RU2182378C2 - Method for producing sintered uranium oxide - Google Patents
Method for producing sintered uranium oxide Download PDFInfo
- Publication number
- RU2182378C2 RU2182378C2 RU2000109119/06A RU2000109119A RU2182378C2 RU 2182378 C2 RU2182378 C2 RU 2182378C2 RU 2000109119/06 A RU2000109119/06 A RU 2000109119/06A RU 2000109119 A RU2000109119 A RU 2000109119A RU 2182378 C2 RU2182378 C2 RU 2182378C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- uranium
- carbon
- oxide
- mixture
- substance
- 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
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии радиоактивных материалов, а именно к способу получения порошка оксидов урана. The invention relates to the technology of radioactive materials, and in particular to a method for producing a powder of uranium oxides.
Известен способ получения диоксида урана, включающий подготовку порошка оксида урана для повышения его активности, проведение его контактирования и низкотемпературное спекание (см. патент США 3087876, МПК G 21 C 3/00, 1963 г. ). В этом способе для снижения температуры до 1200-1400oС и получения максимальной плотности на первой стадии спекание проводят в окислительной атмосфере, а затем атмосферу заменяют на восстановительную для получения состава ядерного топлива, близкого к диоксиду урана.A known method of producing uranium dioxide, including the preparation of a powder of uranium oxide to increase its activity, carrying out its contacting and low temperature sintering (see US patent 3087876, IPC G 21 C 3/00, 1963). In this method, in order to lower the temperature to 1200-1400 ° C and to obtain the maximum density in the first stage, sintering is carried out in an oxidizing atmosphere, and then the atmosphere is replaced with a reducing one to obtain a composition of nuclear fuel close to uranium dioxide.
Недостатками способа являются многостадийность и длительность процесса спекания, необходимость изменения атмосферы с окислительной на восстановительную, невозможность использования отдельных видов материалов, таких как кварц, для конструкции печи в зоне спекания, наиболее опасным недостатком данного процесса является использование взрывоопасного газа водорода. The disadvantages of the method are the multi-stage and duration of the sintering process, the need to change the atmosphere from oxidizing to reducing, the inability to use certain types of materials, such as quartz, for the design of the furnace in the sintering zone, the most dangerous drawback of this process is the use of explosive hydrogen gas.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления оксидированных спеченных элементов ядерного топлива (см. ФРГ 3142447, МПК G 21 C 3/62, 1983 г. - принято за прототип), включающий термообработку прессованных элементов из порошков UO2 при температуре 1000-1400oС в окислительной, а затем восстановительной газовой атмосфере, причем кислород окислительной атмосферы поддерживается в такой области, что в прессованных элементах во время нагрева до температуры обработки происходит образование U4O9.The closest in technical essence and the achieved result is a method of manufacturing oxidized sintered elements of nuclear fuel (see Germany 3142447, IPC G 21 C 3/62, 1983 - taken as a prototype), which includes heat treatment of pressed elements from UO 2 powders at a temperature of 1000 -1400 o C in an oxidizing and then reducing gas atmosphere, and the oxygen of the oxidizing atmosphere is maintained in such an area that U 4 O 9 is formed in the pressed elements during heating to the treatment temperature.
Недостатками данного способа являются многостадийность и необходимость использования газовых реагентов. The disadvantages of this method are multi-stage and the need to use gas reagents.
Технической задачей изобретения является упрощение способа, снижение расходов газовых реагентов. An object of the invention is to simplify the method, reducing the cost of gas reagents.
