JPS5920603B2 - 酸化ウラン組成物の製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は六フフ化ウランを酸化ウランに富む組成物に転
化する方法中の後酸化工程における多重ガス流の使用に
関するものである。 ウランの酸化物は、原子力産業における原子炉用燃料お
よび触媒としての好適な用途を含め、様様の目的にとっ
て有用である。 ところで、通例は金属容器によって被覆された濃縮二酸
化ウラン構造物から成る燃料要素の性能こそ、原子炉の
実用上の成功の鍵となるものである。 原子力発電においては、原子炉内の燃料の性能とりわけ
燃料の粒度および密度特性に関して厳しい条件が要求さ
れてきた。 微粒状二酸化ウランの構造物は粗粒状二酸化ウランの構
造物よりもクリープを受は易いことが証明されている。 また、二酸化ウランの密度が燃料の性能を左右する極め
て重要な物理的性質の１つであることも見出されている
。 なお、加工状態の二酸化ウランはセラミックである力）
ら、圧縮によって所望の密度および低い不純物レベルを
有する構造物を得ることができる。 ウランの濃縮は六フッ化ウランの使用によって行われる
のが通例である。 その結果、低いフッ素含量を有しかつ所望の密度および
粒度を有する構造物として容易に加工できるような形態
の濃縮二酸化ウランを濃縮穴フッ化ウランから製造する
ための方法が必要とされることになる。 六フフ化ウランをウラン酸化物（通例は二酸化ウラン）
に転化するための現行技術に従えば、六フフ化ウランの
加水分解によってフッ化つラニルおよびフッ化水素の溶
液が生成され、次いでアンモニアの添加によってニララ
ン酸アンモニウムが沈殿させられる。 濾別後、フッ素含量の高いニララン酸アンモニウムが硝
酸中に溶解され、こうして得られた硝酸ウラニル溶液か
ら溶媒抽出法によってフッ素が除去される。 こうして精製された硝酸ウラニル溶液からニララン酸ア
ンモニウムを再び沈殿させ、それを燃焼してＵ３Ｏ８を
生成させ、次いでそれを水素によって還元すれば、二酸
化ウランが得られる。 このように複雑で経費のかかるニララン酸アンモニウム
転化法を六フフ化ウランの気相反応法に切換えようとい
う試みがなされた結果として、「六フフ化ウランから二
酸化ウランに富む組成物を製造する方法」と題する米国
特許第３７９６６７２号明細書（引用によって本明細書
の一部を成すものとする）中に極めて有用な方法が発表
されている。 なお、上記の特許はダブリュー・アール・デホランター
およびニー・ジー・ダブ（Ｗ、 Ｒ。 ＤｅＨｏｌｌａｎｄｅｒ＆Ａ−Ｇ、Ｄａｄａ）の名前で
１９７０年１０月２日に出願されかつ本発明の場合と同
じ受託者に委託されたものである。 米国特許第３７９６６７２号の方法を実施した場合には
、特に望ましい性質を有する二酸化ウランに富む組成物
と同時に水素のごとき還元性ガスに富む雰囲気が得られ
る。 水素のごとき還元性ガスと空気との特定の混合気体は容
易に燃焼し得るばかりでなく爆発の危険性もあることは
公知であるから、かかる混合気体を工程中において酸化
状態に転化する方が望ましいことはわかっている。 また、工程系列が水素のごとき還元性ガスに富む雰囲気
という副生物を含むことを考えると、かかる方法を真空
条件下で実施することは望ましくない。 なぜなら、装置内に空気のもれがあれば水素と空気との
爆発性混合気体が局部的に生じることになるからである
。 更にまた、へ酸化三ウランＵ３Ｏ８のごとき高度の酸化
物を含有する酸化ウランに富む組成物が得られ、しかも
上記特許の方法において製造される二酸化ウランに富む
粉末の望ましい性質がそのまま保存されるような改良が
達成できれば望ましいことになる。 米国特許第３７９６６７２号の方法を補足すると同時に
、残留還元性ガスを酸化状態に転化しようとする試みの
結果として、六フッ化ウランを酸化ウランに富む組成物
に転化するための新しい方法が着想された。 米国特許第３７９０４９３号明細書中に記載されたこの
方法は、反応区域内における六フフ化ウランから二酸化
ウランに富む組成物への転化が実質的に完了した時点に
おいて酸素含有ガスを導入するというものである。 これは六フッ化ウランから酸化ウラン製品への火炎転化
法における改良を成す。 その結果、反応区域内に存在する還元性ガス（通例は水
素）は反応して酸化状態に転化する一方、二酸化ウラン
に富む組成物はより高度の酸化状態（以後は「酸化ウラ
ンに富む組成物」と呼ぶ）に転化する。 なお、実際に生成するウラン酸化物の種類は二酸化ウラ
ンに富む組成物および残留還元性ガスの総モル容に対す
