PL229092B1 - Method for obtaining of spherical grains of uranium-neodymium dioxide - Google Patents

Method for obtaining of spherical grains of uranium-neodymium dioxide

Info

Publication number
PL229092B1
PL229092B1 PL403817A PL40381713A PL229092B1 PL 229092 B1 PL229092 B1 PL 229092B1 PL 403817 A PL403817 A PL 403817A PL 40381713 A PL40381713 A PL 40381713A PL 229092 B1 PL229092 B1 PL 229092B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
neodymium
sol
spherical
nitrate
uranyl
Prior art date
Application number
PL403817A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL403817A1 (en
Inventor
Marcin Brykała
Andrzej Deptuła
Wiesława Łada
Tadeusz Olczak
Marcin Rogowski
Andrzej G. Chmielewski
Original Assignee
Inst Chemii I Techniki Jadrowej
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Chemii I Techniki Jadrowej filed Critical Inst Chemii I Techniki Jadrowej
Priority to PL403817A priority Critical patent/PL229092B1/en
Publication of PL403817A1 publication Critical patent/PL403817A1/en
Publication of PL229092B1 publication Critical patent/PL229092B1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania sferycznych ziaren ditlenku uranowo-neodymowego do produkcji paliwa dla reaktorów w procesie recyklingu metodą dwustopniowej ekstrakcji z odpadów wysoko aktywnych. Sposób polega na tym, że zol askorbinowo-uranylowy otrzymuje się przez rozpuszczenie w postaci stałej kwasu organicznego, korzystnie kwasu askorbinowego ASC w roztworze azotanu uranylu UO2(NO3)2•6H2O przy intensywnym mieszaniu, a następnie dodaje się surogatu ameryku jakim jest neodym korzystnie, w postaci azotanu neodymu Nd(NO3)3-6H2O. Otrzymany zol w trakcie intensywnego mieszania alkalizuje się przez dodanie amoniaku i poddaje się ekstrakcji, korzystnie dwustopniowej za pomocą 2-etylo-1-heksanolu z emulgatorem i aminą alifatyczną. Otrzymane sferyczne ziarna żelu poddaje się konwersji termicznej prowadząc kalcynację, korzystnie, dwustopniową w około 250°C z prędkością grzania 2°C/min oraz w około 600°C z prędkością grzania 5°C/min, do otrzymania proszków o ziarnach sferycznych U3O8 dotowanych tlenkiem neodymu. Redukcję do ditlenku uranowo-neodymowego o ziarnach sferycznych prowadzi się w warunkach beztlenowych stosując korzystnie mieszaninę gazów ochronnego i procesowego, 95% N2 lub 95% Ar z dodatkiem 5% H2.The subject of the invention is a method of obtaining spherical neodymium uranium dioxide grains for the production of fuel for reactors in the recycling process by the method of two-stage extraction from highly active waste. The method is that uranyl ascorbic sol is obtained by dissolving the solid organic acid, preferably ASC ascorbic acid, in a solution of uranyl nitrate UO2 (NO3) 2 · 6H2O with vigorous stirring, and then adding an americium surrogate, preferably neodymium, in the form of neodymium nitrate Nd (NO3) 3-6H2O. The resulting sol is made alkaline under intensive stirring by adding ammonia and subjected to extraction, preferably in two stages, with 2-ethyl-1-hexanol with an emulsifier and an aliphatic amine. The obtained spherical gel grains are subjected to thermal conversion by calcination, preferably in two stages, at about 250 ° C with a heating rate of 2 ° C / min and at about 600 ° C with a heating rate of 5 ° C / min, to obtain powders with spherical grains U3O8 subsidized neodymium oxide. The reduction to spherical grained neodymium dioxide is carried out under anaerobic conditions using preferably a mixture of protective and process gases, 95% N2 or 95% Ar with the addition of 5% H2.

Description

C01G 43/025 (2006.01) G21C 3/42 (2006.01)C01G 43/025 (2006.01) G21C 3/42 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 09.05.2013 (54) Sposób otrzymywania ditlenku uranowo-neodymowego o ziarnach sferycznych (73) Uprawniony z patentu:Patent Office of the Republic of Poland (22) Date of application: 09/05/2013 (54) Method for obtaining uranium-neodymium dioxide with spherical grains (73) The holder of the patent:

INSTYTUT CHEMII I TECHNIKI JĄDROWEJ, Warszawa, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:INSTITUTE OF CHEMISTRY AND NUCLEAR TECHNIQUE, Warsaw, PL (43) Application was announced:

10.11.2014 BUP 23/14 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:10.11.2014 BUP 23/14 (45) The following was announced about the grant of the patent:

29.06.2018 WUP 06/18 (72) Twórca(y) wynalazku:29.06.2018 WUP 06/18 (72) Inventor (s):

MARCIN BRYKAŁA, Warszawa, PL ANDRZEJ DEPTUŁA, Warszawa, PL WIESŁAWA ŁADA, Warszawa, PL TADEUSZ OLCZAK, Warszawa, PL MARCIN ROGOWSKI, Warszawa, PL ANDRZEJ G. CHMIELEWSKI, Warszawa, PL (74) Pełnomocnik:MARCIN BRYKAŁA, Warsaw, PL ANDRZEJ DEPTUŁA, Warsaw, PL WIESŁAWA ŁADA, Warsaw, PL TADEUSZ OLCZAK, Warsaw, PL MARCIN ROGOWSKI, Warsaw, PL ANDRZEJ G. CHMIELEWSKI, Warsaw, PL (74) Plenipotentiary:

rzecz, pat. Iwona Brodowskathing, pat. Iwona Brodowska

CM σ>CM σ>

σ>σ>

CMCM

CMCM

Ω.Ω.

