ウラニル系溶液から重ウラン酸アンモニ
ウムを経由して得られ、核燃料ベレットの成形を可能と
する二酸化ウラン粉末の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 周知のように、核燃料ペレットの加工工程では少なから
ぬスクラップウランが発生する。このスクラップウラン
は、粉末物性の活性度か低いので、単独で再使用した場
合、ベレットに要求される焼結密度（９４〜９７％ＴＤ
）を得ることができない。

そこで、スクラップウランの場合、通常、−旦、硝酸で
溶解して硝酸ウラニル水溶液とした後にアンモニア水溶
液を添加し、重ウラン酸アンモニウムを経由して二酸化
ウラン粉末に転換し、これによって粉末物性の活性度を
向上させた後に再使用していた。

また、スクラップウランでも不純物を含んだものについ
ては、溶媒抽出法により精製して再使用する場合があり
、この場合も硝酸ウラニル水溶液で回収されるため、ア
ンモニア水溶液を添加し、重ロラン酸アンモニウムを経
由し、二酸化ウラン粉末に転換して再使用するのが、−
数的な方法であった。

前記のようなスクラップウランの再使用方法においては
、スクラップウランから得た硝酸ウラニル水溶液にアン
モニア水溶液を添加し、重ウラン酸アンモニウムの沈澱
を生成させた後、重ウラン酸アンモニウムスラリーを濾
別し、乾燥、焙焼、還元して粉末活性度の高い二酸化ウ
ラン粉末を得ていた。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、前記従来の二酸化ウラン粉末の製造方法には
、次のような問題点があり、その解決を図るという課題
がある。

すなわち、前記のような硝酸ウラニル系の二酸化ウラン
粉末は、六フッ化ウランから転換して得た二酸化ウラン
粉末とその粉末物性を比較すると、活性度が高（なって
いる。この硝酸ウラニル系の二酸化ウラン粉末の活性度
の高さは、ペレット成形に必要とされる以上のものであ
り、この二酸化ウラン粉末単独でベレットの製造を行う
と、焼結密度（％ＴＤ）が高くなりすぎ、それに伴って
ペレットの研削時にキャッピング（欠け）が発生しやす
く、量産には不適であった。

そこで、この問題点を解決する方法として、従来、硝酸
ウラニル水溶液から重ウラン酸アンモニウムを沈澱させ
る時にアンモニウム水溶液を２段で添加することによっ
て、粒径が比較的太き（、不活性な二酸化ウラン粉末を
製造する方法が提案されている（特開昭６１−７７８２
４号）。しかし、この方法においては、重ウラン酸アン
モニウムの沈澱工程が複雑となり、また、第１段目のア
ンモニア水溶液の添加工程におけるｐＨの制御が難しい
、という問題点がある。

「課題を解決するための手段］ 本発明者らは、前記従来の問題点を解決するという課題
の実現のために鋭意実験、検討を重ねたところ次のよう
な知見を得るに至った。

すなわち、ウラン酸化物を硝酸に溶解して硝酸ウラニル
水溶液を得るに際して、溶解反応完了後の余剰（未反応
）硝酸濃度が２モルａ度以上で６モル濃度以下となるよ
うに調整すれば、アンモニア水溶液添加時のｐＨ値の上
昇速度を抑制でき、それによって比較的粒径の大きな重
ウラン酸アンモニウムを得ることができることが判明し
た。また、この過程で生じる中和塩である硝酸アンモニ
ウムが、重ウラン酸アンモニウム粉末を得る際にこの重
ウラン酸アンモニウム粉末に同伴し、それによって焙焼
して得られる二酸化ウラン粉末の活性度を抑えることも
判明した。

続いて、かかる知見をさらに具体的に説明する。

反応完了後の硝酸ウラニル水溶液の余剰硝酸濃度を０．
２モル濃度から７モル濃度まで変化させたものを調製し
、それぞれに一定流量でアンモニア水溶液をｐＨが９．
５になるまで添加して重ウラン酸アンモニウムを生成さ
せ、この重ウラン酸アンモニウムを濾過、乾燥し、これ
を焙焼（７００℃）、還元して二酸化ウラン粉末を得て
、これら二酸化ウラン粉末の比表面積を周知のＢ、Ｅ、
Ｔ、法により測定した。その結果を第１図に示した。こ
のグラフにおいて、横軸は硝酸ウラニル水溶液中の余剰
硝酸濃度（モル／Ｑ＞を示し、縦軸は得られた二酸化ウ
ラン粉末のＢ、Ｅ、Ｔ、値を示している。

図から明らかなように、硝酸ウラニル水溶液中の余剰硝
酸濃度を高くすれば、得られる二酸化ウラン粉末の比表
面積が小さ（なり、二酸化ウラン粉末の粉末活性度は低
くなることが判る。余剰硝酸濃度が２モル濃度未満であ
ると、二酸化ウラン粉末は活性に過ぎ、逆に余剰硝酸濃
度が６モル濃度を越えた場合、それ程活性度の低下に寄
与せず、硝酸の添加量が増えるだけであるため、不経済
となる。

