JPS6177792A - 焼結用の逃散性結合剤の生成に先立ちｕｏ２粒子上にウラン水酸化物を付与する方法 - Google Patents
焼結用の逃散性結合剤の生成に先立ちｕｏ２粒子上にウラン水酸化物を付与する方法Info
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- JPS6177792A JPS6177792A JP60193276A JP19327685A JPS6177792A JP S6177792 A JPS6177792 A JP S6177792A JP 60193276 A JP60193276 A JP 60193276A JP 19327685 A JP19327685 A JP 19327685A JP S6177792 A JPS6177792 A JP S6177792A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発 明 の 分 野
本発明はセラミック技術に関するものであって、更に詳
しく言えば、引続いて焼結を施すべき未焼結圧縮体を形
成するために使用し得る二酸化ウラン粉末／結合剤混合
物の製造に関するものである。
しく言えば、引続いて焼結を施すべき未焼結圧縮体を形
成するために使用し得る二酸化ウラン粉末／結合剤混合
物の製造に関するものである。
発 明 の 背 景
本発明はゲインズ・ジュニア（Ｇ ａｉｎｅＳ、 Ｊ
ｌ”、 ）等の米国特許第４４２７５７９号明細書中に
開示された発明に対する改良である。グインズ・ジュニ
ア等の発明においては、粒状核燃料にアミン炭酸塩また
はアミンカルバミド酸塩を添加して反応させることによ
り、核燃料物質の圧縮体形成用の逃散性結合剤として有
効な水溶性化合物が生成される。好適なアミン化合物は
エチレンジアミンカルバメート（以後はＥＣＭと略記す
る）である。
ｌ”、 ）等の米国特許第４４２７５７９号明細書中に
開示された発明に対する改良である。グインズ・ジュニ
ア等の発明においては、粒状核燃料にアミン炭酸塩また
はアミンカルバミド酸塩を添加して反応させることによ
り、核燃料物質の圧縮体形成用の逃散性結合剤として有
効な水溶性化合物が生成される。好適なアミン化合物は
エチレンジアミンカルバメート（以後はＥＣＭと略記す
る）である。
なお、ゲインズ・ジュニア等の特許明ｍ書の開示内容は
引用によって本明細書中に併合されるものとする。
引用によって本明細書中に併合されるものとする。
原子炉用の核燃料としては、ウラン、プルトニウムおよ
びトリウムのセラミック化合物をはじめとする各種の物
質が使用されているが、中でも好適な化合物はウラン酸
化物、プルトニウム酸化物、トリウム酸化物およびそれ
らの混合物である。なお、原子炉において使用すべき特
に好適な核燃料は二酸化ウランである。二酸化ウランは
かなり多孔質の＠細な粉末として商業的に製造されてい
るが、かかる粉末をそのまま核燃料として使用すること
はできない。かかる粉末は流動し易い粉末ではなくて塊
状体や凝集体を含んだものであるため、燃料管内に所望
の密度で充填することが困難である。
びトリウムのセラミック化合物をはじめとする各種の物
質が使用されているが、中でも好適な化合物はウラン酸
化物、プルトニウム酸化物、トリウム酸化物およびそれ
らの混合物である。なお、原子炉において使用すべき特
に好適な核燃料は二酸化ウランである。二酸化ウランは
かなり多孔質の＠細な粉末として商業的に製造されてい
るが、かかる粉末をそのまま核燃料として使用すること
はできない。かかる粉末は流動し易い粉末ではなくて塊
状体や凝集体を含んだものであるため、燃料管内に所望
の密度で充填することが困難である。
また、商業的に製造された個々の二酸化ウラン粉末が固
有の組成を有することも、かかる粉末をそのまま核燃料
として使用するのを妨げることがある。すなわち、二酸
化ウランは定比例の法則の例外を成すのであって、ＵＣ
２として表わされる・単一の安定相の組成は実際にはＵ
Ｏ＋ 、ｙからＵＯ３、２Ｓにまで変化し得るのである
。熱伝導率はＯ／Ｕ比の上昇に伴って低下するから、で
きるだけ小さい○／Ｕ比を有する二酸化ウランが好適で
ある。しかしながら、二酸化ウラン粉末は空気中におい
て酸化し易くかつ水分を吸収し易いため、かかる粉末の
○／Ｕ比は核燃料として許容される値を著しく越えてい
る。
有の組成を有することも、かかる粉末をそのまま核燃料
として使用するのを妨げることがある。すなわち、二酸
化ウランは定比例の法則の例外を成すのであって、ＵＣ
２として表わされる・単一の安定相の組成は実際にはＵ
Ｏ＋ 、ｙからＵＯ３、２Ｓにまで変化し得るのである
。熱伝導率はＯ／Ｕ比の上昇に伴って低下するから、で
きるだけ小さい○／Ｕ比を有する二酸化ウランが好適で
ある。しかしながら、二酸化ウラン粉末は空気中におい
て酸化し易くかつ水分を吸収し易いため、かかる粉末の
○／Ｕ比は核燃料として許容される値を著しく越えてい
る。
六フッ化ウランガスから相異なる方法によって合成され
たＵＯ２粉末は、核燃料ペレットに加工する際に相異な
る特性を示すことがある。その結果として、ＩＪ Ｏｚ
粉末の加圧成形性が不良である場合には、適当な未焼結
ペレットを形成するために結合剤が必要となるのである
