KR940006545B1 - Uo₂펠릿의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

UO2펠릿의 제조방법

본 발명은 ADU 법에 의한 UO₂펠릿의 제조방법에 관한 특히, ADU의 침전생성조건을 조절함으로서 ADU로부터 UO₂분말을 거쳐 얻어지는 UO₂펠릿의 결정입경을 제어하는 방법의 개량에 관한 것이다.

주지하는 바와같이 UF₆로부터 UO₂분말을 제조하는 방법으로서는 ADU법이 널리 이용되고 있다. 이 ADU법은, UF₆가스와 물과의 반응으로 얻어진 UO₂F₂수용액과 NH₃과를 반응시켜 ADU를 침전시키고 이 AUD를 여과, 건조한후, 배소·환원하여 UO₂분말로 하는 것으로서 ADU가 생성하는 반응은 다음식과 같이 표시된다.

UF₆+2H₂O→UO₂F₂+4HF…………………………………………………‥(1)

UO₂F₂+4HF+7NH₄OH→(1/2)(NH)₂U₂O₇+6NH₄F+(11/2)H₂O…(2)

UF₆은 우선 (1)식에 표시하는 가수분해반응에 의하여 UO₂F₂수용액으로 변환되는데, 수용액중에는 우란1몰에 대하여 4몰량의 HF가 존재하기 때문에, (2)식의 ADU 침전생성반응에 있어서는 HF의 중화반응이 선행 또는 동시에 일어나고, 얻어진 ADU의 열차입자는 비교적 크고 불활성한 것으로 된다.

그리고 이와같이 불활성인 ADU로부터 배소·환원의 과정을 거쳐 얻어지는 UO₂분말을 원료로 하여 펠릿을 제조하면, 그 결정입경은 통상 10μm 전후로 밖에 되지 않는다.

그런데 원자로내에 있어서 UO₂펠릿이 안정하게 연소하기 위해서는, 펠릿에 의한 핵분열 생성가스(FP가스)의 유지력을 높이고, 펠릿으로부터의 FP 가스방출량을 될수있는대로 억제하는 것이 유효하다. 펠릿의 결정입경을 크게하면 FP 가스유지력이 향상하는 것이 판명되고 있지만, 결정입경이 너무 크면 펠릿의 기계적 강도의 저하를 초래할 염려가 있고 최적입경은 아직 명백하지 않는 것으로서 눈대중으로서는 100μm을 상한으로 하면 충분하다고 예측되어 있다. 그리하여 본 출원인등은 먼저 특원소 61-제190079호에서 결정입경이 보다 큰 UO₂펠릿을 제조하는 방법을 제안하였다.

이 방법은 HF를 포함하지 않는 UO₂F₂수용액에 NH₃을 반응시켜 ADU를 생성시키는 것을 특징으로 하는 것으로서, UO₂F₂수용액의 U 농도를 50-1000gU/ι의 범위로 하고, 더욱 이 UF₂수용액으로의 NH₃의 첨가속도를 1몰의 U에 대하여 2몰 NH₃/min 이상으로 한다.

상기한 방법에 의하면, UO₂F₂수용액의 U 농도가 작을수록 또 UO₂F₂수용액으로의 NH₃의 첨가속도가 클수록 생성하는 ADU의 일차입자는 작고 높은 활성으로 되고, 그 결과 이 ADU로부터 UO₂분말을 거쳐 얻어지는 UO₂펠릿은 결정성장이 진행하여 입경이 커지기 때문에 전기범위에서 적당한 침전조건을 설정함으로서 10-100μm의 결정입경을 갖는 UO₂펠릿의 제조가 가능한 것으로 되어 있다.

그런데 전기한 방법에 있어서는, ADU 침전을 생성함에 있어서, 생산성을 충분히 높이는 필요에서 U와 NH₃의 접촉속도 및 NH₃/U 몰비는 어느 것이든 충분히 큰 값으로 하지 않으면 안된다. 이는 NH₃/U비가 6비만(Ph 10미만)에서는 ADU가 충분히 침전하지 않고 폐액중에 U가 잔류하고, 또 접촉속도가 작아지는 생산성이 저하하기 때문이다.