Поставленная задача достигается тем, что в предложенном способе получения оксида урана перед компактированием в порошок закиси-окиси урана или смесь закиси-окиси урана и окислов урана добавляют вещество и смесь веществ, содержащих углерод и восстанавливающих закись-окись урана в процессе предварительной термической обработки, причем вещество или смесь веществ, вводимых в качестве предварительного восстановителя, одновременно является пластификатором и смазкой прессового инструмента при компактировании исходного порошка закиси-окиси. В качестве вещества или веществ углеродсодержащих используется, например: глицерин, раствор поливинилового спирта, полиэтиленоксид или их смеси. Предварительная температурная подготовка заключается в нагреве компактированных с пластификатором порошков при динамическом разрежении меньше 20 мм рт. ст. Нижняя температурная граница 250oС выбрана из условия начала разложения углеродсодержащих веществ, верхняя 650oС обусловлена полным окончанием разложения и удаления разложившихся газообразных компонентов, при этом происходит первоначальное восстановление закиси-окиси урана продуктами разложения. Количество вводимого углеродсодержащего вещества определяется исходя из требований условий прессования - давление 1,5-5 т/см2 и условий предварительного восстановления закиси-окиси урана до соотношения кислорода к урану не менее 2,20. Общее количество углеродсодержащего вещества составляет 4-20 мас.% исходного порошка.The problem is achieved in that in the proposed method for producing uranium oxide before compaction into a powder of uranium oxide and uranium oxide or a mixture of uranium oxide and uranium oxides, a substance and a mixture of substances containing carbon and reducing uranium oxide in the process of preliminary heat treatment are added, and a substance or mixture of substances introduced as a preliminary reducing agent is simultaneously a plasticizer and a lubricant of a pressing tool when compacting the starting powder of nitrous oxide si. As a carbon-containing substance or substances, for example, glycerin, a solution of polyvinyl alcohol, polyethylene oxide or mixtures thereof are used. Preliminary temperature preparation consists in heating powders compacted with a plasticizer with a dynamic vacuum of less than 20 mm Hg. Art. The lower temperature limit of 250 o C is selected from the start of decomposition of carbon-containing substances, the upper 650 o C is due to the complete termination of decomposition and removal of decomposed gaseous components, while the initial reduction of uranium oxide is carried out by decomposition products. The amount of carbon-containing substance introduced is determined on the basis of the requirements of the pressing conditions — pressure of 1.5-5 t / cm 2 and the conditions for preliminary reduction of uranium oxide to the ratio of oxygen to uranium of at least 2.20. The total amount of carbon-containing substance is 4-20 wt.% The original powder.
Нижний предел введения углеродсодержащего вещества или их смесей обеспечивает возможность компактирования порошка при давлении 5 т/см2. Верхний предел 20% обусловлен нижним пределом давления прессования до 1,5 т/см2 для порошков с удельной поверхностью от 0,5 до 20 м2 /г.The lower limit of the introduction of carbon-containing substances or mixtures thereof allows the compacting of the powder at a pressure of 5 t / cm 2 . The upper limit of 20% is due to the lower limit of pressing pressure to 1.5 t / cm 2 for powders with a specific surface area of 0.5 to 20 m 2 / g.
Поставленная задача достигается также тем, что процесс спекания - довосстановления ведут в углеграфитовом тигле. The task is also achieved by the fact that the sintering and re-reduction process is carried out in a carbon-graphite crucible.
Сущность способа заключается в том, что оставшийся после разложения углеродсодержащего вещества углерод по известным реакциям начинает взаимодействовать при температуре выше 600oС с кислородом порошка, восстанавливая его, при температуре 800oС начинает диссоциировать углеродсодержаший тигель. Соприкасаясь со стенками углеграфитового тигля, остаточные количества кислорода при температуре процесса взаимодействуют по известным реакциям:
С+О2=СO2
СО2+С=2СО
2CO+O2=2СО
2C+O2=СО
Таким образом, в объеме тигля создается слабая восстановительная атмосфера при динамическом разрежении менее 20 мм рт. ст.The essence of the method lies in the fact that the carbon remaining after the decomposition of the carbon-containing substance by known reactions begins to interact at a temperature above 600 o С with the oxygen of the powder, restoring it, at a temperature of 800 o С, the carbon-containing crucible begins to dissociate. In contact with the walls of the carbon-graphite crucible, the residual quantities of oxygen at the process temperature interact by known reactions:
C + O 2 = CO 2
CO 2 + C = 2CO
2CO + O 2 = 2CO
2C + O 2 = CO
Thus, a weak reducing atmosphere is created in the crucible volume with a dynamic rarefaction of less than 20 mm Hg. Art.
