SE462160B - Kontinuerligt foerfarande foer framstaellning av pulverformig urandioxid av utanylnitrat - Google Patents
Kontinuerligt foerfarande foer framstaellning av pulverformig urandioxid av utanylnitratInfo
- Publication number
- SE462160B SE462160B SE8504293A SE8504293A SE462160B SE 462160 B SE462160 B SE 462160B SE 8504293 A SE8504293 A SE 8504293A SE 8504293 A SE8504293 A SE 8504293A SE 462160 B SE462160 B SE 462160B
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- uranyl nitrate
- uranium
- ammonium
- precipitation
- ammonium hydroxide
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 27
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 3
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 title description 3
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 42
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 claims description 41
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 40
- 229910002007 uranyl nitrate Inorganic materials 0.000 claims description 36
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 claims description 28
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 25
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 claims description 21
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 20
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 15
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 13
- FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N uranium dioxide Inorganic materials O=[U]=O FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 12
- OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);uranium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[U+4] OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 9
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 claims description 7
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 5
- 239000011343 solid material Substances 0.000 claims description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 3
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 2
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 claims 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 20
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 10
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 7
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 6
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 3
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000002431 foraging effect Effects 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 125000005289 uranyl group Chemical group 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- WZECUPJJEIXUKY-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[U+6] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[U+6] WZECUPJJEIXUKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000004814 ceramic processing Methods 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N h2o hydrate Chemical compound O.O JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000010808 liquid waste Substances 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- STCOOQWBFONSKY-UHFFFAOYSA-N tributyl phosphate Chemical compound CCCCOP(=O)(OCCCC)OCCCC STCOOQWBFONSKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000439 uranium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- KUKDDTFBSTXDTC-UHFFFAOYSA-N uranium;hexanitrate Chemical compound [U].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KUKDDTFBSTXDTC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G43/00—Compounds of uranium
- C01G43/01—Oxides; Hydroxides
- C01G43/025—Uranium dioxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/02—Amorphous compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/10—Solid density
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Description
462 160 2 Denna uppfinning är emellertid tillämpbar på uranylnitrat här- rörande från salpetersyraupplösning av uran oberoende av dess källa, inkluderande exempelvis med tributylfosfatlösningsmedel extraherat uran, som har upplösts i salpetersyra, liksom skrot och avfallskällor från kärnbränsletillverkning. Uranet kan vara anrikat eller oanrikat.
Uppfinningen utgöres av ett förfarande för framställning av urandioxidpulver, som är lämpat för tillverkning av kärn- bränsle och innefattar utfällning av ammoniumuranat såsom fast material från en sur vattenlösning innehållande lösligt ura- nylnitrat med ammoniumhydroxid, avvattning av det utfällda fasta ammoniumuranatet och termisk sönderdelning därav samt reduktion till urandioxidpulver.
Utfällningsfasen enligt uppfinningen genomföres kontinuerligt och i successiva steg bestående av tre skilda stadier innefat- tande: (a) ett första steg med partiell utfällning av en fraktion av det lösliga uranylnitratinnehållet i det sura vattenhaltiga mediet med en sub-stökiometrisk mängd av ammo- niumhydroxid, (b) därefter ett mellansteg med en period av åldring av det vattenhaltiga mediet med dess partiellt _ utfällda innehåll och (c) därefter ett efterföljande steg, som avslutar utfällningen, varvid den återstående lösliga uranyl- nitratfraktionen göres olöslig med ett överskott av ammonium- hydroxid för fullbordande av uranutfällningen. Enligt den föredragna utföringsformen av uppfinningen genomföres dessa steg kontinuerligt i sekvens i successiva zoner. Fällningen av ammoniumuranat-fastmaterial torkas och upphettas för avdrivning av ammoniak för att ge en pulverformig oxid av uran.
Det är ett primärt ändamål med denna uppfinning att åstadkomma ett förbättrat förfarande för framställning av urandioxidpul- ver för användning till kärnbränsle av lösligt uranylnitrat, som icke är begränsat till låga urankoncentrationer.
Det är ett ytterligare ändamål med uppfinningen att åstadkomma 3 462 160 en effektiv metod för återvinning av uran och omvandling av detta till en lämplig form för framställning av kärnbränsle.
Det är ett ytterligare ändamål med denna uppfinning att åstad- komma en förbättrad kontinuerlig process för framställning av ett stabilt urandioxidpulver med fördelaktiga egenskaper för framställning av kärnbränsle.
