RU2517436C2 - Method of producing ceramic material for nuclear reactor core melt localising apparatus - Google Patents

Method of producing ceramic material for nuclear reactor core melt localising apparatus Download PDF

Info

Publication number
RU2517436C2
RU2517436C2 RU2012137671/04A RU2012137671A RU2517436C2 RU 2517436 C2 RU2517436 C2 RU 2517436C2 RU 2012137671/04 A RU2012137671/04 A RU 2012137671/04A RU 2012137671 A RU2012137671 A RU 2012137671A RU 2517436 C2 RU2517436 C2 RU 2517436C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oxide
sintering
grinding
neutron absorber
activator
Prior art date
Application number
RU2012137671/04A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012137671A (en
Inventor
Владимир Григорьевич Асмолов
Валерий Николаевич Загрязкин
Анатолий Михайлович Лагуткин
Наталья Васильевна Мураховская
Александр Стальевич Сидоров
Владимир Анатольевич Тихомиров
Юрий Петрович Удалов
Николай Фёдорович Фёдоров
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "НПО Петропромсервис"
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 Закрытое акционерное общество "НПО Петропромсервис" filed Critical Закрытое акционерное общество "НПО Петропромсервис"
Priority to RU2012137671/04A priority Critical patent/RU2517436C2/en
Publication of RU2012137671A publication Critical patent/RU2012137671A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2517436C2 publication Critical patent/RU2517436C2/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

Abstract

FIELD: physics, atomic power.
SUBSTANCE: invention relates to a method of producing ceramic sacrificial material for an apparatus for localising nuclear reactor core melt, which involves preparing a mixture containing iron oxide, aluminium oxide, a neutron absorber additive and a sintering activator, grinding and calcining the powder. Combined grinding of aluminium oxide, neutron absorber additive and sintering activator is performed first, followed by further combined grinding of all components of the mixture until achieving grain size of less than 10 mcm.
EFFECT: method enables to obtain material of good quality with lower labour and energy costs.
5 cl, 1 tbl

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к технологии керамических материалов для атомной энергетики, предназначенных для снижения энтальпии, восстановительного потенциала и плотности кориума в случае внекорпусной аварии ядерных реакторов типа ВВЭР и размещаемых с этой целью в устройстве локализации расплава. При тяжелой аварии ядерного реактора с потерей теплоносителя в результате неконтролируемого разогрева топливных элементов образуется расплав (кориум) за счет плавления и разрушения топливных сборок и внутрикорпусных устройств ядерного реактора. Кориум в качестве основных составляющих содержит оксиды урана и циркония в оксидной фазе, а также уран, цирконий и элементы металлических конструкций в металлической фазе бассейна расплава [Асмолов В.Г. Концепция управления тяжелыми авариями на АЭС с ВВЭР. «Вопросы безопасности АЭС с ВВЭР. Исследование процесса при запроектных авариях с разрушением активной зоны». Тр.науч.пр. семинара, СПб, 12-14 сентября 2000 г. СПб.: Изд. АЭП, 2000, с.1-22]. После разрушения корпуса реактора расплавленный кориум поступает в устройство локализации расплава, которое должно обеспечить его захолаживание и удержание на неограниченно долгое время без серьезных повреждений конструкций контейнмента и экологических последствий для окружающей среды.The invention relates to the technology of ceramic materials for nuclear energy, designed to reduce enthalpy, reduction potential and corium density in the event of an out-of-accident accident of VVER-type nuclear reactors and placed for this purpose in a melt localization device. In a severe accident of a nuclear reactor with loss of coolant as a result of uncontrolled heating of the fuel elements, a melt (corium) is formed due to the melting and destruction of the fuel assemblies and internals of the nuclear reactor. Corium as the main constituents contains uranium and zirconium oxides in the oxide phase, as well as uranium, zirconium and metal structures in the metal phase of the melt pool [Asmolov V.G. The concept of severe accident management at WWER nuclear power plants. “Safety issues for WWER nuclear power plants. Investigation of the process during beyond design basis accidents with core destruction. ” Trud. Seminar, St. Petersburg, September 12-14, 2000 St. Petersburg: Ed. AEP, 2000, p.1-22]. After the destruction of the reactor vessel, the molten corium enters the melt localization device, which should ensure its cooling and retention for an unlimited time without serious damage to the containment structures and environmental consequences for the environment.