Сущность способа заключается в том, что введенный с пластификатором углерод в соответствие с изобретением, взаимодействуя в процессе предварительной термообработки с порошком закиси-окиси урана и ее смеси с окислами урана, восстанавливает ее до состава UO(2,25- 2,40). Во время нагрева до температуры (1000-1400oС) спекания в углеграфитовом тигле происходит дополнительное восстановление окислов до состава UO(2,20 -2,26), необходимого для проведения процесса спекания при пониженных температурах и получения окислов с требуемым содержанием урана. При дополнительной выдержке в углеграфитовом тигле происходит дополнительное восстановление окислов до состава UO(2,05 -2,25).The essence of the method lies in the fact that the carbon introduced with the plasticizer in accordance with the invention, interacting during the preliminary heat treatment with a powder of uranium oxide and its mixture with uranium oxides, restores it to the composition of UO (2.25-2.40 ) . During heating to a temperature (1000-1400 o С) of sintering in a carbon-graphite crucible, an additional reduction of oxides takes place to the UO composition (2.20 -2.26) , which is necessary to carry out the sintering process at low temperatures and to obtain oxides with the required uranium content. With an additional exposure in a carbon-graphite crucible, additional reduction of oxides to the composition of UO (2.05 -2.25) occurs .
Практическая реализация способа иллюстрируется следующими примерами. The practical implementation of the method is illustrated by the following examples.
Пример 1. Example 1
По предлагаемому способу закись-окись урана с удельной поверхностью 7 м2/г смешивают с 13-16 мас. % органического пластификатора (69% раствора поливинилового спирта в воде +31% глицерина) и подвергают мундштучному прессованию до плотности 4,3-4,7 г/см3 при давлении прессования 2-3 т/см2. Полученные стержни сушат в вакууме при температуре 350-550oС и спекают по ступенчатому режиму в углеграфитовом тигле при температуре 1000-1200oС с выдержкой в течение 1-2 часов.According to the proposed method, uranium oxide-oxide with a specific surface of 7 m 2 / g is mixed with 13-16 wt. % organic plasticizer (69% solution of polyvinyl alcohol in water + 31% glycerol) and subjected to mouthpiece pressing to a density of 4.3-4.7 g / cm 3 at a compression pressure of 2-3 t / cm 2 . The resulting rods are dried in vacuum at a temperature of 350-550 o C and sintered in a stepwise mode in a carbon-graphite crucible at a temperature of 1000-1200 o C with exposure for 1-2 hours.
Спеченная двуокись урана, полученная по предлагаемому способу, характеризуется объемной плотностью 10,3-10,8 г/см3, содержанием урана 86,7-87,2% и низким содержанием углерода менее 0,001%.Sintered uranium dioxide obtained by the proposed method is characterized by a bulk density of 10.3-10.8 g / cm 3 , a uranium content of 86.7-87.2% and a low carbon content of less than 0.001%.
Пример 2. Example 2
Закись-окись урана с удельной поверхностью 2,5 м2/г гранулируют с 13 мас.% пластификатора, сушат в вакууме при 360oС и спекают в графитовом тигле при температуре 1100-1200oС с выдержкой в течение 2 часов. Полученный продукт имеет плотность 10,5 г/см3 и содержание урана 86,9%.Uranium oxide with a specific surface area of 2.5 m 2 / g is granulated with 13 wt.% Plasticizer, dried in vacuum at 360 o C and sintered in a graphite crucible at a temperature of 1100-1200 o C with exposure for 2 hours. The resulting product has a density of 10.5 g / cm 3 and a uranium content of 86.9%.