。かかる粉末の圧縮を回転式プレスにおいて行う場合、
未焼結ペレットの性質は特に重要である。ゲインズ・ジ
ュニア等の特許明細書中に記載された結合剤はとりわけ
有効であって、それを用いて形成された未焼結ペレット
は優れた組合せの引張強さおよび塑性を示す。
たＵＯ２粉末は、核燃料ペレットに加工する際に相異な
る特性を示すことがある。その結果として、ＩＪ Ｏｚ
粉末の加圧成形性が不良である場合には、適当な未焼結
ペレットを形成するために結合剤が必要となるのである
。かかる粉末の圧縮を回転式プレスにおいて行う場合、
未焼結ペレットの性質は特に重要である。ゲインズ・ジ
ュニア等の特許明細書中に記載された結合剤はとりわけ
有効であって、それを用いて形成された未焼結ペレット
は優れた組合せの引張強さおよび塑性を示す。
ゲインズ・ジュニア等の発明の実施に際しては、適当な
未焼結ペレットを形成するために結合剤の存在を必要と
する。ＵＣ２の粒状体が、固体または濃厚水溶液として
添加されたアミン化合物と混合される。結合剤としてア
ミンウラニル化合物を生成させるための反応を実施する
のに先立ち、アミン化合物は粒状のＵＯＺ中に実質的に
一様に分配される。アミンウラニル化合物を生成させる
際の反応温度は、大気圧下でかなり一定した値に保たれ
る。その際には６８〜７２丁という低い温度を使用する
ことができるが、適度の加熱を行うことが望ましい場合
もある。かかる反応を完了させるだめには、水あるいは
（湿度を標準値より高めることによって得られるような
）給水源が必要である。なお、かかる水は粒状核燃料に
添加されるアミン炭酸塩またはアミンカルバミド酸塩の
溶液の溶媒相として供給するのが簡便である。勿論、か
かる水は液体として添加してもよいし、あるいは水蒸気
として添加してもよい。アミン炭酸塩またはアミンカル
バミド酸塩（あるいはそれらの混合物）の添加量は、粒
状核燃料を基準として約０゜５〜約７（重量）％の範囲
内にある。反応済みの混合物は、未焼結ペレットの形成
に先立ち、約４０００ ｐｐｍの含水量にまで乾燥され
る。かかる乾燥は、混合物中に乾燥窒素ガスを通過させ
ることによって達成される。
未焼結ペレットを形成するために結合剤の存在を必要と
する。ＵＣ２の粒状体が、固体または濃厚水溶液として
添加されたアミン化合物と混合される。結合剤としてア
ミンウラニル化合物を生成させるための反応を実施する
のに先立ち、アミン化合物は粒状のＵＯＺ中に実質的に
一様に分配される。アミンウラニル化合物を生成させる
際の反応温度は、大気圧下でかなり一定した値に保たれ
る。その際には６８〜７２丁という低い温度を使用する
ことができるが、適度の加熱を行うことが望ましい場合
もある。かかる反応を完了させるだめには、水あるいは
（湿度を標準値より高めることによって得られるような
）給水源が必要である。なお、かかる水は粒状核燃料に
添加されるアミン炭酸塩またはアミンカルバミド酸塩の
溶液の溶媒相として供給するのが簡便である。勿論、か
かる水は液体として添加してもよいし、あるいは水蒸気
として添加してもよい。アミン炭酸塩またはアミンカル
バミド酸塩（あるいはそれらの混合物）の添加量は、粒
状核燃料を基準として約０゜５〜約７（重量）％の範囲
内にある。反応済みの混合物は、未焼結ペレットの形成
に先立ち、約４０００ ｐｐｍの含水量にまで乾燥され
る。かかる乾燥は、混合物中に乾燥窒素ガスを通過させ
ることによって達成される。
核分裂時に生じる気体生成物を収容するため、焼結済み
の核燃料ペレットは軽度の多孔性を有することが必要で
ある。通例、焼結密度は理論値の９５〜９６％の範囲内
になければならない。粒状核燃料の焼結によって所望の
値より高い密度を持ったペレットが得られるような場合
には、アミン化合物と共に気孔形成剤を添加することが
必要である。結合剤の場合と同様に、気孔形成剤も焼結
操作中にペレットから消散して残留物を生じないもので
なければならない。なお、好適な気孔形成剤はシュウ酸
アンモニウムである。
の核燃料ペレットは軽度の多孔性を有することが必要で
ある。通例、焼結密度は理論値の９５〜９６％の範囲内
になければならない。粒状核燃料の焼結によって所望の
値より高い密度を持ったペレットが得られるような場合
には、アミン化合物と共に気孔形成剤を添加することが
必要である。結合剤の場合と同様に、気孔形成剤も焼結
操作中にペレットから消散して残留物を生じないもので
なければならない。なお、好適な気孔形成剤はシュウ酸
アンモニウムである。
発 明 の 説 明
（ＪＯ２粉末が空温下で空気に暴露された場合、粒子表
面のウラン原子は酸化を受けて６＃Ｊの状態になる。通
常の周囲大気中における相対湿度および約５０℃より低
い温度の下では、６価酸化物（ＵＯ３）の安定な形態は
実験式ＵＯ３・２Ｈ２０で表わされる三水化物である。
面のウラン原子は酸化を受けて６＃Ｊの状態になる。通
常の周囲大気中における相対湿度および約５０℃より低
い温度の下では、６価酸化物（ＵＯ３）の安定な形態は
実験式ＵＯ３・２Ｈ２０で表わされる三水化物である。
この物質の結晶構造のＸ線解析結果によれば、かかる三
水化物は水酸化ウラニル−水化物ｔＪＯ２（ＯＨ）２
・Ｈ２Ｏであることが示されている。この物質の温度を
一５０℃以上に上界させると、それは次第に水を失い始
め、そして約４５０℃より高い温度下では完全に脱水さ
