RU2148279C1 - Способ получения топливных таблеток - Google Patents
Способ получения топливных таблеток Download PDFInfo
- Publication number
- RU2148279C1 RU2148279C1 RU97108411A RU97108411A RU2148279C1 RU 2148279 C1 RU2148279 C1 RU 2148279C1 RU 97108411 A RU97108411 A RU 97108411A RU 97108411 A RU97108411 A RU 97108411A RU 2148279 C1 RU2148279 C1 RU 2148279C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- tablets
- waste
- chemical composition
- pellets
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Glanulating (AREA)
Abstract
Использование: при производстве керамического ядерного топлива для получения высококачественных топливных таблеток с повышенной стойкостью к растрескиванию в процессе работы реактора. Сущность изобретения: при приготовлении пресс-порошка к порошку UO2 добавляют агломераты, изготовленные из однородного по химическому составу порошка U3O8, получаемого путем окисления на воздухе отходов производства топливных таблеток: бракованные по внешнему виду, плотности, геометрии, лом, отходы после шлифования.
Description
Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано в процессе производства керамического ядерного топлива для тепловыделяющих элементов ядерных реакторов.
Известен способ приготовления спеченных таблеток двуокиси урана с плотностью 85 - 95% теоретической. Порошок UO2 с соотношением O/U=2,00 - 2,25 и размером частиц не более 10 мкм смешивают с порошком U3O8 с размерами частиц 20 - 1000 мкм, прессуют и спекают [1].
Недостатком данного способа является снижение механической прочности спеченных таблеток за счет появления в их структуре на месте частиц U3O8 после спекания пористых участков по форме, напоминающих частицы U3O8 неправильной формы с остроугольными краями, являющимися зародышами трещин. Данные трещины существенно снижают прочность таблеток, как на этапе изготовления тепловыделяющих элементов, так и при работе реактора.
Известен способ, по которому изготовление оксидного ядерного топлива с соотношением O/U=2,00±2,02 осуществляют путем смешивания топливного порошка с усилителем роста зерен таким, как порошок U3O8, для регулирования микроструктуры. Смесь прессуют и спекают в окислительной среде с последующей обработкой в восстановительной атмосфере [2].
Недостатком данного способа является так же, как и в способе [1], снижение механической прочности спеченных таблеток и, кроме того, сложность процесса спекания.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является выбранный за прототип способ получения ядерного топлива на основе UO2. По этому способу из смеси, в состав которой кроме порошка UO2 входит 5 - 40% порошка U3O8 с размером частиц < 350 мкм, прессуют на холоду таблетки, которые затем спекают при температуре 1500 - 1800oC в восстановительной атмосфере или при 1200 - 1300oC - в окислительной. При этом порошок U3O8 получают путем окисления на воздухе UO2 при температуре 250 - 350oC [3].
Недостатками данного способа являются так же, как и в способе [1], снижение механической прочности спеченных таблеток и, кроме того, неоднородность по химическому составу мелких и крупных частиц U3O8 даже при окислении на максимальной в данном способе температуре 350oC, сложность получения в спеченных таблетках на месте частиц U3O8 пористых участков заданных размеров и формы.
Как известно, в процессе производства топливных таблеток, важными задачами являются получение таблеток с заданной плотностью и микроструктурой. Решения этих задач, в частности, добиваются активацией процесса спекания и введения различного рода добавок.
Одним из способов активации процесса спекания является введение в спекаемые таблетки сверхстехиометрического кислорода, обладающего большой скоростью диффузии, например, в виде окислов титана, ниобия, алюминия, кальция и др. [4]. При этом наряду с уменьшением температуры спекания и увеличением размеров зерна в спеченных таблетках, увеличивается так же и содержание неметаллических примесей титана, ниобия, алюминия, кальция и др. Поэтому ряд производителей ядерного топлива из UO2 в качестве носителя избыточного кислорода используют U3O8 [5].
Для регулирования пористости спеченных таблеток в состав исходной шихты вводят различного рода порообразователи, например, бикарбонат аммония, полиэтиленгликоль, поливиниловый спирт и т.д. [6, 7].