Уровень техникиState of the art

Кориум, по расчетам, имеет высокую температуру - до 3000 К и высокую химическую активность. Имеются две принципиально различные концепции для решения этой проблемы. По первой концепции [Fischer М. Main Features of the EPR Melt Retention Concept, OECD Wockshop on Ex-Vessel Debris Coolability. Karlsruhe, Germany, 15-18 November, 1999, 10 p.] расплав из корпуса вытекает в накопитель, где теряет часть тепла на плавление жертвенных материалов, в качестве которых используются бораты лития, натрия, калия; оксиды магния, кальция, стронция и бария; фосфаты или карбонаты этих же элементов [Патент США 4,121,970].Corium, according to calculations, has a high temperature - up to 3000 K and high chemical activity. There are two fundamentally different concepts for solving this problem. According to the first concept [Fischer M. Main Features of the EPR Melt Retention Concept, OECD Wockshop on Ex-Vessel Debris Coolability. Karlsruhe, Germany, November 15-18, 1999, 10 p.] The melt from the body flows into a storage ring, where it loses some of the heat due to the melting of sacrificial materials, which are used as lithium, sodium, potassium borates; oxides of magnesium, calcium, strontium and barium; phosphates or carbonates of the same elements [US Patent 4,121,970].

По второй концепции [Асмолов В.Г., Безлепкин В.В., Кухтевич И.В., и др. Концепция локализации расплава кориума при внекорпусной стадии запроектной аварии АЭС с ВВЭР-1000. «Вопросы безопасности АЭС с ВВЭР. Исследование процесса при запроектных авариях с разрушением активной зоны». Тр. науч.пр. семинара, СПб, 12-14 сентября 2000 г.СПб.: Изд. АЭП, 2000, с.23-36] при аварии расплав и фрагменты конструкции реактора попадают через направляющую воронку в устройство локализации расплава, где за счет взаимодействия с жертвенным материалом происходит окисление металлических компонентов кориума, снижение плотности расплава, снижение энтальпии расплава до уровня, при котором к моменту выхода расплава к водоохлаждаемым стенкам устройства локализации расплава не происходит кризиса теплообмена. Конструкция такого устройства локализации расплава (УЛР) запатентована [Патент РФ 2165106].According to the second concept [Asmolov VG, Bezlepkin VV, Kukhtevich IV, and others. The concept of localization of the corium melt during the off-stage stage of the beyond design basis accident of nuclear power plants with VVER-1000. “Safety issues for WWER nuclear power plants. Investigation of the process during beyond design basis accidents with core destruction. ” Tr. scientific researcher seminar, St. Petersburg, September 12-14, 2000 St. Petersburg: Publishing House. AEP, 2000, pp. 23-36] during an accident, the melt and fragments of the reactor structure pass through the guiding funnel into the melt localization device, where due to the interaction with the sacrificial material, the corium metal components are oxidized, the melt density decreases, and the melt enthalpy decreases to the level at which by the time the melt exits to the water-cooled walls of the melt localization device, there is no heat exchange crisis. The design of such a melt localization device (ULR) is patented [RF Patent 2165106].

Предлагаемое изобретение относится к области технологии неметаллических (оксидных) материалов, обозначаемых в настоящее время термином - жертвенные материалы, предназначенных для обеспечения локализации расплава активной зоны корпусных водоохлаждаемых ядерных реакторов при запроектной аварии. Одним из видов жертвенных материалов являются керамические жертвенные материалы, размещаемые внутри цилиндрической емкости устройства локализации расплава. В случае запроектной аварии такие керамические материалы должны работать при высоких температурах в контакте с кориумом, взаимодействовать с последним, изменяя его плотность, энтальпию и восстановительный потенциал.The present invention relates to the field of technology of non-metallic (oxide) materials, currently designated by the term - sacrificial materials, designed to ensure localization of the core melt in the water-cooled reactor vessel during an beyond design basis accident. One of the types of sacrificial materials are ceramic sacrificial materials placed inside the cylindrical container of the melt localization device. In the event of an beyond design basis accident, such ceramic materials should work at high temperatures in contact with the corium, interact with the latter, changing its density, enthalpy and recovery potential.

К жертвенным материалам керамического типа для устройства локализации расплава предъявляется ряд требований:A number of requirements are imposed on sacrificial materials of a ceramic type for a melt localization device:

1. Жертвенный материал, находящийся непосредственно в УЛР, должен при любом вероятном сценарии аварии:1. Sacrificial material located directly in the OHRM should, in any likely accident scenario:

- снижать энтальпию кориума;- reduce the enthalpy of corium;

- образовывать неограниченные растворы с расплавом оксидной фазы кориума;- form unlimited solutions with a melt of the oxide phase of the corium;

- окислять наиболее агрессивные компоненты кориума - металлические уран и цирконий без образования газообразных продуктов реакций;- oxidize the most aggressive components of corium - metallic uranium and zirconium without the formation of gaseous reaction products;

- температура солидуса многокомпонентного оксидного расплава, образовавшегося после взаимодействия кориума с жертвенным материалом, должна быть минимальной.- the solidus temperature of the multicomponent oxide melt formed after the interaction of the corium with the sacrificial material should be minimal.

