JPS62278128A - 六フツ化ウランから二酸化ウランを製造する方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 （産業分野） 本発明は六フッ化ウラン（以下、ＵＦｓという）の二酸
化ウラ／（以下、Ｕ　Ｏｔ　という）への転換方法、更
により詳しくは核燃料サイクルにおいて、ＵＦ・ガスを
脱Ｆ剤の５１４ａ１溶液中に吹込んで加水分解させ、Ｕ
Ｆｓを硝酸ウラニル（以下、ＵＮＨという）に転換し、
フッ案分はフッ化物沈殿等にして分離し、生成された粗
硝酸ウラニル溶液を溶媒抽出にて精製した後、これにア
ンそニアガスあるいはアンモニア水（以下、Ｎ　Ｈｓと
いう）を反応させてウラン分をＡＤＵとして沈殿させ、
このＡＤＵを濾過、ばい焼、還元してＵＯ３粉末を製造
する方法（以下このプロセスなＵＮＦ（経由ＡＤＵ法と
いう）の改良に関する。

（従来技術とその問題点） 一般に核燃料サイクルの分野においては、１！ＩＩ縮さ
れたＵＦ、を原子炉用核燃料とするため、Ｕ　Ｏｔ粉末
に転換し、これを成型、供給してペレットとし、核燃料
として使用する。

ＵＦ’・をＵＯ８粉末に転換する方法には大別して乾式
法と湿式法とがあるが、乾式法で製造されるυＯ２粉末
は、湿式法で製造されるＵＯ，粉末に比し、ペレット創
造のための成形時において成形操作条件の許容範囲が狭
い等の欠点がある。

これに対し、湿式法では前述のＵＮｆ（経由ＡＤＵ法の
外に、フッ化ウラニル（以下、ＵＯ，Ｆ、という）を経
由するＡＤＵ法（Ｕ　Ｆ’ｓ　をＨＩＯ中に吹き込み加
水分解してＵ　Ｏ！　Ｆ　！溶液とした後、これにＮ　
Ｆ（ｓを添加してＡＤＵを生成せしめ、されをｆ過、ば
い焼、還元してＵＯ１Ｏ１粉末る方法）、ＡＵＣ法（Ｕ
　Ｆ’Ｓ　を炭酸ガスｅ　ＮＨｓ　＊　　ＨＩＯと反応
させ、アンモニウムウラニル炭酸塩を生成せしめ、これ
をｒ過、げい燐、還元してＵＯ，粉末とする方法）等が
実用化されているが、いずれも乾式法に比して次のよう
な欠点を有する。

すなわち、ＵＯ□Ｆ、を経由するＡＤＵ法（以下、ＵＯ
瀧Ｆｔ経由ＡＤＵ法という）およびＡＵ（、’法では、
いずれも副生物としてフッ化アンモニウム（以下、ＮＨ
，Ｆとい５）Ｉ＠液が生成され、これを処理するために
後続の工程が必要となり、工程が複雑化し、建設および
運転コストがともに高くなる。また、ＵＮ）ｆ経由ＡＤ
Ｕ法においては副生物として脱Ｆ剤のフッ化物が生成さ
れる。

ｕｏｔｒｔ経由ＡＤＵ法およびＡＵＣ法で生成するＮＨ
，Ｆ’　溶液は、一般的には後続の工程でＦ分をフッ化
カルシウム（以下、ｃａＦｔという）として固定し、ア
ンモニアを回収する方法とするが、この場合、副生物と
してＣＪＩＦ’！が生成される。このＣａＦＨ４±貯蔵
または副生品として販売されるが、販売する場合はその
用途によっては、頁に何らかの処理（精製等）を必斐と
する場合が多く、経済性の点から問題が多い。−万、Ｕ
ＮＩ（経由ＡＤＵ法ではＮＨ４Ｆは生成せず、Ｆ分は脱
Ｆ刑のフッ化物、例えば、脱Ｆ剤硝酸溶液として硝酸ア
ルミニウムを使用した場合はフッ化アルミニウムとして
固定され、このフッ化アルミニウム（以下、ＡｔＦ’。