따라서 U 농도만을 제어하여 ADU의 일차입자의 크기를 조절하는 것이 되므로 10-100μm의 범위중 비교적 결정입경의 작은 UO₂펠릿을 제조하는 경우에는 UO₂F₂의 수용액을 500gU/ι이상의 농도로 하지 않으면 안되고, 필연적으로 UO₂F₂수용액의 점도가 현저히 증가하고 그 결과 생성하는 ADU 침전의 불균질성이 증가하여 최종적으로 얻어지는 UO₂펠릿의 물성이 불균질로 된다는 결점이 있었다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루워진 것으로 UO₂펠릿의 입경을 10-100μm의 범위의 임의의 크기로 제어가능하고, 그리고 어느 것이든 입경에 있어서도 물성의 균질한 펠릿을 제조할 수 있는 UO₂펠릿의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이하, 본 발명에 관한 UO₂펠릿의 제조방법을 구체적으로 설명한다.

이 방법에서는, ADU를 침전시키는데 있어서 UO₂F₂수용액의 U 농도를 50-500gU/ι로 함과 동시에, 이 UO₂F₂수용액과 NH₃을 2단계로 나누어서 반응시켜 1단계째에서는 NH₃/U 몰비를 3-6로 2단계째에서는 NH₃/U 몰비를 6-12로 설정하는 것을 특징으로 하고 있다.

이와같은 방법에 의하면, 생성하는 ADU의 성질은 1단계째의 침전반응에 의하여 거의 결정되고, 그때 NH₃/U 몰비가 6이하의 조건이면 U 농도가 500gU/ι 이하의 경우에서도 비교적 1차입자의 크기 ADU를 생성하는 것이 가능하다. 이는 NH₃/U 몰비가 6이하의 경우에서는, UO₂F₂수용액으로부터 ADU가 생성하는 다음식(3)의 반응에 의하여 NH₄F 농도가 증가하면,

UO₂F₂+3NH₄OH→(1/2)(NH₄)₂U₂O₇+2NH₄F+(3/2)H₂O………………(3)

이 NH₄F에 의하여, 다음식(4) 및 (5)와 같이 플루오루화 우라니일 암모늄(AUF)을 경유하여 ADU가 생성하는 반응이 일어나기 때문이라고 생각된다.

UO₂F₂+3NH₄F→(NH₄)3UO₂F₅………………………………………………(4)

(NH₄)₃UO₂F₅+3NH₄OH→(1/2)(NH₄)₂U₂O₇+5NH₄F+(3/2)H₂O………(5)

AUF는 결정성의 불활성 물질이므로, 이 AUF를 경유하여 생성하는 ADU도 불활성으로 1차입자의 비교적 큰 것으로 된다. 그리고 1단째 반응에 있어서 NH₃/U 몰비를 작게 설정할수록 생성하는 ADU는 AUF를 경우하는 경향이 증가하고, 열차입자의 보다 큰 불활성의 것이 얻어진다.

1단째 침전반응에 있어서 NH₃/U 몰비가 3미만에서는 U가 침전하는 비율이 작아지고 바람직하지 않고, 다른 한편 6이상에서는 종래의 문제가 해결되지 않으며, 더욱 NH₃/U 몰비가 3-6 범위에 있어서도 수용액중에 U는 잔존하지만, 2단째 반응에서 NH₃/U 몰비를 6-12로 하면 충분히 회수할 수 있다.

또 2단째 반응의 NH₃/U 몰비가 6미만이면 U가 충분히 침전하지 않고, 다른 한편 12보다 크게하더라도 NH₃수의 사용량과 폐액량이 증가할 뿐 쓸데없으며, 이리하여 2단계에서 NH₃/U 몰비를 6-12로 하여 ADU를 충분히 침전시킨 경우에도 얻어지는 ADU의 성질은 1단계에서 생성한 것과 변함이 없다.

