KR101754420B1 - 단계 간에 포지티브 실링 밸브 수단을 이용하는 2단계의 건성 ｕｏ2 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플루오르화 우라닐(UO 2 F2)을 산출하기 위해 화염 반응기에서 증기와 우라늄 헥사플루오라이드(UF6)를 반응시키는 제1 단계와, 플루오르화물을 제거하고 증기/수소 대기 하에 소성로에서 UO2F2를 이산화 우라늄(UO2)으로 축소하는 제2 단계를 포함하는, 핵등급의, 활성 이산화 우라늄(UO2) 분말의 2단계 제조 방법을 제공한다. 각 단계가 가스, 특히 H2의 역류를 방지하기 위해 포지티브 실링 밸브 수단에 의해 분리되는 상기 두 단계 방법은, 반응의 발열을 단단히 제어하며, 이는 입자의 증대를 제어하여 활성이며 일정한 형태의 UO2 분말을 이끄는 매우 엄격한 온도 제어를 가능하게 한다.
Description
본 출원은 여기 전체가 참조로 병합되는, 2007년 4월 27일 출원한 미국출원 제11/741,158호의 우선권 및 2006년 7월 25일 출원한 미국출원 제60/833,232호의 우선권을 청구하는 일부계속출원(CIP)이다.
본 발명은 핵 연료로서의 사용을 위한 산화 우라늄 분말 제조 방법에 관한 것이며, 더 상세하게는 습식 공정의 필요를 없애서 U02 분말 및 안정적인 펠릿(pellet)의 처리를 용이하게 하는 산화 우라늄 분말을 생성하는 2단계의 건식법(two-step dry process)에 관한 것이다.
상업적인 핵 연료의 제조는 UF6로서 농축 및 열화된 우라늄(즉, 자연적으로 발생한 우라늄 광석의 우라늄-235 함량에 비해 농축 및 열화된 우라늄-235 동위 원소) 공급을 사용하는 공정에 의해 주로 이루어졌다. 상기 농축된 UF6는 핵 연료 펠릿의 제조에 필요한 세라믹 소결성(sinterability)을 제공하기 위해 선택된 공정에 의해 U02로 변환된다.
UF6를 산화 우라늄으로 변환하는 절차가 공지된 한편, 현재 이용가능한 절차는 UF6를 U02로 변환하는데 특별히 효율적이거나 경제적이지 않다. 더 상세하게는, 핵 연료의 UF6 변환은 잘 제어된 세라믹 특성을 가지는 U02를 제조하기 위해 개발되었다. 또한, 그들의 세라믹 특성을 제어해야하기 때문에 및 열역학 제한으로 인해, 공지된 상업적 변환 공정은 다공정 단계를 가지는 복잡한 수성-기반의 공정이거나 또는 일-단계의 건식법이다. 습식법이 제어하기 쉬운 한편, 그들은 다량의 액체를 낭비한다. 단일 단계의 건식법은 최소한의 폐기물 흐름을 생성하지만 동작이 어렵다.
일찍이, 리스 외(Reese et al.)에 의해 1961년에 제출된 미국특허 제3,168,369호 및 블런델 외(Blundell et al.)에 의해 1962년 제출된 미국특허 제3,235,327호에 발행된 특허는 건식법에 있어서 1000℉ - 1800℉ 또는 537℃ - 982℃에서 우라늄 헥사플루오라이드(uranium hexafluoride)로부터 원자로용 이산화 우라늄 핵 연료를 제조하는데 필요한 모든 기본 반응 및 일반 기술을 기술하였다.
UF6 + 2H2O → UO2F2 + 4HF
(가스)(여분의 증기) (고체) (가스)
UO2F2 + H2 U02 + 2HF
(고체) (분말)(가스)
여기서 불활성 기체는 0.5 내지 1.5 gm./cc. 범위의 탭 밀도(tap density) 및 2 내지 4 미터2/gm의 범위의 표면 영역을 가지는 초고의 표면 영역, 플루오르화 우라닐(UO2F2) 플러피(fluffy) 분말을 제공하기 위해, 증기로서, UF6와 H2O간의 기체상 반응을 촉진하는데 사용될 수 있다(탭 밀도는 눈금 실린더에 UO2 분말을 놓고 소정의 시간 동안 진동함에 의해 획득된다. 이는 부피(volumn)를 설정하며, 상기 눈금 실린더는 분말의 질량을 획득하기 위해 계량된다).
산화 우라늄으로의 UF6 변환을 위한 공정에 관하여 다수의 미국특허가 뒤따라 발행되었다. 예를 들어, 미국특허 제4,830,841호와, 용광로, 회전식 소성로(rotary kilns), 유동층 등에서 이산화 우라늄으로의 UF6 변환에 대한 절차를 기술하는, 상기 미국특허 제4,830,841호에 열거된 미국특허를 참조한다. 예를 들어, 미국특허 제4,830,841호는 서브미크론의 플루오르화 우라닐 분말을 생성하기 위해 증기와 UF6를 반응시키고, 약 580℃ 내지 약 700℃에서 증기, 수소, 및 불활성 기체의 혼합물을 가지고 산화 우라늄 물질층을 유동화하고, 상기 서브미크론의 플루오르화 우라닐 분말을 산화 우라늄 물질의 유동층에 도입함으로써, 상기 플루오르화 우라닐 분말이 플루오르화물이 없는 UO2를 획득하도록 상기 유동층으로부터 제거되어 상승 온도에서 수소 및 증기와 접촉하는 플루오르화물 함유 산화 우라늄 물질로 응집, 조밀화, 유동화, 탈플루오르화(defluorinated) 및 축소화되는, UF6로부터의 UO2 의 제조 방법에 관련한다. 이러한 방법으로부터 생성된 UO2 생성물은 불활성이기 아주 쉬우며, 활성 분말을 적절히 생성하기 위해 강렬한 밀링 단계(milling step)를 필요로 한다. 또한, U03/U3O8로의 U02 F2의 불완전 변환이 종종 있으며, 이는 최종 U02 분말의 허용가능하지 않은 오염을 초래한다. 이러한 가능성은 플루오르화물 제거 반응을 완료할 수 없는 초기 단계에서 부적절한 체류 시간 및 대형 입자의 증대로 인한 것이다. 본 발명에서 사용되는 화염 풀룸(flame plume)을 통하는 불꽃 반응과 복수의 유동층 반응기 간의 차이는 후에 거론되는 바와 같이, 극적으로, 기본적으로 다르며, 동일하지 않다.