という）等はアルミニウム電解等の副原料とじて使用で
きる。しかしながら、この人ｚＦｓ等の需要もユーザー
のニーズによって左右され、供給過剰となる場合が多く
、その場合には貯蔵せざるを得ない。また該方法ではプ
ロセスの特質上、粗硝酸つラニルｆｇ液を稽調する（Ａ
ｔＦ’、およびＵＦ’ｅに随伴する不純物を分離する）
目的から溶媒抽出工程が採用されており、このためプロ
セス（装置）全体が複雑化して建設および運転コストが
高くなっている。

このように、湿式法の場合はいずれも、次の共通の欠点
がある。すなわち、 （１）　　固体または液状の副生物が生成され、これら
の奎終需要先が限られているため、一部貯蔵せざるを得
ない。そのため、貯蔵コストが高くつく。

また、これらの副生物が販売不能の場合は廃棄物とせざ
るを得ない。すなわち、廃棄物が発生する。

＋２３　　＋１１の創生物の処理、あるいは精製等のた
め、廃液等の発生が多く、工程が複雑化し、建設および
運転のためのコストが高くつく。

従って、現在、原子炉用燃料の與造法としては乾式法が
主流となりつつあるが、湿式法には製造されるＵＯ１Ｏ
１粉末性コントロールが容易で、しかもコントロールで
きる範囲も広いことなどの特長があるため、これらの特
質をいかしたＵＯ。

ペレット、例えば非常に結晶粒径の大きい核燃料用のペ
レット等が必要とされる場合は湿式法も捨てがたい方法
である。

（発明の目的） 本発明者らは上記従来の湿式法および乾式法のそれぞれ
の欠点を解決し、生成する副生物をＨＦの形態で回収す
ることにより再利用可能なものとし、かつ活性度の高い
Ｕ　Ｏを粉末が得られる方法を提供すべく検討した結果
、次の２点、すなわち（１）・ＵＦ−は流動層反応装置
等において、直接ＵＯ３または／およびＵｓ’ｓ　（以
下、Ｕ　Ｏｓと略称）に転換できること、 ＋２）Ｕｌ’、と脱Ｆ剤硝酸溶液を反応させ生成させた
硝酸ウラニルと、Ｕ　Ｏｍ粉末を硝酸に溶解して得られ
る硝酸ウラニルとは化学的に同じものであり、これより
ＡＤＤを経由して得られるＵｏｔ粉末は、従来の湿式法
で得られているものと同様のものであること、に着目し
、本発明に到着した。

（発明の構収） すなわち、本発明によれば、 （ａ）　　六フッ化ウランとスチームあるいはスチーム
と酸素ガスまたは空気との混合ガスとの流動層反応装置
内での気相反応により六フッ化ウランを二酸化ウランま
たは／および八三酸化ウラン粉末とＨＦＫ分喘する第１
ステップ、 （ｂ）　　第１ステップで生成した三酸化ウランまたは
／および八三酸化ウラン粉末を硝酸に溶解し、硝酸ウラ
ニル溶液とする第２ステップ、 （Ｃ）　　第２ステップで生成した硝酸ウラニル溶液に
アンモニア水を加え反応させて重ウラン酸アンモニウム
（ＡＤＵ）沈殿を生成させる第３ステップ、及び ｆｄ）！３ステップで生成したＡＤＵ沈殿を濾過、乾燥
、ぽい焼、還元して二酸化ウラン粉末を製造する第４ス
テップ、 の組合せからなる六フッ化ウラ／から二酸化ウラ７を製
造する方法、 が得られる。

すなわち、本発明→ま従来のＵＮＨ８由ＡＤＵ法の改良
に関するものであり、同法において、ＵＦａを脱Ｆ剤硝
酸溶液と反応させて、Ｆ分は脱Ｆ剤のフッ化物として固
定し、０分は硝酸ウラニル（途中に溶媒抽出工程を経由
する）としていたところを、流動層反応装置等を用いて
ＵＦ、を直接ＵＯ。

