JPH01298026A - Ｕｏ↓２ペレットの製造方法 - 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Ｊ 本発明はＡＤＵ法によるＵＯ，ペレットの製造方法に係
わり、特に、ペレット中のＵＯ□結晶を大粒径化して核
分裂生成ガス（ＦＰガス）の保持力を高めるための改良
に関する。

「従来の技術」 原子炉内においてＵＯ□ペレットが安定に燃焼するため
には、ペレットによる核分裂生成ガス（ＦＰガス）の保
持力を高め、ペレットからのＦＰガス放出量をできるだ
け抑えることが有効である。

現在までに実施された幾つかの照射実験の結果によれば
、通常ｌＯ〜２０μｍ程度であるペレットの結晶粒径を
さらに大きくするとＦＰガス保持力が向上することが判
明しているが、結晶粒径があまり大き過ぎるとペレット
の機械的強度低下を招くおそれがある。したがって、最
適粒径は未だ明らかでないものの、目安としては１００
μｍを上限とすれば十分と予測されている。

ペレットの結晶粒径を大きくする手段としては、従来、
例えば以下の２方法が周知である。

一つは、ＬＪＯ，粉末に、結晶粒成長促進作用のある例
えばニオビア（ＮｂｚＯｓ）やチタニア（ＴＩ０２）な
どの添加物を加えて成形・焼結する方法である。　また
他の方法は、ペレット焼結条件をコントロールするもの
で、ペレットの焼結雰囲気として炭酸ガス等の酸化性ガ
スを用いｊ；す、通常用いられる焼結条件（１７００〜
１８００°ＯＸ２〜８時間）よりも高温かつ長時間で焼
結を行ない、結晶粒の成長を促進する方法である。

［発明が解決しようとする課題」 しかし、前記第１の方法のように添加物を使用すると、
ペレットの融点、熱伝導、熱膨張等の物性に悪影響を与
える可能性があり、好ましくない。

また、前記第２の方法では、ペレットの製造ラインを大
きく変更する必要があり、大幅なコスト増や生産性紙下
等を招くため、実施は困難である。

そこで、ペレットの製造条件等を変更することなく、ペ
レットの物性に悪影響を及ぼさず、比較的に実施容易な
方法として、ペレット材料となるＵＯ２粉末の活性度等
の性能を向上することにより、結晶粒径の大きなペレッ
トを製造することが考えられる。

通常、ＵＯ，粉末を製造する場合に使用されているＡＤ
Ｕ法では、ＵＦ、ガスと水との反応によす得たフッ化ウ
ラニル（ｕｏｚＦｚ）水溶液をアンモニアと反応させて
ＡＤＵを沈澱させ、このＡＤＵを濾過、乾燥した後、焙
焼・還元してＵＯ３粉末としている。しかし、このＡＤ
Ｕ法によって得られるＵＯ□粉末は比較的活性度が小さ
く、結果的に１０μｍ程度の結晶粒径のペレットしか製
造できない。

一方、上記とは別のＡＤＵ法として、硝酸ウラニル（０
０２（Ｎ　Ｏりり水溶液を原料とする方法もあり、例え
ばＵＦ、ガスを脱フツ化剤の硝酸溶液中で加水分解して
Ｕ　０２（Ｎ　０１）２水溶液を生成し、これを溶媒抽
出によりｆＪ製した後、アンモニアとの反応でＡＤＵを
生成し、さらに濾過、乾燥の後焙焼還元してＵＯ１粉末
とする。この方法によれば、前記方法よりも活性度の高
いＵＯ□粉末を得ることができるが、この比較的高活性
なＵＯ２粉末を用いても、実際には２０μｍ程度の結晶
粒径のペレットしか得られないことが判明している。

この事実は、ペレットの大粒径化を達成するにはＵＯ２
粉末の活性度だけでなく、粉末の凝集性等を高める必要
のあることを示唆しており、したがって従来のＵＯ２粉
末の製造方法では、いずれの場合にも結晶粒径２０μｍ
以上のペレット製造は困難であった。

「発明の目的」 本発明は上記課題を解決するためになされたもので、Ｕ
Ｏ，ペレットの結晶粒径を２０−１００μｍの任意の大
きさに制御しうるＵＯ□ペレットの製造方法を提供する
ことを目的としている。

［課題を解決するための手段」 以下、本発明に係わるＵＯ２ペレットの製造方法を具体
的に説明する。

この方法では、ＮＨ４Ｆを含むＡＤＵスラリーを濾過お
よび乾燥して、ＮＨ４Ｆ含有量が０．００１〜５ｗｔ％
のＡＤＵ粉末を作製し、次いで、得られたＡＤＵ粉末に
焙焼・還元および成形・焼結の処理を施して、結晶粒径
が２０−１００μｍのＵＯ□ペレットを作製することを
特徴としている。

上記のように、ＡＤＵスラリーにＮＨ４Ｆを共存させる
と、濾過および乾燥処理後のＡＤＵはＮＨ４Ｆの作用に
より凝集状態となる。結晶粒径が２０〜１００Ｎ＋＊の
ペレットを得るためには、濾過・乾燥後のＡＤＵ中のＮ
Ｈ４Ｆ含有量を０．００１〜５ｖｔ％の範囲でコントロ
ールすることが必要であり、このＮＨ４Ｆ含有量は、ス
ラリーの段階でのＮＨ４Ｆの濃度と濾過時の含水率によ
り容易にコントロールできる。また他に、ＡＤＵスラリ
ーを濾過して作成したＡＤＵケーキにＮＨ４Ｆを含む水
溶液をふりかける方法も有効である。