PL 229 092 B1PL 229 092 B1

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania sferycznych ziaren ditlenku uranowo-neodymowego do produkcji paliwa dla reaktorów jądrowych w procesie recyklingu składników wydzielanych metodą dwustopniowej ekstrakcji z odpadów wysoko aktywnych ,The subject of the invention is a method of obtaining spherical neodymium uranium dioxide grains for the production of fuel for nuclear reactors in the process of recycling of components released by the two-stage extraction method from highly active waste,

Prace nad rozwojem nowych bezpiecznych technologii reaktorowych były i są prowadzone w wielu ośrodkach naukowych. Niekwestionowane zalety energetyki jądrowej, takie jak niewielki wpływ na stan środowiska naturalnego, małe zagrożenie zdrowia i życia ludzkiego, a także opłacalność ekonomiczna powoduje, że ważnym zadaniem dla specjalistów pracujących w tej dziedzinie jest odpowiednio wczesne opracowanie nowoczesnych technologii nie tylko biorących pod uwagę wyżej wymienione zalety, jak i zasoby surowcowe, a także ewentualne powtórne ich wykorzystanie w tak zwanym recyklingu wypalonego paliwa. Najważniejszym rodzajem paliwa jądrowego w reaktorach energetycznych są tlenki pierwiastków rozszczepialnych, zwłaszcza uranu o różnym stopniu wzbogacenia w 235U, oraz z domieszkami pierwiastków wysoko energetycznych. Paliwo wypalone wyładowywane z rdzenia reaktora, zawiera jeszcze około 95% uranu niżej wzbogaconego z domieszką izotopów nierozszczepialnych i z zawartością uranu-235 ~ 0.8%, plutonu ~ 1% oraz całą gamę produktów rozszczepienia w tym i aktynowców mniejszościowych (MA) do których zaliczamy neptun-237, ameryk-241, kiur-242. Wszystkie te izotopy są wysoko promieniotwórcze (High Level - HL) jak i długożyciowe. Dlatego też prowadzone są prace nad otrzymywaniem paliw jądrowych domieszkowanych wydzielonymi aktynowcami mniejszościowymi na bazie klasycznych paliw w celu ich transmutacji do izotopów krócej życiowych (np. transmutacja ameryku), W zależności od procesu przerobu wypalonego paliwa i metody postępowania z aktynowcami mniejszościowymi otrzymujemy „świeże paliwo” typu (U, Pu, MA)O2, lub paliwo bez udziału plutonu gdzie 20% stanowią wprowadzone selektywnie aktynowce mniejszościowe - MA do czystego paliwa uranowego (U,MA)O2. Paliwa o wyższej zawartości MA noszą nazwę Minor Actinide Bering Blankets (MABB). Oba typy paliw stosowane są w reaktorach na neutrony prędkie (J. Somers, Minor Actinide Bearing Fuels: Fabrication and Irradiation Experience in Europe, Energy Proceedia, Asian Nuclear Prospects (2010)). Najczęściej stosowaną metodą syntezy obu rodzajów paliw z MA jest zastosowanie roztworów wodnych aktynowców mniejszościowych, zaraz po ich wydzieleniu i separacji z wypalonego paliwa. Następnie przeprowadzane jest żelowanie do określonej postaci fizycznej tj. do ziaren sferycznych lub nieregularnych. Ostatnim etapem jest konwersja termiczna do produktu finalnego o właściwościach paliwa reaktorowego np.(U,Am)O2-x, (U, Am, Np.)O2-x lub (U, Pu, Am)O2-x. Obecnie prowadzone są badania nad doborem metody produkcji optymalnych kompozycji paliwa, jak i ich fizyko-chemicznych właściwości. Ze względu na fakt, że wszystkie produkty rozszczepienia, w tym i aktynowce mniejszościowe są silnie promieniotwórcze prace badawcze prowadzone są w laboratoriach na surogatach aktynowców. Jednym z aktynowców mniejszościowych pochodzącym z wypalonego paliwa jest ameryk powstały w reaktorach jądrowych podczas bombardowania uranu neutronami. W związkach chemicznych ameryk występuje na wszystkich stopniach utlenienia od +2 do +6. Ameryk na stopniu utlenienia +3 tworzy najbardziej trwałe związki, których przemiany fazowe zachodzą w przedziale temperatur 775°C - 850°C i są analogiczne do obserwowanych dla podobnych związków większości lantanowców. Z tych przyczyn najczęściej jako surogatu ameryku stosuje się neodym na stopniu utlenienia +3 najbardziej zb liżony swoimi właściwościami do ameryku.Works on the development of new safe reactor technologies have been and are carried out in many research centers. The undisputed advantages of nuclear power, such as low impact on the natural environment, low risk to human health and life, as well as economic profitability mean that an important task for specialists working in this field is the early development of modern technologies not only taking into account the above-mentioned advantages as well as raw material resources, as well as their possible re-use in the so-called recycling of spent fuel. The most important type of nuclear fuel in power reactors are oxides of fissile elements, especially uranium with various degrees of enrichment in 235 U, and with admixtures of high-energy elements. The spent fuel discharged from the reactor core still contains about 95% of uranium less enriched with an admixture of non-fissile isotopes and the content of uranium-235 ~ 0.8%, plutonium ~ 1% and a whole range of fission products, including minority actinides (MA), which include neptunium- 237, americ-241, cuur-242. All of these isotopes are High Level (HL) and long-lived. Therefore, work is underway to obtain nuclear fuels doped with isolated minority actinides based on classic fuels in order to transmute them to shorter-lived isotopes (e.g. transmutation of americium). Depending on the process of spent fuel processing and the method of handling minority actinides, we obtain "fresh fuel" type (U, Pu, MA) O2, or fuel without plutonium, where 20% are selectively introduced minority actinides - MA to pure uranium fuel (U, MA) O2. Fuels with a higher MA content are called Minor Actinide Bering Blankets (MABB). Both types of fuel are used in fast neutron reactors (J. Somers, Minor Actinide Bearing Fuels: Fabrication and Irradiation Experience in Europe, Energy Proceedia, Asian Nuclear Prospects (2010)). The most common method of synthesizing both types of fuels from MA is the use of aqueous solutions of minority actinides, immediately after their separation and separation from the spent fuel. Then, gelation is carried out to a specific physical form, i.e. to spherical or irregular grains. The last step is thermal conversion to a final product with the properties of a reactor fuel, e.g. (U, Am) O2-x, (U, Am, e.g.) O2-x or (U, Pu, Am) O2-x. Currently, research is being carried out on the selection of a method of producing optimal fuel compositions as well as their physico-chemical properties. Due to the fact that all fission products, including minority actinides, are highly radioactive, research is carried out in laboratories on actinide substitutes. One of the minority actinides from spent fuel is americium formed in nuclear reactors during the bombardment of uranium with neutrons. In chemical compounds, americium occurs in all oxidation states from +2 to +6. Americas in the +3 oxidation state form the most stable compounds, the phase transitions of which occur in the temperature range of 775 ° C - 850 ° C and are analogous to those observed for similar compounds of most lanthanides. For these reasons, the most common as a surrogate for america is neodymium with the oxidation state +3, the most similar to that of america.