る酸素のモル容の比に依存する。 この比は導入すべき酸素含有ガスの容量を変えることに
よって調節できる。 かかる方法によれば、六フフ化ウランの転化を真空条件
下で安全に実施することができる。 また。 二酸化ウランに富む組成物および残留還元性ガスから成
る反応区域内の中間反応生成物の温度は導入地点から下
流へ向う酸素含有ガスと残留還元性ガスとを反応させる
に十分なものであるから、独立した加熱工程が必要とさ
れない。 反応区域内のこの地点において温度を上昇させると生成
した酸化ウランに富む組成物の粒子の部分的な焼結の起
る可能性があることを考えればこれは極めて望ましいと
言える。 特に触媒用途にとっては微細な酸化物粒子が望ましいか
ら、部分的な焼結が起ることは望ましくないのが通例で
ある。 次に、第１および２図を参照しながら、かかる方法を一
層詳しく説明しよう。 第１および２図には、上記のごとき米国特許第３７９０
４９３号の方法を実施するための装置が示されている。 かかる装置は２本の同心管３３および３８を有している
。 ノズル３０は蓋３１のごとき支持手段内に封止構造３７
によって固定密封され、また蓋３１は反応区域２９を規
定する反応容器３２と共に（取外し可能な）気密封止構
造を形成している。 容器３２は外方に突き出た空間３４を有し、そこには点
火バーナー３５が収容されている。 点火バーナー３５はガスの供給を受け、そして火炎反応
を開始させるための口火３６を維持している。 ノズル３０は、流体状反応体導入用の管状人口４７を伴
った管３３から成る第１の入口手段並びに別の流体導入
用の管３８から成る第２の入口手段を有している。 管３８は入口３９および蓋４０を有し、また蓋４０には
流体導入用の管状人口４１のための開口が設けられてい
る。 管３８の中には管状内室４３から成る第３の入口手段が
配置され、それによって入口４１から流体を受取るため
の容積４２が規定されている。 内室４３は底部４４に管４５の外径に等しい大きさの８
個の開口を有し、そこにはたとえば溶接またはねじ込み
によって管４５が連結されている結果、管４５は内室４
３から流体を受取ることになる。 管３３および３８は、管４５に比べると、一般的にｄと
表わされる距離だけ長く反応区域２９内に伸びている。 管３８の下部には、管４５の開放端の上方に距離１だけ
離れて方向制御板４６が横断方向に固定されていて、こ
の制御板４６の開口を管４５が貫通している。 また。制御板４６は各々の管４５の回りに環状の開口を
同軸的に形成している。 制御板４６の作用により、遮蔽流体は環状開口を通って
反応区域内に入り、そして管４５からの流体状反応体の
噴流を包囲する。 制御板４６の開口の大きさと制御板４６の厚さとの関係
は、遮蔽流体がほぼ一方向性の流れを成しながら制御板
４６と管４５との間を通って反応区域２９内へ向うよう
であればよい。 なお、記号１は管４５の開放端と制御板４６との距離を
表わすものである。 使用に当っては、水素、解離アンモニアおよびそれらの
混合物の中から選ばれた還元性ガスから成る反応体が反
応中を通じ管３３から反応区域２９内へ連続的に流され
る。 その結果、反応区域２９内には強還元性雰囲気が全域に
わたって維持されることになる。 また、遮蔽ガスが入口３９および管３８を通して反応区
域２９内へ供給される。 かかる遮蔽ガスは窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、
クリプトン、キセノンおよびそれらの混合物の中から選
ばれた非反応性ガスであってもよいし、あるいは酸素、
空気およびそれらの混合物または上記の非反応性ガス中
の任意のものを伴った酸素、空気およびそれらの混合物
の中から選ばれた反応性ガスであってもよい。 更にまた、六フッ化ウランと酸素含有ガスとの混合物か
ら成る反応体が入口４１、内室４２および管４５を通し
て反応区域２９内へ供給される。 かかる酸素含有ガスは酸素、空気およびそれらの混合物
の中から選ばれたものである。 管３８および４５内のガスは、これらのガスが反応区域
２９内に入る際、管３８内の遮蔽ガスが管４５からの気
体状反応体の噴流を包囲するように流れる。 遮蔽ガスが六フフ化ウランと酸素含有ガスとの混合物を
十分な時間にわたって還元性ガスから遮蔽する結果、反
応区域２９内において反応器４８が開始する境界は管３
８と接触しない程度に浮上がるが、これは「火炎のリフ
ティング」と呼ばれる。 第３の反応体としての酸素含有ガスは管状部材５０を通
して反応区域２９内へ導入されるから、第３の反応体は
一次炎４８の反応生成物と混合されることになる。 その結果、残留還元性ガスが燃焼して酸ｔヒ物を生成し
