RU2224720C2 - Подготовка с помощью сушки распылением литейного порошка диоксида урана, полученного с помощью процесса сухого преобразования uf6 - Google Patents

Подготовка с помощью сушки распылением литейного порошка диоксида урана, полученного с помощью процесса сухого преобразования uf6 Download PDF

Info

Publication number
RU2224720C2
RU2224720C2 RU2001117491/15A RU2001117491A RU2224720C2 RU 2224720 C2 RU2224720 C2 RU 2224720C2 RU 2001117491/15 A RU2001117491/15 A RU 2001117491/15A RU 2001117491 A RU2001117491 A RU 2001117491A RU 2224720 C2 RU2224720 C2 RU 2224720C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
suspension
powder
amount
deflocculant
dry weight
Prior art date
Application number
RU2001117491/15A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2001117491A (ru
Inventor
Жан-Марк БОННЕРО (FR)
Жан-Марк БОННЕРО
Лоран БРЮНО (FR)
Лоран БРЮНО
Мирей БАУЭР (FR)
Мирей БАУЭР
Original Assignee
Коммиссариат А Л`Энержи Атомик
Компани Женераль де Матьер Нюклеэр
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 Коммиссариат А Л`Энержи Атомик, Компани Женераль де Матьер Нюклеэр filed Critical Коммиссариат А Л`Энержи Атомик
Publication of RU2001117491A publication Critical patent/RU2001117491A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2224720C2 publication Critical patent/RU2224720C2/ru