2. Плотность жертвенных неметаллических материалов должна обеспечить уменьшение плотности образующегося оксидного расплава до значений, меньших плотности расплавленной стали.2. The density of sacrificial non-metallic materials should ensure a decrease in the density of the formed oxide melt to values lower than the density of molten steel.

3. При соблюдении вышеперечисленных требований жертвенный материал должен иметь также достаточную прочность на сжатие (не менее 20 МПа) для обеспечения механической надежности конструкции УЛР.3. Subject to the above requirements, the sacrificial material must also have sufficient compressive strength (at least 20 MPa) to ensure the mechanical reliability of the design of the ULR.

Анализ принципов подбора жертвенного материала для ловушки расплава по второй концепции показал, что оптимальным составом является смесь оксидов железа и алюминия, близкая по составу к эквимолярной смеси [Асмолов В.Г., Загрязкин В.Н., Удалов Ю.П. и др. Выбор жертвенного материала ловушки для удержания расплава активной зоны ВВЭР-1000. - Атомная энергия, 2002, т.92, вып.1, с.7-18]. Эксперименты показали, что такой жертвенный материал эффективно взаимодействует как с оксидной компонентой кориума, так и с металлической компонентой кориума (цирконием). Для предотвращения явления вторичной критичности в жертвенные материалы рекомендуется вводить поглотители нейтронов - например, оксид гадолиния GcbCb, обладающий аномально высоким сечением захвата тепловых нейтронов. Известны разновидности оксидных материалов для использования в рассматриваемых целях: например, керамические материалы на основе SiO2, Al2O3, ZrO2, MgO, VO2, ThO2, a также оксидов железа и алюминия [Патент США 5,343,506]. Однако авторы этого патента не уточняют количественный состав керамического материала и его характеристики (плотность, пористость и т.д.), нет в этом патенте и обоснования оптимального состава. Предлагаемый в патенте США 5,343,506 материал не способен решать одну из важных функций жертвенного материала - окисление металлического циркония и хрома в кориуме, так как не содержит в достаточном количестве оксидов, способных легко и в значительных количествах отдавать кислород.An analysis of the principles of selecting sacrificial material for a melt trap according to the second concept showed that the optimal composition is a mixture of iron and aluminum oxides, which is close in composition to an equimolar mixture [Asmolov VG, Zagryazkin VN, Udalov Yu.P. et al. The choice of the sacrificial material of the trap for holding the melt of the VVER-1000 core. - Atomic energy, 2002, vol. 92, issue 1, pp. 7-18]. Experiments have shown that such a sacrificial material effectively interacts with both the oxide component of the corium and the metal component of the corium (zirconium). To prevent the occurrence of secondary criticality, it is recommended to introduce neutron absorbers into the sacrificial materials - for example, gadolinium oxide GcbCb, which has an anomalously high thermal neutron capture cross section. Varieties of oxide materials are known for use in the considered purposes: for example, ceramic materials based on SiO2, Al2O3, ZrO2, MgO, VO2, ThO2, as well as iron and aluminum oxides [US Patent 5,343,506]. However, the authors of this patent do not specify the quantitative composition of the ceramic material and its characteristics (density, porosity, etc.); there is no justification for the optimal composition in this patent. The material proposed in US Pat. No. 5,343,506 is incapable of solving one of the important functions of the sacrificial material, the oxidation of metallic zirconium and chromium in corium, since it does not contain enough oxides that can easily and in large quantities give oxygen.