前記ＡＤＵ粉末中のＮＨ４Ｆ含有量が０．００１Ｗ【％
よりも少ないと、ＡＤＤ粉末の凝集が十分でなく、しか
も焼結の際に結晶組織に隙間が生じて結晶粒成長が十分
に進まない問題が生じる。一方、ＮＨ４Ｆが５ｖｊ％よ
りも多いと、ＡＤＵを焙焼・還元してＵＯ，に変換する
際にフッ素が十分に除去されないうえ多くの気泡を残し
てしまい、このようなＵＯ１粉末からペレットを製造し
た場合にも焼結密度および結晶粒径が十分大きくならな
い。

また、上記方法の出発物質として用いるＡＤＵスラリー
を構成するＡＤＵの一次粒子は、サブミクロンの微粒子
であることが望ましい。このようなＡＤＵは、Ｕ　Ｏ２
（Ｎ　Ｏ３）２水溶液とアンモニアの反応から容易に得
ることができる。他にも、例えば、ＵＯ４Ｆ、の粉末を
水に溶解して作成したＵＯ□Ｆ２水溶液やＵＦ、と水と
の加水分解水溶液から、膜分離等の方法でＨＦを除去し
て作成した水溶液を原料としてＡＤＵを生成すれば、サ
ブミクロンの微細なＡＤＵを得ることができる。−次粒
子の大きなＡＤＵから得られるＵＯ，粉末の活性度は小
さく、そのようなＵＯ，粉末からは比較的結晶粒径の小
さなベレットしか製造できない。

なお本発明は、ＡＤＵ以外の物質を出発物質とする場合
にも容易に適用できる。例えば、ＵＦ。

を炭酸ガス、アンモニアガスおよび水と反応させて生成
する炭酸ウラニルアンモニウム（Ａ　Ｕ　Ｇ　）全出発
物質として焙焼・還元から成形・焼結の過程を経てＵＯ
□ペレットを製造する場合にも、このＡＵＧとＮＨ４Ｆ
を本発明と同様の条件で組み合わせることにより、結晶
粒径が２０〜１００μｍのＵＯ２ペレットを製造するこ
とができる。

「実施例」 次に、実施例を挙げて本発明の効果を実証する。

硝酸ウラニル結晶を水に溶解して作製したＵＯ。

（ＮＯｌ）２水溶液、およびＵ　Ｏ、Ｆ　、粉末を水に
溶解して作製したＵ　Ｏｚ　Ｆ　！水溶液を、それぞれ
２００ｇＵ／ρに調製したうえ、それぞれの水溶液をア
ンモニア水とともにＮＨ！／Ｕモル比が９の条件で沈澱
槽に供給し、撹拌してＡＤＵの沈澱を生成させｔこ。

次に、このＡＤＵ沈澱を濾過して十分に水洗し、再び水
と混合して３００９ＡＤＵ／（Ｌのスラリーとした後、
これにＮＨ４Ｆを溶解してＡＤＵスラリー中の濃度を０
〜３０　ｇＮ　Ｈａ　Ｆ　／　Ｉ！とした。そして、こ
のＡＤＵスラリーを濾過、乾燥してＮＨ。

Ｆを含むＡＤＵ乾燥物とし、Ｈ７雰囲気中で６５０°Ｃ
で焙焼・還元を行ない、ＵＯ，粉末に変換した。さらに
、このＵＯ□粉末を４ｔ／ｃｍ”で圧縮成形し、Ｈ２雰
囲気中で１７５０℃×４時間の条件で焼結してペレット
とした。

次に、こうして得られたペレットの焼結密度と結晶粒径
の測定を行ない、乾燥ＡＤＵ中のＮＨ４Ｆ含有量との相
関を調べた。その結果を法要に示す。

上表に示されるように、乾燥ＡＤＵ中のＮＨ。

Ｆｔが０から増加するに従い、ペレットの焼結密度と結
晶粒径は共に増大し、ＮＨ４Ｆが０．００１ｖＬ％の時
に約２０／／Ｉ、そして約０．５ｖＬ％におし１て極大
である約１００μ贋の結晶粒径のペレットが得られる。

さらに０．５ｖＬ％を越えると焼結密度と結晶粒径が共
に減少し、５ｖＬ％で再び約２０μｍ＋：減少する。し
たがって、ＮＨ４Ｆ含有量を０゜００１〜５ｖｉ％の範
囲でＲ整することにより、ペレットの結晶粒径を２０〜
１００μｍに任意に調整可能である。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明のＵＯ，ペレットの製造方
法によれば、ＡＤＵの凝集作用をＮＨ。

Ｆの共存により向上させ、ＵＯ，ペレットの物性に悪影
響を与えたり、製造工程を大幅に変更したりすることな
しに、ＵＯ□ペレットの結晶粒径を２０〜１００μｍの
範囲で任意かつ容易に設定することができる。したがっ
て、核分裂生成ガスを保持する効果が高く、ひいては燃
焼安定性が高いＵＯ２ペレットの製造が可能である。

出頭人三菱金属株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. フッ化アンモニウム（ＮＨ＿４Ｆ）を含む重ウラン酸ア
   ンモニウム（ＡＤＵ）スラリーを濾過および乾燥して、
   ＮＨ＿４Ｆ含有量が０．００１〜５ｗｔ％のＡＤＵ粉末
   を作製し、このＡＤＵ粉末に焙焼・還元および成形・焼
   結の処理を施して、結晶粒径が２０〜１００μｍのＵＯ
   ＿２ペレットを作製することを特徴とするＵＯ＿２ペレ
   ットの製造方法。