Существенным недостатком при использовании вышеуказанных летучих порообразователей является увеличение в спеченных таблетках открытой пористости и дефектности структуры. Использование U3O8 в качестве порообразователя эти недостатки устраняет.
Однако сложившаяся на данный момент времени практика использования при производстве топливных таблеток добавки U3O8 имеет и неустраненные до сих пор недостатки.
Основным недостатком является снижение механической прочности спеченных таблеток за счет появления на месте добавляемых бесформенных частиц U3O8 таких же бесформенных пористых участков с зародышами трещин.
Кроме того, имеющаяся неоднородность по химическому составу одновременно добавляемых частиц U3O8 различного размера приводит к различной их усадке при спекании и, как следствие, появлению внутренних напряжений в таблетке, негативно влияющих на ее поведение в процессе работы реактора.
Так же до сих пор практически не решена задача регулирования размеров и формы пористых участков при использовании в качестве порообразователя порошка U3O8.
Наличие в спеченных таблетках зародышей трещин приводит в процессе работы реактора к растрескиванию таблеток и даже к их разрушению, особенно в режимах маневрирования мощностью реактора, к увеличению термомеханического взаимодействия топлива с оболочкой, к увеличению выхода под оболочку тепловыделяющего элемента опасных с точки зрения коррозии оболочки газообразных продуктов деления. Все это в конечном счете снижает уровень безопасности и экономичности работы реактора [8].
Задачей изобретения является разработка способа получения из UO2 топливных таблеток повышенного качества с улучшенными эксплуатационными характеристиками, в частности, высокопрочных, с регулируемыми значениями общей пористости, распределением пор по размерам, формой пор, с повышенной стойкостью к растрескиванию в процессе работы реактора.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения топливных таблеток, включающем приготовление пресс-порошка из смеси UO2 и изготовленной из UO2 путем окисления на воздухе U3O8, прессование и спекание:
в процессе приготовления пресс-порошка к порошку UO2 добавляют специально изготавливаемые из однородного по химическому составу порошка U3O8 агломераты с размерами, регулируемыми режимами изготовления;
агломерируемый однородный по химическому составу порошок U3O8 получают путем окисления на воздухе отходов UO2 в виде частиц с размерами, определяемыми режимами последовательного механического дробления отходов.
в процессе приготовления пресс-порошка к порошку UO2 добавляют специально изготавливаемые из однородного по химическому составу порошка U3O8 агломераты с размерами, регулируемыми режимами изготовления;
агломерируемый однородный по химическому составу порошок U3O8 получают путем окисления на воздухе отходов UO2 в виде частиц с размерами, определяемыми режимами последовательного механического дробления отходов.
Проведенный сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом выявил следующие существенные отличительные признаки.
Добавление в процессе приготовления пресс-порошка к порошку UO2 специально изготавливаемых из однородного по химическому составу порошка U3O8 агломератов, размеры которых регулируют режимами их изготовления.
Получение однородного по химическому составу порошка U3O8 из отходов UO2 в виде частиц с регулируемыми размерами.
Регулирование размеров частиц отходов осуществляется методом последовательного механического дробления отходов.
Таким образом, изобретение удовлетворяет критерию патентоспособности "новизна".
По сравнению с известными аналогами, включая и прототип, в предложенном техническом решении вышеперечисленные существенные отличительные признаки обеспечивают достижение нового технического результата:
получение в спеченной таблетке равномерно распределенных по объему дискретных участков со сферической формой пор, идентичных форме агломератов U3O8;
получение спеченных таблеток с регулируемыми значениями общей пористости;
получение спеченных таблеток с требуемым распределением пор по размерам;
исключение из микроструктуры таблеток участков с внутренними напряжениями и зародышами трещин;
получение таблеток с повышенной прочностью;
получение таблеток с низкими значениями "доспекаемости" и газовыделения;
получение таблеток с повышенной стойкостью к растрескиванию в процессе работы реактора;
получение однородной по химическому составу и физическим характеристикам U3O8;
использование (утилизация) отходов (бракованные таблетки, лом таблеток, шлифпыль) в производстве таблеток с повышением технико-экономических показателей производства.