れてＵＯ３となる。
水化物は水酸化ウラニル−水化物ｔＪＯ２（ＯＨ）２
・Ｈ２Ｏであることが示されている。この物質の温度を
一５０℃以上に上界させると、それは次第に水を失い始
め、そして約４５０℃より高い温度下では完全に脱水さ
れてＵＯ３となる。
このように、ゲインズ・ジュニア等の特許明細府中に記
載された方法の実施に際してアミン炭酸塩またはアミン
カルバミド酸塩と混合される００２１粒子の表面は水酸
化ウラニルを成す６価ウランの極めて薄い層を有してい
るのである。適当なｐＨ条件の下で存在する６価ウラン
の一部あるいは恐らくその全部は、粉末をＥＣＭ（また
はＥＣＭ＋シュウ酸アンモニウム）で処理する際に溶解
し、そして存在する水の中に溶解した状態となる乾燥工
程において水が除去されると、ウラニル塩およびその地
金ての溶質はそれぞれの溶解限度を越えた時点で沈澱す
る。この段階においてたとえば二酸化炭素の喪失により
溶液のｐＨが低下したとすれば、かかる沈澱物中には水
酸化ウラニルが含まれることになる。しかし、このよう
な現象がいかなる程度で起こるのかは不明である。なお
、アミン化合物による処理に先立って００２粒子の表面
上に存在する可溶性６価ウランの量は、約１〜約２（重
量）％（すなわち、粒子重量に対する重量パーセント）
の範囲内にある。ＬＪＯ２粒子とアミン炭酸塩またはア
ミンカルバミド酸塩（および場合によっては共存するシ
ュウ酸アンモニウム）との相互作用に関与する化学反応
の正確な性質は知られていなかった。勿論、効果的な結
合作用をもたらすとは言え、結果として１ｑられる結合
刑場の成分もまた知られていなかったのである。
載された方法の実施に際してアミン炭酸塩またはアミン
カルバミド酸塩と混合される００２１粒子の表面は水酸
化ウラニルを成す６価ウランの極めて薄い層を有してい
るのである。適当なｐＨ条件の下で存在する６価ウラン
の一部あるいは恐らくその全部は、粉末をＥＣＭ（また
はＥＣＭ＋シュウ酸アンモニウム）で処理する際に溶解
し、そして存在する水の中に溶解した状態となる乾燥工
程において水が除去されると、ウラニル塩およびその地
金ての溶質はそれぞれの溶解限度を越えた時点で沈澱す
る。この段階においてたとえば二酸化炭素の喪失により
溶液のｐＨが低下したとすれば、かかる沈澱物中には水
酸化ウラニルが含まれることになる。しかし、このよう
な現象がいかなる程度で起こるのかは不明である。なお
、アミン化合物による処理に先立って００２粒子の表面
上に存在する可溶性６価ウランの量は、約１〜約２（重
量）％（すなわち、粒子重量に対する重量パーセント）
の範囲内にある。ＬＪＯ２粒子とアミン炭酸塩またはア
ミンカルバミド酸塩（および場合によっては共存するシ
ュウ酸アンモニウム）との相互作用に関与する化学反応
の正確な性質は知られていなかった。勿論、効果的な結
合作用をもたらすとは言え、結果として１ｑられる結合
刑場の成分もまた知られていなかったのである。
本発明は、上記の化学反応を理解しかつ結合刑場の組成
を少なくとも定性的に決定しようという試みの中から生
まれたものである。反応に関与するＵＯ２粒子は水酸化
ウラニルで被覆されてＪ５す、そしてこの化学物質がア
ミン炭酸塩またはアミン ゛カルバミド酸塩お
よびシュウ酸アンモニウムに暴露されると反応して炭酸
（またはカルバミド酸）ウラニル錯塩シュウ酸ウラニル
錯塩を生成するのであって、これらの錯塩はかかる反応
が起こるために存在しなければならない水の中に濃厚に
溶解した状態で存在１°るという仮説が立てられた。続
く乾燥工程において水が除去された場合には非化学口論
的な塩の混合物が固体として析出し、そしてこの固体が
結合刑場を成すものと予測された。
を少なくとも定性的に決定しようという試みの中から生
まれたものである。反応に関与するＵＯ２粒子は水酸化
ウラニルで被覆されてＪ５す、そしてこの化学物質がア
ミン炭酸塩またはアミン ゛カルバミド酸塩お
よびシュウ酸アンモニウムに暴露されると反応して炭酸
（またはカルバミド酸）ウラニル錯塩シュウ酸ウラニル
錯塩を生成するのであって、これらの錯塩はかかる反応
が起こるために存在しなければならない水の中に濃厚に
溶解した状態で存在１°るという仮説が立てられた。続
く乾燥工程において水が除去された場合には非化学口論
的な塩の混合物が固体として析出し、そしてこの固体が
結合刑場を成すものと予測された。
そこで、ゲインズ・ジュニア等の発明において規定され
た処理条件の下で水酸化ウラニル、水およびＥＤＭを用
いることによって試験管モデルの合成が試みられた。す
なわち、８．５のｐＨおよび５０℃の温度を有ｔ８Ｅｃ
Ｍ／水（５０： ５０）混合物中に水酸化ウラニルを溶
解したところ、透明な黄色の溶液が得られた。かかる溶
液から水を除去したところ、予測に反し、いかなる固体
も沈澱しなかった。その代り、溶液は次第に粘稠となっ
て行った。そして、粘度の上昇に伴い、水の除去は次第
に緩慢となって行った。結局、７０〜８０％の水が除去
された時点で溶液はタフィ−状の粘稠度（１０４〜約１
ｏｓｅｐの粘度）を有するようになり、そして水の除去
世は実質的にゼロとなった。こうして得られた組成物は
極めて複雑な濃厚水溶液であった。ＥＣＭと共にシュウ
酸アンモニウムが存在する場合には、恐らくはシュウ酸