Jak wspomniano wyżej, materiał stosowany w reaktorach jako paliwo może być otrzymywany w postaci proszku o ziarnach sferycznych. Praktycznie jedyną metodą otrzymywania proszków o ziarnach sferycznych jest metoda zol-żel (V.N. Vaidya, Status of sol-gel process for nuclear fuels, J.Sol-Gel Sci. Technol. (2008) 46; 369-381).As mentioned above, the material used as fuel in the reactors can be obtained in the form of a spherical grained powder. Virtually the only method of obtaining powders with spherical grains is the sol-gel method (V.N. Vaidya, Status of sol-gel process for nuclear fuels, J. Sol-Gel Sci. Technol. (2008) 46; 369-381).

Znany jest sposób otrzymywania różnego rodzaju związków chemicznych w postaci proszków o ziarnach sferycznych według opatentowanego w ICHTJ procesu (Patent PL 83484, 1978) „Metod for Preparing Spherical Grains of Metal Oxides”, jak i drugi sposób gdzie podczas syntezy materiałów ceramicznych z roztworów dodawany jest silnie kompleksujący związek, którym jest kwas askorbinowy. Metoda ta nazwana została Complex Sol-Gel Process (CSGP - Kompleksowy Proces zol-żel) i została z powodzeniem zastosowana w wielu syntezach np. do otrzymywania tlenków i związków tlenkowych (m.in. tlenku wolframu i wolframianów, ditlenku tytanu i tytanianów Li i Ba, materiałów bioceramicznych czy też wysokotemperaturowych nadprzewodników). Opracowane metody zostały opisane w przyznanych patentach: PL172618 - Sposób wytwarzania nadprzewodników wysokotemperaturowych; PL179421 - Sposób wytwarzania pustych ziaren sferycznych materiałów ceramiczPL 228 092 B1 nych, cermetali i metali redukowalnych wodorem; PL198039 - Sposób otrzymywania dwutlenku tytanu oraz tytanianów litu i baru z czterochlorku tytanu; PL180602 - Sposób otrzymywania warstw fosforanów wapnia, w szczególności hydroksyapatytu; PL209170 - Sposób otrzymywania dwuwolframianu itrowo-potasowego oraz nanokompozytu tego dwuwolframianu dotowanego iterbem.There is a known method of obtaining various types of chemical compounds in the form of spherical grains according to the patented ICHTJ process (Patent PL 83484, 1978) "Methods for Preparing Spherical Grains of Metal Oxides", as well as a second method where, during the synthesis of ceramic materials from solutions, highly complexing compound which is ascorbic acid. This method is called Complex Sol-Gel Process (CSGP - Complex Sol-Gel Process) and has been successfully used in many syntheses, e.g. for the preparation of oxides and oxide compounds (e.g. tungsten oxide and tungstates, titanium dioxide and Li titanates). Ba, bioceramic materials or high-temperature superconductors). The developed methods have been described in the following patents: PL172618 - A method for producing high-temperature superconductors; PL179421 - A method of producing hollow grains of spherical ceramics, cermets and hydrogen-reducible metals; PL198039 - Method for obtaining titanium dioxide and lithium and barium titanates from titanium tetrachloride; PL180602 - A method for obtaining layers of calcium phosphates, in particular hydroxyapatite; PL209170 - Method for the preparation of yttrium-potassium dibungstate and the nanocomposite of this ytterbium-subsidized yttria.