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/42Selection of substances for use as reactor fuel
    • G21C3/58Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
    • G21C3/62Ceramic fuel
    • G21C3/623Oxide fuels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2/00Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic
    • B01J2/02Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops
    • B01J2/04Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops in a gaseous medium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G43/00Compounds of uranium
    • C01G43/01Oxides; Hydroxides
    • C01G43/025Uranium dioxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/30Particle morphology extending in three dimensions
    • C01P2004/32Spheres
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/50Agglomerated particles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/60Particles characterised by their size
    • C01P2004/61Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/10Solid density
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/20Powder free flowing behaviour
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/80Compositional purity
    • 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
    • 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
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S376/00Induced nuclear reactions: processes, systems, and elements
    • Y10S376/90Particular material or material shapes for fission reactors
    • Y10S376/901Fuel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу подготовки порошка диоксида урана с физико-химическими свойствами, пригодными для получения уранового и плутониевого смешанного оксидного ядерного топлива, используемого в ядерных реакторах на легкой воде. Результат способа - создание порошка диоксида урана, пригодного для непосредственного использования в изготовлении смешанного оксидного ядерного топлива. Способ включает получение UO2 с помощью сухого процесса из гексафторида урана. Приготовление водной суспензии порошка UO2. Указанная суспензия содержит 50-80 мас.% UO2 и по меньшей мере одну добавку, выбранную из дефлокулянтов, органических связующий веществ, H2O2 и порошка U3O8. Количество добавок таково, что вязкость суспензии не превышает 250 мПа•с. Суспензию распыляют и сушат в горячем газе при 150-300oС для получения порошка UO2 со средним размером частиц 20-100 мкм. Дефлокулянтом является полиметакрилат аммония. Органическое связующее вещество является поливиниловым спиртом или полиэтиленгликолем. Распыление суспензии выполняют с помощью ультразвуковой распылительной форсунки, турбины или форсунки, питаемой под давлением. 2 с. и 13 з.п.ф-лы, 1 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к способу подготовки порошка диоксида урана с физико-химическими свойствами, пригодными для получения уранового и плутониевого смешанного оксидного ядерного топлива, используемого в легководных ядерных реакторах.
Более точно, изобретение относится к получению порошка, который является литейным, тонким и с ограниченной величиной частиц, предназначенного для смешивания с другим порошком (первичная смесь, богатая плутонием) и имеющего следующие свойства:
- хорошие свойства спонтанной текучести;
- однородный размер частиц, находящийся в диапазоне между 20 и 100 мкм;
- высокая насыпная плотность, обеспечивающая оптимальное заполнение различного оборудования, используемого для изготовления ядерного топлива (мельницы, смесители, контейнеры, конвейеры, устройства подачи под давлением осадка и т.д.);
- элементарные частицы являются достаточно твердыми для выдерживания различных механических напряжений во время изготовления (конвекционное смешивание, загрузка и выгрузка контейнеров, транспортирование по пневматическим магистралям и т.д.);
- хорошая компактность и
- отличная способность к естественному спеканию.
Уровень техники
В настоящее время порошок диоксида урана с этими свойствами получают посредством его подготовки с помощью процесса жидкостного преобразования нитрата уранила в диоксид урана.
Этот процесс жидкостного преобразования состоит из осаждения диураната аммония с необязательным последующим размолом до нужного размера частиц, как описано в US A 3394997 [1] и US A 3998925 [2]. В FR A 2088170 [3] описан процесс преобразования нитрата уранила в спекаемый диоксид урана посредством сушки распылением раствора нитрата уранила и муравьиной кислоты с последующим кальцинированием.
Порошки, полученные с помощью этих процессов жидкостного преобразования, можно непосредственно использовать для промышленного изготовления смешанного оксидного ядерного топлива без необходимости выполнения вспомогательной стадии механической грануляции порошка.
Действительно, порошки имеют отличные текучие свойства, что обеспечивает достаточную текучесть конечной смеси UO2-PuO2 для выдерживания высоких скоростей выдачи.
С другой стороны, процесс подготовки диоксида урана с использованием сухого преобразования гексафторида урана UF6 в UO2, такой как описан в FR A 2060242 [4] и FR A 2064351 [5], не обеспечивает в настоящее время получения порошка, пригодного для использования непосредственно для изготовления смешанного оксидного ядерного топлива. Сухое преобразование UF6 выполняют промышленным способом в компактной печи, и при этом происходят последовательно две реакции:
- первая реакция является реакцией гидролиза, которая преобразует газообразный UF6 в твердый оксифторид урана UO2F2,
- вторая реакция относится к восстановительному пирогидролизу UO2F2, что приводит к образованию UO2 в порошковом виде.
Порошок UO2, изготовленный в соответствии с процессом, описанным в [4] и [5], трудно использовать для подготовки смешанного оксидного ядерного топлива, поскольку он обычно клейкий и имеет низкую насыпную плотность, что делает непосредственное использование очень сложным для промышленного применения из-за очень плохой компактности.
Когда процесс, согласно источникам [4] и [5], используют для подготовки ядерного топлива на основе UO2, то затем выполняют грануляцию порошка с помощью механического процесса, включающего предварительное уплотнение порошка с последующим размолом и затем отсеиванием с целью получения механического гранулята с хорошими свойствами текучести, который в некоторых случаях подвергают операции сфероидизации для дальнейшего повышения литейных свойств. Такая механическая грануляция приводит к большому размеру частиц, который может достигать и даже превосходить 500 мкм.