かつ二酸化ウランに富む組成物が前述のごとき酸化ウラ
ンに富む組成物に転化するため、二次炎５１が生じる。 管状部材５０の取付けは、六フッ化ウランから過渡的な
粒状の二酸化ウランに富む組成物への転化が実質的に完
了した地点において第３の反応体が反応区域２９内へ入
るようにして行われる。 なお、かかる特許はアブドウル・ジー・ダブ、ダブリュ
ー・アール・デホランダーおよびロバート・ジエー・ス
ロート（ＡｂｄｕｌＧ、Ｄａｄａ 、Ｗ、Ｒ−ＤｅＨｏ
ｌｌａｎｄｅｒ＆ＲｏｂｅｒｔＪ、５ｌｏａｔ）の名前
で出願されかつ本発明の場合と同じ受託者に依託された
ものであって、これは引用によって本明細書の一部を成
すものとする。 「六フッ化ウランから酸化ウランに富む組成物を製造す
るための方法」と題する米国特許出願第３８７５２９号
明細書中ζこは、ニララン酸アンモニウム転化法を六フ
ッ化ウランの気相反応法に切換えるために極めて有用な
もう１つの方法が記載されている。 かかる特許出願はダブリュー・アール・デホランダーお
よびシー・ピー・フエニモア（Ｗ、Ｒ−ＤｅＨｏ ｌ
ｌ ａｎｄｅｒ ＆Ｃ，Ｐ、Ｆｅｎｉｍｏｒｅ）の名前
で１９７３年８月１０日に提出されかつ本発明の場合と
同じ受託者に委託されたものであって、これは引用によ
って本明細書の一部を成すものとする。 この方法は反応区域を規定する反応器内において活性炭
の存在下で気体状六フッ化ウランを酸化ウランζこ富む
組成物に転化するというものであって、六フッ化ウラン
と還元性キャリヤーガスとの混合物から成る第１の気体
状反応体および酸素含有ガスから成る第２の気体状反応
体を班別に導入しながら、やはり反応区域内に導入され
た遮蔽ガスによって気体状反応体同士を隔離することを
特徴とする。 かかる遮蔽ガスは、気体状反応体同士を一時的に隔離す
ると同時に、気体状反応体間の実質的な混合および反応
を一時的に防止する。 その結果、反応区域内に生じる炎は混合物を反応区域内
へ導入する入口から離れた状態ζこ保たれる。 この方法もまた後酸化工程を包含することができる。 酸化ウランに富む組成物を製造するためのかかる後酸化
工程は、濃縮された火炎反応および高い火炎温度の領域
を与える一地点において酸素含有ガス〆ら成る第３の気
体状反応体の全てを導入するというものである。 かかる後酸化工程の温度は得られる粉末の望ましいセラ
ミック特性（たとえば表面積特性）の喪失を避けるよう
に制御されなければならない。 また、かかる温度の制御は六フッ化ウランを酸化ウラン
に富む組成物に転化する際の生産速度に対する制限とし
て働くこともある。 さてこの度、六フフ化ウランと酸素含有ガスおよび還元
性ガスとの反応から生じた粒状の二酸化ウランに富む組
成物および残留還元性ガスと接触させるための酸素含有
ガスから成る第３の気体状反応体を多重ガス流の形で導
入すれば、六フフ化ウランを酸化ウラン生成物に転化す
る火炎反応を行わせるための改良された方法が得られる
ことが見出された。 −次炎に最も近いガス流は六フフ化ウランから二酸化ウ
ランに富む組成物への転化が実質的に完了した反応区域
内の地点において導入される一方、−次炎に最も近いガ
ス流よりも下流側に少なくとも１つのガス流が配置され
ることによって反応熱が反応区域内に分散させられる。 このようにすれば、後酸化工程の反応熱は反応区域の内
で多重入口の作用が及ぶ部分全体にわたって実質的に拡
散されるから、局限された高温帯は存在しないことにな
る。 それ故、かかる方法から得られる酸化ウランに富む粉末
は局限された高温帯に出会うことがないため、望ましい
セラミック特性がそのまま保存されるわけである。 また、酸化ウランに富む粉末の生産速度に制限を加える
局限された高温帯がもはや存在しないのでかかる粉末の
生産速度は一層高く維持できるから、このような改良は
経済性の点でも有利である。 更にまた、かかる方法に従って転化反応を実施すれば、
ノズル入口における酸素含有ガスを減らしてもセラミッ
クとしての活性が高い粉末を得ることができる（すなわ
ち還元性の高い方法である）。 本発明の上記の目的は、反応区域内において自発燃焼炎
の存在下で気体状六フッ化ウランを酸化ウランに富む組
成物に熱転化するための新規な方法において達成された
。 かかる方法においては、六フッ化ウランと酸素含有ガス
との混合物から成る第１の気体状反応体が反応区域内へ
導入され、還元性ガスから成る第２の気体状反応体が反
応区域内へ導入され、第１および第２の気体状反応体を
一時的に隔離して両者の実質的な混合および反応を一時
的に防止するための遮蔽ガスが反応区域内へ独立ζこ導
入され、しかも酸素含有ガスから成る第３の気体状反応