다른 미국특허는 미국특허 제4,397,824호 및 미국특허 제5,875,385호와 같은, 원자로 연료를 생성하기 위한 단일-단계의 공정을 개시한다. 고체 산화 우라늄 분말을 생성하기 위한 예시적인 단일-단계의 공정이 미국특허 제5,752,158호에 개시되며, 이는 두 개의 기체 반응물 스트림(reactant stream), O2와 같은 산소와 임의로 혼합되는 UF6를 포함한 제1 반응물 스트림과, H2 또는 수소 함유 화합물과 같은 수소와 산소 함유 화합물과 같은 산소의 혼합물을 포함한 제2 반응물 스트림을 다함께 가져옴으로써 UF6로부터 기체 HF 및 고체 산화 우라늄 분말을 생성하는 단일-단계의 MDR(Modified Direct Route-이는 실제로 무역명칭이며 예시하기 위한 명칭이 아니다) 공정을 기술한다. 상기 기체 반응물 스트림을 하나의 온도 및 조성물에 다함께 가져오며, UF6를 화염 반응에 의해 용이하게 분리가능한 고체 산화 우라늄 및 기체 HF 생성물로 신속하게 변환한다. 또 다른 단일 단계의 공정은 UF6를, UO2F2가 획득되는 용기의 제1 영역 내에서 증기와 반응하고, 이어서 U02를 획득하기 위해 상기 용기의 제2 영역 내에서 축소화하는 것을 기술하는, 미국특허 제4,112,005호에 개시된다. 획득된 UO2F2는, U3O8과 UO2 사이의 중간 조성물을 가지는 산화물이 상기 용기의 제2 영역의 제2 범위 내에서 수소 기체 및 증기와 접촉하는, 상기 용기의 제2 영역의 제1 범위에서 수소 기체와 증기의 혼합물과 접촉하게 된다. 이들 공정의 문제는 고밀도의 UO2 펠릿으로 만들어질 수 있는 허용가능한 세라믹 등급 U02 분말을 생성할 필요가 있기 때문에 공급률(feed rate)이 낮다는 것이다.
IDR(Intermediate Dry Route - 설명적인 것이 아닌, 또 다른 무역 명칭) 공정을 포함하는 이산화 우라늄 분말을 획득하는 추가적인 단일 단계의 건식법이 광범위하게 사용되어 왔으며, 예를 들어, 미국특허 제4,889,663호, 미국특허 제4,397,824호, 및 프랑스특허 제2,060,242호에 기재되었다. 수증기 가수분해에 뒤따라, 획득된 플루오르화 우라닐 U02F2의 피로하이드롤리시스(pyrohydrolysis)를 포함한, 건식 변환 공정에 의해 획득된 분말은 용이하게 소결 가능하다는 이점을 가진다. 생성된 분말은 매우 활성이지만 다루기 어렵고 매우 약한 그린 펠릿(green pellets)을 생성한다. 따라서 취급이 섬세하며 특수 주의가 행해지지 않는 한 불합격품이 많다. IDR 공정은 제어하기 어렵고 U02F2 오염물을 가지는 생성물을 생성하기 쉬운 일 단계의, 증기/고체상 반응에서 UF6를 U02로 변환한다. 이러한 공정의 문제점 부분은 두 개의 발열 공정이 혼합 노즐의 끝에서 동일한 위치에 발생한다는 것이다: (1) U02F2의 형성; 및 (2) 주위 대기로부터 혼입된(entrained) 수소와 증기 반응으로부터의 일부 U03/U3O8. 공정의 유동 속도가 증가함에 따라, 증기 가수분해 단계가 혼합된 수소의 양은 가변가능해지며, 이는 화염온도의 큰 변화를 만들며 분말 특성의 큰 변화를 결과한다.
UF6로부터 U02를 생성하고, 제1 반응 생성의 U02F2 분말을 위해 스크롤/스크류 방식(scroll/screw type)의 회전가능한 이동 수단에 의해 연결된, 화염 반응기 및 회전식 소성로(Rotary Kiln)를 활용하는 이른바 2단계 공정이라 불리는 것이 여러 있다. 이러한 공정의 일반적인 문제는 제1 단계의 생성물 U02F2이 실제로 회전식 소성로에서 제2 단계의 U02 형성으로부터의 H2 기체의 침입으로부터 보호되지 않으며, 제1 단계로의 H2 침입은 상술한 분말 특성의 변화를 생성한다.
충진되지 않은 스크류 피더(screw feeder) 또는 스크롤 피더를 통한 H2 삼출이 비반응 또는 과반응하는 분말을 생성하는 비조절된 온도로 다음과 같은 반응을 결과함에 따라, 실제 상업적 현실화되는 것으로 보이지 않는다.
UO2F2 + N2 + H2O + H2 → UO2 + 2HF + H2O + N2
카터 외(Carter et al.)에 의한 미국특허 제5,757,087호는 배출실을 통해 U02를 제공하도록, 증기 및/또는 H2의 역류 흐름과의 반응을 위해 수평 소성로(horizontal kiln)로 "스크롤(scroll)"되는 순환 생성물 U02F2 생성물 분말을 생성시키기 위해, 적어도 두 개의 경사 배치된 화염 반응기 풀룸(flame reactor plumes)을 활용한다. 실시예는 제공되지 않는다. 미국특허 제6,136,285호의 퓨지에르(Feugier)는 또한, 제1 단계와 제2 단계 사이에 스크류 피더를 활용하고, UF6와 증기 사이의 환상의 공간에서 N2와, UF6의 내부로의 집중 도입을 개시하여, U02F2 및 HF 기체를 제공하기 위해 화염 반응기의 중앙 노즐 팁의 인젝터(injector)에서의 반응을 제공한다. N2는 결정질 U02F2가 노즐 팁 상에 계속 형성되도록 UF6와 증기 사이에 주입된다. 모든 HF, 여분의 증기 및 N2 가스는, 본 특허에 도시된 유일한 HF 오프 가스 필터인, 화염 반응기의 상부에 있는 필터를 통해 배출되어야만 한다. 이 특허가 화염 반응기의 동심 노즐(concentric nozzle)에 집중하는 한편, 역류 증기 및 H2를 주입하는 제2 단계의 회전식 피로하이드롤리시스 용광로에서, 형성된 HF, 및 비반응한 H2 및 증기에 무엇이 발생했느냐에 관한 실행은 거의 없다. 이러한 회전식 용광로는 5개 영역을 가지며, 그의 도 8에서 1 내지 4 영역에서 680℃ 이상의 소성로 온도를 도시하고, 안정한 상태의 공정에서 소성로 표면으로 용이하게 변환되는 730℃ 내지 800℃의 H2, HF 및 H2O의 최대 내부 가스 온도를 가진다. 상기 HF 필터는 압력하에 통과/부글부글 끊는, 여분의 H2 및 증기를 반드시 배출해야 하며, 스크류(screw)는 UO2F2를 전진시키며, 화염 반응기로부터 오프 가스가 배출됨에 따라 동일한 세트의 필터를 통해 배출시킨다. 오직 한 세트의 필터가 본 특허에서 계획된다.