Другая технология грануляции порошка UO2 описана в FR A 1438020 [6]. В этом случае приготавливают пасту посредством смешивания порошка UO2 или UO2-PuO2 с раствором связующего вещества в органическом растворителе с очень низким содержанием водорода, таком как трихлорэтилен, затем высушивают эту пасту с помощью распыления. Таким образом, получают гранулят с большими размерами, достигающими 250 мкм.
Для изготовления смешанного оксидного ядерного топлива, где необходима тесная смесь двух составляющих (порошка UO2 и порошка РuО2), такой большой размер частиц недопустим для UO2. Непременно необходимо иметь размер частиц UO2 менее 100 мкм для получения характеристик, необходимых для этого ядерного топлива.
Задачей данного изобретения является создание способа обработки порошка диоксида урана, полученного сухим способом, для преобразования его в порошок, пригодный для непосредственного использования в изготовлении смешанного оксидного ядерного топлива.
Сущность изобретения
Согласно изобретению способ подготовки порошка спекаемого диоксида урана UO2 содержит следующие стадии:
1) приготовления водной суспензии порошка UO2, полученного с помощью сухого процесса из гексафторида урана, при этом указанная суспензия содержит 50-80 мас.% UO2 и по меньшей мере одну добавку, выбранную из дефлокулянтов, органических связующих веществ, перекиси водорода Н2O2 и порошка U3O8, в таком количестве, что вязкость суспензии не превышает 250 мПа•с, и
2) распыления этой суспензии и ее сушки в горячем газе при температуре между 150 и 300oС, для получения порошка, обедненного UO2 , со средним размером частиц от 20 до 100 мкм.
Прежде всего в этом способе приготавливают водную суспензию диоксида урана, содержащую очень высокую долю сухой массы, однако с возможно низкой вязкостью, не превышающей 250 мПа•с, так что она пригодна для следующей операции сушки распылением суспензии в калиброванный гранулят.
Тот факт, что используется вода для приготовления суспензии, является очень интересным, поскольку это позволяет ограничить количество органических веществ, которые могут вносить примеси на очень низком уровне.
Согласно изобретению способ приготовления суспензии может быть простым, быстрым, воспроизводимым и может обеспечивать получение очень текучих суспензий, которые можно без проблем подавать с помощью насоса в распылительную форсунку распылителя. Очень высокие уровни сухой массы можно достигать с целью получения плотных, сплошных и полностью сферических частиц порошка. Кроме того, этот способ можно применять в производственном блоке с промышленной производительностью.
Для приготовления этой суспензии обычно используют по меньшей мере две добавки, состоящие соответственно из:
1) по меньшей мере одного дефлокулянта и
2) по меньшей мере одной добавки, выбранной из органических связующих веществ, перекиси водорода и/или порошка U3O8, при этом все указанные последними добавки играют роль связующего вещества во время операции сушки распылением.
В ЕР А 0092475 [7] описано использование перекиси водорода для сопротивляемости сжатию необработанных таблеток UO2 или UO2-PuO2 посредством образования слоя гидратного оксида на исходном порошке. Этот слой образуют путем распыления раствора Н2О2 на порошок оксида металла, при этом количество раствора H2O2 представляет 2-15% от массы этого порошка. В этом случае количество используемого Н2О2 является значительным.
Дефлокулянт предназначен для разжижения суспензии. Он может состоять из органического вещества, которое можно легко устранять, например полиметакрилата аммония, такого как коммерческий продукт компании Polyplastic S. А. марки DARVAN С, который является 25% водным раствором полиметакрилата аммония.
Масса используемого дефлокулянта (полиметакрилата аммония) обычно составляет от 0,03 до 0,16% от сухой массы суспензии.
Органические связующие вещества добавляют в суспензию для вызывания агломерации порошка во время сушки в распылителе. Выбираются органические связующие вещества, которые можно легко устранять. В качестве примеров таких связующих веществ можно назвать поливиниловый спирт и полиэтиленгликоль.
Насыщенная кислородом вода может играть ту же роль, что и органическое связующее вещество или порошок U3O8, однако в этих двух случаях предпочтительно добавить также небольшое количество органического связующего вещества.
Таким образом, согласно первому варианту выполнения изобретения раствор содержит дефлокулянт и органическое связующее вещество, при этом масса органического связующего вещества составляет от 0,3 до 1% сухой массы суспензии.
Согласно второму варианту выполнения изобретения суспензия содержит дефлокулянт и перекись водорода Н2O2 без органического связующего вещества, при этом масса Н2O2 составляет от 0,2 до 0,4% от сухой массы суспензии. Насыщенная кислородом вода может быть добавлена, например, в виде водного раствора с 20% Н2О2.
Согласно третьему варианту выполнения изобретения суспензия содержит дефлокулянт, перекись водорода и органическое связующее вещество, такое как поливиниловый спирт, при этом масса Н2О2 составляет от 0,1 до 0,4% сухой массы суспензии, а масса органического связующего вещества составляет от 0,1 до 0,5% сухой массы суспензии.
В этих трех вариантах выполнения масса дефлокулянта, такого как полиметакрилат аммония, обычно составляет от 0,03 до 0,16% сухой массы суспензии.
В двух вариантах выполнения, в которых используется органическое связующее вещество, это может быть поливиниловый спирт или полиэтиленгликоль.
Когда добавка состоит из порошка U3O8, то он может быть получен путем управляемого окисления исходного порошка UO2, полученного с помощью сухого способа. Может быть использован порошок U3O8, составляющий по массе 10-20% массы UO2, например 15%.
В этом случае суспензия может также содержать дефлокулянт и органическое связующее вещество, такое как указано выше, в указанных выше пропорциях, например, 0,03-0,16% от массы дефлокулянта и 0,1-0,5% от массы органического связующего вещества относительно сухой массы суспензии, т.е. общей массы UO2 и U3O8.
Согласно изобретению в суспензию порошка UO2 и возможно U3O8 можно также добавлять агломерационные добавки в виде порошка, такие как Сr2O3, ТiO2, Аl2O3 и т.д., и выгорающие поглотители, такие как Gd2О3 или Еr2О3. Это обеспечивает равномерное распределение этих примесей и/или выгорающих поглотителей в порошке UO2.
Таким образом, согласно изобретению сухая масса суспензии может состоять либо из одного порошка UO2, либо из смеси UО2-U3О8, или из смеси UО2 - выгорающий поглотитель, и/или агломерационной примеси (примесей), и/или U3О8.