体が多重ガス流の形で反応区域内へ導入され、そして過
渡的な反応生成物である粒状の二酸化ウランに富む組成
物および残留還元性ガスと接触させられる。 その場合、−次炎に最モ近いガス流は六フッ化ウランか
ら二酸化ウランに富む組成物への転化が実質的に完了し
た反応区域内の地点において導入される。 また、多重ガス流の少なくとも１つが他のものよりも下
流側（すなわち−次炎から遠い側）に配置されることに
よって反応熱が反応区域内に分散させられる。 遮蔽ガスの作用により、六フフ化ウランと酸素含有ガス
との混合物が反応区域への入口から遠去かるまでは、還
元性ガスが六フフ化ウランと酸素含有ガスとの混合物中
に拡散するのが防止され、また六フッ化ウランと酸素含
有ガスとの混合物が還元性ガス中に拡散するのも防止さ
れる。 第１および第２の気体状反応体が反応区域内へ入ってか
ら間もなくすると、遮蔽ガスを通して両者の十分な相互
拡散が生じ、従って六フッ化ウラン、酸素含有ガスおよ
び還元性ガスの間で火炎反応が起る。 この反応は粒状の二酸化ウランに富む組成物および残留
還元性ガスを含む気体状副生物を過渡的に生成する。 酸素含有ガスから成る第３の気体状反応体は粒状の二酸
化ウランに富む組成物および残留還元性ガスを含む気体
状副生物と反応し、そして粒状の酸化ウランに富む組成
物を生成すると同時に残留還元性ガスを酸化状態に転化
する。 なお、実際に生成する酸化ウランの種類は過渡的な粒状
の二酸化ウランに富む組成物および残留還元性ガスの総
モル容に対する第３の気体状反応体のモル容の比に依存
する。 本発明のもう１つの実施態様に従えば、やはり反応区域
内において自発燃焼炎の存在下で気体状力フフ化ウラン
を酸化ウランに富む組成物に熱転化するための新規な方
法が提供される。 かかる方法においては、六フフ化ウランと還元性ガスと
の混合物から成る第１の気体状反応体が反応区域内へ導
入され、酸素含有ガスから成る第２の気体状反応体が反
応区域内へ導入され、第１および第２の気体状反応体を
一時的に隔離して両者の実質的な混合および反応を一時
的に防止するための遮蔽ガスが反応区域内へ独立に導入
され、しかも酸素含有ガスから成る第３の気体状反応体
が多重ガス流の形で反応区域内へ導入され、そして過渡
的な反応生成物である粒状の二酸化ウランに富む組成物
および残留還元性ガスと接触させられる。 その場合、−次炎に最も近いガス流は六フフ化ウランか
ら二酸化ウランに富む組成物への転化が実質的に完了し
た反応区域内の地点において導入される。 また、多重ガス流の少なくとも１つが他のものよりも下
流側に配置されることによって反応熱が反応区域内に分
散させられる。 遮蔽ガスの作用により、六フッ化ウランと還元性ガスと
の混合物が反応区域への入口から遠去かるまでは、酸素
含有ガスが六フッ化ラウンと還元性ガスとの混合物中に
拡散するのが防止され、また六フッ化ウランと還元性ガ
スとの混合物が酸素含有ガス中に拡散するのも防止され
る。 第１および第２の気体状反応体が反応区域内へ入ってか
ら間もなくすると、遮蔽ガスを通して両者の十分な相互
拡散が生じ、従って六フフ化ウラン、酸素含有ガスおよ
び還元性ガスの間で火炎反応が起る。 この反応は粒状の二酸化ウランに富む組成物および残留
還元性ガスを含む気体状副生物を過渡的に生成する。 酸素含有ガスから成る第３の気体状反応体は粒状の二酸
化ウランに富む組成物および残留還元性ガスを含む気体
状副生物と反応し、そして粒状の酸化ウランζこ富む組
成物を生成すると同時に残留還元性ガスを酸化状態に転
化する。 次に第３図を参照すれば、第１および２図の場合と同じ
ノズル３０を有する反応器が示されている。 なお、構成部分を識別するためζこは第１および２図の
場合と同じ参照番号が使用されている。 本発明の第１の実施態様に従って使用する場合には、水
素、解離アンモニアおよびそれらの混合物の中から選ば
れた還元性ガスわら成る反応体が管３３から反応区域２
９内へ連続的に流される。 また、遮蔽ガスが入口３９および管３８を通して反応区
域２９内へ供給される。 かかる遮蔽ガスは窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、
クリプトン、キセノンおよびそれらの混合物の中から選
ばれた非反応性ガスであってもよいし、あるいは酸素、
空気およびそれらの混合物または上記の非反応性ガス中
の任意のものを伴った酸素、空気およびそれらの混合物
の中から選ばれた反応性ガスであってもよい。 更にまた、六フッ化ウランと酸素含有ガスとの混合物か
ら成る反応体が入口４１、内室４２および管４５を通し
