JPS6058176B2 - 二酸化ウランの製法 - Google Patents

二酸化ウランの製法

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JPS6058176B2
JPS6058176B2 JP58049094A JP4909483A JPS6058176B2 JP S6058176 B2 JPS6058176 B2 JP S6058176B2 JP 58049094 A JP58049094 A JP 58049094A JP 4909483 A JP4909483 A JP 4909483A JP S6058176 B2 JPS6058176 B2 JP S6058176B2
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uranyl
ammonium
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precipitation
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JP58049094A
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JPS58176129A (ja
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ジエ−ムズ・マイケル・ポウプ
ピ−タ−・タオ−イ・チヤング
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CBS Corp
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Westinghouse Electric Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は二酸化ウランの製法に関する。
核燃料用ペレットの製造に使用するUO。
粉末の主な製法では六フッ化ウランを加水分解してフッ
化ウラニル/フッ化水素溶液を下記の式に従い生成する
:汗。
(y)十洪O(ダ)→UO。F。(l)一4HF(l)
重ウラン酸アンモニウム(ADU)はフッ化ウラニル溶
液に水酸化アンモニウムを加えることよつて下記の式に
従い沈殿させる:2U0。
F。(l)+ 6NH、OH(l)→(NH3)。U。
O、(s)+ 4NH、F(e)十凪O(l)次いでA
DUを所定還元雰囲気中で焼成又は加熱することにより
UO。に変換する:(NH3)。
U。O、(s) 2UO。(s)+胆。O(ダ)+2N
H。(y)次いでUO。
はペレットに成形し、焼結して最終生成物とする。この
方法ではUO2のスクラップもまた副生される。
このスクラップは破損したペレットのチップ、及び密度
又は他に要求される条件を満足していないUO。からな
る。UO。のスクラップは硝酸に溶解して硝酸ウラニル
溶液とする:UO。
(s)+4HNO。(l)−UO。(NO。)O(l)
+2H。
O(l)+2NO。(g)次いで硝酸ウラニル溶液に水
酸化アンモニウムを加えればN犯の沈殿が得られる:2
UO。
(NO。)O(l)+ 6NH、OH(l)→(NH3
)。U2O、(s)+4NH、NO。(l)十胆。O(
l)ADUは所定還元雰囲気中で焼成してUO。
を得る:スクラップから得られたUO2は6“DP′2
(直接沈殿)UO2と呼ぶ。
これを焼結後にフッ化ウラニルから製造したUO2と混
合する。しかし、最終燃料ペレット中に微細な気孔及び
/又は亀裂を多量に生じさせないためにはフッ化ウラニ
ルから得たUO2中には極く少量のDP−UO2しか許
容されない。この発明による二酸化ウランの製法は、フ
ッ化ウラニル水溶液から重ウラン酸アンモニウム又は炭
酸ウラニルアンモニウムを沈殿させることによつてスラ
リを調製し、及び硝酸ウラニル水溶液から重ウラン酸ア
ンモニウム又は炭酸ウラニルアンモニウムを沈殿させる
ことによつてスラリを調製し、次いでこれらのスラリを
混合し、混合したスラリ中の沈殿化合物を補集すること
を特徴とする、二酸化ウランの製法である。
本発明の製法により製造された生成物は非常に均質であ
り、均一に分散した比較的大きな気孔率をもつ均一な粒
子寸法を有する。
本発明によるUO2粉末から製造されたペレットは従来
のペレットに比べより機械的損傷に耐え、寸法安定性も
高い。加えて、従来のUO2は密度が低過ぎるために気
孔形成剤を添加できないが、本発明方法により製造した
UO2は密度が十分高いので気孔形成剤を添加すること