Det är ett ytterligare ändamål med denna uppfinning att åstad- komma en kontinuerlig utfällningsmetod för återvinning av uran för återföring i kretslopp, vilket medför bildning av en lätt avvattningsbar ammoniumuranatfällning av relativt stabil par- tikelstorleksfördelning.
Det är även ett ändamål med denna uppfinning att åstadkomma ett kontinuerligt uranåtervinningssystem, som arbetar i ett vattenhaltigt medium, som minskar vattenförbrukningen och sänker uranförlusterna till det vätskeformiga avfallet.
Ritningen innefattar ett schematiskt diagram, som anger det förbättrade förfarandet och systemet enligt uppfinningen för tillvaratagande av uran i en form, som är lämplig för fram- ställning av kärnbränsle.
Under hänvisning till ritningen åskådliggöres och beskrives schematiskt en föredragen utföringsform av uppfinningen i det följande.
En vattenlösning innefattande ett medium av vatten innehål- lande lösligt uranylnitrat och salpetersyra härrörande från en uranutvinningsprocess, såsom den i US-patentet 4 177 241 angivna, finnes i en lagrings-förrådstank l0 för kontinuerlig tillföring av lösningen till och genom processystemet och med de operationer som anges.
Vid genomförande av denna uppfinning föres vattenlösningen innehållande uranylnitrat och salpetersyra kontinuerligt från lagrings-förrådstanken 10 genom ett rör 12 med en förutbestämd 462 160 4 flödeshastighet in i ett reaktionskärl l4, som är försett med omrörningsorgan, såsom en blandare 16. Samtidigt med detta kombineras vatten från en förrådstank 18 och ammoniumhydroxid från en förrådstank 20 för att åstadkomma en ammoniumhydroxid- lösning med förhållandevis utspädd koncentration, som i sin tur kontinuerligt tillföres med en förutbestämd hastighet till reaktionskärlet 14. Lösningen av utspädd ammoniumhydroxid tillföres kontinuerligt till reaktionskärlet med en hastighet, som är mindre än den stökiometriska mängden i förhållande till det utanylnitrat som kontinuerligt tillföres till kärlet.
Det kontinuerliga införandet av en sur vattenlösning av ura- nylnitrat i den övre eller ytdelen av reaktionskärlet l4 till- sammans med det kontinuerliga införandet av ammoniumhydroxiden i sub-stökiometriska proportioner medför neutralisering av eventuell fri syra och partiell eller ofullständig utfällning av uranylnitrathalten såsom ammoniumuranat. Denna partiella eller ofullständiga utfällning vid det första reaktionssteget i kärlet l4 bör genomföras till en grad innefattande omvand- ling av en signifikant bråkdel av ca 30 till ca 95 % av halten av lösligt uranylnitrat i det vattenhaltiga mediet till olös- ligt ammoniumuranat. Koncentrationerna och mängderna av de aktiva beståndsdelarna inkluderande uranylnitratet med even- tuell syra och ammoniumhydroxid såsom reaktionskomponenter, som kontinuerligt tillföres till det första reaktionskärlet 14, bör vara lämpligt avpassade för att åstadkomma en sådan proportionell reaktion i det första steget av utfällningsreak- tionen vid processen. Produktegenskaperna beror på graden av den första utfällningen och kan sålunda regleras. Ju högre andelen av uran som ursprungligen utfälles är, desto mer omfattande är agglomereringen av partiklarna till kroppar med större storlek. För framställning av ett mer reaktivt pulver eller pulver med högre densitet skall företrädesvis den första utfällningen vara tillräcklig för omvandling av ca 30 till ca 60 % av det lösliga uranylnitratinnehållet till fast ammo- niumuranat.
Uranylnitrat- och ammoniumhydroxid-reaktionskomponenterna, som 5 462 160 kontinuerligt tillföres till reaktionskärlet l4, blandas före- trädesvis med varandra hastigt och likformigt vid deras sepa- rata införande i det övre området av innehållet i kärlet med ett lämpligt blandningsorgan 16, exempelvis en omrörare med roterande blad. Detta sätt för införing kombinerat med bland- ning förbättrar hastigheten av fullbordandet av den första partiella reaktionen mellan dessa beståndsdelar och förhindrar alltför kraftig kärnbildning vid inmatningsställena. Utfäll- ningsreaktionen kan även genomföras i andra väl blandade områ- den, exempelvis vid inloppet till återcirkuleringspumpen för kärlet l4.
Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen justeras vattenlösningen av uranylnitrat och salpetersyra för behand- lingen till ett område av urankoncentration av ca 100 till ca 250 g per liter, exempelvis ca 175 g per liter, med en kon- centration av fri salpetersyra inom området ca 0,05- till ca 1,5-molar, eventuellt ca 0,15-molar. Ammoniumhydroxiden som tillsättes till detta för den första och partiella utfäll- ningen i kärlet l4 är utspädd till ca l- till ca 2-molar, eventuellt ca 1,5-molar, ifråga om koncentration av ammoniak- vattenlösning.
Detta första stadium av den partiella utfällningsreaktionen mellan det kontinuerligt tillförda lösliga uranylnitratet och kontinuerligt tillförda ammoniumhydroxiden i kärlet 14 genom- föres företrädesvis kontinuerligt vid den övre ytdelen av kvantiteten av vattenhaltigt medium, som förefinnes i kärlet 14 inom ett omrört område, och med reaktionsuppehållstider av förhållandevis kort varaktighet.
Den första, partiella utfällningsreaktionen kan regleras genom bibehållande av molförhållandet av ammoniak (NH3) till uran (U) vid ca 0,8 till ca 2,2 till l (optimalt ca 0,9-l,3:l), med extra tillsats av den stökiometriska mängden av ammoniak som erfordras för neutralisering av eventuell halt av fri salpe- tersyra i vattenlösningen. Temperaturen hos det vattenhaltiga mediet i kärlet l4 hålles även inom området från ca 35 till 462 160 6 ca 70°C enligt den föredragna utföringsformen för att under- lätta reaktionen. Temperatur, urankoncentration och uppe- hållstid påverkar molförhållandet av ammoniak till uran som erfordras för att ge en viss grad av utfällning.
Det första stadiet eller det första steget av förfarandet enligt uppfinningen innefattar ofullständig reaktion av en partiell utfällning av uranhalten i vattenlösningen och är i överensstämmelse med följande typiska ekvationer: (1) HNo3 + NH4oH-§ NH No + H o 4 3 2 (2) UO2(NO3)2 + 2NH4OH-àUO2(OH)2 + 2NH4NO3 Nästa eller det andra stadiet enligt uppfinningen innefattar en åldringsperiod, som genomföres mellan det första partiella och de efterföljande avslutande fällningsstegen vid förfaran- det genom kvarhållning i ett uppehållskärl 24.
Vid det mellanliggande eller intermediära åldringssteget över- föres det vattenhaltiga mediet innehållande reaktionskomponen- terna eller dessas produkter vid den partiella utfällningen och andra komponenter i reaktionskärlet 14 kontinuerligt från detta med en förutbestämd hastighet genom ett rör 22 till uppehållskärlet 24, som är försett med återcirkuleringsorgan.
I kärlet 24 kvarhålles det vattenhaltiga mediet med dess inne- håll och bringas att cirkulera genom en krets innefattande rör 26 och 28 med en flödeshastighet, som är större än avsätt- ningshastigheten för det utfällda fasta materialet däri för undvikande av separering av dessa och sedimentation av fast material. Flödet av det vattenhaltiga mediet med dess inne- håll kontinuerligt genom hela systemet innefattande sekvensen av kärl och dessas volymer för åstadkommande av de stegvisa fällningarna och intermediär åldring bör avpassas för att ge en uppehållstid av beståndsdelarna i det vattenhaltiga mediet under en tidrymd av minst ca 10 minuter mellan åstadkommandet av den första partiella utfällningen och det efterföljande fullbordandet av utfällningen av uran genom stegvis eller v 462 160 gradvis införing av ammoniumhydroxid. Denna kvarhållnings- eller uppehållsperiod kan sträcka sig från ett minimum av ca lO minuter upp till ca 45 minuter eller mer.
Eftersom det vattenhaltiga mediet och dess innehåll konti- nuerligt rör sig genom systemets komponenter, är uppehålls- perioden för åldring mellan de stegvisa utfällningsstegen en total medeluppehållstid.
Uppehållsperioden möjliggör optimal tillväxt och agglomerering av de utfällda partiklarna av ammoniumuranat och det förefal- ler som om en ringa mängd av det kvarvarande lösliga uranet kristalliserar på ytan av de utfällda partiklarna, när det vattenhaltiga mediet och dess innehåll svalnar och åldras.