모든 이들 공정은, 어떠한 우라늄 화합물로도 오염되지 않은 HF의 부산물을 제조하기 위해 제거되어야만 하는, U02,U02F2 및 U3O8의 미크로 혼입 입자와 상당한 양의 HF 기체를 제공한다. 하나의 특허, 특히 퓨지에르의 미국특허 제7,422,626호는 이 영역의 실질적인 세부사항을 제공한다. 다시금 필터가 제1 단계의 화염 반응기에만 도시되며, 이는 HF 및 비반응 H2 및 제2 스테이지의 회전식 소성로로부터의 증기가 제1 스테이지의 화염 반응기에서 배출되도록 스크류 운반을 통해 통과하는 것을 의미하는 것으로 보인다. 따라서, 상기 화염기 반응기는 정확하게는 수소가 없는 것이 아니며, 화염이 층류(laminar flow)와 난류 사이에 전환하고 주변 기체로부터 상기 화염에 가스를 무작위로 혼입함에 따라, 무작위의 온도 변동은 크게 변동가능한 UO2F2 분말 특성을 이끌며 발생하고, 이는 크게 변동가능한 UO2 분말 특성을 초래한다.
여기서, 모든 필터 시스템에서와 같이, 플러피(fluffy) 입자로서 형성된 방사능 물질의 필터링은 N2와 같은 가스 역류에 의해 클리닝되어야만 한다. 퓨지에르의 미국특허 제7,422,626호는 1초 이하 동안에 300 m/s 이상의 속도에서 N2 역류에 의해, 과도히 급격한 분말의 음파 방출을 필요로 하며; 이는 약 700 mph 이상이다(음파 속도 = 20℃에서 343.14 m/s, 이는 707.58 mph와 같다). 이는 그들의 공정에 필수적이다. 소결 금속 필터가 널리 공지되었으며, 상기와 같은 대부분의 필터는 모트 코퍼레이션 브로셔(Mott Corporation Brochure)의 "섬유 금속 가스 여과법"(2회차, 10/08) 및 티. 샤피오 외(T. Shapiro et al.)에 의한 유니온 카비드 (Union Carbide) 기사 "다공성 금속 필터, 공급재 생산에 대한 적용"(6/15/1961: 영국 도서관에 제공된 사본)에 기재된 바와 같이, 고체형 가스 시스템에 소결 다공성 필터의 적용이 유동층 시스템에서 작동되는 가스 역류(blowback) 밸브 수단을 가진다. 먼지로 막힌 금속 필터는 음파 속도 이하인 약 417 피트/초 또는 127 미터/초의 속도로 변화되는 15 psi에서, 약 115 입방 피트/분에서 가스 역류에 의해 클리닝된다. 측정은 다음과 같다:
노즐 개구부 = 3/16 인치
노즐의 수 = 24(15장, 도 1)
노즐당 유동 = 115/24 = 4.79 입방 피트/분/노즐
속도 = 4.79 ft3/(3/16*3/16*3.14/4 in2)*(144 in2/ft2)/(60 초/분)(상기 *은 "곱(times)" 또는 x = 곱셈과 같다)
속도 = = 417 ft/초 또는 127 미터/초
이젝터가 또한, 티. 샤피오 외의 도 1, 도 4, 도 6 및 도 8에 도시되며(이들 도면에서 각 필터의 개구부 상의 작은 너브(nub)), 12장의 4 단락에서 기술된다.
UO2 연료 펠릿의 또 다른 제조 방법이 금속 우라늄으로부터 융해된 UO2 핵연료 펠릿의 제조 방법을 기술하는 미국특허 제5,091,120호에 기재된다. 이러한 방법은 고가의 금속을 사용하며, 따라서 상업적으로 실행할 수 없다
미국특허 제6,656,391호는 초산 우라닐(Uranyl nitrate hexahydrate: UNH) 및 UF6 모두로부터 UO3/U3O8 모두를 생성하기 위한 습식 암모늄 디우라네이트 방법(ADU:ammonium diuranate process)의 사용을 개시한다. 특히, 이 방법으로부터 생성된 UO3/U3O8은 그때 UO2를 생성하기 위해 하소로에서 처리된다. ADU 방법은 안정적이지만 적절하게만 활성인(즉, 일관된 기준상의 약 97.5%의 최종 펠릿 밀도만을 달성한다) U02 분말을 생성한다. 또한, 이러한 공정은 플루오르화물을 제거하기 위해 처리되어야만 하는 대량의 액체 낭비를 생성한다. 일반적인 처리 방법은 수산화칼슘(Ca(OH)2) 현탁액을 첨가하는 것이며, 이는 CaF2와 같은 플루오르화물의 최종 중화로부터 대량의 고체를 형성한다. 이들 고체의 처분은 핵 시설에서 그들의 발생으로 인해 어려움이 있다. 매우 낮은 잔여 플루오르화물을 가지며 배출된 액체 폐기물은 계속해서 규제되며, 임의의 배출권이 획득되는지 모니터링해야만 한다. 또한, 질산염 계 재순환(nitrate-based recycle: UNH)이 원심분리 및 건조 단계 동안에 그것이 적절한 처리 특성이 있도록 HF와 함께 스파이크(spike) 되어야만 하며, 플루오르화물뿐만 아니라 배출에서 처리되어야만 하는 상당한 양의 질산염을 생산한다. 질산염은 상기 질산염으로부터 암모니아를 제거하기 위해 수산화 나트륨의 첨가를 필요로 하기 때문에 암모니아 회수 공정을 분열시킨다. 또 다른 문제점은 건조된 UO3/U3O8 생성물의 NH4F를 최종 하소로(calciner)로 이동시키는 것이다. 이러한 플루오르화물은 U02 미립자를 응집하기 쉬우며, 이는 전체 분말 활성도를 감소시키고, 상기 하소로의 오프 가스 분출구를 덮고(plate out) 막는 반-휘발성 NH4F 물질을 생성한다.
핵 원자로 연료를 생성하는 추가 확장형 유동층 방법은, U02로의 UF6의 실질상 완벽한 변환을 제공하기 위해 직렬로 상호연결된 연속적인 4단의 유동층을 사용하는 3단계의 방법을 기술하는 미국특허 제4,053,559호(하트 외)에 기재된다. 그러나, 이러한 방법은 무척 동작하기 복잡하고 어려우며, 많은 잔여 플루오르화물과 함께 UO2 생성물을 생성한다.