アンモニウム（ＡＯ）自体と思われる白色の沈澱物が生
じた。こうして得られた粘稠な液体は、シュウ酸アンモ
ニウムの有無を問わず、模範的な粘着剤を成すものであ
る。すなわち、かかる粘着性の粘性流体は結合剤として
有効であるばかりでなく、極めて望ましい性質である塑
性を付与するためにも役立つのである。
た処理条件の下で水酸化ウラニル、水およびＥＤＭを用
いることによって試験管モデルの合成が試みられた。す
なわち、８．５のｐＨおよび５０℃の温度を有ｔ８Ｅｃ
Ｍ／水（５０： ５０）混合物中に水酸化ウラニルを溶
解したところ、透明な黄色の溶液が得られた。かかる溶
液から水を除去したところ、予測に反し、いかなる固体
も沈澱しなかった。その代り、溶液は次第に粘稠となっ
て行った。そして、粘度の上昇に伴い、水の除去は次第
に緩慢となって行った。結局、７０〜８０％の水が除去
された時点で溶液はタフィ−状の粘稠度（１０４〜約１
ｏｓｅｐの粘度）を有するようになり、そして水の除去
世は実質的にゼロとなった。こうして得られた組成物は
極めて複雑な濃厚水溶液であった。ＥＣＭと共にシュウ
酸アンモニウムが存在する場合には、恐らくはシュウ酸
アンモニウム（ＡＯ）自体と思われる白色の沈澱物が生
じた。こうして得られた粘稠な液体は、シュウ酸アンモ
ニウムの有無を問わず、模範的な粘着剤を成すものであ
る。すなわち、かかる粘着性の粘性流体は結合剤として
有効であるばかりでなく、極めて望ましい性質である塑
性を付与するためにも役立つのである。
対照として、水酸化ウラニルを溶解しないＥＣＭ／水お
よびＥＣＭ／ＡＯ／水の混合物を乾燥させる実験が行わ
れた。これらの混合物から水を除去した場合には、予想
通り、飽和状態に達した時点で急激な晶出が起こった。
よびＥＣＭ／ＡＯ／水の混合物を乾燥させる実験が行わ
れた。これらの混合物から水を除去した場合には、予想
通り、飽和状態に達した時点で急激な晶出が起こった。
すなわち、ＥＣＭまたはＡＯあるいはそれらの両方が残
らず固体として析出し、そして透明な上澄み液が得られ
たのである。
らず固体として析出し、そして透明な上澄み液が得られ
たのである。
以上の結果に基づき、結合剤相中における水酸化ウラニ
ルの存在は結合剤相の有効性にとって実際に重要であり
、また所定量の水酸化ウラニルの存在を制御可能な方法
で確保すべきであるという結論が得られた。本発明はこ
のような目的の達成を目指すものである。
ルの存在は結合剤相の有効性にとって実際に重要であり
、また所定量の水酸化ウラニルの存在を制御可能な方法
で確保すべきであるという結論が得られた。本発明はこ
のような目的の達成を目指すものである。
ゲインズ・ジュニア等の発明に対する本発明の改良は、
００２粒子の表面を２段階にわたって面処理することか
ら成る。その結果、粒子表面上には所定量の６価ウラン
が溶液中から沈澱するのでありて、こうして得られた沈
澱物は所望量の水酸化ウラニルを含有することになる。
００２粒子の表面を２段階にわたって面処理することか
ら成る。その結果、粒子表面上には所定量の６価ウラン
が溶液中から沈澱するのでありて、こうして得られた沈
澱物は所望量の水酸化ウラニルを含有することになる。
このような前処理を施した粒子をアミン炭酸塩またはア
ミンカルバミド酸塩と接触させて逃散性の結合剤相を生
成させれば、かかる結合剤相は実質的に再現可能な】の
水酸化ウラニルを含有するわけである。
ミンカルバミド酸塩と接触させて逃散性の結合剤相を生
成させれば、かかる結合剤相は実質的に再現可能な】の
水酸化ウラニルを含有するわけである。
本発明方法の実施に当っては、低ｐＨの水または低ｐＨ
の水を含有する液体溶媒中に溶解した酸化剤にＵＯ２粒
子を暴露することにより、粒子表面上に既に存在する６
価ウランがウラニルイオンまたはウラニル錯イオンとし
て溶解される。その後、酸化作用によって追加の６価ウ
ランが生じるが、かかる６価ウランもまた溶解されるわ
けである。十分な量の水酸化ウラニルが溶解した時点で
溶液のｐＨを少なくとも約５の値にまで上昇させれば、
６価ウランは溶液中から粒子表面上に水酸化ウラニルと
して沈澱する。空気との接触によってＵＯｚ粒子の表面
上に生じる可溶性ウランの聞が通例約１〜約２（重量）
％の範囲内にあるのに対し、本発明の実施によれば、粒
子表面上に得られろ水酸化ウラニルの量を約２〜約３
（ＴＭｍ）％の範囲内にまで再現可能に増加させ得るこ
とが期待される。かかる増加の結果として、本発明方法
を施した粒状二酸化ウランを用いて形成される未焼結ペ
レットは顕著に増大した引張強さを示すはずである。
の水を含有する液体溶媒中に溶解した酸化剤にＵＯ２粒
子を暴露することにより、粒子表面上に既に存在する６
価ウランがウラニルイオンまたはウラニル錯イオンとし
て溶解される。その後、酸化作用によって追加の６価ウ
ランが生じるが、かかる６価ウランもまた溶解されるわ
けである。十分な量の水酸化ウラニルが溶解した時点で
溶液のｐＨを少なくとも約５の値にまで上昇させれば、
６価ウランは溶液中から粒子表面上に水酸化ウラニルと
して沈澱する。空気との接触によってＵＯｚ粒子の表面
上に生じる可溶性ウランの聞が通例約１〜約２（重量）
％の範囲内にあるのに対し、本発明の実施によれば、粒
子表面上に得られろ水酸化ウラニルの量を約２〜約３
（ＴＭｍ）％の範囲内にまで再現可能に増加させ得るこ