Denna väsentligen reaktionsfria period bidrager till graden av integritet hos de utfällda partiklarna och dessas stabilitet.
Denna tidsperiod tillåter även stabilisering av den partiella utfällningsreaktionen.
Efter avslutning av minst ca l0 minuters genomsnittlig medel- uppehållstid för åldring överföres det vattenhaltiga mediet och dess innehåll kontinuerligt från uppehållskärlet 24 med en förutbestämd hastighet genom ett rör 26 till ett reaktionskärl 30 för fullbordande av utfällningen av det återstående lösliga uranylnitratet med ammoniumhydroxid till fast ammoniumuranat.
Ammoniumhydroxidlösning från förrådstanken 20 tillföres konti- nuerligt till reaktionskärlet 30 tillsammans med det vatten- haltiga mediet och dess innehåll från uppehållskärlet 24 i sådana mängder och i sådan koncentration, att utfällningen av det oreagerade uranylnitratet avslutas. Ammoniumhydroxidlös- ningen införes i kärlet 30 i form av ca l- till l5-molar kon- centration av ammoniakvattenlösning och i överskott över stö- kiometriska proportioner för åstadkommande av fullbordande av utfällningen av allt uranylnitrat såsom fast ammoniumuranat.
Användningen av koncentrerad ammoniumhydroxid, nämligen ca lO- till l5-molar ammoniak, föredrages för minimering av vattenförbrukningen. 462 160 8 I det tredje steget vid förfarandet enligt uppfinningen, eller efterföljande stegvis utfällning som fullbordar reaktionen av uranets överförande i fast form, definierar följande typiska ekvationer de kemiska reaktionerna: (3) UO2(OH)2 + NH4OH_-)NH4UO3(OH) + H O 2 +HO (4) NH4UO3(OH) + NH4OH--Q (NH4)2UO4 2 Enligt den föredragna utföringsformen regleras den sistnämnda reaktionen vid ett pH av mellan ca 6,0 och ca 9,0 och optimalt ca 7,0. Reaktionen genomföres även vid en temperatur inom området ca 35 till ca 70°C.
Det slutliga pH-värdet påverkar produktens partikelstorleks- fördelning. Ett högre pH, exempelvis 9,0, ger i allmänhet mindre agglomerat.
Efterföljande och fullbordande utfällningsreaktion i kärlet 30 genomföres även väsentligen kontinuerligt vid den övre delen eller ytdelen av volymen av vattenhaltigt medium som finnes i kärlet. Kärlet 30 kan vara försett med en blandare l6' för att underlätta reaktionen.
Ett alternativ till noggrann reglering av den partiella utfällningen av uran som erfordras i det första steget är att uppdela inmatningen av uranylnitrat med en förutbestämd frak- tion som tillföres till det första steget eller stadiet, var- vid återstoden tillföres till det tredje eller slutliga steget eller stadiet. Det första stegets uranylnitrat måste fortfa- rande undergå en partiell utfällning men denna kan regleras mycket mindre strängt mellan 30 och ca 95 %.
Det fasta ammoniumuranat som framställes genom den stegvisa utfällningsoperationen i reaktorkärlen 14 och 30 överföres därefter såsom en vattenuppslamning av det suspenderade fasta materialet i det vattenhaltiga mediet kontinuerligt med en förutbestämd hastighet genom rörledningen 32 in i en avvatt- 9 462 16Ü ningscentrifug 34, vari vattenhalten som medföres med det kornformiga fasta materialet hastigt minskas till ca 40 till ca 60 viktprocent av det fasta materialet. Vid denna vatten- halt är de fasta materialen pastaliknande i konsistensen och överföres genom en rörledning 36 till en ugn 38, som företrä- desvis är av den konventionella roterande typen för ytterli- gare torkning och termisk omvandling genom kalcinering.
Granulerna av ammoniumuranatföreningen och det vatten som förefinnes däri kalcineras i ugnen 38 i en reducerande atmos- fär för avlägsnande av det kvarvarande vattnet, termisk sön- derdelning av föreningen till en oxid av uran, avdrivning av den frigjorda ammoniaken och reduktion av uranoxiden till urandioxid. Även om andra reduktionsmedel kan användas vid denna behandling, föredrages vanligen vätgas från ett lämpligt förråd 40. Denna omvandling åskådliggöres med de typiska ekvationerna: (5) (NH4)2UO4 + H20 värmeš 2 NH3 7\+ 2 H2O7+ UOB (6) UO3 + H2-_è UO2 + H20 Vatten som extraheras från uppslamningen i avvattningscentri- fugen 34 kan renas ytterligare i en andra klarningsenhet 42, såsom en andra centrifug eller ett andra filter, och återföras i kretslopp eller bortskaffas såsom avfall. På grund av det approximativt neutrala tillståndet hos det vatten som bortgår från den fullbordade processen (pH ca 7 till 8) och försumbar uranhalt, kan det utan risk utsläppas i vanliga avfallsbort- skaffningsenheter.