따라서 이 방법에 의하면, U 농도가 500gU/ι이하의 조건에서도 U를 쓸데없게 하는 일없이 10-100μm의 범위내의 임의의 입경을 갖고 그리고 물성이 균질한 펠릿을 용이하게 제조하는 일이 가능하다.

다음에 실시예를 들어 본 발명의 효과를 실증한다.

UO₂F₂분말을 순수한 물에 용해하여 40-600gU/ι의 수용액으로 작제하고, 이 수용액 및 NH₃수를 NH₃/U 몰비 2.5-6.5로서 우선 1단째의 침전조에 연속송입하고, 1단째의 ADU 침전생성을 행하였다.

다음에 1단째의 침전조에서 생성한 ADU 슬러리와 NH₃수를 2단째의 침전조에 연속송입하여 NH₃/U 몰비를 5-15로 하였다. 이렇게 하여 얻어진 2단째의 ADU 슬러리를 여과·건조한후, H₂분위기하에서 450℃로 배소·환원을 행하고 UO₂분말로 변환하였다.

그리고 이 UO₂분말을 프레스압 5t/cm²으로 성형하고, H₂분위기중에서 1750˚C로서 4시간 소결하여 펠릿으로 하였다.

이하의 표는 1단째 및 2단째 침전조에 있어서 ADU 침전조건과 펠릿 결정입경과의 관계를 표시하는 것이다.

위의 표에서 명백한 바와같이, UO₂F₂수용액의 U 농도가 50gU/ι의 경우에도,1단째의 NH₃/U 몰비가 3-6의 범위에서 10-100μm의 결정입경을 갖는 펠릿이 얻어졌다.

또 1단째의 NH₃/U 몰비를 6으로 하였을 경우에는, U 농도가 50-500gU/ι의 범위에서 10-100μm의 결정입경을 갖는 펠릿이 얻어진다. 더욱 U 농도가 100gU/ι로 1단째의 NH₃/U 몰비를 5로 하였을 경우, 2단째의 NH₃/U 몰비를 5-15로 변화시켜도 펠릿의 결정입경은 변하지 아니하였다. 그러나 2단째의 NH₃/U 몰비가 5인 경우에는 U의 손실이 크고 약 20%의 U가 폐액중에 남고, 한편 2단계의 NH₃/U 몰비를 15로 하여도 6-12의 경우와 변함이 없이 6-12일지라도 충분한 회수율이 얻어졌다.

이상 설명한 바와같이, 본 발명에 관한 UO₂펠릿의 제조방법에 의하면 U 농도가 500gU/ι 이하의 조건에서도 U를 쓸데없게 하는 일없고 10-100μm의 범위내의 임의의 입경을 갖고, 그리고 물성이 균질한 펠릿을 쉽게 제조할 수 있다.

따라서 펠릿에 의한 핵분열 생성가스의 유지력을 바라는 값으로 설정할 수 있고, 펠릿의 연소안정성을 높일 수 있다.

Claims (1)

1. UO₂F₂수용액이 NH₃을 더하여 ADU을 침전시켜, 이 ADU로부터 UO₂분말을 경유하여 UO₂소결펠릿을 얻을 수 있는 UO₂펠릿의 제조방법에 있어서, 전기한 UO₂F₂수용액의 U 농도를 50-500gU/ι로 함과 동시에, 이 UO₂F₂수용액과 NH₃을 2단계로 나누어서 반응시켜, 1단계째에는 NH₃/U 몰비를 3-6으로 2단계째에는 NH₃/U 몰비를 6-12로 설정함으로서, 결정입경이 10-100μm의 UO₂펠릿을 제조하는 것을 특징으로 하는 UO₂펠릿의 제조방법.