とが期待される。かかる増加の結果として、本発明方法
を施した粒状二酸化ウランを用いて形成される未焼結ペ
レットは顕著に増大した引張強さを示すはずである。
この発明の実施方法
本発明方法によるＵＯｚ粒子の前処理に際しては、予め
空気に暴露されたＵＯ２粒子が十分に強い酸性度（すな
わち、２以下のｐＨ）を有する水に接触させられる。そ
の結果、水酸化ウラニルとして粒子表面上に存在する６
価ウランは溶解されることになる。また、本発明におい
て要求されるような酸化剤の存在下では粒子表面に追加
の６価ウランイオンが生成されるのであって、かかるイ
オンもまたウラニルイオンとして溶解されることになる
。このような現象は反応を停止させない限り継続して起
こるわけである。
空気に暴露されたＵＯ２粒子が十分に強い酸性度（すな
わち、２以下のｐＨ）を有する水に接触させられる。そ
の結果、水酸化ウラニルとして粒子表面上に存在する６
価ウランは溶解されることになる。また、本発明におい
て要求されるような酸化剤の存在下では粒子表面に追加
の６価ウランイオンが生成されるのであって、かかるイ
オンもまたウラニルイオンとして溶解されることになる
。このような現象は反応を停止させない限り継続して起
こるわけである。
焼結済み核燃料ペレットの製造を容易にするために使用
される結合剤相は、得られるペレットの汚染をもたらす
ような成分を含有していてはならないことが肝要である
。このような理由から、焼結工程中に気体に変わるよう
な組成物成分が選定される。かかる制約のため、最初に
低ＤＨの酸化環境を設定し、次いでｐｌ−１を上昇させ
るために使用し得る物質は厳しく制限されることになる
。本発明の実施にとって好適な物質を挙げれば、低いｐ
Ｈおよび酸化作用を同時に得るためには硝酸が使用され
、またｐＨを上昇させるためには水酸化アンモニウムが
使用される。
される結合剤相は、得られるペレットの汚染をもたらす
ような成分を含有していてはならないことが肝要である
。このような理由から、焼結工程中に気体に変わるよう
な組成物成分が選定される。かかる制約のため、最初に
低ＤＨの酸化環境を設定し、次いでｐｌ−１を上昇させ
るために使用し得る物質は厳しく制限されることになる
。本発明の実施にとって好適な物質を挙げれば、低いｐ
Ｈおよび酸化作用を同時に得るためには硝酸が使用され
、またｐＨを上昇させるためには水酸化アンモニウムが
使用される。
実施例 １
水に対する水酸化ウラニルの溶解度を調べるため、栓付
きの三角フラスコに入れた１０牙のＨ２Ｏ（５０℃）に
０．１１のＵＯｚ （ＯＨ）２・Ｈ２λＯを添加し、そ
して１晩にわたり攪拌した。溶解は全く起こらず、水は
無色のままであった。
きの三角フラスコに入れた１０牙のＨ２Ｏ（５０℃）に
０．１１のＵＯｚ （ＯＨ）２・Ｈ２λＯを添加し、そ
して１晩にわたり攪拌した。溶解は全く起こらず、水は
無色のままであった。
実施例 ２
酸に対する水酸化ウラニル溶解度を調べるため、室温下
で１０１！のＩＮ ）−ＩＣ１（ｐＨ−０）に０゜２
′）のＵＯｚ （ＯＨ）２ ・Ｈ２Ｏを添加した。水
酸化ウラニルは数分以内に完全に溶解して透明な黄色の
溶液を生じた。
で１０１！のＩＮ ）−ＩＣ１（ｐＨ−０）に０゜２
′）のＵＯｚ （ＯＨ）２ ・Ｈ２Ｏを添加した。水
酸化ウラニルは数分以内に完全に溶解して透明な黄色の
溶液を生じた。
実施例 ３
炭酸塩溶液に対する水酸化ウラニルの溶解度を調ヘルタ
め、５０ ｇ／ＪのＮａ ＨＣＯ３および５０７／ｌの
Ｎａ ２ ＣＯ３を含有する２ ０ ’ＩＩの溶液（５
０℃） に０．２’？（７）ＵＯｚ （ＯＨ）２ ・
Ｈ２Ｏを攪拌下で添加した。水酸化１クラニルは約１５
分以内に完全に溶解した。
め、５０ ｇ／ＪのＮａ ＨＣＯ３および５０７／ｌの
Ｎａ ２ ＣＯ３を含有する２ ０ ’ＩＩの溶液（５
０℃） に０．２’？（７）ＵＯｚ （ＯＨ）２ ・
Ｈ２Ｏを攪拌下で添加した。水酸化１クラニルは約１５
分以内に完全に溶解した。
実施例 ４
ＥＣＭ溶液に対する水酸化ウラニルの溶解度を調べるた
め、栓付きの三角フラスコに入れた２２゜４６牙、９．
６８牙および６．９５！）の５０（重り）％ＥＣ１ｖｌ
水溶液（１）Ｈ＝８．５＞に２．３０？、１．５０’）
および２．１６’）のＵ Ｏ２（ＯＨ）２へ・Ｈ２Ｏを
夫々添加してｔｎ拌した。いずれの水酸化ウラニルも室
温下では溶解しなかったが、フラスコを５０℃に加熱し
たところ、第１表中に示されるごとく溶解が起こった。
め、栓付きの三角フラスコに入れた２２゜４６牙、９．
６８牙および６．９５！）の５０（重り）％ＥＣ１ｖｌ
水溶液（１）Ｈ＝８．５＞に２．３０？、１．５０’）
および２．１６’）のＵ Ｏ２（ＯＨ）２へ・Ｈ２Ｏを
夫々添加してｔｎ拌した。いずれの水酸化ウラニルも室
温下では溶解しなかったが、フラスコを５０℃に加熱し
たところ、第１表中に示されるごとく溶解が起こった。
第 １ 表
水酸化ウ ＥＣＭ／ 溶解に要した ５０℃にラニル
水酸化ウ 時間 おける最終（牙） ラ
ニルの 溶液のｐＨモル比 ２．３０ １５／１ ２時間１５分 測定せず１．５０
１０／１ ３時間 ９．８６２．１６ ５
／１ ４時間３０分 １０．０２溶解が完了するための
所要時間は非常に長かった。しかし、ひとたび固形物が
溶解してしまえば、溶液をｖ温にまで冷却した後でもそ