получение в спеченной таблетке равномерно распределенных по объему дискретных участков со сферической формой пор, идентичных форме агломератов U3O8;
получение спеченных таблеток с регулируемыми значениями общей пористости;
получение спеченных таблеток с требуемым распределением пор по размерам;
исключение из микроструктуры таблеток участков с внутренними напряжениями и зародышами трещин;
получение таблеток с повышенной прочностью;
получение таблеток с низкими значениями "доспекаемости" и газовыделения;
получение таблеток с повышенной стойкостью к растрескиванию в процессе работы реактора;
получение однородной по химическому составу и физическим характеристикам U3O8;
использование (утилизация) отходов (бракованные таблетки, лом таблеток, шлифпыль) в производстве таблеток с повышением технико-экономических показателей производства.
Таким образом, изобретение удовлетворяет критерию патентоспособности "изобретательский уровень".
Осуществление способа.
Отходы производства топливных таблеток из UO2 (бракованные по внешнему виду, плотности, геометрии таблетки, лом таблеток, отходы после шлифования) после классификации по обогащению измельчают в два этапа до получения частиц UO2 в требуемом узком диапазоне размеров. В частности, на первом этапе измельчение проводят на щековой дробилке марки "Пульверизетте-1" при установленной опытным путем оптимальной ширине щели 3 - 6 мм, далее на втором этапе - на дисковой мельнице "Пульверизетте-13" при установленной опытным путем ширине щели 0,3 - 0,4 мм.
Отходы после второго этапа измельчения направляют на сжигание (окисление), например, в толкательную печь.
Режимы сжигания (окисления):
температура - 350 - 400oC;
период проталкивания лодочек в печи - 20 мин;
высота слоя засыпки оборотов в лодочку - 15 мм.
температура - 350 - 400oC;
период проталкивания лодочек в печи - 20 мин;
высота слоя засыпки оборотов в лодочку - 15 мм.
После окисления полученную U3O8, однородную по химическому составу и полностью удовлетворяющую требованиям 52.000-13ТУ, направляют на рассев на вибросито. После рассева на вибросите необходимую в каждом конкретном случае фракцию подают в смеситель-гранулятор, где получают гомогенизированные требуемого размера агломераты.
Полученные агломераты в количестве, определяемом требованиями по плотности и структуре к спеченным таблеткам, известными способами смешивают с порошком UO2, из смеси готовят пресс-порошок, из которого прессуют таблетки.
Прессованные таблетки спекают в водороде при температуре 1700+20oC.
После спекания получают таблетки с "доспекаемостью" по диаметру не более 0.3%, с плотностью и микроструктурой (размером зерна, общей пористостью, распределением пор по размерам), определяемыми количеством и размером добавляемых к порошку UO2 агломератов U3O8. При этом форма пор близка к сферической, нет пор неправильной формы с остроугольными краями, характерными для структуры таблеток, при изготовлении которых в качестве добавок используют порошок U3O8. Механическая прочность на сжатие таблеток, изготовленных с добавками U3O8 в виде агломератов, в среднем на 10 - 15 кг/мм2 выше, чем таблеток, изготовленных с таким же количеством добавок U3O8 в виде порошка.
Анализ результатов получения топливных таблеток по способу, существенными отличительными признаками которого являются:
добавление в процессе приготовления пресс-порошка к порошку UO2 специально изготавливаемых из однородного по химическому составу порошка U3O8 агломератов, размеры которых регулируют режимами их изготовления;
получение однородного по химическому составу порошка U3O8 из отходов UO2 в виде частиц с регулируемыми размерами;
регулирование размеров частиц отходов осуществляется методом последовательного механического дробления отходов;
показывает, что предлагаемый способ позволяет получать таблетки повышенного качества с улучшенными эксплуатационными характеристиками, а именно:
с механической прочностью на сжатие, большей в среднем на 10 - 15 кг/мм2, чем у таблеток, изготовленных с таким же количеством добавок U3O8 в виде порошка;
с "доспекаемостью" по диаметру не более 0.3%;
с прогнозируемыми по характеру микроструктуры, по высокой механической прочности и низкой "доспекаемости", повышенной стойкостью к растрескиванию и низким газовыделением в процессе работы реактора;
с регулируемыми значениями общей пористости и плотности, распределением пор по размерам и формой пор, близкой к сферической.