に転換して、このＵ　Ｏｍを硝酸に溶解することにより
硝酸ウラニルとすることにより、従来法の欠点である脱
Ｆ剤のフッ化物の副生をなくすると同時に精製工程であ
る溶媒抽出工程をなくすることにより、プロセス全体を
簡略化しプロセスの建設および運転コストを引き下げる
とともに、Ｆ分をＨＦガスとして回収することにより、
核燃料サイクル内への再利用（ＨＦガスはフッ化水素酸
として回収し、核燃料サイクルにおけるＵＯ，のＵＦ。

への転換の際のフッ化処理に利用可能であり、また電気
分解してＦ、とし、ＵＦ４をＵＦ６へ転換する際の剖原
料としても利用できる）を可能とし、より好ましくは副
生物の用途の多様化（ＨＦまたはＦ、として精製し、電
子材料分野やフッ業化学分野等への利用も期待できる）
の可能な方法を提供するものである。

次に、本発明を図面及び本発明により調造されるＵＯｌ
の０性（代表例）ＩＣ基づき、具体的に説明するが、以
下の実施例は本発明の範囲を制限するものではない。

実施例 第１図は本発明の一実施例に使用される装（前系統図で
ある。第１図において、原料である六フッ化ウラン（ｏ
ｔ’５）ｉｔま気化器２で気化され、噴霧用ガス供給管
３より供給される噴霧ガス（ＨＦガスなど）とともにす
霧ノズル４を通じて流動層反応装置５内に噴霧導入され
る。同時に反応ガスおよび流動化ガスとしての水蒸気（
ＵｔＯ）が流動層下部の反応ガス供給管６より供給され
、ｌｆＬ科であるＵＦｓ　ガスはこの水蒸気と反応して
ＵＯ８粉末とＩＦ’ガスに分解される。生成したＵＯｓ
ホッパー９に貯えられた後１．４解装置１０にで硝酸供
給管１１より供給される硝酸にて溶解され、硝酸ウラニ
ル溶液となる。

一万、流動層反応装置５で生成されたＨＦを主成分とす
るオフガスは、フィルタ７で同伴するＵＯｓの微粉末を
除去された後、ｆ（Ｆ’凝縮器８ａにて冷却され、ｔ（
Ｆは凝縮分離される。このＦＨ”はＨＦ受器８ｂに貯え
られ、必要に応じて前述したように、そのままあるいは
Ｆ、に転換され核燃料サイクル内の原料としてリサイク
ルされるか、あるいはその他の産業分野の原料として利
用できる形態に転換される。

溶解装置１０にて生成された硝酸ウラニル（以下、ＵＮ
Ｈという）溶液は沈殿装＄１１３　Ｋ送られセしてＮＨ
ａ供給管１２より吹き込まれろアンモニアガスと反応し
てＡＤＵｍ殿となる。

この人ＤＵ沈殿は濾過・乾Ｉｌｋ装Ｍｔ−１４で濾過・
乾燥され、つづいて仮焼装置１５にてばい焼さ些てへ三
雫化ウラン（ＵｔＯｓ）とクリ、？いで還元装置１６に
、て還元用ガス供給管１７より供給される還元ガス（Ｈ
，ガスなど）ＩＣより還元されてＵＯ。

に転換される。Ｍ遣されたＵ　ＯｔはＵ　Ｏを受器１８
に貯蔵される。

仮焼装置１５および還元装［１６の排ガスならびにＨＦ
凝縮器８ａからのオフガスは排気処理系１９に送られる
。

比較例 第２図は本発明の賽施例のプロセス７０−である。また
第３図は本発明との比較のために、脱Ｆ剤硝酸溶液とし
て硝酸アルミニウム溶液を使用しり場合のＵＮＥ（経由
ＡＤＵ法のプロセスフローを簡略化して示しである。