一方、前記のようにして得られた重ウラン酸アンモニウ
ムを焙焼、還元する時の温度も得られる二酸化ウラン粉
末の活性度を左右する点で、重ウラン酸アンモニウムの
沈澱条件に次ぐ重要な因子である。この点を明確にする
ために、反応完了後の硝酸ウラニル水溶液中の余剰硝酸
濃度を４モル／Ｑとして重ウラン酸アンモニウムを調製
し、これを６２５°Ｃ〜８　Ｑ　Ｑ　′Ｃ間の種々昌度
で焙焼して、得られた二酸化ウラン粉末のそれぞれのＢ
、Ｅ、Ｔ、値を測定した。その結果を第２図に示した。

図から明らかなように、本発明方法において得られる重
ウラン酸アンモニウムでは、　６５０’Ｃ未満で焙焼、
還元した場合には活性度が高くなり過ぎ、逆に、７５０
℃を越えて焙焼、還元した場合にはベレットの焼結密度
が仕様値より低くなってしまい、聞届となる。

本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。

すなわち、本発明に係る二酸化ウラン粉末の製造方法は
、ウラン酸化物を硝酸溶解して硝酸ウラニル水溶液を得
る際に、反応にあずからずに反応完了後に未反応状態で
残る余剰硝酸濃度が２モルｉｔ３度以上で６モル濃度以
下となるように調整し、続いてアンモニア水溶液を添加
混合して重ウラン酸アンモニウムの沈澱を生じさせ、前
記重ウラン酸アンモニウムを癌別、乾燥させた後、焙焼
、還元して二酸化ウラン粉末に転換させることを特徴と
するものである。

「作用」 前記本発明によれば、重ウラン酸アンモニウムの沈澱工
程は複雑でなく、得られる二酸化ウラン粉末は、六フッ
化ウランより再転換して得られる粉末と同程度の粉末活
性度を付与することかでき、単独でのベレット成形加工
が可能となる。

次に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。

［実施例１　］ 第３図に示すように、撹拌機１を備えたタンク２に、ス
クラップウランから得たウラン濃度１００ｇＩＱの硝酸
ウラニル水溶液を１００１２張り込み、その後、余剰硝
酸濃度を３モル／Ｑに調整して、撹拌しながら、バルブ
３を開いて２８％濃度のアンモニア水溶液を添加し、ｐ
　Ｈが９に達した時点でアンモニア水溶液の添加を終了
し、１５分間撹拌熟成した。

この後、バルブ４を開け、得られた重ウラン酸アンモニ
ウムスラリーを濾過工程に送り、濾過、乾燥後、７００
°Ｃで焙焼、還元し、二酸化ウラン粉末を得た。この時
の二酸化ウラン粉末の比表面積（Ｂ、Ｅ、Ｔ、値）は３
．０３ｍ’／ｇであり、単独でベレット成形加工したと
ころ、キャッピングの発生もなく、また焼結後の密度も
９６．０％と高くなり過ぎる問題はなかった。

［実施例２　］ 本実施例では、まず、第３図に示すタンク２内でスクラ
ップウラン（ウラン酸化物）に硝酸ウラニル水溶液調製
後の余剰硝酸濃度が１．５モル／Ｑとなるように硝酸を
添加、反応させて、ウラン濃度１００ｇ／１２の硝酸ウ
ラニル水溶液１００１２を得た（第１０段）。その後、
この硝酸ウラニル水溶液の余剰硝酸濃度が３モル／ｇと
なるように硝酸を添加、混合した（第２段）。その後、
前記実施例１と同様に、タンク２内を撹拌しながら、バ
ルブ３を開いて２８％濃度のアンモニア水溶液を添加し
、ｐＨが９に達した時点でアンモニア水溶液の添加を終
了し、１５分間撹拌熟成した。この後、バルブ４を開け
、得られた市ウラン酸アンモニウムスラリーを応過工程
に送り、濾過、乾燥後、７００°Ｃで焙焼、還元し、二
酸化ウラン粉末を得た。得られた二酸化ウラン粉末の比
表面積（Ｂ、Ｅ、Ｔ、値）は、前記実施例１で得られた
ものと同様に３．０３ｍ”７ｇであり、単独でベレット
成形加工したところ、キャッピングの発生もなく、また
焼結後の密度も９６．０％と高くなり過ぎる問題はなか
った。