Для подготовки суспензии сначала в необработанный порошок UO2, полученный с помощью сухого способа, постепенно добавляют воду, добавки и возможные примеси и возможно порошок U3O8 при механическом или ультразвуковом перемешивании в течение одной или нескольких стадий.
Последующую операцию сушки распылением можно осуществлять в стандартном устройстве для сушки распылением, оборудованном, например, турбиной, вращающейся с высокой скоростью (центробежное распыление), форсункой, снабжаемой под высоким давлением (распыление давлением или пневматическое распыление) или ультразвуковой распылительной форсункой (ультразвуковое распыление).
Установка этих различных режимов распыления, т.е. диаметра отверстия форсунки, скорости вращения или ультразвуковой частоты, должна выполняться так, чтобы обеспечивать образование тумана из микрокапель суспензии со средним диаметром, близким к 50 мкм, с малой дисперсией диаметров капель, по возможности от 20 до 100 мкм, без образования капель большого размера, например порядка одного миллиметра.
Атмосфера сушилки может быть образована воздухом или другим газом за исключением кислорода, например азотом или аргоном. Температура газа обычно находится в диапазоне между 150 и 300oС, по меньшей мере в зоне, расположенной в непосредственной близости к распылительной форсунке. Сушку можно осуществлять по потоку или против потока подачи суспензии или в комбинированном режиме. Высота сушилки капель составляет предпочтительно более 70 см при температуре внизу трубы-сушилки более 100oС. Устройства для сушки распылением предпочтительно имеют значительную высоту, для того чтобы получать конечный гранулят с минимальной остаточной влажностью.
После этой операции получают порошок UО2 со следующими свойствами:
- размер однородных частиц между 20 и 50 мкм,
- слипание гранулята достаточно для выдерживания различной обработки, связанной с подготовкой смешанного оксидного ядерного топлива,
- отличные свойства текучести, такие как спонтанный поток 200 г порошка в металлическом расходомере, снабженном отверстием с диаметром 15 мм,
- высокая насыпная плотность, близкая к 2 г/см3,
- отношение O/U менее 2,15,
- низкое остаточное содержание примесей,
- хорошая компактность и
- отличная способность к естественному спеканию, обеспечивающая после спекания плотность, составляющую 97,5% от теоретической плотности.
Согласно изобретению в определенных случаях можно использовать дополнительную тепловую обработку порошка, полученного с помощью сушки распылением. Эту обработку можно выполнять либо при низкой температуре между 100 и 250oС для устранения остаточной влажности порошка, либо при высокой температуре 250-700oС для устранения всех остаточных примесей из порошка и при необходимости регулировать соотношение O/U за счет использования соответствующей атмосферы для тепловой обработки.
Что касается влияния тепловой обработки, то морфология гранулята изменяется очень мало во время этой обработки. Действительно, они сохраняют свою сферичность и остаются разделенными, что позволяет сохранять отличные свойства текучести.
Другие свойства и преимущества изобретения следуют из последующего описания примеров выполнения, приведенных лишь для иллюстрации и не носящих ограничительного характера, со ссылками на прилагаемый чертеж.
Краткое описание чертежа
На чертеже показан вертикальный разрез ядерного устройства для сушки распылением, используемой в изобретении. Это устройство установлено полностью в защитной камере.
Подробное описание примеров выполнения
Пример 1
В этом примере используется порошок диоксида урана, поступающий из преобразовательной печи с форсункой из трех концентричных труб. Этот порошок имеет следующие свойства:
- насыпная плотность: около 1 г/см3,
- удельная поверхность: около 2,5 м2/г,
- порошок не вытекает из расходомера с диаметром 15 мм,
- средний диаметр частиц (измеренный с помощью лазерной дифракции жидкостного процесса): почти 1,5 мкм с 50% мелкой фракции менее 1 мкм,
- потери от сгорания после спекания: около 0,7 мас.%, и
- соотношение O/U в диапазоне от 2,04 до 2,08.
С использованием этого порошка приготавливают суспензию из 60 частей по массе порошка UO2 и 40 частей по массе дистиллированной воды.
Операцию приготовления суспензии из порошка UO3 предпочтительно осуществляют в две стадии для ограничения эффекта осаждения, особенно заметного для UO2, который имеет высокую собственную плотность.
40 частей воды вводят в контейнер из плексигласа, стекла или нержавеющей стали, дно которого не имеет острых кромок и стенки которого не имеют выступов. Затем в контейнер постепенно вводят 40 частей по массе порошка UO2 при непрерывном механическом перемешивании суспензии с помощью мешалки, снабженной рассеивателем роторно-статорного типа, при скорости перемешивания порядка 1000 об/мин.
После введения 40 частей массы порошка выполняют операцию дезагломерации - рассеивания с помощью той же мешалки при скорости 1700-2000 об/мин в течение 20 минут.
Затем добавляют дефлокулянт, состоящий из полиметакрилата аммония, в количестве 0,9% от сухой массы при продолжении перемешивания суспензии со скоростью 1000 об/мин.
Затем измеряют вязкость суспензии, например, с использованием вискозиметра BROOKFIELD DVII, вращающегося со скоростью 30 об/мин, при этом она должна составлять менее 20 мПа•с.
Затем добавляют остаток порошка UO2, т.е. 20 весовых частей, при одновременном перемешивании со скоростью вращения мешалки 1000 об/мин.
Затем выполняют вторую операцию дезагломерации - рассеивания с помощью той же мешалки при скорости 3000 об/мин в течение 20 минут, и добавляют другие 0,03% сухой массы полиметакрилата аммония при перемешивании суспензии со скоростью 1000 об/мин.
Таким образом, вводят в целом 0,12% полиметакрилата аммония от сухой массы, выполняющего роль дефлокулянта.
Затем вводят в суспензию насыщенную кислородом воду в количестве 0,2% от сухой массы и затем, после стабилизации вязкости суспензии, 0,4% от сухой массы поливинилового спирта. Эти добавки выполняют при перемешивании суспензии со скоростью около 1000 об/мин. Эти две составляющие играют роль связующего вещества, и их задачей является вызывание агломерации порошка во время сушки в атмосфере.
Если вязкость суспензии не ниже 250 мПа•с, то добавляют небольшое количество полиметакрилата аммония. Вязкость суспензии предпочтительно составляет порядка 100 мПа•с.
Затем выполняют грануляцию порошка UО2 посредством сушки распылением суспензии.
Это можно осуществить с использованием устройства, показанного на чертеже.
Как показано на чертеже, устройство содержит камеру 1, в которой находятся:
- шланговый насос 3 для передачи суспензии, вводимой в точке 4, в ультразвуковой пульверизатор 5. Скорость подачи насоса можно регулировать между 0 и 2 л/ч;
- ультразвуковой пульверизатор 5 с кольцевой форсункой. Суспензия подается в активную головку пульверизатора. Ультразвуковая вибрация приводит к образованию регулярной сетки волн на поверхности жидкости. Каждый пик сетки приводит к образованию микрокапель, диаметр которых непосредственно зависит от частоты вибрации. Несколько типов пульверизаторов с различной частотой обеспечивают получение размеров частиц между 10 и 200 мкм. Используемый пульверизатор с частотой 30 или 35 кГц позволяет обеспечивать размер частиц между 30 и 50 мкм. Во время работы пульверизатор охлаждают воздухом, циркулирующим при температуре окружающей среды. Кроме того, предусмотрен охлаждающий контур для воды охлаждения на уровне подачи суспензии для поддержания последней на низкой температуре во время впрыска. Действительно, поскольку имеет место забор воздуха вблизи пульверизатора, то окружающая температура на уровне инжектора становится очень большой (более 100oС) и возникает опасность закипания суспензии перед впрыском. Подача охлаждающей воды обеспечивается с помощью циркуляционного криостата;
- систему циркуляции воздуха, содержащую вытяжной вентилятор 9, расположенный на выходе из трубы-сушилки 11. Воздух, засасываемый перед распылителем 10, нагревают до высокой температуры с помощью нагревательных сопротивлений 12 (температуру можно регулировать от 20 до 650oС). Затем горячий воздух вдувают вблизи ультразвукового пульверизатора в центр трубы-сушилки;
- трубу-сушилку 11;
- металлический приемный конус 13 для порошка, соединенный с отделяющим частицы воздуха циклоном 15 с помощью U-образной металлической трубы 17. Термопара, расположенная у основания приемного конуса, обеспечивает непрерывное измерение температуры воздуха на выходе из трубы-сушилки;
- рекуперационный бак 19 для сухого гранулята в нижней части циклона.
Фильтр 20 со стойкой на выходе из циклона позволяет улавливать частицы с размером более 1 мкм.
В этом устройстве суспензию порошка UO2 впрыскивают со скоростью потока 330 см3/ч и образуются микрокапли со средним диаметром около 50 мкм. Воздух вдувают на уровне распылительной форсунки с температурой около 180oС.
Температура внизу трубы-сушилки близка к 130oС, и порошок UO2 рекуперируется в баке 19, расположенном на выходе отделяющего частицы воздуха циклона 15, со скоростью потока около 370 г/ч.
Таким образом, получают порошок со следующими свойствами:
- насыпная плотность: 1,8 г/см3,
- плотность после осадки: 2,0 г/см3
- скорость потока в конусе с диаметром 15 мм: 39 г/с и скорость потока в конусе с диаметром 9,5 мм: 13 г/с при спонтанном потоке,
- средний размер гранулята: 30 мкм,
- морфология гранулята: сферический гранулят, иногда горообразный с присутствием небольшого количества мелких фракций,
соотношение O/U: 2,13.
Таким образом, получают порошок, имеющий свойства, необходимые для изготовления смешанного оксидного ядерного топлива.
Пример 2
В этом примере используется тот же способ работы, что и в примере 1, однако с использованием полиэтиленгликоля в качестве связующего вещества вместо поливинилового спирта. Получают эквивалентные результаты.
Пример 3
В этом примере используется тот же способ работы, что и в примере 1, однако с использованием только насыщенной кислородом воды без добавления поливинилового спирта. В этом случае доля насыщенной кислородом воды составляет 0,3% от сухой массы. Это повышение содержания перекиси водорода Н2О2 имеет целью ограничение доли частиц мелких фракций при отсутствии органического связующего вещества (поливинилового спирта или полиэтиленгликоля). Это приводит к повышению соотношения O/U в UO2, при этом прирост соотношения O/U составляет порядка 0,02 по сравнению с порошком, описанным в примере 1. Однако свойства текучести конечного порошка ниже по сравнению с порошками, описанными в примерах 1 и 2.
Пример 4
В этом примере используется гот же способ работы, что и в примере 1, однако выполняют две операции дезагломерации-дисперсии, описанные для подготовки суспензии, с использованием ультразвукового распылительного зонда с частотой, близкой 20 кГц. Длительность перемешивания в этом случае ограничена 10 минутами на одну операцию при мощности впрыска около 150 Вт. При таком способе дисперсии температура суспензии значительно возрастает (до около 80oС), что приводит к значительному испарению первоначально введенной воды. Затем регулируют количество воды для получения содержания сухой массы (т.е. UO2) порядка 60% при окружающей температуре.
В этих условиях получают порошок, имеющий свойства, эквивалентные свойствам порошка в примере 1.
Пример 5
В этом примере используется тот же способ работы, что и в примере 1, однако порошок UO2 содержит 15 мас.% порошка U3O8, полученного с помощью контролируемого окисления исходного порошка UO2.
Затем оба порошка смешивают и переводят в суспензию, как и в примере 1, без добавления насыщенной кислородом воды, поскольку U3O8 выполняет роль связующего вещества в порошке во время сушки. В зависимости от уровня мелких фракций, полученных после распыления, можно добавлять или не добавлять органическое связующее вещество в количестве 0,1-0,5% от сухой массы в виде поливинилового спирта или поли этиленгликоля.
Получают эквивалентные результаты.
Пример 6
Из порошков, полученных в примерах 1-5, приготавливают окатыши с диаметром 8 мм и высотой 10 мм с помощью холодного уплотнения при давлении 500 мПа без внутренней смазки порошка с последующим спеканием при температуре 1700oС в течение 4 часов при скорости повышения температуры 100oС/ч. Получают продукт со следующими свойствами:
- плотность после уплотнения: 6,4 г/см3;
- плотность, полученная после спекания: 98-99% от теоретической плотности;
- потери на сгорание после спекания: между 1 и 2%;
- металлографический вид после спекания: без трещин, малая пористость и равномерное распределение;
- средний размер зерен спеченного окатыша: между 8 и 15 мкм.
Температура, соответствующая максимальной скорости уплотнения при спекании, равна 1280oС.
Таким образом, порошок UO2, полученный согласно изобретению, имеет хорошие характеристики, при этом его свойства эквивалентны или даже улучшены по сравнению с порошком UO2, используемым в настоящее время для изготовления смешанного оксидного ядерного топлива. В частности, он имеет хорошую уплотняемость и отличную спекаемость.
Источники информации
1. US A 3394997.
2. US A 3998925.
3. Fr A 2088170.
4. Fr A 2060242.
5. Fr A 2064351.
6. Fr A 1438020.
7. Fr A 0092475.