добавление в процессе приготовления пресс-порошка к порошку UO2 специально изготавливаемых из однородного по химическому составу порошка U3O8 агломератов, размеры которых регулируют режимами их изготовления;
получение однородного по химическому составу порошка U3O8 из отходов UO2 в виде частиц с регулируемыми размерами;
регулирование размеров частиц отходов осуществляется методом последовательного механического дробления отходов;
показывает, что предлагаемый способ позволяет получать таблетки повышенного качества с улучшенными эксплуатационными характеристиками, а именно:
с механической прочностью на сжатие, большей в среднем на 10 - 15 кг/мм2, чем у таблеток, изготовленных с таким же количеством добавок U3O8 в виде порошка;
с "доспекаемостью" по диаметру не более 0.3%;
с прогнозируемыми по характеру микроструктуры, по высокой механической прочности и низкой "доспекаемости", повышенной стойкостью к растрескиванию и низким газовыделением в процессе работы реактора;
с регулируемыми значениями общей пористости и плотности, распределением пор по размерам и формой пор, близкой к сферической.
Кроме того, способ позволяет перерабатывать отходы производства топливных таблеток из UO2 в виде бракованных таблеток и отходов после шлифования в однородную по химическому составу и физическим характеристикам U3O8, повышая тем самым технико-экономические показатели производства таблеток.
На дату подачи заявки "Способ получения топливных таблеток" используется на ОАО "Машиностроительный завод" в производстве штатной продукции, а производительность комплекса оборудования по получению высококачественной U3O8 составляет 210 - 250 кг/сутки.
Источники информации
1. "Способ приготовления спеченных таблеток двуокиси урана плотностью 85 - 95% теор. ", патент Великобритании N 1446067, кл. G 21 C 3/62 (C 01 G 43/02), заявл. 17.10.73 г, опубл. 11.08.76 г.
1. "Способ приготовления спеченных таблеток двуокиси урана плотностью 85 - 95% теор. ", патент Великобритании N 1446067, кл. G 21 C 3/62 (C 01 G 43/02), заявл. 17.10.73 г, опубл. 11.08.76 г.
2. Европейский патент N 12915, кл. G 21 C 3/62, заявл. 10.12.79 г, опубл. 09.07.80 г.
3. "Получение ядерного горючего на основе оксида урана", заявка Франции, N 2599883, кл. G 21 C 3/62, заявл. 10.06.86 г, опубл. 11.12.87 г.
4. Murray P., Williams J., Proceedings of Second United Nations International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy. Vol. 6, United Nations, Geneva, 1958, p. 538.
5. Assman H. Et al. Control of UO2 microstructure by oxidative sintering. J. of Nucl. Mater., 1986, v. 140, N 1, p. 1.
6. Honda Yutaka, Kashima Sadamitzu, Takanobu Osamu, Koizumi Masumichi. Fabrication tests of lone density nuclear fuel pellets. "Amer. Ceram. Soc. Bull.", 1981, 60, N 12, 1296-1299.
7. Патент Бельгии N 888276, кл. G 21 C 21/00, заявл. 08.04.81 г, опубл. 05.10.81 г.
8. И.Х. Ганев "Физика и расчет реактора". -М.: Энергоатомиздат, 1992 г.