＠２図に示した本発明の方法において、原料であるＵＦ
、は気化工程で気化され、気相反応工程の流動層内でＨ
！０と反応してＵＯ３粉末が生成するとともＫＨＦガス
を発生する。このＨＦ’ガスはＥ−Ｔ１回収工程の凝縮
器等によつ℃回収されてＥ（Ｆ’（液）となる。

生成されたＵ　Ｏｓ粉末は、溶解工程において、硝酸で
溶解されＵＮＨ溶液となる。このＵＮ）Ｔ溶液に沈殿工
程においてアンモニアガス（ＮＨｌ）を吹き込み、ＡＤ
Ｕ沈殿を生成させる。以後、このＡＤＵ沈殿は濾過・乾
燥工程、仮焼工程、還元工程を経てＵＯ１粉末に転換さ
れる。

−万、第３図において、ＵＦ６は気化工程にて気化され
た後、加水分解工程；１に・Ｍ、、ｃｒ・で硝酸アルミ
ニウム溶液で洗浄され、加水分解反応により硝酸ウラニ
ルと脱Ｆ剤のフッ化物であるフッ化アルミニウムの混合
溶液（ＵＮＩ（−ＡｔＦ３混合溶液が生成される。この
ＵＮＨ−ＡＬＦ、は、濾過工程で濾過され、ＡｔＦ’、
ケーキとなる。人ｔＦ、ケーキは洗浄工程にて洗浄水で
洗浄された後、乾燥工程において、乾燥されｈｔＦ、粉
末となる。洗浄工程からは洗浄廃液が発生する。この洗
浄廃液は廃液処理系に送られる。

ＡｔＦＪを含むｒ過分離後の液は、硝酸ウラニルを主成
分とする粗ＵＮＨ溶液となるが、この粗ＵＮＥ（溶液中
には、微量のＡＬＦ、が含まれろため、これを溶媒抽出
工程において分離し［ＪＵＮＨ溶液を得る。溶媒抽出工
程からは、抽出残液が発生するが、この抽出残液も廃液
処理系に送られる。

抽出溶媒はリサイクルされる。沈殿工程以後のＵＯｔ粉
末を得るまでの工程および処理方法は第２図の場合と同
じである。

以上の第３図の比較例で示すように１本発明方法では従
来法のＵＮＨ経由ＡＤＵ法で必要とされる濾過工程、溶
媒抽出工程および副生物であるＡｔｐ、の処理工程であ
る洗浄工程がなく、かつ本発明方法では従来法における
Ａｔ）’ｓ粉末の副生の代りに、第２図に示すようにｆ
（Ｆ’が副生される。

前述したごとく、Ａｔ）’８等は販売する場合にも、そ
の用途（市場性）が限られているのに対して。

ＨＥ’ｒＪｑＡ合は核燃料サイクル中［ＩＪサイクルす
ることも可能であり、またその他の分野への応用範囲（
市場性）も広い６更に、第２図に示す本発明方法の気相
反応工程、＠解工程、及びＨＦ回収工程などは、比較例
の湿式法であるＵＮ）Ｔ経由ＡＤＵ法の加水分７％工椙
、濾過工程、及び＠解抽用工程等と比べて、ＰＡ造は簡
単で反応器の数も少なくでき、したがってプロセスおよ
び１モの簡略化が可能である。

次に、′Ｘ発明方法で１造されたＵ　Ｏｚ粉末の特性値
（代表例）を示す。

見掛は密度（Ｉ／菌”）　　　　１．５〜２．４比表面
積Ｃｃｄ／ｌ／　）３．５〜７５串 焼結密度（％Ｔ、Ｄ、）　　　　９５鴫以上拳　通常の
条件にて焼結したＵＯ，ペレットの値 これらの特性値から明らかであるように、本発明方法で
製造されたＵＯ，粉末の特性値は、従来法で廖遺された
Ｕ　Ｏを粉末の特性値の範囲内の数値が得られており、
こり、らの粉末から製造した核燃料用のＵＯ，ベレット
は充分実用に耐えうるものである。