Пример 3. Example 3
Закись-окись урана с удельной поверхностью 10 м2/г гранулируют с двуокисью урана крупностью менее 10 мкм с 9 мас.% пластификатора (смесь 20% глицерина, 20% полиэтиленоксида и 60% водного раствора поливинилового спирта). Подвергают обработке как указано в примере 1. Спеченная двуокись урана имеет плотность 9,8-10,5 г/см3, содержание урана 86,9-87,6%.Uranium oxide with a specific surface area of 10 m 2 / g is granulated with uranium dioxide with a particle size of less than 10 microns with 9 wt.% Plasticizer (a mixture of 20% glycerol, 20% polyethylene oxide and 60% aqueous solution of polyvinyl alcohol). Subjected to processing as described in example 1. Sintered uranium dioxide has a density of 9.8-10.5 g / cm 3 , the uranium content of 86.9-87.6%.
Полученные данные показывают, что в результате реализации способа обеспечивается процесс активированного спекания и получение двуокиси урана высокой плотности с требуемым содержанием металла непосредственно из порошка закиси-окиси урана. The data obtained show that as a result of the implementation of the method, an activated sintering process and the production of high density uranium dioxide with the required metal content directly from uranium oxide powder are provided.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000109119/06A RU2182378C2 (en) | 2000-04-11 | 2000-04-11 | Method for producing sintered uranium oxide |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000109119/06A RU2182378C2 (en) | 2000-04-11 | 2000-04-11 | Method for producing sintered uranium oxide |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2000109119A RU2000109119A (en) | 2002-01-27 |
RU2182378C2 true RU2182378C2 (en) | 2002-05-10 |
Family
ID=20233217
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000109119/06A RU2182378C2 (en) | 2000-04-11 | 2000-04-11 | Method for producing sintered uranium oxide |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2182378C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2627682C2 (en) * | 2010-09-27 | 2017-08-10 | Диаморф Аб | Nitride nuclear fuel and method of production thereof |
-
2000
- 2000-04-11 RU RU2000109119/06A patent/RU2182378C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2627682C2 (en) * | 2010-09-27 | 2017-08-10 | Диаморф Аб | Nitride nuclear fuel and method of production thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ingraham et al. | Kinetic studies on the thermal decomposition of calcium carbonate | |
Sacks et al. | A review of powder preparation methods and densification procedures for fabricating high density mullite | |
US4061700A (en) | Fugitive binder for nuclear fuel materials | |
ATE56483T1 (en) | CARBIDE AND PROCESS FOR ITS PRODUCTION. | |
US3786120A (en) | Conversion of uranium hexafluoride to uranium dioxide structures of controlled density and grain size | |
RU2182378C2 (en) | Method for producing sintered uranium oxide | |
US4234550A (en) | Method for treating a particulate nuclear fuel material | |
US4427579A (en) | Method of producing fugitive binder-containing nuclear fuel material | |
RU2081063C1 (en) | Method of preparing fuel uranium pellets (versions) | |
CA1178043A (en) | Fugitive binder-containing nuclear fuel material and method of production | |
JPH01201190A (en) | Nuclear fuel | |
JPH0120399B2 (en) | ||
US3275564A (en) | Process of fabrication of sintered compounds based on uranium and plutonium | |
Arons et al. | Preparation, characterization, and chemistry of solid ceramic breeder materials | |
EP0277708A2 (en) | Pellet fabrication | |
RU2065220C1 (en) | Method for recovery of highly active graphite-containing solid waste | |
CA1109663A (en) | Method for treating a particulate nuclear fuel material | |
JP3111382B2 (en) | Scrap treatment method for mixed oxide fuel | |
RU2148279C1 (en) | Pelletized fuel production process | |
RU2000109119A (en) | METHOD FOR PRODUCING URANIUM OXIDE POWDER | |
US3218130A (en) | Method of producing magnesia clinker using anhydrous magnesium chloride as a mineralizer | |
RU2174437C1 (en) | Generation of low-temperature gas from solid fuel | |
SU383362A1 (en) | METHOD OF OBTAINING PLAIN AND COMPLEX CARBIDES OF FUME METALS | |
FR2711643A1 (en) | Process for preparing magnesium / aluminum spinel compounds, compounds obtained by this process and green precursor mixture for carrying out the process | |
FR2711642A1 (en) | Process for producing alumina-beta compounds, compounds obtained by this process and precursors for carrying out the process |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090412 |