Claims (15)

1. Способ подготовки порошка спекаемого диоксида урана UO2, который включает следующие стадии: 1) приготовление водной суспензии порошка UO2, полученного с помощью сухого процесса из гексафторида урана, при этом указанная суспензия содержит 50-80 мас.% UO2 и, по меньшей мере, одну добавку, выбранную из дефлокулянтов, органических связующий веществ, H2O2 и порошка U3О8, в таком количестве, что вязкость суспензии не превышает 250 мПа·с и 2) распыления этой суспензии и ее сушки в горячем газе при температуре между 150 и 300°С, для получения порошка UO2 со средним размером частиц от 20 до 100 мкм.
2. Способ по п.1, в котором суспензия содержит, по меньшей мере, один дефлокулянт и, по меньшей мере, одну добавку, выбранную из органических связующий веществ, H2O2 и порошка U3O8.
3. Способ по п.2, в котором суспензия содержит один дефлокулянт и одно органическое связующее вещество, причем количество органического связующего вещества составляет 0,3 - 1% от сухой массы суспензии.
4. Способ по п.2, в котором суспензия содержит один дефлокулянт и Н2O2, причем количество перекиси водорода составляет 0,2-0,4% от сухой массы суспензии.
5. Способ по п.2, в котором суспензия содержит один дефлокулянт, Н2O2 и одно органическое связующее вещество, причем количество перекиси водорода составляет 0,1 - 0,4% от сухой массы суспензии и количество органического связующего вещества составляет 0,1-0,5% от сухой массы суспензии.
6. Способ по любому из п.1 или 2, в котором суспензия содержит порошок U3O8, причем количество U3O8 составляет 10-20% от массы UO2.
7. Способ по п.6, в котором суспензия содержит также органическое связующее вещество в количестве 0,1-0,5% от сухой массы суспензии.
8. Способ по любому из пп.1-7, в котором дефлокулянт является полиметакрилатом аммония.
9. Способ по любому из пп.1-8, в котором количество дефлокулянта составляет 0,03 - 0,16% от сухой массы суспензии.
10. Способ по любому из пп.1, 3, 5 и 7, в котором органическое связующее вещество является поливиниловым спиртом или полиэтиленгликолем.
11. Способ по любому из пп.1-10, в котором в суспензию добавляют небольшое количество порошка спекающей примеси и/или выгорающего поглотителя.
12. Способ по любому из пп.1-11, в котором водную суспензию подвергают механическому перемешиванию или ультразвуковому перемешиванию.
13. Способ по любому из пп.1-12, в котором распыление суспензии выполняют с помощью ультразвуковой распылительной форсунки, турбины или форсунки, питаемой под давлением.
14. Способ по любому из пп.1-13, который включает дополнительную тепловую обработку порошка, полученного посредством сушки распылением, при температуре 100-700°С.
15. Порошок диоксида урана, полученного с помощью способа по любому из пп.1-14, для подготовки окатышей смешанного оксидного ядерного топлива на основе урана и плутония.
RU2001117491/15A 1998-11-26 1999-11-24 Подготовка с помощью сушки распылением литейного порошка диоксида урана, полученного с помощью процесса сухого преобразования uf6 RU2224720C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR98/14901 1998-11-26
FR9814901A FR2786479B1 (fr) 1998-11-26 1998-11-26 Preparation par atomisation-sechage d'une poudre coulable de bioxyde d'uranium obtenu par conversion en voie seche de l'uf6