상기 언급한 이전의 광범위한 노력에도, 고 생산율로 고 활성인, 세라믹 등급의 UO2 분말을 생성하는, UF6를 고체 UO2로 변환하는 개선된 절차에 대한 상당한 필요가 존재하며, 이는 제어하기 쉬우며, UO2 생성물의 심각한 변화 문제를 갖게 하는, 초기의 제1 단계 반응물로부터 H2 반응물을 완전히 배출하는 단계를 아주 중요하게 완전히 분리한다. 유동층 방법의 사용은 비반응성의, 대형 고체 형성 및 잔여 플루오르화물의 제거 문제로 인해 해결책이 아니다.
따라서, 본 발명의 주요 목적은, 제1 반응 단계로의 H2 역류의 차단, 낮은 잔여 플루오르화물 수준으로 U02를 생성할 수 있는 하소 공정, 및 제어된 입자 크기 및 우수한 반응성을 가지는 분말을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 방법 단계의 발열을 확실히 제어하여, 각 방법 단계의 매우 엄격한 온도 제어를 허용하며, 이중 HF 가스 필터링, 및 오프 가스에 있는 혼입 입자의 입자상 재순환(particulate recirculation)을 허용하는, 핵등급의, 활성 UO2 분말을 제조하는 2단계 건식법을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 UF6가 먼저 증기를 사용하여 U02F2로 변환되고, 이어서 증기와 수소의 혼합물을 사용하여 U02F2를 U02로 변환하는 2단계 방법을 제공하는 것이며, 상기 U02는 단지 초 소량의 비-변환된 U02F2를 포함한다(약 50 ppm 이하).
본 발명의 추가 목적은 핵등급의, 안정적인, 활성의 U02 분말을 제조하는 2단계 방법을 제공하는 것이며, 여기서 상기 2단계 방법은 두 개의 소성로, 하소로에서 또는 화염 반응기에서 실행되며, 상당한 양의 고체가 상기 소성로 또는 하소로에 보유되거나 또는 상기 화염 반응기 화염에 혼입된다.
본 발명은 다음을 실행함에 의해 핵등급의, 활성 이산화 우라늄(UO2) 분말을 생성하는 다단계 방법을 제공함에 의해 이러한 필요에 부응하고 상기 문제를 해결한다:
(1) 300℃ 내지 800℃의 화염 풀룸 온도에서 0.1 몰 이하의 산화물 입자 UO3 및 U3O8 중의 적어도 하나에 더하여 초기 생성물 플루오르화 우라닐 입자(UO2F2), HF 가스 및 비반응 증기, N2 또는 다른 불활성 가스 또는 가스들을 산출하기 위해, 적어도 하나의 화염 풀룸을 가지는 제1 단계의 화염 반응기에서, 증기(H2O)의 N2에 더하여, N2 또는 다른 불활성 가스 또는 가스들에 더하여, 2 내지 10 몰의 증기 대 UF6 몰비(mole ratio)로 1 몰의 우라늄 헥사플루오라이드 가스(UF6) 증기를 반응시키는 단계와,
(2) 모든 HF, 비반응 증기 및 N2 또는 불활성 가스 또는 가스들이 통과하며, 혼입된 입자는 통과하지 않는 필터로, 미세한, 가스 혼입된 초기 생성물 입자뿐만 아니라 HF 가스, 비반응 증기 및 N2 또는 다른 불활성 가스 또는 가스들을 통과시키는 단계와,
(3) 증기 또는 질소 공급된 가스 이젝터에 의해 필터링된 혼입 고체를 도로 화염 반응기의 증기 또는 질소 흐름으로 재순환하는 단계와,
(4) 분말을 통과하지만, 제2 단계에서의 후속 반응으로부터 단계(1)로 상당한 양의 기체 피드백 진입을 방지하는 포지티브 실링 밸브 수단(positive, sealed valve means)을 통해 혼입되지 않은 초기 생성물 플루오르화 우라닐 입자 및 임의의 UO3 및 U3O8 입자를 통과시키는 단계와,
(5) 단계 (1)로부터 UO3 및 U3O8 모두를 구비한 플루오르화 우라닐 입자가 회전식 소성로 역류를 따라서 5 몰 내지 30 몰의 증기(H2O), 5 내지 50 몰의 H2, 및 불활성 가스 또는 가스들로 통과하여, 플루오르화 우라닐 입자를 축소하고, HF 가스와 같은 플루오르화물을 제거하며 플루오르화 우라닐 입자 및 임의의 UO3 및 U3O8 입자를 축소하여, 2 미터2/gm 내지 8 미터2/gm(그램), 바람직하게는 4.5 미터2/gm 내지 6 미터2/gm의 표면 면적을 구비한, 0.1 내지 100 마이크로미터의 입자크기를 가지는 소결성 배출, UO2 분말을 형성하는, 소성로 표면(kiln shell)과 초기 400℃ 내지 700℃로부터 100℃ 내지 300℃의 최종 온도에 이르는 소성로 표면에서의 온도 범위 램프 업 및 및 램프 다운(ramp up and down)을 가지는, 제2 단계의 회전식 소성로 반응기로 상기 포지티브 실링 밸브 수단을 통과하는 초기 생성물 입자를 통과시키는 단계와,
(6) 임의의 혼입된 고체를 제거하기 위해 필터를 통해 단계 (5)의 제2 단계 반응기로부터 HF 가스, 증기, 불활성 가스 또는 가스들 및 비반응 H2, 또는 증기를 통과시키는 단계와,
(7) 단계 (2) 및 단계 (6)의 필터를 통과하지 않는 입자를 단계(1)의 화염 반응기 또는 단계(5)의 소성로로 도로 통과시키는 단계와,
(8) 필터링된 오프 가스로부터 HF 및 증기 가스를 액체 HF로 응축시키는 단계와,
(9) 단계 (5)의 배출구로부터 UO2 분말을 수집하는 단계와,
(10) 상기 수집된 UO2 분말을 98.5 질량%보다 큰 밀도로 압축하는 단계.