Известны составы керамических материалов на основе оксидов железа и алюминия, в которых для достижения необходимой плотности и прочности в результате высокотемпературного спекания вводятся различные добавки. Так в патенте США 4,810,290 для обеспечения спекания железосодержащей руды вводится до 2 мас.% оксида кальция CaO. Для аналогичных целей в железную руду (состоящую в основном из магнетита Fe304) предлагается вводить до 0,8 мас.% силикатов щелочных элементов [патент США 6,293,994], либо коллоидный кремнезем [патент США 6,384,126], либо высокоглиноземистый цемент в количестве от 3 до 30 мас.% [патент США 6,409,964]. К недостаткам таких материалов с точки зрения их использования в качестве жертвенных материалов ловушки расплава ядерного реактора относится то, что при их синтезе при высоких температурах происходит частичная потеря гематитом кислорода с переходом его в магнетит (надо отметить, что этой цели и добивались авторы перечисленных патентов) и то, что плотность и прочность керамического материала не контролировалась.Known compositions of ceramic materials based on iron and aluminum oxides, in which various additives are introduced to achieve the necessary density and strength as a result of high-temperature sintering. So in US patent 4,810,290 to provide sintering of iron ore is introduced up to 2 wt.% Calcium oxide CaO. For similar purposes, it is proposed to introduce up to 0.8 wt.% Alkali element silicates [US Pat. No. 6,293,994], or colloidal silica [US Pat. No. 6,384,126], or high alumina cement in an amount of 3 to 30 in iron ore (consisting mainly of magnetite Fe304) wt.% [US patent 6,409,964]. The disadvantages of such materials from the point of view of their use as sacrificial materials for a nuclear reactor melt trap include the fact that their synthesis at high temperatures leads to a partial loss of hematite oxygen with its transition to magnetite (it should be noted that the authors of the above patents sought this goal) and the fact that the density and strength of the ceramic material was not controlled.

Известен способ изготовления синтетического огнеупорного материала на основе смеси оксида железа и алюминия с соотношением в исходной шихте Pe2O3:Al2O3 от 30:70 до 60:40 и добавкой оксида магния MgO от 20 до 60 мас.% [патент Канады 2379885]. В этом керамическом материале наряду с комплексом свойств, частично удовлетворяющих требования к неметаллическим жертвенным материалам для УЛР (низкая температура плавления, растворимость в неограниченном интервале концентраций в расплавленном кориуме, способность понижать плотность кориума), имеются следующие недостатки: использование MgO в качестве добавки, активирующей спекание, приводит к интенсивной потере оксидом Pe2O3 на стадии обжига части кислорода с переходом в магнетит Fe2O4, так как для достижения достаточной прочности (величина ее в патенте не указана) керамический материал обжигается при температуре от 1350 до 1600°C. В результате материал лишается части своих ценных свойств (оксид железа Fe2O3 при этих условиях разлагается до Pe3O4 с выделением 3,1% кислорода от массы оксида железа). Кроме того, выделение на стадии обжига кислорода из Fe2O3 затрудняет спекание, что не позволяет однократным обжигом получить необходимую объемную плотность керамического материала. Причина такого поведения гематита при использовании в качестве активатора спекания добавки оксида магния заключается в следующем. При диффузии двухвалентных ионов магния в кристаллическую решетку оксида трехвалентного железа Fe2O3 происходит встраивание ионов магния на места ионов железа с образованием вакансий по кислороду для компенсации недостатка заряда в катионной подрешетке. В результате образуется дефект Шоттки, при котором ион кислорода мигрирует к поверхности, где теряет заряд и покидает кристаллическую решетку с образованием газообразного кислорода. Такой характер взаимодействия наблюдается для всех одновалентных и двухвалентных катионов (которые в потенциале могли бы быть легкоплавкими активаторами спекания). Катионы трехвалентных металлов не могут быть активаторами спекания, так как, как правило, имеют очень высокую температуру плавления (выше, чем у оксида железа). Катионы четырехвалентных и пятивалентных металлов в принципе могут быть активаторами спекания для трехвалентного оксида железа, так как при их диффузии в кристаллическую решетку оксида Fe2O3 катионы металлов замещают катионы трехвалентного железа с образованием вакансий в катионной подрешетке для компенсации избытка заряда (то есть, образуются дефекты Шоттки за счет ухода катионов железа на поверхность кристалла), а подрешетка ионов кислорода остается неизменной и потери кислорода не происходит.A known method of manufacturing a synthetic refractory material based on a mixture of iron oxide and aluminum with a ratio in the initial mixture of Pe 2 O 3 : Al2O3 from 30:70 to 60:40 and the addition of magnesium oxide MgO from 20 to 60 wt.% [Canadian patent 2379885]. In this ceramic material, along with a set of properties that partially satisfy the requirements for non-metallic sacrificial materials for HRM (low melting point, solubility in an unlimited range of concentrations in molten corium, the ability to lower the density of corium), there are the following disadvantages: the use of MgO as a sintering activating additive results in a loss of intensity oxide Pe 2 O 3 in the burning step transition portion of the oxygen in magnetite Fe 2 O 4, so as to achieve sufficient strength (ve Jicin it is not specified in the patent) the ceramic material is fired at a temperature from 1350 to 1600 ° C. As a result, the material loses some of its valuable properties (iron oxide Fe 2 O 3 decomposes under these conditions to Pe 3 O 4 with the release of 3.1% oxygen by weight of iron oxide). In addition, the release of oxygen from Fe 2 O 3 at the stage of firing makes sintering difficult, which does not allow a single firing to obtain the required bulk density of the ceramic material. The reason for this behavior of hematite when using a magnesium oxide additive as a sintering activator is as follows. During the diffusion of divalent magnesium ions into the crystal lattice of ferric oxide Fe 2 O 3 , magnesium ions are inserted into the sites of iron ions with the formation of oxygen vacancies to compensate for the lack of charge in the cationic sublattice. As a result, a Schottky defect is formed in which the oxygen ion migrates to the surface, where it loses charge and leaves the crystal lattice with the formation of gaseous oxygen. This type of interaction is observed for all monovalent and divalent cations (which could potentially be fusible sintering activators). Cations of trivalent metals cannot be sinter activators, since, as a rule, they have a very high melting point (higher than that of iron oxide). The cations of ferrous and pentavalent metals can, in principle, be sintering activators for ferric oxide, since when they diffuse into the Fe 2 O 3 oxide crystal lattice, metal cations replace ferric iron cations with the formation of vacancies in the cationic sublattice to compensate for the excess charge (i.e., Schottky defects due to the departure of iron cations to the surface of the crystal), and the sublattice of oxygen ions remains unchanged and oxygen loss does not occur.