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001117491A RU2001117491A (ru) 2003-05-20
RU2224720C2 true RU2224720C2 (ru) 2004-02-27

Family

ID=9533220

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001117491/15A RU2224720C2 (ru) 1998-11-26 1999-11-24 Подготовка с помощью сушки распылением литейного порошка диоксида урана, полученного с помощью процесса сухого преобразования uf6

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6656391B1 (ru)
EP (1) EP1137597B1 (ru)
JP (1) JP4440475B2 (ru)
DE (1) DE69915509T2 (ru)
FR (1) FR2786479B1 (ru)
RU (1) RU2224720C2 (ru)
WO (1) WO2000030978A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2770610C2 (ru) * 2017-08-23 2022-04-19 Коммиссариат А Л' Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА, СОДЕРЖАЩЕГО ОКСИД УРАНА UO2, ПРИ НЕОБХОДИМОСТИ ОКСИД ПЛУТОНИЯ PuO2 И ПРИ НЕОБХОДИМОСТИ ОКСИД АМЕРИЦИЯ AmO2 И/ИЛИ ОКСИД ДРУГОГО МИНОРНОГО АКТИНОИДА

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2807198B1 (fr) * 2000-04-04 2002-08-23 Franco Belge Combustibles Granules de materiau combustible nucleaire
FR2807199B1 (fr) * 2000-04-04 2002-08-23 Franco Belge Combustibles Procede de fabrication de granules de materiau combustible nucleaire
DE10138874A1 (de) * 2001-08-08 2003-03-06 Framatome Anp Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Mischoxid-Kernbrennstoff-Pulvers und eines Mischoxid-Kernbrennstoff-Sinterkörpers
GR1004365B (el) * 2002-07-10 2003-10-20 �.�.-������� �������� ������������ ��������� ��������� ��� ��������� Μεθοδος παρασκευης υπερκαθαρων λεπτοκρυσταλλικων υπεραγωγιμων κεραμικων κονεων με αυξημενη παραγωγικοτητα
KR100558323B1 (ko) * 2004-05-19 2006-03-10 한국원자력연구소 이중구조 핵연료 소결체 제조방법
FR2894954B1 (fr) 2005-12-19 2008-02-15 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication d'une matiere particulaire et matiere particulaire susceptible d'etre obtenue par ledit procede.
US7824640B1 (en) 2006-07-25 2010-11-02 Westinghouse Electric Co. Llc Two step dry UO2 production process utilizing a positive sealing valve means between steps
US20080025894A1 (en) * 2006-07-25 2008-01-31 Lahoda Edward J Two step uo2 production process
FR2904888B1 (fr) * 2006-08-11 2008-12-19 Cezus Cie Europ Du Zirconium S Methode de stabilisation du radium dans les effluents radiferes.
EP1985587A1 (en) 2007-04-27 2008-10-29 Westinghouse Electric Company LLC Two step dry UO2 production process
EP2277831B1 (en) 2009-07-20 2012-05-23 Westinghouse Electric Company LLC Two step dry UO2 production process utilizing a positive sealing valve means between steps
EA201290314A1 (ru) 2009-11-12 2012-10-30 Арива Нп Инк. Сегментные реакторы для изменений производительности и обогащения при превращении гексафторида урана в диоксид урана
GB2542384A (en) * 2015-09-17 2017-03-22 The James Hutton Inst Atomiser assembly
FR3042987B1 (fr) 2015-11-04 2017-12-15 Commissariat Energie Atomique Dispositif de granulation de poudres par atomisation cryogenique
US10457558B2 (en) 2017-06-22 2019-10-29 Westinghouse Electric Company Llc Method to produce uranium silicides
US11612847B2 (en) 2018-01-31 2023-03-28 Global Nuclear Fuel-Americas, Llc Systems and methods for removing particulates of a fissile material
CN113023781A (zh) * 2019-12-24 2021-06-25 中核建中核燃料元件有限公司 一种高活性粉末的制备方法
CN111457677B (zh) * 2020-05-19 2023-06-27 厦门高容纳米新材料科技有限公司 一种超细粉体在线干燥混合系统和方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3394997A (en) 1965-04-12 1968-07-30 Gen Electric Method of preparing uranium diuranate
FR1438020A (fr) * 1965-06-28 1966-05-06 Atomic Energy Authority Uk Procédé de production de combustibles pour réacteurs nucléaires
FR2060242A1 (en) 1969-09-19 1971-06-18 Commissariat Energie Atomique Sinterable uranium oxides from uraniumhexafluoride
BE757513A (fr) 1969-10-15 1971-04-14 Atomic Energy Authority Uk Production d'oxydes d'uranium
US3845193A (en) 1969-10-15 1974-10-29 Atomic Energy Authority Uk Production of uranium dioxide in a rotary kiln
FR2088170B1 (ru) 1970-05-25 1975-01-10 Commissariat Energie Atomique
US3998925A (en) 1973-06-22 1976-12-21 Westinghouse Electric Corporation Production of ammonium diuranate
CA1054837A (en) * 1973-12-12 1979-05-22 Xerox Corporation Spherical, void-free particle formation in spray-dried ferrites
US3992494A (en) * 1974-05-28 1976-11-16 General Atomic Company Method of making an oxide fuel compact
FR2525208B1 (fr) 1982-04-19 1986-01-31 Commissariat Energie Atomique Procede de traitement d'une poudre d'oxyde metallique et utilisation de la poudre traitee pour la fabrication de pastilles de combustible nucleaire
US5012975A (en) * 1990-02-21 1991-05-07 Pfizer Inc. Apparatus and method for mixing and spraying a slurry
FR2706066B1 (fr) * 1993-06-04 1995-07-07 Commissariat Energie Atomique Combustible nucléaire ayant des propriétés améliorées de rétention des produits de fission.
JPH07113384A (ja) * 1993-10-18 1995-05-02 Dainippon Printing Co Ltd 軽量建材パネル