て反応区域２９内へ供給される。 かかる酸素含有ガスは酸素、空気およびそれらの混合物
の中から選ばれたものである。 管３８および４５内のガスは、これらのガスが反応区域
２９内に入る際、管３８内の遮蔽ガスが管４５からの気
体状反応体の噴流を包囲するように流れる。 遮蔽ガスが六フフ化ウランと酸素含有ガスとの混合物を
十分な時間にわたって還元性ガスから遮蔽する結果、反
応区域２９内において反応炎４８が開始する境界は管３
８と接触しない程度に浮上がることになる。 第３の気体状反応体を反応区域内へ導入して二酸化ウラ
ンに富む組成物および気体状副生物と接触させるために
は、好ましくは容器１３と同じ材料たとえばモネル（Ｍ
ｏｎｅｌ［Ｆ］）またはインコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ＠
）から成る多重人口５０が使用される。 多重人口５０は円形の横断面を持った管状部材であるこ
とが好ましい。 −次炎４８に最も近い入口５０は、六フフ化ウランから
二酸化ウランに富む組成物への転化が実質的に完了した
反応区域内の地点に配置される。 第３図の場合、−次炎４８に最も近い入口５０の位置は
一次炎４８の先端に近いものとして示されている。 酸素含有ガスが入口５０から供給されれば、それは反応
区域２９内に入って反応生成物と混合する。 その結果、残留還元性ガスが燃焼して酸化物を生成しか
つ二酸化ウランに富む組成物が二酸化ウランよりも高度
の酸化状態にあるウラン酸化物に富む組成物に転化する
ため、二次炎５１が生じる。 なお、かかるウラン酸化物の代表例はへ酸化三ウラン（
Ｕ３０８）、三酸化ウラン（ＵＯ３）、五酸化二ウラン
（Ｕ２０５ ）、Ｕ４０９およびそれらの任意の混合物
であって、その中には多少の二酸化ウラン（ＵＯ２）が
共存することも共存しないこともある。 第３の気体状反応体の各部分を導入するのは、反応区域
を通って移動する物質の残留熱がかかる物質と第３の気
体状反応体との混合物の着火に必要な温度を下回るほど
減少しない内でなければならない。 本発明の第２の実施態様に従って使用する場合には、酸
素、空気およびそれらの混合物の中から選ばれた酸素含
有ガスから成る反応体が管３３から反応区域２９内へ連
続的に流される。 また、遮蔽ガスが入口３９および管３８を通して反応区
域２９内へ供給される。 かかる遮蔽ガスは窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、
クリプトン、キセノンおよびそれらの混合物の中から選
ばれた非反応性ガスであってもよいし、あるいは酸素、
空気およびそれらの混合物または上記の非反応性ガス中
の任意のものを伴った酸素、空気およびそれらの混合物
の中から選ばれた反応性ガスであってもよい。 更にまた、六フフ化ウランと還元性ガスとの混合物から
成る反応体が入口４１、内室４２および管４５を通して
反応区域２９内へ供給される。 かかる還元性ガスは水素、解離アンモニアおよびそれら
の混合物の中から選ばれたものである。 管３８および４５内のガスは、これらのガスが反応区域
２９内へ入る際、管３８内の遮蔽ガスが管４５からの気
体状反応体の噴流を包囲するように流れる。 遮蔽ガスが六フッ化ウランと還元性ガスとの混合物を十
分な時間にわたって酸素含有ガスから遮蔽する結果、反
応区域２９内において反応炎４８が開始する境界は管３
８と接触しない程度に浮上がることになる。 第３の気体状反応体を反応区域内へ導入して二酸化ウラ
ンに富む組成物および気体状副生物と接触させるために
は多重人口５０が使用される。 酸素含有ガスが入口５０から供給されれば、それは反応
区域２９内に入って反応生成物と混合する。 その結果、残留還元性ガスが燃焼して酸化物を生成しか
つ二酸化ウランに富む組成物が二酸化ウランよりも高度
の酸化状態にある酸化ウランに富む組成物に転化するた
め、二次炎５１が生じる。 第３の気体状反応体として導入される酸素含有ガスの流
量は、こうして導入される酸素のモル数

〔０〕が所望の
酸化ウラン生成物を得るのに必要な酸素のモル数（ｘ）
と残留還元性ガス（水素の場合）のモル数の１／２（ｙ
）との和から酸素含有ガスおよび遮蔽ガス中の酸素の総
モル数（ｚ）を引いた値に少なくとも等しくなるように
選ぶことが好ましい。 これを式で表わせば次のようになる。 〔Ｏ〕＝（ｘ ）＋（ｙ ）−（ｚ ） 次に第４および５図を参照すれば、本発明を実施するた
めの別の反応器が示されている。 なお、第１〜３図中のものに対応する構成部品を識別す
るためには同じ参照番号が使用されている。 この場合、第３の気体状反応体としての酸素含有ガスは
容器３２を包囲する壁６１を持った側室６０を通して反