れは溶解状態に保たれた。最後に挙げた組成物における
化学量論比は、三炭酸ウラニル錯塩におけるそれ（すな
わち、３／１）に近似している。しかしながら、ＥＣＭ
および水酸化ウラニルを３／１のモル比で使用して成る
組成物の溶解度を試験したところ、２４時間を経過した
後でも固体の水酸化ウラニルが残留していた。
水酸化ウ 時間 おける最終（牙） ラ
ニルの 溶液のｐＨモル比 ２．３０ １５／１ ２時間１５分 測定せず１．５０
１０／１ ３時間 ９．８６２．１６ ５
／１ ４時間３０分 １０．０２溶解が完了するための
所要時間は非常に長かった。しかし、ひとたび固形物が
溶解してしまえば、溶液をｖ温にまで冷却した後でもそ
れは溶解状態に保たれた。最後に挙げた組成物における
化学量論比は、三炭酸ウラニル錯塩におけるそれ（すな
わち、３／１）に近似している。しかしながら、ＥＣＭ
および水酸化ウラニルを３／１のモル比で使用して成る
組成物の溶解度を試験したところ、２４時間を経過した
後でも固体の水酸化ウラニルが残留していた。
それ故、水酸化ウラニルは単独の水（すなわち、ＥＣＭ
を含有しない水）に対しては極めて溶解し難いことが確
認された。５０（重量）％ＥＣＭ水溶液は、室温下では
ＥＣＭでほとんど飽和した状態にある。しかるに、この
溶液を水酸化ウラニルと反応さけた後に反応液から大部
分の水を除去した場合には、この混合物を室温にまで冷
却してもＥＣＭは全く沈澱しない。また、ＥＣＭ／水酸
化ウラニル溶液と平衡状態にある二酸化炭素分圧を測定
したところ、時間の経過と共に二酸化炭素分圧は低下す
ることが判明した。以上の３つの事実から、水酸化ウラ
ニルはＥＣＭとの化学反応によってＥＣ０Ｍ水溶液中に
溶解することが立証される。
を含有しない水）に対しては極めて溶解し難いことが確
認された。５０（重量）％ＥＣＭ水溶液は、室温下では
ＥＣＭでほとんど飽和した状態にある。しかるに、この
溶液を水酸化ウラニルと反応さけた後に反応液から大部
分の水を除去した場合には、この混合物を室温にまで冷
却してもＥＣＭは全く沈澱しない。また、ＥＣＭ／水酸
化ウラニル溶液と平衡状態にある二酸化炭素分圧を測定
したところ、時間の経過と共に二酸化炭素分圧は低下す
ることが判明した。以上の３つの事実から、水酸化ウラ
ニルはＥＣＭとの化学反応によってＥＣ０Ｍ水溶液中に
溶解することが立証される。
なお、二酸化炭素分圧の減少がｌ［ｌ！察されたことは
、それに伴ってＥＣＭ活量の減少が起こっていることを
暗示している。これは、ＥＣＭが化学反応を受けたこと
を意味するものである。
、それに伴ってＥＣＭ活量の減少が起こっていることを
暗示している。これは、ＥＣＭが化学反応を受けたこと
を意味するものである。
本発明方法に従ってＵＯ２粒子に前処理を施した後（す
なわち、粒子表面上に所望ｍの水酸化ウラニルを蓄積さ
せた後）、回分操作によってかかる粒子がアミン炭酸塩
、アミンカルバミド酸塩またはそれらの混合物（および
必要ならば気孔形成剤）の水溶液と反応させられる。反
応は固形物を激しく混合することのできる大形の環状容
器内において実施される。ＥＣＭの場合には、４８（重
患）％ＥＣＭ水溶液を使用することができる。混合を容
易にするため、容器内にはアルミナ製混合媒体が導入さ
れる。容器内に残された気体空間を窒素で満たした後、
容器が気密に密閉され、そして混合物が約１時間にわた
って反応させられる。
なわち、粒子表面上に所望ｍの水酸化ウラニルを蓄積さ
せた後）、回分操作によってかかる粒子がアミン炭酸塩
、アミンカルバミド酸塩またはそれらの混合物（および
必要ならば気孔形成剤）の水溶液と反応させられる。反
応は固形物を激しく混合することのできる大形の環状容
器内において実施される。ＥＣＭの場合には、４８（重
患）％ＥＣＭ水溶液を使用することができる。混合を容
易にするため、容器内にはアルミナ製混合媒体が導入さ
れる。容器内に残された気体空間を窒素で満たした後、
容器が気密に密閉され、そして混合物が約１時間にわた
って反応させられる。
かかる反応時間の前半においては混合物が激しく混合さ
れるが、その後は静置される。次に、高温（約１５０℃
）の窒素ガスが３０〜６０分間にわたって混合物中に吹
き込まれる。その後、表面上に沈着した結合剤相を有す
るＵＯ２粒子を容器から取出せば、そのまま未焼結ペレ
ット形成用のペレット製造機に導入することが可能であ
る。かがるプロセスの最終工程として、未焼結ペレット
（または未焼結圧縮体）が常法に従って適当に加熱され
る。なお、かかる加熱は焼結Ｕ○２ペレット製品の製造
に際して現在一般に使用されている標準的装置において
行うことができる。
れるが、その後は静置される。次に、高温（約１５０℃
）の窒素ガスが３０〜６０分間にわたって混合物中に吹
き込まれる。その後、表面上に沈着した結合剤相を有す
るＵＯ２粒子を容器から取出せば、そのまま未焼結ペレ
ット形成用のペレット製造機に導入することが可能であ
る。かがるプロセスの最終工程として、未焼結ペレット
（または未焼結圧縮体）が常法に従って適当に加熱され
る。なお、かかる加熱は焼結Ｕ○２ペレット製品の製造
に際して現在一般に使用されている標準的装置において
行うことができる。
このように、核燃料粒子の表面上に存在する６価ウラン
の中には水酸化ウラニルが含まれ、そしてこの物質は好