したがって本発明方法により、副生物を市場性のあるＨ
ＦＫ転換することにより、廃棄物の発生の可能性が少な
く、かつ活性の高いＵ　Ｏｔ　’粉末の製造を可能なら
しめる六フッ化ウランから二酸化ウランを製造する方法
を提供することができる。

なお、本発明に関して、乾式法により翌造されるＵＯ２
は湿式法により５１ｉ！されるＵＯｌに比して、活性度
の低い点および湿式法の万がコントロール（’ＪＪ造さ
れるＵ　Ｏｔの物性コアトロール′ｓ）の・寥鴫な点な
どは、これら：／ｃ関して専門分野の知識？「する汗で
あれば容易：（理解できることであり、本発明だＨＪＩ
Ｌあえて説明の必要はない。

（発明の効果） 本発明１＠Ｌ上記の５成をとることにより次の効果を示
すことができる。

（１）　　従°東・７）ＵＮＨ経由ＡＤＵ万去（比して
、３！を漬はｊｍ単で反応器の故も少ｌよくでき、した
がってプロセスおよび運モの闇路化が町朗でちる。

（２）本消明で→られるＵ　Ｏを粉末は活性が高くかつ
その・寿性値は従来告によるＵ　０２扮末の特性イ直（
”＞７Ｆｒ！、耳内にあるので、本発明のＵＯ！粉末で
製造した咳燃料用のＵＯｔペレットは充分実用に酎え５
るものである。

（３）本発明により、祠生物を市７Ａ件のある５１　Ｆ
に転換することにより廃棄す・の発生の可能性を少なく
することができる。

【図面の簡単な説明】

ｆＩＩＪ１図は本発明の一実施例に使用される装Ｈ系統
図、第２図は第１図の実施例のプロセスフロー図、第３
図は比較例の脱Ｆ剤硝酸溶液として硝酸アルミニウム溶
液を使用した場合のＵＮＦ（経由ＡＤＵ法のプロセスフ
ロー図である。 第１図において、 １−一一−六フッ化ウラン　１０−−−一溶解装置２２
″″″″″″纜化器　　　　　１１−−−一硝酸供給管
３−−−噸霧ガス供給管　１２−−−−ＮＮ出始給管４
−−−−ｆｌノズル　　１３−一−−沈殿装置５−−−
−流動層反応装置　１４−−−−Ｆ’過、乾燥装置６−
−−−反応ガス供給管　１５−−−一仮焼装纜７−一一
一フィルタ　　　　１６−−−−還元装置８ａ−−−−
ＨＦ凝縮器　　　１７−−−−還元用ガス供給管８ｂ−
−−−Ｈ１’受器　　　　１８−−−−ＵＯ！受器９−
−−−ＵＯｓホッパー　１９−−−一排気処理系特許出
超人　三菱金属株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）六フッ化ウランとスチームあるいはスチー
   ムと酸素ガスまたは空気との混合ガスの流動層反応装置
   内での気相反応により六フッ化ウランを三酸化ウランま
   たは／および八三酸化ウラン粉末とＨＦに分離する第１
   ステップ、 （ｂ）第１ステップで生成した三酸化ウランまたは／お
   よび八三酸化ウラン粉末を硝酸に溶解し、硝酸ウラニル
   溶液とする第２ステップ、 （ｃ）第２ステップで生成した硝酸ウラニル溶液にアン
   モニア水を加え反応させて重ウラン酸アンモニウム（Ａ
   ＤＵ）沈殿を生成させる第３ステップ、及び （ｄ）第３ステップで生成したＡＤＵ沈殿をろ過、乾燥
   、ばい焼、還元して二酸化ウラン粉末を製造する第４ス
   テップ、 の組合せからなる六フッ化ウランから二酸化ウランを製
   造する方法。