임의의 스크류 피더 등과 같은 분리된 분말 운송이 단계(4)에 사용되는 포지티브 실링 밸브와 단계(5)의 회전식 소성로 사이에 사용될 수 있다. 그러나, 이들 실(seals)은 완전한 밀폐가 아니며, 그들은 스크류 피더에서와 같은, 느슨한 층의 입자보다는 실질적으로 적은 가스가 환류하게 한다(약 94% 내지 95% 이하 환류). 임의의 제2 포지티브 실링 밸브는 단계(5)에서 초기 생성물을 통과시키는데 사용되는 임의의 스크류 피더와 단계(5)의 실질상 회전식 소성로 사이에 사용될 수도 있다. UO2F2와 같은 잔여 플루오르화물은 50 ppm 이하이며, 결합 잔여물 UO3 및 U3O8은 단계(9)의 최종 U02에서 전체 100 ppm 이하이다. HF 필터를 클리닝하기 위한 역류는 표준 실무이며, 음파 속도 이하에서, 즉 250 미터/초(m/s) 이하에서 N2의 짧은 버스트(burst)에 의해 이루어진다. 단계 (9)의 "활성" 분말은 98.5 질량%보다 큰 밀도로 압축할 수 있다. 여기 사용된 용어 "활성"은 칩핑(chipping) 및 균열 또는 말단 캡핑(end capping) 없이 일반 처리를 견딜 수 있는 사전-소결된 ("녹색") 펠릿으로 용이하게 압착될 수 있고, 소결될 때에 초과 부스러기(chip) 또는 균열 또는 다른 흠 없이 고 밀도(98% 미만의 이론 밀도)의 펠릿을 생성하는 UO2 분말을 의미한다.
본 방법의 제1 단계에서, 증기 대 UF6 몰비는 몰(mole) UF6당 약 2 내지 10 몰의 증기, 바람직하게는 몰(mole) UF6당 4 내지 8 몰의 증기 범위일 수 있다. 증기/UF6 비율의 변경은 반응 온도를 제어하며, 이는 최종의 UO2 분말뿐만 아니라 생성되는 U02F2 분말의 특성을 변경한다.
개별 소성로에서 실행되는 제2 단계에서, 증기 대 수소의 몰비는 약 1 내지 10 사이일 수 있으며, 즉, 1 몰의 증기 대 1 몰의 H2; 1 몰의 증기 대 10 몰의 H2 범위일 수 있다.
본 방법의 양쪽 단계에서, 바람직한 온도는 약 400℃ 내지 700℃ 범위일 수 있다.
본 발명은 핵등급의, 활성 이산화 우라늄(UO2) 분말의 2단계 제조 방법을 제공한다. 각 단계가 가스, 특히 H2의 역류를 방지하기 위해 포지티브 실링 밸브 수단에 의해 분리되는 상기 2단계 방법은, 반응의 발열을 단단히 제어하며, 이는 입자의 증대를 제어하여 활성이며 일정한 형태의 UO2 분말을 이끄는 매우 엄격한 온도 제어를 가능하게 한다.
본 발명을 더 잘 이해하기 위해, 본 발명의 실시형태는 다음의 첨부 도면과 관련하여 단지 실시예의 방식에 의해 지금 기술될 것이다.
도 1은 화염 반응기와 회전식 소성로, 이중 HF와 증기 가스 필터 사이의 밀폐가스 차단 밸브 수단과 상기 화염 반응기로 돌아가는 혼입 입자의 재순환을 도시하는 본 발명의 방법에 대한 상세한 개략도이며;
도 2는 화염 반응기 노즐 및 풀룸의 개략적인 일부 단면도이며;
도 3은 스크류 피드 운송 수단에 공급하는 것을 도시한, 스타 밸브 형태의 밀폐가스 차단 밸브 수단의 개략도이며;
도 4는 입자 피드백 및 정규 펄스 밸브의 불활성 기체 역류 클리닝 메커니즘을 구비한 가스 필터 형태의 일 실시형태에 대한 개략적인 부분 단면도이다.
도 1은 화염 반응기와 회전식 소성로, 이중 HF와 증기 가스 필터 사이의 밀폐가스 차단 밸브 수단과 상기 화염 반응기로 돌아가는 혼입 입자의 재순환을 도시하는 본 발명의 방법에 대한 상세한 개략도이며;
도 2는 화염 반응기 노즐 및 풀룸의 개략적인 일부 단면도이며;
도 3은 스크류 피드 운송 수단에 공급하는 것을 도시한, 스타 밸브 형태의 밀폐가스 차단 밸브 수단의 개략도이며;
도 4는 입자 피드백 및 정규 펄스 밸브의 불활성 기체 역류 클리닝 메커니즘을 구비한 가스 필터 형태의 일 실시형태에 대한 개략적인 부분 단면도이다.
본 발명은 핵 등급(nuclear grade)의 활성 이산화 우라늄(UO2) 분말을 제조하기 위한 2단계 방법을 제공한다. 본 방법의 제1 단계는 플루오르화 우라닐(U02F2) 및 소량의 우라늄 트리옥사이드(uranium trioxide)/우라늄 옥타옥사이드(uranium octaoxide)(UO3/U3O8)를 산출하기 위해 화염 반응기에서 우라늄 헥사플루오라이드(UF6)를 증기와 반응시키는 것을 포함한다. 본 방법의 제2 단계는 플루오르화물을 제거하고, 예를 들어 하소로(calciner)와 같은 회전식 소성로에서 증기/수소 대기 하에 UO3/U3O8 및 U02F2를 축소하는 것을 포함한다.
용어 "화염 반응기"는 HF 및 여분의 증기와 같은, 오프 가스 및 분말 생성물을 형성하기 위해 약 300℃ 이상에서 증기, 기체성 H2O와 같은 산화제와 우라늄 헥사플루오라이드와 같은 가스를 가수분해 반응으로 반응시킴에 의해 화염 풀룸을 형성하도록 작동되는 반응관을 의미한다. 질소 가스는 보통, 증기가 외부 반응체이고 우라늄 헥사플루오라이드가 중심 반응체인 동축의 관식 분출구 또는 노즐(co-axial tubular jet or nozzle)에서 완충제로서 사용될 수 있으며, 미국특허 제5,757,087호(카터 외) 및 미국특허 제6,136,285호(퓨지에르)에 마찬가지로 기술된 바와 같이, 반응이 발생하고 고체 입자가 상기 분출구 또는 노즐 팁(nozzle tip)으로부터 일부 거리로 형성되도록 상기 N2는 완충 가스로서 사용된다. 용어 "회전식 소성로"는 미국특허 제6,136,285호(퓨지에르)에서 일반적으로 기재된 바와 같이, 가열기 수단과, 입구 단부의 분말 공급 수단과, 적어도 증기, 기체성의 H2O 및 H2의 역류를 주입하기 위해 반응 생성물 배출구 근처의 주입기 수단이 설치되는 회전 관식 피로하이드롤리시스 오븐(rotating tubular pyrohydrolysis oven)을 의미한다.