Förfarandet enligt uppfinningen ger ca 13 liter avfallsvatten per kg uran utan beaktande av möjligheten till återföring i kretslopp av en del av vattnet. Avfallsvattenbildningen är förhållandevis ringa för en sådan process.
Den kontinuerliga tilltagande utfällningen och intermediära åldringsbehandlingen enligt uppfinningen ger granulära ammo- 462 160 10 niumuranatpartiklar med en beläggning av fina ammoniumuranat- kristaller, som lätt avvattnas och har en reglerad partikel- storleksfördelning. Vidare överföres partikelegenskaperna till det urandioxidpulver som framställes därav och ger mycket goda egenskaper för efterföljande keramisk bearbetning, såsom sammanpressning till pelletar. Beläggningen av fina kristal- ler har till uppgift att binda partiklarna och att fylla hål- rummen, när den pulverformiga urandioxiden pressas till pelletar.
EXEMPEL Ett uranylnitratutgångsmaterial innehållande 175 g uran per liter och 0,15 M salpetersyra tillföres med en kontinuerlig strömningshastighet av 50 kg uran per timme, under det att 285,7 liter per timme av uranylnitratlösningen bringas att reagera med 156,0 liter per timme av 1,5 M ammoniumhydroxid i det första steget. Reaktionen är exotermisk och genererar viss värmemängd men icke i en mängd som är tillräcklig för upphettning av reaktionen till det önskade området 50°C.
Reaktionskomponenterna upphettas sålunda för att ge reaktions- betingelserna 50°C. Vid dessa flödeshastigheter är molförhål- landet av ammoniak till uran i det första stadiet 0,91 efter beaktande av salpetersyraneutraliseringen. Under dessa betingelser utfälles 38 % av uranet och det erhållna pH-värdet är 3,35. Den bildade fällningen är sammansatt av kristallina, granulära partiklar med storleken l till 20 um.
Uppehållstiden i åldringssteget är ca 30 minuter med tempera- turen hållen nära till det första stegets temperatur. Under åldringstiden stabiliseras det fasta material som utfällts i det första steget. I det slutliga utfällningssteget bringas 26,0 liter per timme av koncentrerad ammoniak (20 viktprocent ammoniak eller 10,8 M NH3) att reagera med den åldrade lös- ningen för utfällning av det återstående lösliga uranet. Det observerade pH-värdet är 7,2. Det totala molförhållandet av ammoniak till uran för båda utfällningsstegen är 2,25, vilket är väsentligen mindre än förhållandet 4,0, som kräves för sum- 11 462 160 man av ekvationerna 2, 3 och 4. Vid en kontinuerlig utfäll- ningsprocess med praktiska reaktionsuppehållstider med förhål- landevis kort varaktighet synes uranutfällningsreaktionerna icke åstadkomma jämvikt utan endast ett stabilt tillstånd.
Efter det sista steget är fällningen kristallina, granulära partiklar, som typiskt har en storlek av l till 5 pm. Dessa partiklar är icke lika partiklarna enligt teknikens stånd- punkt, där det anges att ammoniumuranater som framställts av uranylnitrat är sammansatta av amorfa, kohesiva partiklar, vilkas diameter är 0,05 till 2 um och vilka är svåra att avvattna.
Sedan de fasta materialen lätt avskilts från vattenlösningen, företrädesvis med en centrifugalseparator, innehåller avfalls- vätskan 5-10 ppm uran före ytterligare behandling för utvin- ning av uranet. Uranhalten i avfallsströmmen vid förfarandet enligt uppfinningen minskas i hög grad jämfört med de till- vägagångssätt, som skisseras i tidigare känd teknik. Enligt detta exempel är den totala vätskevolym som användes 9,35 liter per kg uran utan återanvändning av avfallslösningen såsom utspädningsvatten för det första stegets ammoniumhyd- roxid. Denna vätskevolym är en fjärdedel till en femtedel av den volym som rapporteras i tidigare känd teknik.