Известны составы шихты для изготовления жертвенных керамических изделий из керамики на основе оксидов железа и алюминия, в которые для активации спекания основных оксидов вводится оксид кремния в чистом виде до 4 мас.% [патент RU 2178924], либо оксид кремния в составе каолина, содержание которого в шихте в 2,1-2,3 раза превышает заданное содержание диоксида кремния в материале [патент RU 2206930].The known compositions of the charge for the manufacture of sacrificial ceramic products from ceramics based on iron and aluminum oxides, in which to activate the sintering of the basic oxides, silicon oxide is introduced in its pure form to 4 wt.% [Patent RU 2178924], or silicon oxide in the composition of kaolin, the content of which in the charge 2.1-2.3 times higher than the specified content of silicon dioxide in the material [patent RU 2206930].

Наиболее близким способом (прототипом) получения жертвенного керамического материала из оксидов железа и алюминия является техническое решение по патенту RU 2206930. Согласно этому патенту изготовление жертвенного керамического материала включает, в частности, следующие операции: подготовку шихты из оксидов железа и алюминия, диоксида кремния, помол ее с получением пресс-порошка, прессование образцов определенной конфигурации и размера, последующий обжиг с выдержкой в течение 2-14 часов. Продукт обжига далее подвергают дроблению, помолу, фракционированию и повторному прессованию. Завершающей операцией является повторный высокотемпературный обжиг с выдержкой в течение 4-14 часов.The closest way (prototype) to obtain a sacrificial ceramic material from iron and aluminum oxides is the technical solution according to patent RU 2206930. According to this patent, the manufacture of a sacrificial ceramic material includes, in particular, the following operations: preparation of a mixture of iron and aluminum oxides, silicon dioxide, grinding it with obtaining a press powder, pressing samples of a certain configuration and size, subsequent firing with exposure for 2-14 hours. The calcined product is then subjected to crushing, grinding, fractionation and re-pressing. The final operation is repeated high-temperature firing with exposure for 4-14 hours.

Очевидно, что рассматриваемый способ, включающий двукратную высокотемпературную обработку, дробление обожженных брикетов после первого обжига, повторное прессование изделия, является весьма трудо- и энергозатратным, что диктует необходимость его замены более совершенным.Obviously, the method under consideration, including double high-temperature processing, crushing of the fired briquettes after the first firing, and repeated pressing of the product, is very labor-consuming and energy-consuming, which necessitates the replacement of it more perfect.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Керамический материал на базе оксидов алюминия и железа должен обеспечивать максимально возможное количество связанного кислорода в виде соединений на основе Fe2О3 и иметь заданную объемную плотность (от 3,6 до 4,0 г/см3) после однократного обжига. Принципиально возможны следующие варианты решения задачи получения керамического материала со свойствами, сопоставимыми с материалом, описанным в патенте RU 2206930, с использованием однократной высокотемпературной обработки:A ceramic material based on aluminum and iron oxides should provide the maximum possible amount of bound oxygen in the form of compounds based on Fe 2 O 3 and have a given bulk density (from 3.6 to 4.0 g / cm 3 ) after a single firing. In principle, the following options are possible for solving the problem of obtaining a ceramic material with properties comparable to the material described in patent RU 2206930, using a single high-temperature treatment:

1) интенсификация обжига за счет введения в шихту специальных добавок, называемых минерализаторами;1) the intensification of firing due to the introduction into the mixture of special additives called mineralizers;

2) интенсификация обжига за счет использования механоактивации шихты.2) intensification of firing due to the use of mechanical activation of the mixture.