"화염 반응기" 및 "회전식 소성로" 모두는 예를 들어 미국특허 제4,053,559호(하트 외)에 기술된 "유동층 반응기"에 어떤 방식으로도 관련되거나 동일한 것이 아니다. 상기 발명의 방법은 대신에 화염 반응기 및 회전식 소성로의 결합을 사용하여, 구체적으로 유동층을 배제하는 것을 의도한다. 유동층은 분말의 하부 바닥에서 공정 가스를 주입하는 탱크이다. 매우 충분한 가스 유동에서 상기 바닥에서의 적절한 가스 분배기를 가지고, 그때 상기 분말은 그가 용기의 기하학 구조를 따르며 고체물이 그들이 충분히 고밀도에 있었을 때에 상기 유동층의 상면에 놓인다는 점에서 액체를 닮는다. 이러한 유동층의 이점은 열전달이 상기 유동층 전체에 걸쳐 매우 우수하며 따라서 상기 유동층은 본질적으로 단일 온도라는 것이다. 단점은 유동화가 소정의 가스 유동 속도에 대해 매우 협소한 입자 크기 범위를 통해 일어난다는 것이다. 입자가 너무 작으면, 그들은 오프 가스와 함께 상기 반응기에서 분출(blown out)된다(용리라고 불린다). 그들이 너무 크면, 그들은 바닥에 가라앉는다. 입자 크기가 작은 입자의 UO2F2를 형성하기 위해 증기와 반응하는 초 소량의 UF6로부터 초대량(상기 입자를 더 크게 만들기 위해 이미 형성된 UO2F2 입자 부근의 증기와 UF6가 반응한다) 범위에 있는 이 반응에서, 유동층은 제어하기 매우 어렵다. 큰 입자는 소결 분말을 생성하기 위해 반드시 하향 밀링(milled down)되어야 한다.
화염 반응기 개념은 입자가 분출구에 혼입되는 동안 그들을 제조 및 증대하는 것이다. 분출구에서 체류 시간을 제어함에 의해, 생성되는 최대 크기의 입자를 설정할 수 있다. 미세한 입자가 가스에 혼입되어 머무르며, 크기를 크게 증대하기 위해 화염 반응기에 재도입된다.
도면의 도 1을 지금 참조하면, 저장 실린더 등(20)으로부터 1 몰의 우라늄 헥사플루오라이드 가스(UF6)가 가열기(22)에 의해 65℃ 내지 175℃로 가열되고, 적어도 하나의 노즐(16)을 가지는 "화염 반응기 이젝터"에 의해, 라인(24)을 통해 화염 반응기(12)로 통과하여, 적어도 하나의 화염 풀룸(18) 내에서 300℃ 내지 800 ℃의 온도로 2 내지 10 몰의 증기(28)와 반응하며, 응집하지 않은 약 0.01 내지 40 마이크로미터보다 큰 초기 생성물 플루오르화 우라닐(UO2F2)을 생성하므로, 분말 입자(31)로서 호퍼(hopper)(21)로 통과하는 포획된 플루오르화물이 거의 없는 다단계 방법(10)을 제공한다. 혼입된 미립자는 일반적으로 0.01 마이크로미터 내지 20 마이크로미터의 입자 크기를 가질 것이다. 오프 가스 HF, N2 및 H2O는 혼입된 입자와 함께 제1 가스 배출구(30)로 통과되며 이어서 스트림(42)으로서 미립자 필터(46)에 통과된다. 또한, 혼입 입자와 함께 HF, N2 및 H2O는 또한 재순환 스트림(11)으로서, 진공을 끌어당기기 위해 이젝터(13)를 통해 건조 증기(35)로 통과하는 상기 재순환 스트림(11)에 의해, 화염 반응기(12)의 바닥으로부터 후퇴된다. 이어서 이러한 스트림은 건조 증기(35)를 가지고 화염 이젝터 반응기 노즐(14)로 도로 재순환된다. 이러한 재순환의 목적은 화염 반응기로 입자를 제자리도 돌려 호퍼(21)에 안정되는 더 큰 입자로 혼입되는 매우 미세한 입자를 증대시키는 것이다. 불활성 N2 가스(26)는 노즐(16)로 통과될 수 있으며, 상기 노즐은 바람직하게는, 동심 가스 진입 구성에서, 상기 노즐에서 UF6와 증기를 분리하는 N2 증기를 사이에 가지는 중심 UF6 스트림과 외부 증기 스트림의, 평행한 가스 스트림을 통과하여, 입자가 화염 반응기(12) 내에서 노즐 입구에 직접적으로 형성되지 않는다. 이는 화염 플룸(18)이 도시되는, 상기 도면의 도 2에 더 잘 도시된다. 바람직하게는, 상기 방법의 제1 단계에서, 증기:UF6 몰비는 약 4 내지 8 몰의 증기: 1 몰의 UF6 범위일 수 있다.
매우 중요하게도, 뒤이은 단계로부터 수소를 포함할 수 있는 가스의 환류 없이, 정확한 다단계 방법을 제공하기 위해, "포지티브 실링 밸브 수단(positive sealed valve means)"(32)이 호퍼(21)와 임의의 스크류 피더(33)와 같은 추가 단계 사이에 필요하다. 이는 바람직하게는 도 1 및 도 3에 도시된, 회전식 베인 스타 에어로크 밸브(rotary vane star airlock valve) 형태이다. 상기 스타 밸브는 회전하며, 이는 상기 밸브를 통한 분말의 유동을 제어하고 상당한 양의 가스가 하부 영역으로부터 상부 영역으로(또는 그 반대로) 이동하는 것을 방지한다. "상당한 양"은 회전식 소성로에서 사용되는 0.1 부피%(vol.%) 이하의 가스를 의미한다. 스크류 나사에 의해 이러한 유형의 밸브의 장점은 스크류 피더에서, 분말 레벨이 낮아질 때에 가스가 고압력 영역으로부터 저압력 영역으로 흐르게끔 하는 직접 경로가 있거나, 또는 제2 반응기에서 가스 압력이 너무 높으면, 가스가 상기 분말을 통해 저압력 영역으로 분출할 수 있는데 반하여, 포지티브 실(positive seal)이 항상 제공된다는 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 호퍼(21)로부터 분말 입자(31)는 처음에, 임의의 스크류 피더(33)와 같은 후속 기기로 상기 입자를 비워내기 위해 회전하는 베인(vane)(23) 사이의 공간을 채운다. 상기 베인은 밸브의 벽면과 가스 잠금 공간(15) 레퍼런스와 조밀한 베인 접촉을 활용하여 H2와 같은 제1 단계에 유해한 가스의 역류 가능성(potential backflow)을 최소화한다. http://www.bushandwilton.com/usa/index.htm 및 http://www.bushandwilton.com/usa/BW_RotaryAirlocks_USA.pdf 모두는 이러한 형태의 바람직한 포지티브 실링 스타 밸브에 대한 추가 정보를 제공한다. 일부 가스는 스타 밸브의 베인 사이에서 상기 부피로 얻어질 수 있지만, 이는 작은 편이다. 또 다른 포지티브 실링 접근법은 로크 호퍼(lock hoppers)의 사용일 것이다. 용어 "포지티브 실링 밸브 수단"은 화염 반응기로의 가스 역류를 최소화하는 임의의 장치를 의미한다.