ができる。このことは製造できる生成物のタイプについ
てのUO2製造設計上の融通性を著しく増大する。驚く
べきことに、本発明者らは本発明による製法で製造され
る高密度ペレットは従来の製法に比べ低温度で、しかも
より迅速に製造できることを見出した。
代表的には従来1800′Cで8時間要したのに比べ、
本発明てはわすか1700′Cで2時間でペレットを高
密度に焼結できる。この結果エネルギーの節約となり生
産量の増大をもたらす。本発明による製法の他の利点は
、本発明の製法により製造したUO2に硬質スクラップ
(すなわち研磨スクラップでありU3O8又はUO2又
はそれらの混合物)を約50%添加することができ、こ
れは従来法により製造したUO2に添加できる量より多
い。
本発明の製法による比較的簡単な変化によつて、非常に
多くの重要な改善がなされたことは警嘆すべきことであ
り、意外なことである。
重ウラン酸アンモニウムか又は炭酸ウラニルアンモニウ
ムが、フッ化ウラニル溶液から沈殿され、また硝酸ウラ
ニル溶液から沈殿する。
フッ化ウラニル溶液は六フッ化ウランを加水分解する周
知の製法により調製できる。フッ化ウラニル溶液はウラ
ニルイオン(UO22つ、フッ素イオン、水素イオン、
及び水を含む。ウラン濃度は代表的には10ないし20
0y/eでありPHは通常2以下である。沈殿はこの溶
液に水酸化アンモニウム、アンモニア、又は炭酸アンモ
ニウムを加えて造られる。水酸化アンモニウム又はアン
モニアの添加によりADUの沈殿が生じ、炭酸アンモニ
ウムの添加により炭酸ウラニルアンモニウム((NH4
)4〔UO2(CO3)3〕、トリカルボナトウラニル
酸アンモニウムとも言いAUTと略す)を生ずる。水酸
化アンモニウムはADUを生成しアンモニアより取扱い
やすいため好適である。沈殿生成の際の沈殿生成剤(ア
ンモニアとして計算):ウランのモル比は10〜30:
1、好適には25〜28:1とすべきである。硝酸ウラ
ニル溶液は硝酸中にUO2を溶解して調製することがで
き、ウラニルイオン、硝酸イオン、水素イオン、及び水
よりなる。
また、代表的には硝酸ウラニル溶液1eに付10ないし
200fのウランを含み、PHは概して2以下である。
沈殿はこの溶液に水酸化アンモニウム、アンモニア、又
は炭酸アンモニウムを加えて得ることができる。前述と
同様に水酸化アンモニウム又はアンモニアの使用により
ADUの沈殿が得られ、炭酸アンモニウムの使用により
AUTの沈殿が得られる。前述と同様の理由により水酸
化アンモニウムの使用が好適である。アンモニアニウラ
ンのモル比もまた10〜30:1、好適には25〜28
:1である。沈殿生成後、得られたスラリは好適には熟
成器(市GestOr)に送りスラリを熟成させ平衡に
到達させる。沈殿生成及び熟成は0℃ないし50℃で行
われる。硝酸塩から得たスラリにおいて温度は厳重な制
御は必要ではないが、フッ化物から得たスラリは50゜
Cを超えた場合大きな粒子が生成し、0℃未満に冷却す
るのは不経済であり利益もない。沈殿生成及び熟成は好
適には室温で行う。前記2種の溶液の沈殿が了した時2
種のスラリを好適には上澄み液すべてと共に混合する。
混合した後ろ過、遠心分離、デカンテーシヨン、又は他
の手段によつて固体沈殿物を回収する。遠心分離法がよ
り完全に回収できるので好適である。2種のスラリは互
いに種々の比率で混合してもよいが、硝酸塩スラリは代
表的には全スラリ重量の10ないし25重量%である。
回収した混合沈殿物は室温で空気乾燥し、得られた塊り
を粉砕して120ないし150℃で5ないし15時間再
び乾燥し、次いて得られた粉末を水蒸気:水素流比率2
5〜75:1において550ないし650℃で1ないし
3時間焼成する。
焼成後代表的なダイ離型剤と混合する時、所望により約
3鍾量%までの粉末硬質スクラップを加えてもよい。
さらに気孔形成剤すなわち気孔を生ずる揮発性化合物を
焼成後に、及びダイ離型剤混合時に添加してもよい。適
当な気孔形成剤にはシユウ酸アンモニウム、シユウ酸ウ
ラニルアンモニウム、フッ化ウラニルアンモニウム、重
ウラン酸アンモニウム、及び糖が含まれる。シユウ酸ア
ンモニウムが好適であるが、その理由は混合が良好に行
え所望寸法(約10ないし30P7TL)の大きな球状
気孔を生じ、使用した重量%に直線的に比例して燃料ペ
レット密度を減少させるためである。気孔形成剤は焼成
物の5重量%まで存在してもよいが、好適には1ないし
3重量%である。次いで焼成した沈殿物からペレットを
製造し、製造したペレットを1600ないし1700℃
で約2ないし約4時間焼結する。