Nieoczekiwanie, okazało się, że sposobem według; wynalazku, dzięki odpowiednim modyfikacjom, i zastosowaniu metody zol-żel oraz kwasu askorbinowego, możliwe jest otrzymanie proszków ditlenków uranowo-neodymowych o ziarnach sferycznych, zawierających zmniejszoną ilość anionów azotanowych, co zapobiega destrukcji ziaren w trakcie następczej konwersji termicznej.Unexpectedly, it turned out to be a method according to; The invention, thanks to appropriate modifications and the use of the sol-gel and ascorbic acid method, it is possible to obtain spherical grains of uranium-neodymium dioxide powders, containing a reduced amount of nitrate anions, which prevents the destruction of the grains during subsequent thermal conversion.

Sposób otrzymywania proszków ditlenku uranowo-neodymowych o ziarnach sferycznych z zastosowaniem metody zol-żel oraz kwasu askorbinowego, rozpuszczając w roztworze azotanu uranylu UO2(NO3)2-6H2O przy intensywnym mieszaniu kwas askorbinowy ASC, przy zachowaniu stosunku molowego ASC:U=1, według wynalazku, polega na tym, że do zolu askorbinowo-uranylowego dodaje się azotanu neodymu Nd(NO3>6H2O w ilości od 5 do 20% molowych, następnie, w trakcie mieszania wprowadza się roztwór amoniaku do uzyskania pH w zakresie od 4 do 5 i prowadzi się proces podwójnej ekstrakcji polegający na wprowadzeniu zolu, do roztworów symultanicznie ekstrahujących, 2-etylo-1-heksanolu (2EH) z emulgatorem, 1% mono oleinianem sorbitolu -C24H44O6, o nazwie SPAN80 oraz 1%-5% objętościowych aminy alifatycznej, korzystnie o C16-22 t-alkilowej aminy pierwszorzędowej. W trakcie żelowania kropli zolu prowadzi się równoczesną ekstrakcję wody oraz azotanów. Otrzymany w ten sposób żel poddaje się dwustopniowej obróbce termicznej w 230°C do 260°C, w czasie 1h z prędkością grzania 2°C/min oraz w 575°C do 625°C, w czasie, korzystnie 2h, z prędkością grzania 5°C/min do otrzymania produktu, którym są proszki U3O8 dotowane tlenkiem neodymu o ziarnach sferycznych, które następnie redukuje się, w warunkach beztlenowych stosując mieszaninę gazu ochronnego 95% N2 lub 95% Ar z dodatkiem gazu procesowego, korzystnie 5% H2.The method of obtaining uranium-neodymium dioxide powders with spherical grains using the sol-gel method and ascorbic acid by dissolving UO2 (NO3) 2-6H2O in uranyl nitrate solution with intensive stirring, ASC ascorbic acid, while maintaining the ASC: U = 1 molar ratio, according to The invention consists in adding neodymium nitrate Nd (NO3> 6H2O in an amount of 5 to 20 mol% to the ascorbic uranyl sol, then, while stirring, add ammonia solution until the pH is in the range from 4 to 5, and the process of double extraction consists in introducing the sol, to the simultaneous extracting solutions, 2-ethyl-1-hexanol (2EH) with an emulsifier, 1% sorbitan mono oleate -C24H44O6, called SPAN80, and 1% -5% by volume of an aliphatic amine, preferably with C16-22 t-alkyl primary amine During gelation of the sol droplets, simultaneous extraction of water and nitrates is carried out. The gel obtained in this way is subjected to a two-stage thermal treatment at 230 ° C to 260 ° C, for 1 hour at a heating rate of 2 ° C / min and at 575 ° C to 625 ° C for, preferably 2 hours, at a heating rate of 5 ° C / min to obtain a product which are U3O8 powders doped with spherical neodymium oxide which are then reduced, under anaerobic conditions, using a protective gas mixture of 95% N2 or 95% Ar with the addition of a process gas, preferably 5% H2.

W sposobie według wynalazku do syntezy ditlenku uranowo-neodymowego w postaci ziaren sferycznych wykorzystuje się metodę CSGP do otrzymywania zolu askorbinowo-uranylowego.In the process according to the invention, the CSGP method for the preparation of ascorbic uranyl sol is used for the synthesis of spherical grains of neodymium uranium dioxide.

W sposobie według wynalazku do zolu askorbinowo-uranylowego dodaje się surogatu ameryku jakim jest azotan neodymu.In the process of the invention, an americium surrogate, neodymium nitrate, is added to the ascorbic uranyl sol.

Sposób otrzymywania sferycznych ziaren ditlenku uranowo-neodymowego według wynalazku, polega na tym, że podczas żelowania kropli zolu prowadzi się jednocześnie ekstrakcję wody oraz ekstrakcję anionów azotanów.The method of obtaining spherical grains of uranium-neodymium dioxide according to the invention is based on the fact that during the gelation of the sol droplets, both the extraction of water and the extraction of nitrate anions are carried out.

