JPH0699154B2 - Uo▲下2▼ペレットの製造方法 - Google Patents

Uo▲下2▼ペレットの製造方法

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JPH0699154B2
JPH0699154B2 JP63127934A JP12793488A JPH0699154B2 JP H0699154 B2 JPH0699154 B2 JP H0699154B2 JP 63127934 A JP63127934 A JP 63127934A JP 12793488 A JP12793488 A JP 12793488A JP H0699154 B2 JPH0699154 B2 JP H0699154B2
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
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    • C01G56/00Compounds of transuranic elements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G43/00Compounds of uranium
    • C01G43/01Oxides; Hydroxides
    • C01G43/025Uranium dioxide

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明はADU法によるUO2ペレットの製造方法に係わり、
特に、ペレット中のUO2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UO2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10〜20μm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100μm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、UO2粉末に、結晶粒成長促進作用のある例えば
ニオビア(Nb2O5)やチタニア(TiO2)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たり、
通常用いられる焼結条件(1700〜1800℃×2〜8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低下等を招くため、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、UO2粉末を製造する場合に使用されているADU法で
は、UF6ガスと水との反応により得たフッ化ラウニル(U
O2F2)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UO2
末としている。しかし、このADU法によって得られるUO2
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(UO2(N
O3)2)水溶液を原料とする方法もあり、例えばUF6ガス
を脱フッ化剤の硝酸溶液中で加水分解してUO2(NO3)2
溶液を生成し、これを溶媒抽出により精製した後、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UO2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UO2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2
0μm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。
一方、本出願人は先に、特願昭61−190079号(特開昭63
−45127号公報)において、結晶粒径が10〜100μmのUO
2ペレットを製造し得る方法を提案した。この方法は、H
Fを含有しないUO2F2水溶液に、アンモニアを一定条件で
添加することにより微細なADU粒子を沈殿させ、それか
ら得られたADU粉末を焙焼・還元および成形焼結すれ
ば、10〜100μmの結晶粒径を有するUO2ペレットが作成
できるとの知見に基づくものである。
しかし、この方法によって微細なADU粉末を作成し、ペ
レットを製造した場合にも、結晶粒径が十分に大きくな
らないことがあるという問題があった。
本発明者らがこの現象を詳細に検討した結果、結晶粒径
が十分に大きいUO2ペレットを得るためには、微細なADU
粉末を使用するだけでは不十分であり、ADU粉末に含ま
れるフッ化アンモニウム(NH4F)量を適切にコントロー
ルすることにより粉末の凝集性を高める必要があること
を見い出すに至った。
「発明の目的」 本発明は上記知見に基づいてなされたもので、UO2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UO2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を含み一次粒子がサブミクロンの微
粒子である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UO2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20〜100μmのペレットを得るため
には、濾過・乾燥後のADU中のNH4F含有量を0.001〜5wt
%の範囲でコントロールすることが必要であり、このNH
4F含有量は、スラリーの階段での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、AD
U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0.001wt%よりも少ない
と、ADU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5wt%よりも多いと、ADUを焙焼
・還元してUO2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UO2
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
ることが必要である。なお周知のように、サブミクロン
とは粒径が1μm未満であることを意味する。このよう
なADUは、UO2(NO3)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、UO2F2の粉末を
水に溶解して作成したUO2F2水溶液やUF6と水との加水分
解溶液から、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。一次粒子の大きなADUから
得られるUO2粉末の活性度は小さく、そのようなUO2粉末
からは比較的結晶粒径の小さなペ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、UF6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ラウニルア
ンモニウム(AUC)を出発物質として焙焼・還元から成
形・焼結の過程を経てUO2ペレットを製造する場合に
も、このAUC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。硝酸ラ
ウニル結晶を水に溶解して作製したUO2(NO3)2水溶液、
およびUO2F2粉末を水に溶解して作製したUO2F2水溶液
を、それぞれ200gU/l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NH3/Uモル比が9の条件で沈
澱槽に供給し、攪拌してADUの沈澱を生成させた。
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300gADU/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0〜30gNH4F/lとした。
そして、このADUスラリーを濾過、乾燥してNH4Fを含むA
DU乾燥物とし、H2雰囲気中で650℃で焙焼・還元を行な
い、UO2粉末に変換した。さらに、このUO2粉末を4t/cm2
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。その結果を次表に示す。
上表に示されるように、乾燥ADU中のNH4F量が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0.001wt%の時に約20μm、そして約0.5wt
%において極大である約100μmの結晶粒径のペレット
が得られる。さらに0.5wt%を越えると焼結密度と結晶
粒径が共に減少し、5wt%で再び約20μmに減少する。
したがって、NH4F含有量を0.001〜5wt%の範囲で調整す
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UO2ペレットの製造方法
によれば、ADUの凝集作用をNH4Fの共存により向上さ
せ、UO2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、UO2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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 皓 茨城県那珂郡那珂町大字向山字六人頭1002 ―14 三菱金属株式会社那珂原子力開発セ ンター内 (56)参考文献 特開 昭63−45127(JP,A) 特開 昭58−36930(JP,A) 特公 昭40−14291(JP,B1)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フッ化アンモニウム(NH4F)を含み一次粒
    子がサブミクロンの微粒子である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、NH4F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UO2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。
JP63127934A 1988-05-25 1988-05-25 Uo▲下2▼ペレットの製造方法 Expired - Fee Related JPH0699154B2 (ja)

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