재순환 라인(34)은 미립자 필터(46)로부터 화염 반응기로 상기 입자를 되돌린다. 미량의 UO3 및 U3O8 분말뿐만 아니라 초기 공정의 UO2F2 분말이 중력, 낙하, 또는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 임의의 스크류 피더(33), 스크롤 부재 또는 실링된 컨베이어 벨트 등에 의해, 회전식 소성로/하소로(36)에 운송되며, 상기 회전식 소성로/하소로(36)는 상기 소성로를 둘러싼 가열기(39)와 함께 소성로 표면(kiln shell)(28')을 포함한다. 상기 소성로는 UO2F 공급 단부(feed end)에서 400℃의 표면 온도, 700℃의 최대 중간 온도에 이르기까지 동작하며, UO2 생성물 방출 단부에서 100℃ 내지 300℃의 온도에서 동작한다. 층(bed) 온도는 U02F2 + H2 =＞ U02 + 2HF 반응의 발열 특성으로 인해 표면 온도보다 높을 것이다. 그러나, 안정적 상태에서, 상기 층 온도는 벽면 온도와 평형 상태에 있을 것이다. 700℃ 이상의 온도 사용은 분말을 사전-소결할 것이며 과도한 입자 크기 축소가 상기 입자에 강요되지 않는 한 최종 생성물의 활성을 감소시킬 것이다. 제2의 임의적인 포지티브 실링 밸브(26)가 소망한다면, 상기 회전식 소성로에 진입하게 전에 스크류 피더의 배출구에 사용될 수 있다.
회전식 소성로의 UO2 고체 배출구 단부에서, 1 몰의 UO2F2 분말당, 불활성 N2(82)의 운반 가스에 더하여, 5 몰 내지 30 몰의 건조 증기(80)와 5 몰 내지 50 몰의 H2(81)의 평행한 역류 흐름은, HF 가스와 같은 플루오르화물을 제거하기 위해 주입되어, U02F2와 UO3 및 U3O8를, 약 50 ppm 이하의 UO2F2 잔여물을 포함하고, 2 미터2/gm 내지 8 미터2/gm의 표면 영역을 구비한 0.1 마이크로미터 내지 100 마이크로미터의 입자 크기를 가지며, 98.5 질량%의 이론 밀도보다 큰 최종 소결 밀도로 압축될 수 있는 압축가능한 UO2 분말로 축소화한다.
N2 가스에 더하여 생성된 HF 및 비반응 H2 및 증기는 바람직하게는, 제2 오프 가스 출구(38)를 통해 초기 전방 단부에서 배출되며, 제2 오프 가스 스트림(44)으로 공급되며, 분리된 미립자 필터(7)로 통과한다. 하소로 내에서 이러한 제2 HF, 증기, 질소, 및 H2 오프 가스 출구(38)는 하소로 내에서 안정적 상태의 압력을 유지하는 수단으로서 상기 방법에 필수적이다. 회전식 소성로/하소로에 돌아오는 미립자 소성로 입구로의 미립자 재순환 라인(74)이 도시된다. 콘덴서(condenser)(76)가 액체 HF(78)을 제거하고, 연소 또는 재순환될 수 있는 플루오르화물 없는 H2를 생성하기 위해 라인 펌프(43)와 함께 도시된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 오프 가스 및 스트림(42,45)으로부터의 혼입 입자는 미립자 필터(46)로 통과되며, HF 및 증기 및 질소는 스트림(50)을 향하여 콘덴서(56)로 통과하며, 저장 또는 세일(sale)을 위해 오염되지 않은 HF 액체(58)를 제공한다. 상기 질소는 대기로 방출된다. 또한, 필터가 본 기술분야에 잘 알려진 표준 방식으로 펄스 라인(52)으로부터 N2 가스를 수용하는 표준 아음속(subsonic) 펄스 밸브를 통해 클리닝 됨에 따라, 포획된 입자가 재순환 라인(48)을 통해 회전식 소성로로 재순환한다.
도 4는 오프 가스 입구 스트림(45)과, 증기 및 N2 및 다른 오프 가스 배출구 스트림(50)과, 미립자 순환 라인(48)과, 필터 바디(74)의 구멍(51)과 함께, 도 1에서 (46) 또는 (70)으로 도시된 표준형 미립자 필터를 도시한다. 입자가 상기 필터를 클리닝하기 위해 N2 아음속 역류 밸브(54)를 활용하는 상기 필터 바디 상에 일반적으로 수집된다 할지라도, 상기 가스는 상부 필터부(49)를 통과한다. 미립자 필터(70)는 N2 공급 펄스 가스 라인(52')과 펄스 밸브(54')를 도시한다.
도 1을 다시금 참조하면, UO2 펠릿(66)을 제공하기 위해 라인(61)을 통해 펠릿 압출 기계(pellet press)(64)로 통과할 수 있는 분말 용기로의 UO2 스트림 배출(60) 뿐만 아니라 복수의 밸브(40)가 도시된다.
다음 실시예는 본 발명을 도시하기 위한 것으로 어떠한 방식으로도 본 발명의 제한하는 것으로 간주해서는 아니 된다.
실시예
제1 반응에서, 증기/UF6 비율은 0.2 중량비이며, 화염 반응기 온도는 400℃이다.
회전식 소성로 반응에서, 증기/H2 비율은 20중량비이며. 온도는 최대 600℃로 유지된다. 증기/UO2 비율은 약 0.8 중량비이다.
UO2 분말 표면 영역은 약 4 미터2/gm이며, 압착 및 소결된 펠릿의 최종 밀도는 약 98.5%이다.
포지티브 밸브 실(positive valve seal) - 스타 밸브는 상기 제1 반응과 회전식 소성로 사이에 사용된다.