Under betingelser likartade med de enligt detta exempel fram- ställdes fast ammoniumuranat, torkades och omvandlades ter- miskt genom vätereduktion till urandioxidpulver. Efter ett kortvarigt höghastighetsmalningssteg för uppbrytning av aggre- gaten som bildats i kalcineringsanordningen och ett granule- ringssteg hade pulvret en bulkdensitet av 2,6 g/cm3 och hade mycket god flytbarhet och kompressibilitet. Pulvret pressades till pelletar under standardstämpeltryck av 700 till 2100 kp/cmz. Densiteterna i sammanpressat tillstånd varierade från 5,3 till 5,9 g/cma. Efter sintring i väte vid standardtempe- raturer från 1600 till l800°C hade pelletarna typiska densite- ter varierande från 95 till 97 % av den teoretiska densiteten.
Pelletarna hade mycket goda egenskaper beträffande styrka och homogenitet och var fria från defekter i form av öppen porosi- 462 160 12 tet. Likformigheten hos framställda pelletar överskred den enligt tidigare känd teknik för omvandling av uranylnitrat till urandioxid. l“\
Claims (9)
1. Förfarande för framställning av urandioxidpulver, för tillverkning av kärnbränsle, av lösningar innehållande uranylnitrat, k ä n n e t e c k n a t därav, att förfarandet innefattar såsom följd av steg, att man: a) kontinuerligt reagerar en sur vattenlösning av uranylnitrat med ammoniumhydroxid i mindre än stökiometrisk mängd för fullständig uranutfällning, neutraliserar eventuell syra och utfäller en del av uranhalten såsom fast ammonium- uranat, b) kontinuerligt åldrar produkten härrörande från reaktion av uranylnitratet med mindre än en stökiometrisk mängd av ammoniumhydroxid, innefattande det fasta utfällda ammoniumuranatet, med bibehållande av detta fasta material i huvudsak suspenderat i det vattenhaltiga lösningsmedlet, c) därefter kontinuerligt bringar den åldrade pro- dukten innefattande uranylnitrat och utfällt ammoniumuranat att reagera med ytterligare tillförd ammoniumhydroxid i en mängd, som är åtminstone tillräcklig för att fullborda utfäll- ningen av uranet såsom fast ammoniumuranat, d) avvattnar det utfällda fasta ammoniumuranatet och e) kalcinerar det avvattnade fasta ammoniumuranatet i en reducerande atmosfär och härigenom omvandlar ammonium- uranatet till urandioxidpulver.
2. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k - n a t därav, att den produkt som härrör från den kontinuer- liga reaktionen av uranylnitratet med mindre än en stökiomet- risk mängd av ammoniumhydroxid åldras under en tidrymd av minst ca l0 minuter.
3. Förfarande enligt patentkrav l eller 2, k ä n n e - t e c k n a t därav, att mängden ammoniumhydroxid, som är mindre än den stökiometriska för fullständig utfällning av uran, som först bringas att reagera med uranylnitratlösningen, är en mängd som är tillräcklig för utfällning av ca 30 till 95 % av uranylnitrathalten i lösningen. /11 462 160
4. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t därav, att utfällningen och åldringen av lösningen innehållande uranylnitrat och utfällt ammonium- uranat genomföres med reaktionskomponenterna vid en temperatur av ca 35 till ca 70°C.
5. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t därav, att produkten, som härrör från den kontinuerliga reaktionen av uranylnitratet med ammonium- hydroxid och innefattar det vattenhaltiga mediet med dess innehåll inkluderande utfällt fast ammoniumuranat, åldras under en tidrymd av ca 10 till ca 45 minuter.
6. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t därav, att mängden ammoniumhydroxid, som först bringas att reagera med uranylnitratet i det sura vattenhaltiga mediet, är en mängd som utfäller ca 30 till ca 60 % av uranylnitrathalten i lösningen såsom fast ammonium- uranat.
7. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t därav, att den mängd ammonium- hydroxid, som först bringas att reagera med uranylnitratet i lösning i det sura vattenhaltiga mediet, är ca l- till ca 2-molar ammoniakvattenlösning och att den ammoniumhydroxid, som bringas att reagera med den åldrade produkten, är ca l- till ca 15-molar ammoniakvattenlösning.
8. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t därav, att den första utfällnings- reaktionen och den efterföljande fullbordande utfällningsreak- tionen vardera i huvudsak genomföres i ett omrört område av det vattenhaltiga mediet.
9. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t därav, att det vattenhaltiga mediet med dess innehåll omröres under åldringsperioden.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/651,585 US4656015A (en) | 1984-09-17 | 1984-09-17 | Continuous process for the production of powdered uranium dioxide from uranyl nitrate |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE8504293D0 SE8504293D0 (sv) | 1985-09-16 |
| SE8504293L SE8504293L (sv) | 1986-04-30 |
| SE462160B true SE462160B (sv) | 1990-05-14 |
Family
ID=24613429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE8504293A SE462160B (sv) | 1984-09-17 | 1985-09-16 | Kontinuerligt foerfarande foer framstaellning av pulverformig urandioxid av utanylnitrat |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4656015A (sv) |
| JP (1) | JPS6177624A (sv) |
| CA (1) | CA1233315A (sv) |
| DE (1) | DE3532688A1 (sv) |
| ES (1) | ES8701692A1 (sv) |
| IT (1) | IT1188192B (sv) |
| SE (1) | SE462160B (sv) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5077020A (en) * | 1989-12-20 | 1991-12-31 | Westinghouse Electric Corp. | Metal recovery process using waterglass |
| US5139709A (en) * | 1991-02-04 | 1992-08-18 | Institute Of Nuclear Energy Research, Chinese Atomic Energy Council, Taiwan | Process for converting uranyl compounds to UO2 via ADU |
| US5514306A (en) * | 1993-02-01 | 1996-05-07 | General Electric Company | Process to reclaim UO2 scrap powder |
| US5702676A (en) * | 1996-06-20 | 1997-12-30 | General Electric Company | Production method for obtaining pressable powder yielding high sinter density pellets without defects |
| US5698173A (en) * | 1996-06-21 | 1997-12-16 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Purification of uranium alloys by differential solubility of oxides and production of purified fuel precursors |
| JP4540047B2 (ja) * | 2004-08-11 | 2010-09-08 | 原子燃料工業株式会社 | 高温ガス炉用燃料粒子製造方法 |
| JP4729344B2 (ja) * | 2005-06-24 | 2011-07-20 | 原子燃料工業株式会社 | 重ウラン酸アンモニウム粒子の連続製造方法及び連続製造装置 |
| RU2295789C1 (ru) * | 2005-10-10 | 2007-03-20 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии | Способ получения нитратов актинидов (варианты) |
| RU2446493C2 (ru) * | 2009-08-31 | 2012-03-27 | Российская Федерация в лице Государственной корпорации по атомной энергии "Росатом" (госзаказчик) | Способ получения нитратов актинидов |
| RU2626764C1 (ru) * | 2016-08-22 | 2017-08-01 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Способ растворения волоксидированного облученного ядерного топлива |
| US20240035119A1 (en) * | 2022-07-28 | 2024-02-01 | X-Energy, Llc | Recovering uranium from a uranyl nitrate solution |
| CN120009344B (zh) * | 2025-02-12 | 2026-01-09 | 中国原子能科学研究院 | 确定亚化学计量比二氧化铀烧结工艺参数的方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2466118A (en) * | 1946-04-05 | 1949-04-05 | Arthur J Miller | Precipitation of ammonium diuranate |
| US3000698A (en) * | 1959-03-12 | 1961-09-19 | Spencer Chem Co | Precipitation of dense ammonium diuranate |
| US3579311A (en) * | 1968-04-25 | 1971-05-18 | Gen Electric | Process and apparatus for producing uo2 powder |
| US3726650A (en) * | 1969-09-24 | 1973-04-10 | Westinghouse Electric Corp | Process for recovery of uranium values by precipitation of ammonium diuranate |
| US3758664A (en) * | 1970-12-29 | 1973-09-11 | Westinghouse Electric Corp | Process for producing ammonium diuranate |
| US3998925A (en) * | 1973-06-22 | 1976-12-21 | Westinghouse Electric Corporation | Production of ammonium diuranate |
| CA1059729A (en) * | 1975-03-04 | 1979-08-07 | Eldorado Nuclear Limited | Uranium dioxide process |