W sposobie według wynalazku, najkorzystniej, otrzymuje się zol askorbinowo-uranylowy rozpuszczając w roztworze azotanu uranylu UO2(NO3>6H2O przy intensywnym mieszaniu w czasie 1 godziny w temperaturze pokojowej (25°C) dodając w postaci stałej, kwas askorbinowy ASC, przy zachowaniu stosunku molowego ASC:U=1, a następnie dodaje się surogat ameryku, korzystnie azotanu neodymu Nd(NO3>6H20 w ilości 10% molowych, następnie, w trakcie mieszania w czasie 2 godzin wprowadza się 25% roztwór amoniaku do uzyskania pH 4,5 i prowadzi się proces podwójnej ekstrakcji polegający na wprowadzeniu zolu, do roztworów symultanicznie ekstrahujących, korzystnie 2-etylo-1-heksanolu (2EH) z 1% mono oleinianu sorbitolu -C24H44O6 oraz 1% aminy alifatycznej, jaką jest Primene JMT. W trakcie żelowania kropli zolu, prowadzi się równoczesną ekstrakcję wody oraz azotanów. Otrzymany w ten sposób żel poddaje się dwustopniowej obróbce termicznej w 250°C w czasie 1h z prędkością grzania 2°C/min oraz w 600°C w czasie 2h z prędkością grzania 5°C/min do produktu końcowego, którym są proszki U3O8 dotowane tlenkiem neodymu o ziarnach sferycznych.In the process according to the invention, the ascorbic uranyl sol is most preferably obtained by dissolving UO2 (NO3> 6H2O) in a solution of uranyl nitrate UO2 (NO3> 6H2O with vigorous stirring for 1 hour at room temperature (25 ° C) by adding the solid form of ascorbic acid ASC, maintaining the ratio molar ASC: U = 1, then a surrogate of americium, preferably neodymium nitrate Nd (NO3> 6H2O in the amount of 10 mol%, is added, then, while stirring for 2 hours, 25% ammonia solution is introduced until pH 4.5 and a double extraction process is carried out consisting in introducing the sol to simultaneous extraction solutions, preferably 2-ethyl-1-hexanol (2EH) with 1% sorbitan mono oleate -C24H44O6 and 1% aliphatic amine, which is Primene JMT. , simultaneous extraction of water and nitrates is carried out.The gel obtained in this way is subjected to a two-stage thermal treatment at 250 ° C for 1h with a heating rate of 2 ° C / min and at 600 ° C for 2h with heating rate of 5 ° C / min to the final product, which are U3O8 powders subsidized with spherical grains of neodymium oxide.

Redukcję ze związku U3O8 dotowanego tlenkiem neodymu o ziarnach sferycznych prowadzi się, w warunkach korzystnie beztlenowych stosując mieszaninę gazów ochronnego 95% N2 lub 95% Ar z dodatkiem 5% H2, korzystnie przy wielkości przepływu 1,2 dcm3/s.The reduction from the spherical grained neodymium oxide compound U3O8 is carried out under preferably anaerobic conditions using a protective gas mixture of 95% N2 or 95% Ar with the addition of 5% H2, preferably at a flow rate of 1.2 dcm 3 / s.

W sposobie otrzymywania proszków ditlenku uranowo-neodymowych o ziarnach sferycznych, według wynalazku, jednocześnie prowadzona ekstrakcja wody i anionów powoduje zmniejszenie ilości anionów azotanowych w ziarnach sferycznych wytwarzanych żeli.In the method of obtaining uranium-neodymium dioxide powders with spherical grains according to the invention, simultaneous extraction of water and anions causes a reduction in the amount of nitrate anions in the spherical grains of the produced gels.

W sposobie według wynalazku, symultanicznie prowadzona ekstrakcja, zapobiega destrukcji ziaren w trakcie konwersji termicznej.In the method according to the invention, simultaneous extraction prevents the destruction of the grains during the thermal conversion.

W sposobie według wynalazku, wprowadzenie dwustopniowej ekstrakcji skraca czas obróbki termicznej (kalcynacji) z czterostopniowej jaka jest zazwyczaj potrzebna do otrzymania U3O8 do dwustopniowej.In the process according to the invention, introducing a two-stage extraction reduces the time of thermal treatment (calcination) from the four-stage process that is usually needed to obtain U3O8 to two-stage.

Niezaprzeczalną zaletą sposobu według wynalazku jest wykorzystanie już znanych metod jak CSGP i ICHTJ, poprzez ich uproszczenie i usprawnienie, co prowadzi nie tylko do skrócenia czasu prowadzenia syntezy ale poprzez wprowadzenie jednoczesnej ekstrakcji wody i anionów w procesieThe undeniable advantage of the method according to the invention is the use of already known methods, such as CSGP and ICHTJ, by simplifying and improving them, which leads not only to shortening the synthesis time but by introducing simultaneous extraction of water and anions in the process

PL 229 092 B1PL 229 092 B1

ICHTJ do zmniejszenia zawartości azotanów w żelach dzięki czemu zapobiega się destrukcji ziaren w trakcie konwersji termicznej oraz skraca czas potrzebny na przemianę fazową z czterostopniowej kalcynacji do dwustopniowej dla żeli otrzymanych z azotanu uranylu i azotanu neodymu. Ponadto otrzymuje się produkt finalny, którym są proszki o ziarnach sferycznych co zapewnia duży stopień upakowania przy produkcji paliwa do reaktorów. A ponieważ w przyszłości proces ten ma być wdrożony podczas rutynowej produkcji na dużą skalę to koszty, które będą ponoszone przy zastosowaniu tego procesu będą o wiele mniejsze.ICHTJ to reduce the content of nitrates in gels, thus preventing the destruction of grains during thermal conversion and reducing the time needed for the phase change from four-stage to two-stage calcination for gels obtained from uranyl nitrate and neodymium nitrate. In addition, the final product is obtained, which are spherical grains, which ensures a high degree of packing in the production of fuel for reactors. And since in the future this process is to be implemented during routine large-scale production, the costs that will be incurred using this process will be much lower.

Wynalazek ilustrują podane niżej przykłady.The following examples illustrate the invention.