応区域２９内へ導入される。 管状部材６２から側室６０内へ導入された酸素含有ガス
は、多孔質金属部分６３を通って反応区域２９内へ流れ
ることができる。 −次炎に最も近い多孔質金属部分６３は六フフ化ウラン
から二酸化ウランに富む組成物への転化が実質的に完了
した地点に配置される。 第４および５図の場合、その位置は一次炎４８の先端に
近いものとして示されている。 酸素含有ガスが多孔質金属部分６３を通って反応区域２
９内へ入れば、それは反応生成物と混合する。 その結果、残留還元性ガスが燃焼して酸化物を生成しか
つ二酸化ウランに富む組成物が二酸化ウランよりも高度
の酸化状態にある酸化ウランに富む組成物に転化するた
め、二次炎５１が生じる。 多孔質金属部分６３は、たとえばニューヨーク州コート
ランド市ポール・コーポレーション（Ｐａｌｌ Ｃｏｒ
ｐｏｒａｔｉｏｎ）製造の０種多孔質モネルのごとき一
定の多孔度を持った焼結金属から成っている。 多孔質金属部分６３は酸素含有ガスが細孔を通って反応
区域２９内へ入ることを可能Ｏこする。 このように、−次炎の下流側には酸素含有ガス用の多数
の分配点すなわち入口が反応区域ζこ沿って並ぶように
配置されている結果、酸素含有ガス、二酸化ウランに當
む組成物および残留還元性ガスの間には均一な反応が得
られることになる。 本発明によれば、反応区域２９内のノズル隣接領域に対
しては任意所望のＨ２１０□比を選ぶことが可能であっ
て、かかる比が４：１の限界値を越えれば後酸化温度は
所望の最高温度２２００°Ｆよりも低く保たれる。 従って本発明は、後酸化温度を高めることなしに、還元
性の高い炎（たとえはＨ２１０□比二６：１）を設定す
ることを可能にする。 過剰な還元性ガスを後酸化工程（こおいて酸化するため
に必要な第３の気体状反応体は、第３〜５図に示される
ごとく、反応区域２９内に導入されかつその全域にわた
って分配される。 その結果、後酸化工程に関する反応熱は後酸化区域（ま
たは後燃焼区域）の全長にわたって制御可能に分配され
るから、後酸化工程の実施される反応区域２９内の火炎
温度は約２２００下を越えないという望ましい結果が得
られる。 第３および４図の入口に対しては、酸素含有ガスを任意
の割合で分配することができるが、好ましくは後酸化工
程の反応熱を後酸化工程の実施される反応区域部分内に
均一に分配するような量の酸素含有ガスが各入口に割当
てられる。 本発明によれば、六フッ化ウランから酸化ウランζこ富
む組成物への転化による追加の１０点も得られる。 すなわち、酸化ウランζこ富む組成物は約２２００’Ｆ
を越える温度に暴露されないから、かかる組成物および
セラミック構造物の望ましい性質が高い反応区域温度（
すなわち約２２００°Ｆよりも顕著に高い温度）のため
に変化することはない。 本発明によればまた、２２００°Ｆよりも顕著に高い温
度に出会うことなしくこ、同じ反応器内において酸化ウ
ランに富む組成物の生産速度を一層高く維持することも
できる。 本発明がもたらす改良に関しては、前述の米国特許第３
７９６６７２．３７９０４９３および３８１４３２７号
明細書中に記載された装置および方法中の任意のものが
利用できる。 ％ζこ、反応体入口の構成配置、操業開始手順、好まし
いガスの比率、火炎温度、好ましい真空条件の使用、お
よび距離ｄについては、それらの明細書を参照されたい
。 なお、前述の米国特許第３７９６６７２号明細書中に記
載された操業開始手順は、酸素含有ガスの流れが開始さ
れる際に後酸化工程用の酸素含有ガスの流れも開始され
るように改変される。 また、同じ特許明細書中において推定された諸反応は一
次炎４８の生成物を酸化ないし燃焼させる工程に先立つ
本発明方法中の諸反応Ｏこ対しても当てはまるように思
われる。 本発明の実施に当って製造される酸化ウランに富む組成
物は、優れた性質を有する粉末の状態にある。 好ましくは、かかる粉末は上記に列挙されたようなウラ
ン酸化物を９５（重量）％以上含有し、そして主に残部
はフッ化水素の状態にあるフツ素イオン並びにＸ線回折
による同定が通例不可能であるその他のウランおよびフ
ッ素含有化合物から成る。 かかる粉末は優れた表面特性を有していて、特定の組成
を持った粉末について見れば比表面積が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１および２図はそれぞれ従来技術に関連して論じられ
たような酸化ウランに富む組成物製造用の後酸化工程を
実施するための装置の（部分的に破断された）上面図お
よび側断面図、第３図は酸素含有ガスから成る第３の気
体状反応体用の多重下流側入口を有する本発明実施用の