특정 실시형태가 상세히 기술된 한편, 본 기술분야의 당업자에 의해 저 세부사항에 대한 다양한 변형 및 변경이 본 기술의 전체 개시의 측면에서 전개될 수 있음이 인정될 것이다. 이에 따라, 개시된 특정 실시형태는 단지 도시를 위한 것으로 본 발명의 범위를 제한하는 것을 의미하지 않으며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항 및 기타 그의 모든 균등물에 제공된다.
12: 화염 반응기
13: 이젝터(13)
18: 화염 풀룸(18)
21: 호퍼(hopper)
32: 포지티브 실링 밸브 수단(positive sealed valve means)
33: 스크류 피더
13: 이젝터(13)
18: 화염 풀룸(18)
21: 호퍼(hopper)
32: 포지티브 실링 밸브 수단(positive sealed valve means)
33: 스크류 피더
Claims (15)
- 핵 등급의, 활성 이산화우라늄(UO2) 분말의 다단 제조 방법으로서,
(1) 300℃ 내지 800℃의 온도에서, 초기 생성물 플루오르화 우라닐 입자들(UO2F2), HF 가스, 비반응 증기 및 불활성 가스를 산출하기 위해, 적어도 하나의 화염(flame)을 가지는 제1 단계의 화염 반응기에서, 불활성 가스에 더하여, 2 내지 10 몰의 증기와 1 몰의 우라늄 헥사플루오라이드 가스(UF6)를 반응시키는 단계와,
(2) 모든 HF, 비반응 증기 및 불활성 가스가 통과하며, 혼입된 입자들은 통과하지 않는 필터로, 가스 혼입된 초기 생성물 입자들뿐만 아니라 HF 가스, 비반응 증기 및 불활성 가스를 통과시키는 단계와,
(3) 분말을 통과하지만, 후속 반응들로부터 단계 (1)로 상당한 양의 기체 피드백을 방지하는 포지티브 실링 밸브 수단을 통해 혼입되지 않은 초기 생성물 플루오르화 우라닐 입자들을 통과시키는 단계와,
(4) 플루오르화 우라닐 입자들이 회전식 소성로 역류를 따라서 증기, 수소, 및 불활성 기체로 통과하고, HF 가스와 같은 플루오르화물에 반응 및 제거하고, 플루오르화 우라닐 입자들을 축소하여, 소결성 배출, U02 분말을 형성하는, 소성로 표면과 초기 400℃ 내지 700℃로부터 100℃ 내지 300℃의 최종 온도에 이르는 소성로 표면의 온도 범위를 가지는 회전식 소성로 반응기로 상기 포지티브 실링 밸브 수단을 통과한 상기 초기 생성물 입자들을 통과시키는 단계와,
(5) 모든 HF, 증기, 불활성 가스, 및 H2 가스들이 통과하며, 혼입된 입자들은 통과하지 않는 필터로 상기 HF 가스, 증기, 불활성 가스, 및 비반응 H2, 또는 증기 및 임의의 혼입 입자들을 통과시키는 단계와,
(6) 단계 (2) 및 단계 (5)의 필터들을 통과하지 않는 상기 입자들을 상기 단계(1)의 화염 반응기 또는 상기 단계(4)의 소성로로 도로 통과시키는 단계와,
(7) 필터링된 오프 가스들로부터 HF 및 증기 가스를 액체 HF로 응축시키는 단계와,
(8) 단계(4)의 배출로부터 UO2 분말을 수집하는 것을 특징으로 하는 핵등급의 활성 이산화우라늄(UO2) 분말의 다단 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 단계 (1)은 상기 방법을 통과하여 형성되는 0.1 몰 이하의 산화물 입자 UO3 및 U3O8 중의 적어도 하나를 생성하는 것을 특징으로 하는 활성 이산화우라늄(UO2) 분말의 다단 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 불활성 가스는 N2인 것을 특징으로 하는 활성 이산화우라늄(UO2) 분말의 다단 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 단계 (2)에서 필터링된 상기 필터링 혼입 입자는 불활성 가스 또는 가스와 증기 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 가스에 의해 상기 단계 (1)의 화염 반응기로 재순환되는 것을 특징으로 하는 활성 이산화우라늄(UO2) 분말의 다단 제조 방법. - 제 4항에 있어서,
상기 가스는 N2와 증기 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되며, 이젝터가 상기 재순환 흐름에 사용되는 것을 특징으로 하는 활성 이산화우라늄(UO2) 분말의 다단 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 단계 (4)에서, 상기 불활성 가스는 N2이고 상기 형성된 소결성 UO2 분말은 0.1 마이크로미터 내지 100 마이크로미터의 입자 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 활성 이산화우라늄(UO2) 분말의 다단 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 단계 (2) 및 단계 (5)에서 혼입된 입자는 0.001 마이크로미터 내지 0.1 마이크로미터의 입자 크기를 가지며, 상기 단계 (5)에 사용된 불활성 가스는 N2인 것을 특징으로 하는 활성 이산화우라늄(UO2) 분말의 다단 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 단계 (3)의 포지티브 실링 밸브 수단을 통과하는 초기 생성물은 스크류 피더의 사용에 의해 회전식 소성로로 통과하는 것을 특징으로 하는 활성 이산화우라늄(UO2) 분말의 다단 제조 방법. - 제 8항에 있어서,
상기 포지티브 실링 밸브 수단은 상기 스크류 피더와 상기 회전식 소성로 사이에 사용되는 것을 특징으로 하는 활성 이산화우라늄(UO2) 분말의 다단 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 포지티브 실링 밸브 수단은 회전식 베인 에어로크 밸브인 것을 특징으로 하는 활성 이산화우라늄(UO2) 분말의 다단 제조 방법. - 제 9항에 있어서,
상기 포지티브 실링 밸브 수단은 회전식 베인 에어로크 밸브인 것을 특징으로 하는 활성 이산화우라늄(UO2) 분말의 다단 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 단계 (8)의 UO2 분말은 50 ppm 이하의 잔여물 UO2F2를 가지며 100 ppm 이하의 결합 잔여물 UO3 및 U3O8을 가지는 것을 특징으로 하는 활성 이산화우라늄(UO2) 분말의 다단 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 필터는 250 m/s 이하의 노즐 속도를 가지고 불활성 가스 역류 버스트에 의해 세척되는 것을 특징으로 하는 활성 이산화우라늄(UO2) 분말의 다단 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 단계 (8)의 수집된 UO2 분말은 98.5 중량%보다 더 큰 밀도로 압착되는 것을 특징으로 하는 활성 이산화우라늄(UO2) 분말의 다단 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 배출 UO2 분말은 2 미터2/gm 내지 8 미터2/gm의 표면 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 활성 이산화우라늄(UO2) 분말의 다단 제조 방법.
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