Не исключено применение одновременно и первого и второго варианта, поскольку они вполне совместимы. Ранее была показана эффективность первого варианта, что описано в Евразийском патенте №003961. Настоящее изобретение использует комбинированный способ интенсификации спекания.It is possible that both the first and second options are used at the same time, since they are completely compatible. The effectiveness of the first option was previously shown, as described in Eurasian patent No. 003961. The present invention uses a combined sintering intensification method.

Для этого в способе изготовления керамического жертвенного материала для устройства локализации расплава ядерного реактора, включающем приготовление шихты, содержащей компоненты оксид железа, оксид алюминия, добавку поглотителя нейтронов и активатор спекания, помол и обжиг порошка, первоначально производят совместный помол оксида алюминия, добавки поглотителя нейтронов и активатора спекания, а затем дополнительный совместный помол всех компонентов шихты до достижения размера зерна порошка менее 10 мкм.To this end, in a method of manufacturing a ceramic sacrificial material for a device for localizing a melt of a nuclear reactor, including preparing a mixture containing components of iron oxide, aluminum oxide, an additive of a neutron absorber and an activator of sintering, grinding and firing of the powder, the aluminum oxide, additives of the neutron absorber are co-milled and sintering activator, and then additional joint grinding of all components of the mixture to achieve a powder grain size of less than 10 microns.

Таким образом, учитывая большое различие в размолоспособности оксидов железа и алюминия, первоначально измельчают твердые оксид алюминия совместно с активатором спекания. Оксид железа добавляют при выполнении дополнительного помола шихты. Это рационализирует технологию. Также выбранный состав и порядок подготовки шихты повышает содержание остаточного количества реакционно-способного кислорода в оксиде железа и активирует спекание оксидов при сравнительно низких температурах спекания. Эффективность предлагаемого способа определяется тем, что тонко размолотый оксид алюминия и оксид кремния из активатора спекания при нагреве уже при 1200°C начинает образовывать мелкозернистый муллит, который, с одной стороны, предотвращает возможность образования герцинита (соединения FeAl2O4 с пониженным содержанием кислорода по сравнению с гематитом Fe2O3), а с другой, повышает прочность керамики.Thus, given the large difference in grinding ability of iron and aluminum oxides, solid alumina is initially ground together with a sintering activator. Iron oxide is added when performing additional grinding of the mixture. This streamlines the technology. Also, the selected composition and preparation procedure of the charge increases the residual amount of reactive oxygen in iron oxide and activates sintering of oxides at relatively low sintering temperatures. The effectiveness of the proposed method is determined by the fact that finely ground alumina and silica from the sintering activator, when heated already at 1200 ° C, begins to form fine-grained mullite, which, on the one hand, prevents the possibility of the formation of hercinitis (compounds FeAl 2 O 4 with a low oxygen content compared with hematite Fe 2 O 3 ), and on the other hand, increases the strength of ceramics.

В конкретной форме выполнения способа шихта содержит оксид железа 62-75 мас.%, оксид алюминия 25-38 мас.%, добавку оксида гадолиния в количестве до 0,15 мас.% в качестве поглотителя нейтронов и до 5 мас.% сверх содержания компонентов активатора спекания в виде оксида кремния в чистом виде или в составе бентонитовой глины. Бентонитовая глина выполняет роль как связующего и пластификатора при брикетировании образцов, так и минерализатора - активатора спекания.In a specific embodiment of the method, the mixture contains iron oxide 62-75 wt.%, Alumina 25-38 wt.%, The addition of gadolinium oxide in an amount of up to 0.15 wt.% As a neutron absorber and up to 5 wt.% Over the content of components sintering activator in the form of silicon oxide in pure form or as part of bentonite clay. Bentonite clay plays the role of both a binder and a plasticizer in the briquetting of samples, and a mineralizer - an activator of sintering.

В другом частном случае помол оксида алюминия, добавки поглотителя нейтронов и активатора спекания производят до достижения размера зерна порошка менее 10 мкм.In another particular case, the grinding of aluminum oxide, the addition of a neutron absorber and a sintering activator is carried out until a powder grain size of less than 10 microns is achieved.