反応器の上部の側断面図、第４図は酸素含有ガスから成
る第３の気体状反応体用の多重下流側入口を有する本発
明実施用の別の反応器の上部の側断面図、そして第５図
は第４図に示された反応器の一部の拡大側断面図である
。 図中、２９は反応区域、３０はノズル、３２は反応容器
、３５は点火バーナー、３６は口火、３９は遮蔽ガス用
の入口、４１は第１の気体状反応体用の入口、４６は方
向制御板、４７は第２の気体状反応体用の入口、４８は
一次炎、５０は第３の気体状反応体用の入口、５１は二
次炎、６２は第３の気体状反応体用の入口、そして６３
は多孔質金属部分を表わす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（ａ）六フッ化ウランと酸素含有ガスとの混合物から
   成る第１の気体状反応体を反応区域内へ導入し、（ｂ）
   還元性ガスから成る第２の気体状反応体を前記反応区域
   内へ導入し、（ｃ）前記第１および第２の気体状反応体
   の中間において遮蔽ガスを前記反応区域内へ独立に導入
   して前記第１および第２の気体状反応体間の実質的な混
   合および反応を一時的に防止することにより、前記第１
   および第２の気体状反応体が前記反応区域を通過する間
   に両者の十分な相互拡散が生じ、その結果として粒状の
   二酸化ウランに富む組成物および気体状反応生成物を生
   成する反応が起るようにし、しかも（ａ）酸素含有ガス
   から成る第３の気体状反応体を多重ガス流の形で導入し
   て前記粒状の二酸化ウランに富む組成物および前記気体
   状反応生成物と接触させることによって前記反応区域内
   に残留する前記還元性ガスを酸化状態に転化しかつ前記
   二酸化ウランに富む組成物をより高度のウラン酸化物に
   酸化する一方、前記多重ガス流の少なくとも１つを他の
   ものよりも下流側に配置することによって反応熱を前記
   反応区域内へ分散させるという諸工程から成ることを特
   徴とする、反応区域内において活性炭の存在下で六フフ
   化ウランから酸化ウランに富む組成物を製造する方法。 ２（ａ）前記遮蔽ガスを前記反応区域内へ導入し、（ｂ
   ）前記第１の気体状反応体用の酸素含有ガスおよび前記
   第３の気体状反応体を前記反応区域内へ導入し、（ｃ）
   前記還元性ガスを前記反応区域内へ導入し、次いで（ｄ
   ）前記六フフ化ウランを導入して前記酸素含有ガスとの
   混合物を生成させることにより、前記混合物が前記遮蔽
   ガスによって前記還元性ガスから一時的に隔離されなが
   ら前記反応区域内へ入るようにするという一連の工程に
   よって操業が開始される、特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 ３ 前記酸素含有ガスおよび前記六フッ化ウランが前記
   反応区域内へ同時に導入される、特許請求の範囲第２項
   記載の方法。 ４（ａ）前記第１の気体状反応体用の酸素含有ガスおよ
   び前記第３の気体状反応体を前記反応区域内へ導入し、
   （ｂ）前記遮蔽ガスを前記反応区域内へ導入し、（ｃ）
   前記還元性ガスを前記反応区域内へ導入し、次いで（ｄ
   ）前記六フフ化ウランを導入して前記酸素含有ガスとの
   混合物を生成させることにより、前記混合物が前記遮蔽
   ガスによって前記還元性ガスから一時的に隔離されなが
   ら前記反応区域内へ入るようにするという一連の工程に
   よって操業が開始される、特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 ５ 気体状反応体を前記反応区域内へ導入するのに先立
   って不活性ガスによる前記反応区域のパージが行われる
   、特許請求の範囲第１〜４項のいずれかに記載の方法。 ６ 六フフ化ウランと酸素含有ガスとの混合物から成る
   前記第１の気体状反応体が複数の個別ガス流として前記
   反応区域内へ導入され、かつ前記ガス流が前記遮蔽ガス
   によって包囲される、特許請求の範囲第１〜５項のいず
   れかに記載の方法。 ７ 前記還元性ガスが水素、解離アンモニアまたはそれ
   らの混合物である、特許請求の範囲第１〜６項のいずれ
   かに記載の方法。 ８ 前記酸素含有気体が酸素、空気またはそれらの混合
   物である、特許請求の範囲第１〜７項のいずれかに記載
   の方法。 ９ 前記遮蔽ガスが窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオス
   、クリプトン、キセノン、酸素、空気またはそれらの混