適な結合剤相の生成にとって必須の成分であることが確
認された。この事実に基づき、本発明は再現可能な所定
量の水酸化ウラニルの存在を確保するだめの信頼し得る
方法を提供するものであって、それはまた結合剤相の改
良をもたらすものでもあると期待される。
の中には水酸化ウラニルが含まれ、そしてこの物質は好
適な結合剤相の生成にとって必須の成分であることが確
認された。この事実に基づき、本発明は再現可能な所定
量の水酸化ウラニルの存在を確保するだめの信頼し得る
方法を提供するものであって、それはまた結合剤相の改
良をもたらすものでもあると期待される。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、アミン炭酸塩およびアミンカルバミド酸塩から成る
群より選ばれた少なくとも１種のアミン化合物を粒状核
燃料物質に添加し、かかる混合物を水の存在下で反応さ
せ、こうして得られた粒状核燃料物質を加圧成形して未
焼結ペレットとし、次いで前記ペレットを焼結すること
から成る核燃料物質の焼結体の製造方法において、核燃
料の金属元素の水酸化物を約２．０（重量）％を越える
所定量で粒状核燃料の表面上に分布させた粒状核燃料を
用いて前記混合物を調製することを特徴とする方法。 ２、前記核燃料が二酸化ウランでありかつ前記水酸化物
が水酸化ウラニルである特許請求の範囲第１項記載の方
法。 ３、水酸化ウラニルの前記所定量が約２〜約３（重量）
％の範囲内にある特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４、前記粒状核燃料がアミンカルバミド酸塩の水溶液と
混合される特許請求の範囲第２項記載の方法。 ５、前記アミンカルバミド酸塩がエチレンジアミンカル
バメートである特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６、二酸化ウラン粒子を空気に暴露してその表面を酸化
し、約２．０以下のｐＨを有する水に前記粒子を接触さ
せることにより、前記粒子の表面から水酸化ウラニルを
溶解すると同時に、前記粒子の表面に新たに露出した二
酸化ウランを酸化してさらに水溶液に溶解することにな
る水酸化ウラニルを生成せしめ、次いで、こうして水酸
化ウラニルの溶解した水溶液のｐＨを少なくとも約５の
値にまで上昇させることにより、溶解した水酸化ウラニ
ルを前記水溶液から前記二酸化ウラン粒子の表面上に堆
積させる諸工程から成ることを特徴とする、粒状二酸化
ウラン表面上に所定量の水酸化ウラニルを有する粒状二
酸化ウランの製造方法。 ７、処理済みの前記二酸化ウラン粒子上に堆積した水酸
化ウラニルの前記所定量が約２〜約３（重量）％の範囲
内にある特許請求の範囲第６項記載の方法。 ８、所要のｐＨおよび酸化作用を得るため前記水溶液中
に硝酸が存在する特許請求の範囲第６項記載の方法。 ９、ｐＨを上昇させるため混合物に水酸化アンモニウム
が添加される特許請求の範囲第６項記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US651499 | 1984-09-17 | ||
| US06/651,499 US4572810A (en) | 1984-09-17 | 1984-09-17 | Method for providing uranium hydroxide on UO2 particles prior to generation of fugitive binder for sintering |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6177792A true JPS6177792A (ja) | 1986-04-21 |
| JPH034871B2 JPH034871B2 (ja) | 1991-01-24 |
Family
ID=24613076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60193276A Granted JPS6177792A (ja) | 1984-09-17 | 1985-09-03 | 焼結用の逃散性結合剤の生成に先立ちｕｏ２粒子上にウラン水酸化物を付与する方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4572810A (ja) |
| JP (1) | JPS6177792A (ja) |
| DE (1) | DE3532689C2 (ja) |
| ES (1) | ES8707004A1 (ja) |
| FR (1) | FR2570369B1 (ja) |
| GB (1) | GB2164638B (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4816187A (en) * | 1985-06-17 | 1989-03-28 | General Electric Company | Binder system for the manufacture of nuclear pellets, and the method and product thereof |