| US4177241A (en) * | 1977-09-08 | 1979-12-04 | General Electric Company | Apparatus and process for recovering nuclear fuel from scrap material |
| FR2457257A1 (fr) * | 1979-05-22 | 1980-12-19 | Ugine Kuhlmann | Uranate d'ammonium sous forme de particules spheriques ayant une bonne coulabilite et son procede d'obtention |
| US4401628A (en) * | 1981-01-19 | 1983-08-30 | Westinghouse Electric Corp. | Process for making high quality nuclear fuel grade ammonium diuranate from uranyl fluoride solutions |
-
1984
- 1984-09-17 US US06/651,585 patent/US4656015A/en not_active Expired - Lifetime
-
1985
- 1985-08-23 CA CA000489343A patent/CA1233315A/en not_active Expired
- 1985-09-06 ES ES546754A patent/ES8701692A1/es not_active Expired
- 1985-09-10 JP JP60198719A patent/JPS6177624A/ja active Granted
- 1985-09-13 IT IT22137/85A patent/IT1188192B/it active
- 1985-09-13 DE DE19853532688 patent/DE3532688A1/de not_active Withdrawn
- 1985-09-16 SE SE8504293A patent/SE462160B/sv not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES8701692A1 (es) | 1986-12-01 |
| CA1233315A (en) | 1988-03-01 |
| DE3532688A1 (de) | 1986-03-27 |
| JPS6177624A (ja) | 1986-04-21 |
| IT1188192B (it) | 1988-01-07 |
| ES546754A0 (es) | 1986-12-01 |
| US4656015A (en) | 1987-04-07 |
| SE8504293L (sv) | 1986-04-30 |
| SE8504293D0 (sv) | 1985-09-16 |
| IT8522137A0 (it) | 1985-09-13 |
| JPH0314781B2 (sv) | 1991-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2530126C2 (ru) | Получение ортофосфата железа | |
| KR100442079B1 (ko) | 니오븀 및 탄탈륨오산화물 화합물 | |
| SE462160B (sv) | Kontinuerligt foerfarande foer framstaellning av pulverformig urandioxid av utanylnitrat | |
| CN106068242B (zh) | 活化u3o8以使其转化为水合uo4的方法 | |
| KR890004802B1 (ko) | 6불화 우라늄을 이산화우라늄으로 변환하는 방법 | |
| JP2008273828A (ja) | Ｕｏ２の２工程乾式製法 | |
| SE444429B (sv) | Forfarande for framstellning av blandkristaller av (u,pu)o?712 | |
| US3579311A (en) | Process and apparatus for producing uo2 powder | |
| EP2952478A1 (en) | Method for the production of free flowing synthetic calcium fluoride and use thereof | |
| US4075277A (en) | Process for recovering molybdenum values from spent catalysts | |
| JPH06294881A (ja) | Ｕｏ２ スクラップの粉末とペレットを再生利用して高焼結密度のｕｏ２ ペレットを得る方法 | |
| US5665323A (en) | Preparation of ammonium rare earth double oxalates and rare earth oxides produced therefrom | |
| CN111655623B (zh) | 使用特定有机配体混合物制备基于包括铀和钚的氧化物的粉末的方法以及使用该粉末制造基于铀和钚的燃料 | |
| JPH11189410A (ja) | アーウィンの製造方法 | |
| JPWO2019191837A5 (sv) | ||
| CN1017041B (zh) | 控制二氧化铀颗粒的晶粒尺寸的方法 | |
| EP3083494B1 (fr) | Procédé de synthèse d'un peroxyde ou hydroxoperoxyde mixte d'un actinyle et d'au moins un cation métallique di-, tri- ou tétrachargé, peroxyde ou hydroxoperoxyde mixte ainsi obtenu et leurs applications | |
| JP3339535B2 (ja) | 六フッ化ウランを二酸化ウランに変換する方法 | |
| US4401628A (en) | Process for making high quality nuclear fuel grade ammonium diuranate from uranyl fluoride solutions | |
| GB2159805A (en) | Method of producing a sinterable gamma -LiAlO2 powder | |
| Alfredson | Pilot plant development of processes for the production of nuclear grade uranium dioxide | |
| JP3339536B2 (ja) | 二酸化ウラン粉末の製造方法 | |
| RU2296106C2 (ru) | Способ получения таблетированного топлива на основе порошка диоксида урана | |
| US3205035A (en) | Process for producing high purity beryllium fluoride | |
| GB2159806A (en) | Method of producing a sinterable lithium orthosilicate Li4SiO4 powder |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NAL | Patent in force |
Ref document number: 8504293-5 Format of ref document f/p: F |
|
| NUG | Patent has lapsed |
Ref document number: 8504293-5 Format of ref document f/p: F |