   合物である、特許請求の範囲第１〜８項のいずれかに記
   載の方法。 １０前記第３の気体状の反応体が酸素、空気またはそれ
   らの混合物である、特許請求の範囲第１〜９項のいずれ
   かに記載方法。 １１ 前記第３の気体状反応体の２つ以上の多重ガス
   流が下流側へ向って並ぶように配置される、特許請求の
   範囲第１〜１０項のいずれかに記載の方法。 １２ （ａ）六フッ化つプンと還元性ガスとの混合物か
   ら成る第１の気体状反応体を反応区域内へ導入し、（ｂ
   ）酸素含有ガスから成る第２の気体状反応体を前記反応
   区域へ導入し、（ｃ）前記第１および第２の気体状反応
   体の中間において遮蔽ガスを前記反応区域内へ独立に導
   入して前記第１および第２の気体状反応体間の実質的な
   混合および反応を一時的に防止することにより、前記第
   １および第２の気体状反応体が前記反応区域を通過する
   間に両者の十分な拡散が生じ、その結果として粒状の二
   酸化ウランに富む組成物および気体状反応生成物を生成
   する反応が起るようにし、しかも（ｄ）酸素含有ガスか
   ら成る第３の気体状反応体を多重ガス流の形で導入して
   前記粒状の二酸化ウランに富む組成物および前記気体状
   反応生成物と接触させることによって前記反応区域内に
   残留する前記還元性ガスを酸化状態に転化しかつ前記二
   酸化ウランに富む組成物をより高度のウラン酸化物に酸
   化する一方、前記多重ガス流の少なくとも１つを他のも
   のよりも下流側に配置することによって反応熱を前記反
   応区域内へ分散させるという諸工程から成ることを特徴
   とする、反応区域内において活性炭の存在下で六フッ化
   ウランから酸化ウランに富む組成物を製造する方法。 １３ （ａ）前記遮蔽ガスを前記反応区域内へ導入し、
   （ｂ）前記第２の気体状反応体用の酸素含有ガスおよび
   前記第３の気体状反応体を前記反応区域へ導入し、（ｃ
   ）前記還元性ガスを前記反応区域内へ導入し、次いで（
   ｄ）前記六フフ化ウランを導入して前記還元性ガスとの
   混合物を生成させることにより、前記混合物が前記遮蔽
   ガスによって前記酸素含有ガスから一時的に隔離されな
   がら前記反応区域内へ入るようにするという一連の工程
   によって操業が開始される、特許請求の範囲第１２項記
   載の方法。 １４前記還元性ガスおよび前記六フフ化ウランが前記反
   応区域内へ同時に導入される。 特許請求の範囲第１３項記載の方法。 １５ （ａ）前記第２の気体状反応体用の酸素含有ガス
   および前記第３の気体状反応体を前記反応区域内へ導入
   し、（ｂ）前記遮蔽ガスを前記反応区域内へ導入し、（
   ｃ）前記還元性ガスを前記反応区域内へ導入し、次いで
   （ｄ）前記六フッ化ウランを導入して前記還元性ガスと
   の混合物を生成させることにより、前記混合物が前記遮
   蔽ガスによって前記酸素含有ガスから一時的に隔離され
   ながら前記反応区域内へ入るようにするという一連の工
   程によって操業が開始される、特許請求の範囲第１２項
   記載の方法。 １６気体状反応体を前記反応区域内へ導入するのに先立
   って不活性ガスによる前記反応区域のパージが行われる
   、特許請求の範囲第１２〜１５項のいずれかに記載の方
   法。 １７六フツ化ウランと還元性ガスとの混合物から成る前
   記第１の気体状反応体が複数の個別ガス流として前記反
   応区域内へ導入され、かつ前記ガス流が前記遮蔽ガスに
   よって包囲される、特許請求の範囲第１２〜１６項のい
   ずれかに記載の方法。 １８前記還元性ガスが水素、解離アンモニアまたはそれ
   らの混合物である、特許請求の範囲第１２〜１７項のい
   ずれかに記載の方法。 １９前記酸素含有ガスが酸素、空気またはそれらの混合
   物である、特許請求の範囲第１２〜１８項のいずれかに
   記載の方法。 ２０前記遮蔽ガスが窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン
   、クリプトン、キセノン、酸素、空気またはそれらの混
   合物である、特許請求の範囲第１２〜１９項のいずれか
   に記載の方法。 ２１ 前記第３の気体状反応体が酸素、空気またはそれ
   らの混合物である、特許請求の範囲第１２〜２０項のい
   ずれかに記載の方法。 ２２前記第３の気体状反応体の２つ以上の多重ガス流が
   下流側へ向って並ぶように配置される、特許請求の範囲
   第１２〜２１項のいずれかに記載の方法。