В другом частном случае обжиг производят при температуре 1320-1350°C в течение 3-6 часов.In another particular case, the firing is carried out at a temperature of 1320-1350 ° C for 3-6 hours.

В другом частном случае керамический материал после однократного обжига имеет плотность 3,6-4,0 г/см3 и прочность на сжатие не менее 20 МПа.In another particular case, the ceramic material after a single firing has a density of 3.6-4.0 g / cm 3 and compressive strength of at least 20 MPa.

Предлагаемый способ был реализован на известном технологическом оборудовании для вибрационного помола с использованием вибрационной мельницы и обжига в печи в воздушной атмосфере. Результаты в виде примеров сведены в таблицу. Как видно из таблицы, получаемый по предлагаемому способу материал имеет характеристики, вполне сопоставимые с материалами двукратного обжига как по плотности, так и по прочности на сжатие.The proposed method was implemented on known technological equipment for vibration grinding using a vibration mill and firing in a furnace in an air atmosphere. The results in the form of examples are summarized in table. As can be seen from the table, the material obtained by the proposed method has characteristics quite comparable with materials of double firing both in density and in compressive strength.

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (5)

1. Способ изготовления керамического жертвенного материала для устройства локализации расплава ядерного реактора, включающий приготовление шихты, содержащей компоненты оксид железа, оксид алюминия, добавку поглотителя нейтронов и активатор спекания, помол и обжиг порошка, отличающийся тем, что первоначально производят совместный помол оксида алюминия, добавки поглотителя нейтронов и активатора спекания, а затем дополнительный совместный помол всех компонентов шихты до достижения размера зерна порошка менее 10 мкм.1. A method of manufacturing a ceramic sacrificial material for a device for localizing a melt of a nuclear reactor, including the preparation of a mixture containing components of iron oxide, alumina, an additive of a neutron absorber and an activator of sintering, grinding and firing of powder, characterized in that the aluminum oxide and additives are co-milled initially a neutron absorber and a sintering activator, and then an additional joint grinding of all components of the mixture to achieve a powder grain size of less than 10 microns. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что шихта содержит оксид железа 62-75 мас.%, оксид алюминия 25-38 мас.%, добавку оксида гадолиния в количестве до 0,15 мас.% в качестве поглотителя нейтронов и до 5 мас.% сверх содержания компонентов активатора спекания в виде оксида кремния или бентонитовой глины.2. The method according to claim 1, characterized in that the mixture contains iron oxide 62-75 wt.%, Alumina 25-38 wt.%, The addition of gadolinium oxide in an amount of up to 0.15 wt.% As a neutron absorber and up to 5 wt.% In excess of the content of sinter activator components in the form of silicon oxide or bentonite clay. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что помол оксида алюминия, добавки поглотителя нейтронов и активатора спекания производят до достижения размера зерна порошка менее 10 мкм.3. The method according to claim 1, characterized in that the grinding of aluminum oxide, the addition of a neutron absorber and a sintering activator is carried out until a powder grain size of less than 10 microns is achieved. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что обжиг производят при температуре 1320-1350°C в течение 3-6 часов.4. The method according to claim 1, characterized in that the firing is carried out at a temperature of 1320-1350 ° C for 3-6 hours. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что керамический материал после однократного обжига имеет плотность 3,6-4,0 г/см3 и прочность на сжатие не менее 20 МПа. 5. The method according to claim 1, characterized in that the ceramic material after a single firing has a density of 3.6-4.0 g / cm 3 and compressive strength of at least 20 MPa.
RU2012137671/04A 2012-09-03 2012-09-03 Method of producing ceramic material for nuclear reactor core melt localising apparatus RU2517436C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012137671/04A RU2517436C2 (en) 2012-09-03 2012-09-03 Method of producing ceramic material for nuclear reactor core melt localising apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012137671/04A RU2517436C2 (en) 2012-09-03 2012-09-03 Method of producing ceramic material for nuclear reactor core melt localising apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012137671A RU2012137671A (en) 2014-03-10
RU2517436C2 true RU2517436C2 (en) 2014-05-27

Family

ID=50191526

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012137671/04A RU2517436C2 (en) 2012-09-03 2012-09-03 Method of producing ceramic material for nuclear reactor core melt localising apparatus

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2517436C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2600552C1 (en) * 2015-11-13 2016-10-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method and device for nuclear reactor core melt localizing
RU2675158C1 (en) * 2017-04-21 2018-12-17 Акционерное общество "Энерготекс" Mixture for obtaining ceramic sacrificial material and method for obtaining ceramic sacrificial material
RU211185U1 (en) * 2021-12-29 2022-05-25 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" MELT LOCALIZATION DEVICE WITH PROTECTIVE COATING

