JPH0623049B2 - 二酸化ウラン粉末の製造方法 - Google Patents

二酸化ウラン粉末の製造方法

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JPH0623049B2
JPH0623049B2 JP63010262A JP1026288A JPH0623049B2 JP H0623049 B2 JPH0623049 B2 JP H0623049B2 JP 63010262 A JP63010262 A JP 63010262A JP 1026288 A JP1026288 A JP 1026288A JP H0623049 B2 JPH0623049 B2 JP H0623049B2
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伸一 長谷川
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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、核燃料ペ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、粉末物性の活性度が低いので、単独で再使用した場
合、ペ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、一旦、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、重ウ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、
一般的な方法であった。
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
ンモニウム水溶液を添加し、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、活性度が高くなって
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ペ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
レットの研削時にはキャッピング(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、粒径が比較的大きく、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61−77624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モル濃度以上で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/)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
面積が小さくなり、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/として重ウラン酸アンモニウムを調製
し、これを625℃〜800℃間の種々温度で焙焼して、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℃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、還元した場合にはペレットの焼結密度が仕様値
より低くなってしまい、問題となる。
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ができ、単独でのペレット成形加工
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、攪拌機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100 g/の硝酸ウ
ラニル水溶液を100張り込み、その後、余剰硝酸濃度
を3モル/に調整して、攪拌しながら、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3.03m2/
gであり、単独でペ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/となるように硝酸を添
加、反応させて、ウラン濃度100g/の硝酸ウラニル水
溶液100を得た(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3モル/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内を攪拌しながら、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分間攪拌
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℃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3.03m2/gで
あり、単独でペ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モル濃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温必要であるため、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] 第3図に示すタンク2に、ウラン濃度100g/の硝酸ウ
ラニル水溶液を100張り込み、その後、余剰硝酸濃度
を5モル/に調整して、攪拌しながら、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
攪拌熟成した。
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2.35m2/gであ
り、単独でペ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94.50%と高くなり
過ぎる問題はなかった。
[実施例4] 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
酸ウラニル水溶液調製後の余剰硝酸濃度が1.5モル/と
なるように硝酸を添加、反応させて、ウラン濃度100g/
の硝酸ウラニル水溶液100を得た(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/
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2.35m2/g
であり、単独でペ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94.5%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。
(i) 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。
(ii) 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攪拌混合装置の概略構成図であ
る。 1……攪拌機、 2……タンク、 3……バルブ、 4……バルブ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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ル酸アン
    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. 【請求項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。
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