P r z y k ł a d I. W 18,0 ml 1M roztworu UO2(NO3>6H2O (18 mmol) firmy Aldrich przy intensywnym mieszaniu (600 obr/min) w czasie 1 godziny w temperaturze pokojowej 25°C rozpuszczano 3,17 g kwasu askorbinowego firmy Aldrich w stosunku molowym ASC:U =1:1, a następnie dodawano 2,0 ml 1M roztworu Nd(NO3>6H2O (2 mmol) firmy Aldrich w dalszym ciągu intensywnie mieszając. Otrzymany roztwór w trakcie mieszania w czasie 2 godzin miareczkowano 25% roztworem amoniaku do pH 4,5. Tak przygotowany zol dozowano do reaktora z mieszadłem firmy Sovirel z szybkością 1ml/5minut przy pomocy pompy strzykawkowej do intensywnie mieszanego roztworu 2900 ml 2-etylo1-heksanolu (Acros Organics) zawierającego 29 ml (1% obj.) SPAN-80 (Fluka) oraz 29 ml (1% obj.) Primene-JMT. Po dodaniu zolu roztwór mieszano przez kolejną godzinę. Następnie osad odsączano, przemywano acetonem i suszono w temperaturze pokojowej. Otrzymany w ten sposób żel poddaje się korzystnie dwustopniowej obróbce termicznej w 250°C w czasie 1h z prędkością grzania 2°C/min oraz w 600°C w czasie 2h z prędkością grzania 5°C/min do produktu końcowego, którym są proszki U3O8 dotowane tlenkiem neodymu o ziarnach sferycznych. Redukcję do ditlenku uranu ze związku U3O8 dotowanym tlenkiem neodymu o ziarnach sferycznych prowadzono, w warunkach korzystnie beztlenowych stosując mieszaninę gazów ochronnego i procesowego, 95% N2 lub 95% Ar z dodatkiem 5% H2, przy przepływie 1.2 dcm3/s.Example 1 3.17 g ascorbic acid was dissolved in 18.0 ml of a 1M UO2 solution (NO3> 6H2O (18 mmol) from Aldrich with intensive stirring (600 rpm) for 1 hour at room temperature 25 ° C. from Aldrich in the molar ratio of ASC: U = 1: 1, and then 2.0 ml of a 1M solution of Nd (NO3> 6H2O (2 mmol) from Aldrich was added while stirring vigorously. The resulting solution was titrated for 2 hours with stirring for 2 hours. % ammonia solution to pH 4.5. The thus prepared sol was dosed into the Sovirel stirred reactor at a rate of 1 ml / 5 minutes using a syringe pump to an intensively stirred solution of 2-ethyl-1-hexanol (Acros Organics), 2900 ml (1% vol. .) SPAN-80 (Fluka) and 29 ml (1 vol.%) Primene-JMT After addition of the sol, the solution was stirred for another hour. The precipitate was then filtered off, washed with acetone and dried at room temperature. two-stage heat treatment at 250 ° C for 1h with rapid heating rate of 2 ° C / min and at 600 ° C for 2 hours with a heating speed of 5 ° C / min to the final product, which are U3O8 powders subsidized with spherical grains neodymium oxide. The reduction to uranium dioxide from the compound U3O8 doped with neodymium oxide with spherical grains was carried out under preferably anaerobic conditions using a mixture of protective and process gases, 95% N2 or 95% Ar with the addition of 5% H2, at a flow of 1.2 dcm 3 / s.

Analizę termiczną otrzymanego żelu w celu doboru warunków obróbki termicznej prowadzono przy zastosowaniu derywatografu MOM produkcji węgierskiej. Natomiast badania postaci fizycznej końcowego produktu prowadzano przy użyciu mikroskopu skaningowego (Zeiss DSM942), które potwierdziły, że ziarna otrzymanego proszku mają kształt kulisty. Analiza rentgenostrukturalna wykonana na dyfraktometrze Bruker D8 Advance z promieniowaniem Cu-Ka potwierdziła, że otrzymane ziarna sferyczne są zbudowane z ditlenku uranowo-neodymowego.Thermal analysis of the obtained gel in order to select the conditions of thermal treatment was carried out with the use of a Hungarian-made MOM derivatograph. On the other hand, the tests of the physical form of the final product were carried out using a scanning microscope (Zeiss DSM942), which confirmed that the grains of the obtained powder had a spherical shape. X-ray structure analysis performed on a Bruker D8 Advance diffractometer with Cu-Ka radiation confirmed that the obtained spherical grains are made of uranium-neodymium dioxide.