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3702802A (en) * 1971-06-16 1972-11-14 Atomic Energy Commission Nuclear reactor incorporating means for preventing molten fuel from breaching the containment vessel thereof in the event of a core meltdown
RU2191436C1 (en) * 2001-10-12 2002-10-20 Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" Oxide material of nuclear reactor molten core catcher
RU2206930C1 (en) * 2002-04-02 2003-06-20 Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" Method for producing ceramic materials incorporating ferric oxide, alumina, and silicon dioxide for nuclear-reactor molten core trap
RU2212719C2 (en) * 2001-10-12 2003-09-20 Закрытое акционерное общество "Комплект-Атом-Ижора" Oxide material of nuclear-reactor molten core catcher

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3702802A (en) * 1971-06-16 1972-11-14 Atomic Energy Commission Nuclear reactor incorporating means for preventing molten fuel from breaching the containment vessel thereof in the event of a core meltdown
RU2191436C1 (en) * 2001-10-12 2002-10-20 Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" Oxide material of nuclear reactor molten core catcher
RU2212719C2 (en) * 2001-10-12 2003-09-20 Закрытое акционерное общество "Комплект-Атом-Ижора" Oxide material of nuclear-reactor molten core catcher
RU2206930C1 (en) * 2002-04-02 2003-06-20 Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" Method for producing ceramic materials incorporating ferric oxide, alumina, and silicon dioxide for nuclear-reactor molten core trap

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2600552C1 (en) * 2015-11-13 2016-10-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method and device for nuclear reactor core melt localizing
RU2675158C1 (en) * 2017-04-21 2018-12-17 Акционерное общество "Энерготекс" Mixture for obtaining ceramic sacrificial material and method for obtaining ceramic sacrificial material
RU211185U1 (en) * 2021-12-29 2022-05-25 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" MELT LOCALIZATION DEVICE WITH PROTECTIVE COATING

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012137671A (en) 2014-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Komlev et al. New sacrificial material for ex-vessel core catcher
Hong et al. Preparation and characterization of Li4SiO4 ceramic pebbles by graphite bed method
RU2517436C2 (en) Method of producing ceramic material for nuclear reactor core melt localising apparatus
Zhu et al. Pyrometallurgical process and multipollutant co-conversion for secondary aluminum dross: a review
Ye et al. Novel iron-rich mullite solid solution synthesis using fused-silica and α-Al2O3 powders
JP2020507778A (en) Compositions and methods for the treatment of hazardous sludge and ion exchange media
CN1330572C (en) Self-spreading metallurgical process of preparing CaB6 powder
KR20100133089A (en) Prepartion method of ceramic waste form for immobilization of radioactive rare-earth waste and ceramic waste form for immobilization with enhanced density, heat-stability and leaching resistance
Mal'chik et al. Investigations of physicochemical properties of bottom-ash materials for use them as secondary raw materials
FI118655B (en) Oxide material trapped in the melted core of a nuclear reactor
RU2713619C1 (en) Nuclear fuel pellet and method of its production
Xiang et al. Preparation, performances and reaction mechanism of the Li4+ xAlxSi1− xO4 pebbles for advanced tritium breeders
FI118444B (en) Oxide material trapped in the melted core of a nuclear reactor
RU2212719C2 (en) Oxide material of nuclear-reactor molten core catcher
RU2675158C1 (en) Mixture for obtaining ceramic sacrificial material and method for obtaining ceramic sacrificial material
Liu et al. Reduction mechanisms of pyrite cinder-carbon composite pellets
RU2242814C1 (en) Method for recovering reactor graphite waste
RU2264996C2 (en) Sacrificial ceramic material for a core catcher of a nuclear reactor fissile region molten corium
RU2176830C2 (en) Method for recovering solid radioactive wastes
RU2215340C2 (en) Cement for nuclear reactor molten core catcher
RU2666901C1 (en) Sacrificial material for a melt trap of a nuclear reactor
RU2787859C1 (en) Method for preparing aluminum titanate fire-resistant material using industrial aluminum slag and titanium slag
Barinova et al. Self-propagating high-temperature synthesis for disposal of radioactive waste
RU2321907C1 (en) Method for recovering reactor graphite waste
Yano et al. Low temperature liquid-phase-assisted sintering of Si3N4 ceramics as an inert matrix for confinement of minor actinides

Legal Events

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

Effective date: 20150904