Claims (1)
- Способ получения топливных таблеток, включающий приготовление пресс-порошка из смеси UO2 и изготовленной из UO2 путем окисления на воздухе U3O8, прессование и спекание, отличающийся тем, что в процессе приготовления пресс-порошка к порошку UO2 добавляют изготавливаемые из однородного по химсоставу порошка U3O8 гомогенизированные агломераты требуемого размера, получаемые путем обработки в смесителе-грануляторе определенной фракции U3O8 после рассева U3O8 на вибросите, причем агломерируемый однородный по химическому составу порошок U3O8 получают путем окисления на воздухе при 350 - 400oC отходов UO2 в виде частиц с размерами, определяемыми режимами последовательного механического дробления отходов, но не более 400 мкм.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97108411A RU2148279C1 (ru) | 1997-05-20 | 1997-05-20 | Способ получения топливных таблеток |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97108411A RU2148279C1 (ru) | 1997-05-20 | 1997-05-20 | Способ получения топливных таблеток |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97108411A RU97108411A (ru) | 1999-05-20 |
| RU2148279C1 true RU2148279C1 (ru) | 2000-04-27 |
Family
ID=20193217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97108411A RU2148279C1 (ru) | 1997-05-20 | 1997-05-20 | Способ получения топливных таблеток |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2148279C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2551654C2 (ru) * | 2009-09-02 | 2015-05-27 | Коммиссариат А Л' Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив | Способ получения пористого ядерного топлива на основе по меньшей мере одного младшего актинида |
| WO2018208185A1 (ru) | 2017-05-12 | 2018-11-15 | Акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" | Способ изготовления таблетированного ядерного керамического топливa |
| RU2750780C1 (ru) * | 2020-10-06 | 2021-07-02 | Акционерное общество "Машиностроительный завод" | Способ изготовления уран-гадолиниевого ядерного топлива |
-
1997
- 1997-05-20 RU RU97108411A patent/RU2148279C1/ru active
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2551654C2 (ru) * | 2009-09-02 | 2015-05-27 | Коммиссариат А Л' Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив | Способ получения пористого ядерного топлива на основе по меньшей мере одного младшего актинида |
| WO2018208185A1 (ru) | 2017-05-12 | 2018-11-15 | Акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" | Способ изготовления таблетированного ядерного керамического топливa |
| CN109478430A (zh) * | 2017-05-12 | 2019-03-15 | 化工科学研究院股份公司 | 陶瓷核燃料芯块制造法 |
| RU2750780C1 (ru) * | 2020-10-06 | 2021-07-02 | Акционерное общество "Машиностроительный завод" | Способ изготовления уран-гадолиниевого ядерного топлива |
| WO2022075880A1 (ru) * | 2020-10-06 | 2022-04-14 | Акционерное общество "Машиностроительный завод" | Способ изготовления уран-гадолиниевого ядерного топлива |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2175791C2 (ru) | Композитный материал ядерного топлива и способ его получения | |
| KR100293482B1 (ko) | 핵연료소결체의제조방법 | |
| KR100287326B1 (ko) | 산화물 핵연료 소결체의 불량품을 재활용 하는 방법 | |
| US3504058A (en) | Process for manufacturing sintered pellets of nuclear fuel | |
| JP2008145435A (ja) | 核燃料焼結体の製造方法 | |
| JPS5939719B2 (ja) | 核燃料体とその製法 | |
| US3806565A (en) | Method of preparing relatively low density oxide fuel for a nuclear reactor | |
| CA1254378A (en) | Fabrication of nuclear fuel pellets | |
| KR20040029408A (ko) | 혼합산화물 핵연료 분말 및 혼합산화물 핵연료 소결체의제조 방법 | |
| US3995000A (en) | Ceramic nuclear fuel pellets | |
| JPH01148994A (ja) | 混合酸化物（Ｕ，Ｐｕ）Ｏ↓２ベースの核燃料ペレットの製造方法 | |
| RU2148279C1 (ru) | Способ получения топливных таблеток | |
| US3270098A (en) | Method of making hollow, spherical uo2 particles | |
| RU2701542C1 (ru) | Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерных реакторов | |
| JP2790548B2 (ja) | 核燃料燒結体の製造方法 | |
| JP2588947B2 (ja) | 酸化物核燃料焼結体の製造方法 | |
| RU2253913C2 (ru) | Способ получения топливных таблеток для тепловыделяющих элементов из диоксида урана (варианты) | |
| RU2396611C1 (ru) | Способ изготовления таблеток ядерного топлива | |
| US3812050A (en) | Production of porous ceramic nuclear fuel employing dextrin as a volatile pore former | |
| US3205174A (en) | Nuclear fuel materials including vitreous phase | |
| RU2353988C1 (ru) | Способ изготовления таблеток ядерного топлива с выгорающим поглотителем | |
| RU2243601C2 (ru) | Способ изготовления урангадолинийсодержащих топливных таблеток | |
| JP2981580B2 (ja) | 核燃料体の製造方法 | |
| JPH02259596A (ja) | 核燃料焼結体の製造方法 | |
| RU2750780C1 (ru) | Способ изготовления уран-гадолиниевого ядерного топлива |