P r z y k ł a d II. W 18,0 ml 1M roztworu UO2(NO3>6H2O (18 mmol) firmy Aldrich przy intensywnym mieszaniu (700 obr./min) w czasie 45 minut w temperaturze pokojowej 25°C rozpuszczano 3,17 g kwasu askorbinowego firmy Aldrich w stosunku molowym ASC:U =1:1, a następnie dodawano 0,876 g Nd(NO3>6H2O (2 mmol) firmy Aldrich w dalszym ciągu intensywnie mieszając. Otrzymany roztwór w trakcie mieszania w czasie 45 minut miareczkowano 25% wodnym roztworem amoniaku do pH 4,5. Tak przygotowany zol dozowano porcjami po 1 ml każda do reaktora z mieszadłem firmy Sovirel z szybkością 1ml /5minut przy pomocy pompy strzykawkowej do intensywnie mieszanego roztworu 2900 ml 2-etylo-1-heksanolu (Acros Organics) zawierającego 29 ml (1% obj.) SPAN-80 (Fluka) oraz 29 ml (1% obj.) Primene-JMT. Po dodaniu zolu roztwór mieszano przez kolejne 45 minut. Następnie osad odsączano, przemywano acetonem i suszono w temperaturze pokojowej. Otrzymany w ten sposób żel poddaje się korzystnie dwustopniowej obróbce termicznej w 250°C w czasie 1h z prędkością grzania 2°C/min oraz w 600°C w czasie 2h z prędkością grzania 5°C/min do produktu końcowego, którym są proszki U3O8 dotowane tlenkiem neodymu o ziarnach sferycznych. Redukcję do ditlenku uranu ze związku U3O8 dotowanym tlenkiem neodymu o ziarnach sferycznych prowadzono, w warunkach korzystnie beztlenowych stosując mieszaninę gazów ochronnego i procesowego, 95% N2 lub 95% Ar z dodatkiem 5% H2, przy przepływie 1.2 dcm3/s.Example II. 3.17 g of Aldrich ascorbic acid were dissolved in a molar ratio of 3.17 g of Aldrich ascorbic acid in 18.0 ml of a 1M solution of UO2 (NO3> 6H2O (18 mmol) from Aldrich with intensive stirring (700 rpm) for 45 minutes at room temperature of 25 ° C ASC: U = 1: 1, then 0.876 g Nd (NO3> 6H2O (2 mmol) from Aldrich was added while stirring vigorously. The resulting solution was titrated with 25% aqueous ammonia solution to pH 4.5 with stirring for 45 minutes. The thus prepared sol was dispensed in 1 ml portions each into the Sovirel stirred reactor at a rate of 1 ml / 5 minutes using a syringe pump into an intensely stirred solution of 2-ethyl-1-hexanol (Acros Organics) 2900 ml containing 29 ml (1 vol. ) SPAN-80 (Fluka) and 29 ml (1% v / v) Primene-JMT After addition of the sol, the solution was stirred for another 45 minutes. The precipitate was then filtered off, washed with acetone and dried at room temperature. two-stage heat treatment at 250 ° C for 1h with heating rate of 2 ° C / min and at 600 ° C for 2 hours with a heating speed of 5 ° C / min to the final product, which are U3O8 powders subsidized with spherical grains neodymium oxide. The reduction to uranium dioxide from the compound U3O8 doped with neodymium oxide with spherical grains was carried out under preferably anaerobic conditions using a mixture of protective and process gases, 95% N2 or 95% Ar with the addition of 5% H2, at a flow of 1.2 dcm 3 / s.

Analizę termiczną otrzymanego żelu w celu doboru warunków obróbki termicznej prowadzono przy zastosowaniu derywatografu MOM produkcji węgierskiej. Natomiast badania postaci fizycznej końcowego produktu prowadzano przy użyciu mikroskopu skaningowego (Zeiss DSM942), które potwierdziły, że otrzymany proszek to ziarna sferyczne. Analiza rentgenostrukturalna wykonana na dyfraktometrze Bruker D8 Advance z promieniowaniem Cu-Ka potwierdziła, że otrzymane ziarna sferyczne zawierają czysty ditlenek uranowo-neodymowy.Thermal analysis of the obtained gel in order to select the conditions of thermal treatment was carried out with the use of a Hungarian-made MOM derivatograph. On the other hand, tests of the physical form of the final product were carried out using a scanning microscope (Zeiss DSM942), which confirmed that the obtained powder was spherical grains. X-ray structure analysis performed on a Bruker D8 Advance diffractometer with Cu-Ka radiation confirmed that the obtained spherical grains contain pure uranium-neodymium dioxide.