以下に実施例に基き本発明を説明する。
実施例 UO2F2lモルに付ウラン160f/e及びI(F′
4モルを含むフッ化ウラニル溶液、及びウラン160y
/l及び遊離HNO32モルを含む硝酸ウラニル溶液を
原料溶液として使用した。
混合ADUスラリ試料は攪拌沈殿器及ひ攪拌熟成器を使
用し以下のように調製した。前半の工程では沈殿温度及
び熟成温度はそれぞれ48℃及び34゜C1沈殿器滞留
時間及び熱成器滞留時間をそれぞれ0.4分及び3.紛
とし、硝酸ウラニル溶液を供給速度63.2m1/分及
び水酸化アンモニウム(NH328%)を供給速度79
.7m1/分でそれぞれ使用した。続いて後半の工程で
は原料を(1)硝酸ウラニルからフッ化ウラニル溶液に
変換し、(2)沈殿温度及び熟成温度をそれぞれ32℃
及び28℃とし、(3)次いで前半の工程と同じ沈殿器
滞留時間及び熟成器滞留時間維持した。前一後各工程の
最初の3紛から回収した重ウラン酸アンモニウムスラリ
は捨てる一方、後半の工程最後の1紛の生成物を前半の
最後の1紛の生成物と共に同じ容器に回収した。
混合したスラリをろ過し水で洗浄した。洗浄したケーキ
を室温で空気乾燥し、塊りを粉砕し、次いでオープン中
150℃で15A間乾燥した。個々のADUスラリ及び
混合物の沈降曲線及び沈降速度を図に示す。
図中、曲線AはUO2(NO3)2から調製したスラリ
で沈降速度0.2Wr!n/分、曲線BはUO2F2+
4HFから調製したスラリで沈降速度7.571117
!/分、曲線Cは曲線A及びBのスラリの重量比1:1
で混合した混合物で沈降速度1.1w!n/分である。
乾燥した混合゜゜共同一スラリ(CO−SIurry)
゛を比率50:1の水蒸気:水素を使用し600℃で3
時間焼成した。
得られたUO2粉末は非常に均質で代表的なりET表面
積は約6ないし約10イ/yの範囲である。ダイ離型剤
のステアリン酸亜鉛0.2重量%をUO2粉末と10分
間ロールブレンドした。続いて押圧圧力を変えることに
より理論密度(10.96y/CTl)に対し約45%
ないし約65%の範囲の密度のペレットを成形した。ど
の場合もダイ粘着、積層物の生成、又は低強度(脆砕性
)などの問題はみられなかつた。1700℃で2時間水
素中て焼結後、測定した密度は成形時の密度に応じて理
論密度の約93%ないし約98%であり、成形時の密度
が高ければ高いほど焼結時の密度が高くなる。
得られたペレットは最高の品質であつた。
測定したミクロ組織は15〜18IL7TLの範囲で近
一な粒子寸法であつた。気孔は主に3〜6μmの範囲(
通常気孔の大部分は2μm以下である)で比較的大きく
、また均一に分散している。すなわち、気孔形成剤であ
るシユウ酸アンモニウムを3重量%濃度で添加した時、
通常理論密度の98%に到達するペレットの密度が約9
5%に抑制され、これは軽水炉燃料に使用するために規
定された代表的な密度である。対応する粒子寸法は約2
0pmであり、気孔は約10μmないし約30μmの範
囲て著しく大きい。気孔形成剤を添加していない高密度
ペレット又は揮発性添加物を添加した高密度ペレットの
場合、1780℃で3満間水素中で再焼結テストを行つ
た際の熱的安定性は優れていた。
【図面の簡単な説明】
図は実施例に基づくADUスラリと混合スラリの沈降曲
線を示す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 フッ化ウラニル水溶液から重ウラン酸アンモニウム
    又は炭酸ウラニルアンモニウムを沈殿させることによつ
    てスラリを調製し、及び硝酸ウラニル水溶液から重ウラ
    ン酸アンモニウム又は炭酸ウラニルアンモニウムを沈殿
    させることによつてスラリを調製し、次いでこれらのス
    ラリを混合し、混合したスラリ中の沈殿化合物を補集す
    ることを特徴とする、二酸化ウランの製法。
JP58049094A 1982-03-25 1983-03-25 二酸化ウランの製法 Expired JPS6058176B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US36200682A 1982-03-25 1982-03-25
US362006 1982-03-25

Publications (2)

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JPS58176129A JPS58176129A (ja) 1983-10-15
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