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
СУДАРИКОВ Б.Н., РАКОВ Э.Г. Процессы и аппараты урановых производств. - М.: Машиностроение, 1969, с.224-234. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2770610C2 (ru) * 2017-08-23 2022-04-19 Коммиссариат А Л' Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА, СОДЕРЖАЩЕГО ОКСИД УРАНА UO2, ПРИ НЕОБХОДИМОСТИ ОКСИД ПЛУТОНИЯ PuO2 И ПРИ НЕОБХОДИМОСТИ ОКСИД АМЕРИЦИЯ AmO2 И/ИЛИ ОКСИД ДРУГОГО МИНОРНОГО АКТИНОИДА

Also Published As

Publication number Publication date
FR2786479B1 (fr) 2001-10-19
US6656391B1 (en) 2003-12-02
WO2000030978A1 (fr) 2000-06-02
DE69915509T2 (de) 2005-03-03
DE69915509D1 (de) 2004-04-15
JP4440475B2 (ja) 2010-03-24
EP1137597A1 (fr) 2001-10-04
EP1137597B1 (fr) 2004-03-10
FR2786479A1 (fr) 2000-06-02
JP2002530261A (ja) 2002-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2224720C2 (ru) Подготовка с помощью сушки распылением литейного порошка диоксида урана, полученного с помощью процесса сухого преобразования uf6
JP4044441B2 (ja) 硬質金属グレード粉末の製造方法
US3290122A (en) Process for preparing oxide gel microspheres from sols
US20240011670A1 (en) Ceramic particles for use in a solar power tower
US6852274B2 (en) Method for producing hard metal granulate
RU2770610C2 (ru) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА, СОДЕРЖАЩЕГО ОКСИД УРАНА UO2, ПРИ НЕОБХОДИМОСТИ ОКСИД ПЛУТОНИЯ PuO2 И ПРИ НЕОБХОДИМОСТИ ОКСИД АМЕРИЦИЯ AmO2 И/ИЛИ ОКСИД ДРУГОГО МИНОРНОГО АКТИНОИДА
CN115368122B (zh) 一种改性硅藻土多孔陶瓷浆料及陶瓷粉体
US3331783A (en) Microspheres containing colloidal carbon
CN111718186B (zh) 颗粒尺寸可调的zta陶瓷微珠的制备方法
US3355393A (en) Small spherical nuclear fuel particles and processes of making same
CN86104023A (zh) 六氟化铀转换成二氧化铀的方法
JP4075116B2 (ja) 核燃料粒子の製造方法及び核燃料ペレットの製造方法
CN1465460A (zh) 生产超细球形镁粉的方法
JPS621580B2 (ru)
JPH09278534A (ja) セラミック顆粒の製造方法
CN112226720A (zh) 一种适用于大气等离子喷涂的金属-陶瓷复合粉末的喷雾造粒制备方法
US3376116A (en) Fluid bed denitration of thorium nitrate
Haas et al. ENGINEERING DEVELOPMENT OF SOL--GEL PROCESSES AT THE OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY.
US3518328A (en) Process for preparing microspheres of uranium,plutonium or thorium carbide
EP0235098B1 (en) A process for preparing a lithium aluminate powder in gamma phase
CN115974579B (zh) 陶瓷粉体、其制备方法及多孔陶瓷基体
CN108558388B (zh) 一种用于制备yag陶瓷粉体的喷雾干燥工艺
Haas et al. Sol-gel process development and microsphere preparation
JP2734083B2 (ja) 透明石英ガラス成形体の製造方法
Solomon et al. Thoria-based cermet nuclear fuel: sintered microsphere fabrication by spray drying

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151125