PL 228 092 B1PL 228 092 B1

Claims (4)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Sposób otrzymywania proszków ditlenków uranowo-neodymowych o ziarnach sferycznych,z zastosowaniem metody zol-żel oraz kwasu askorbinowego, gdzie zol askorbinowo-uranylowy rozpuszcza się w roztworze azotanu uranylu UO2(NO3>6H2O, przy intensywnym mieszaniu, i dodaje kwas askorbinowy ASC, przy zachowaniu stosunku molowego ASC:U=1, a następnie dodaje się surogat ameryku - azotanu neodymu, znamienny tym, że azotanu neodymu Nd(NO3>6H2O dodaje się w ilości od 5 do 20% molowych, następnie, w trakcie mieszania wprowadza się roztwór amoniaku do uzyskania pH w zakresie od 4 do 5, prowadzi się proces podwójnej ekstrakcji polegający na wprowadzeniu zolu, do roztworów symultanicznie ekstrahujących, 2-etylo-1-heksanolu (2EH) emulgatorem, korzystnie z 1% mono oleinianu sorbitolu -C24H44O6, o nazwie SPAN-80, oraz 1% - 5% objętościowych aminy alifatycznej, korzystnie o C16-12 t-alkilowej aminy pierwszorzędowej, przy czym w trakcie żelowania kropli zolu prowadzi się równoczesną ekstrakcję wody oraz azotanów, a otrzymany w ten sposób żel poddaje się dwustopniowej obróbce termicznej w 230°C do 260°C, w czasie 1h z prędkością grzania 2°C/min oraz w 575°C do 625°C, w czasie, korzystnie 2h, z prędkością grzania 5°C/min do otrzymania produktu, którym są proszki U3O8 dotowane tlenkiem neodymu o ziarnach sferycznych, które następnie redukuje się, w warunkach beztlenowych stosując mieszaninę gazu ochronnego 95% N2 lub 95% Ar z dodatkiem gazu procesowego, korzystnie 5% H2.1. The method of obtaining uranium-neodymium dioxide powders with spherical grains, using the sol-gel method and ascorbic acid, where the ascorbic-uranyl sol is dissolved in a solution of uranyl nitrate UO2 (NO3> 6H2O, with intensive stirring, and ASC ascorbic acid is added, while maintaining the molar ratio ASC: U = 1, then an americium-neodymium nitrate surrogate is added, characterized in that neodymium nitrate Nd (NO3> 6H2O is added in an amount of 5 to 20 mol%, then, while stirring, the solution is added ammonia to obtain a pH in the range from 4 to 5, a double extraction process is carried out by introducing the sol, into the simultaneous extracting solutions, 2-ethyl-1-hexanol (2EH) with an emulsifier, preferably with 1% sorbitan mono oleate -C24H44O6, named SPAN-80, and 1% - 5% by volume of an aliphatic amine, preferably a C16-12 t-alkyl primary amine, whereby during the gelation of the sol droplets simultaneous extraction of water and a and the gel obtained in this way is subjected to a two-stage thermal treatment at 230 ° C to 260 ° C, for 1 hour with a heating rate of 2 ° C / min and at 575 ° C to 625 ° C, for preferably 2 hours, with heating rate of 5 ° C / min to obtain a product, which are U3O8 powders subsidized with spherical neodymium oxide, which are then reduced under anaerobic conditions using a protective gas mixture of 95% N2 or 95% Ar with the addition of process gas, preferably 5% H2 . 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w syntezie ditlenku uranowo-neodymowego w postaci ziaren sferycznych stosuje się metodę CSGP do otrzymywania zolu askorbinowo-uranylowego.2. The method according to p. A method according to claim 1, characterized in that the CSGP method is used for the preparation of ascorbic uranyl sol in the synthesis of spherical grains of neodymium uranium dioxide. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do zolu askorbinowo-uranylowego dodaje się surogat ameryku jakim jest azotan neodymu.3. The method according to p. The process as claimed in claim 1, characterized in that an americium surrogate, neodymium nitrate, is added to the ascorbine-uranyl sol. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas żelowania kropli zolu, prowadzi się jednoczesną ekstrakcję wody oraz ekstrakcję anionów azotanów odpowiednim roztworem symultanicznie ekstrahującym, 2-etylo-1-heksanolu (2EH) z 1% mono oleinianu sorbitolu C24H44O6 oraz 1% aminy alifatycznej, pierwszorzędowej.4. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that during gelation of the sol droplets, simultaneous extraction of water and extraction of nitrate anions with a suitable simultaneous extraction solution, 2-ethyl-1-hexanol (2EH) with 1% mono-oleate C24H44O6 and 1% aliphatic, primary amine is carried out.
PL403817A 2013-05-09 2013-05-09 Method for obtaining of spherical grains of uranium-neodymium dioxide PL229092B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL403817A PL229092B1 (en) 2013-05-09 2013-05-09 Method for obtaining of spherical grains of uranium-neodymium dioxide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL403817A PL229092B1 (en) 2013-05-09 2013-05-09 Method for obtaining of spherical grains of uranium-neodymium dioxide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL403817A1 PL403817A1 (en) 2014-11-10
PL229092B1 true PL229092B1 (en) 2018-06-29

Family

ID=51866465

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL403817A PL229092B1 (en) 2013-05-09 2013-05-09 Method for obtaining of spherical grains of uranium-neodymium dioxide

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL229092B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL403817A1 (en) 2014-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5519677B2 (en) Method for preparing a mixed fuel comprising uranium and at least one actinide and / or lanthanide to which a cation exchange resin is applied
JP2008500937A (en) Process for coprecipitation of actinides in different oxidation states and preparation of mixed actinide compounds
US20220277865A1 (en) Nuclear Reactor Assemblies, Nuclear Reactor Target Assemblies, and Nuclear Reactor Methods
US4247495A (en) Method of producing PuO2 /UO2 /-nuclear fuels
CA1121146A (en) Method for the manufacture of (u,pu)o.sub.2 mixed crystals
JP2018505394A (en) Method for producing pellets of at least one metal oxide
US2868707A (en) Process of making a neutronic reactor fuel element composition
Ganguly Sol-gel microsphere pelletization: A powder-free advanced process for fabrication of ceramic nuclear fuel pellets
CN103664165A (en) Novel solidified dielectric material suitable for simultaneously lattice solidifying actinium nuclide and fission product 90Sr as well as preparation method thereof
US11594344B2 (en) Method for preparing a powder comprising particles of triuranium octoxide and particles of plutonium dioxide
CN109003691B (en) Method for recovering and processing unqualified component balls in spherical nuclear fuel component production line
ES2902924T3 (en) Process for preparing a powder made from oxides comprising uranium and plutonium using a mixture of specific organic ligands and use of this powder to produce a fuel made from uranium and plutonium
RU2494479C1 (en) Method for obtaining solid solutions of oxides of actinides
PL229092B1 (en) Method for obtaining of spherical grains of uranium-neodymium dioxide
JPH07120580A (en) Nuclear fuel cycle
Mukerjee et al. Fabrication technologies for ThO2-based fuel
Nagarajan et al. Sol-gel processes for nuclear fuel fabrication
Sato et al. Behavior of fuel and structural materials in severely damaged reactors
JPS6057040B2 (en) Method for producing molybdenum-99 using molybdenum trioxide pellets
Zimmer et al. Reprocessing and refabrication of thorium-based fuel
CN116239379B (en) Ce-Cr-Fe co-doped perovskite zircon ceramic solidified body and preparation method and application thereof
CN101807445B (en) Preparation method of quadrivalent uranium-cerium-oxygen solid solution
Daumas et al. Nitride targets elaborated by sol-gel processing for actinide incineration
Wangle Improving the Sintering Behavior of Thorium Oxide
PL230331B1 (en) Method for obtaining oxide precursors of blended fuels of MOX type, in the form of powders with spherical grains