この実施例の特徴は、前記実施例１において、スクラッ
プウランから硝酸ウラニル水溶液を得る際に行う硝酸の
添加、混合を２段で行ったところにある。

１段目における硝酸添加の目的は、硝酸ウラニル水溶液
の調製反応においてウラン酸化物を確実に溶解させるこ
とにあり、第２段目の目的は本願発明による効果を得る
ように硝酸ウラニル水溶液中の余剰硝酸濃度を２モル濃
度以上６モルａ度以下に調整することにある。このよう
に、２段に分けて硝酸の添加を行う利点としては、硝酸
ウラニル水溶液の調整には加昌必要であるため、１段目
でウラン酸化物の溶解を完全に行わせるに充分で必要な
最小限の硝酸添加を行っておき、２段目にて硝酸の蒸発
が生じない安定した温度下で余剰硝酸濃度の調整を容易
に行えるという点が挙げられる。

［実施例３　コ 第３図に示すタンク２に、ウラン濃度１００ｇ／ｆ２の
硝酸ウラニル水溶液を１００Ｑ張り込み、その後、余剰
硝酸濃度を５モル／Ｉ２に調整して、撹拌しながら、バ
ルブ３を開いて２８％濃度のアンモニア水溶液を添加し
、ｐＨが９に達した時点でアンモニア水溶液の添加を終
了し、１５分間撹拌熟成した。

この後、バルブ４を開け、重ウラン酸アンモニウムスラ
リーを濾過工程に送り、濾過、乾燥後、７００℃で焙焼
、還元し、二酸化ウラン粉末を得た。

この時の二酸化ウラン粉末の比表面積（Ｂ、Ｅ、Ｔ。

値）は２．３５ｍ　’／ｇであり、単独でペレ・ノド成
形加工したところ、キャッピングの発生もなく、また焼
結後の密度も９４．５０％と高くなり過ぎる問題はなか
った。

［実施例４　コ この実施例は、前記実施例３において、硝酸ウラニル水
溶液の調整時の硝酸添加を前記実施例２と同様に２段に
して行ったことに特徴がある。

まず、第３図に示すタンク２内でスクラップウランに硝
酸ウラニル水溶Ｉ（！調製後の余剰硝酸濃度が１．５モ
ル／Ｑとなるように硝酸を添加、反応させて、ウラン濃
度１００ｇ／Ｑの硝酸ウラニル水溶液１００Ｑを得たく
第１段）。その後、この硝酸ウラニル水溶液の余剰硝酸
濃度が５モル／りとなるように硝酸を添加、混合した（
第２段）。　その後は、前記実施例３と同様に処理をし
て二酸化ウラン粉末を得た。得られた二酸化ウラン粉末
の比表面積（Ｂ、Ｅ、Ｔ、値）は、前記実施例３のもの
と同様に２．３５ｍ”７ｇであり、単独でベレット成形
加工したところ、キャッピングの発生もなく、また焼結
後の密度も９４５％と高くなり過ぎる問題はなかった。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、次ぎのような効
果を得ることができる。

（１）　重ウラン酸アンモニウム水溶液の沈澱工程を複
雑にすることなく、粉末活性度が適当に抑えられ、単独
でペレットを成形加工しても、キャッピングの発生や焼
結密度が上がりすぎることのない二酸化ウラン粉末を得
ることができる。

（１１）　　その結果、残材ウランの有効利用が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は硝酸ウラニル水溶液の余剰硝酸濃度を変えて製
造した場合の二酸化ウラン粉末の比表面積（Ｂ、Ｅ、Ｔ
、値）を示すグラフ、第２図は重ウラン酸アンモニウム
の焙焼温度を変えて製造した場合の二酸化ウラン粉末の
比表面積（Ｂ、Ｅ、Ｔ。 値）を示すグラフ、第３図は本発明を実施するために用
いた撹拌混合装置の概略構成図である。 １・・・・・撹拌機、 ２・・・・・タンク、 ３１ψ・−バルブ、 ４・・・・・バルブ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ウラン酸化物を硝酸溶解して硝酸ウラニル水溶液
   を得る際に、反応にあずからずに反応完了後に未反応状
   態で残る余剰硝酸濃度が２モル濃度以上で６モル濃度以
   下となるように調整し、続いてアンモニア水溶液を添加
   混合して重ウラン酸アンモニウムの沈澱を生じさせ、 前記重ウラン酸アンモニウムを濾別、乾燥させた後、焙
   焼、還元して二酸化ウラン粉末に転換させる二酸化ウラ
   ン粉末の製造方法。
2. （２）ウラン酸化物を硝酸溶解して硝酸ウラニル水溶液
   を得る際の硝酸添加を２段に分け、 一段目として、溶解反応を完全にする目的でウラン酸化
   物に反応完了後の余剰硝酸濃度が１モル濃度以上で２モ
   ル濃度未満となるように硝酸を添加、混合し、 ２段目として、溶解反応を完了させた後、溶液中の余剰
   硝酸濃度が２モル濃度以上で６モル濃度以下となるよう
   に硝酸を再添加することを特徴とする請求項１記載の二
   酸化ウラン粉末の製造方法。