| US4670198A (en) * | 1985-06-17 | 1987-06-02 | General Electric Company | Binder system for the manufacture of nuclear fuel pellets, and the method and product thereof |
| US5066429A (en) * | 1988-08-17 | 1991-11-19 | General Electric Company | Method for passivating uranium oxides to control oxidation, and the oxidation resisting uranium product thereof |
| JP2689557B2 (ja) * | 1988-12-27 | 1997-12-10 | 三菱マテリアル株式会社 | Ｕｏ▲下２▼ペレットの製造方法 |
| US5069888A (en) * | 1989-07-31 | 1991-12-03 | General Electric Company | Process for passivating uranium oxides to control oxidation |
| DE10115015C1 (de) * | 2001-03-27 | 2003-05-15 | Framatome Anp Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Kernbrennstoff-Sinterkörpers |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3164882D1 (en) * | 1980-09-11 | 1984-08-23 | Atomic Energy Authority Uk | Process for removing water from gel materials |
| US4427579A (en) * | 1981-12-17 | 1984-01-24 | General Electric Company | Method of producing fugitive binder-containing nuclear fuel material |
| US4432915A (en) * | 1982-03-22 | 1984-02-21 | General Electric Company | Method for producing nuclear fuel pellets, and product thereof |
| FR2525208B1 (fr) * | 1982-04-19 | 1986-01-31 | Commissariat Energie Atomique | Procede de traitement d'une poudre d'oxyde metallique et utilisation de la poudre traitee pour la fabrication de pastilles de combustible nucleaire |
-
1984
- 1984-09-17 US US06/651,499 patent/US4572810A/en not_active Expired - Fee Related
-
1985
- 1985-08-30 GB GB08521610A patent/GB2164638B/en not_active Expired
- 1985-09-03 JP JP60193276A patent/JPS6177792A/ja active Granted
- 1985-09-06 ES ES546753A patent/ES8707004A1/es not_active Expired
- 1985-09-13 DE DE3532689A patent/DE3532689C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1985-09-16 FR FR858513681A patent/FR2570369B1/fr not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2570369A1 (fr) | 1986-03-21 |
| DE3532689A1 (de) | 1986-03-27 |
| JPH034871B2 (ja) | 1991-01-24 |
| US4572810A (en) | 1986-02-25 |
| ES546753A0 (es) | 1987-07-01 |
| ES8707004A1 (es) | 1987-07-01 |
| GB2164638A (en) | 1986-03-26 |
| GB8521610D0 (en) | 1985-10-02 |
| GB2164638B (en) | 1988-06-02 |
| FR2570369B1 (fr) | 1992-02-21 |
| DE3532689C2 (de) | 1993-11-25 |
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