SE462422B - Zirkonium- och hafniumsvamp med hoeg renhet - Google Patents

Description

462 422 2 exempelvis US-PS 4372 817 (Armijo et al.). Liknande användning av ett material med mattlig renhet föreslas i US-PSls 200 492 (Armijo). Det be- skrivna ultrarena zirkoníummaterialet har renats med jodidceller för fram- ställning av s.k. kristallstang-material. Framställningen av sadant tämligen dyrbart material genomförs efter reduktion och beskrivs exempelvis i US-PS 4 :se 072 (siddail).

Hafnium har ocksa renats med kristallstangprocessen och används exempelvis för styrstavar i kärnreaktorer.

Den föreliggande uppfinningen avser nu en zirkonium- eller hafniumsvamp med hög renhet, kännetecknad av att den bestar av 250-350 ppm syre som förorening, 50-350 ppm järn som förorening, total mängd föroreningar 500-1000 ppm, och resten zirkoniumi eller hafnium. Denna zirkonium- eller hafniumsvamp med hög renhet utgör en billig mellanprodukt som kan vidarebearbetas för användning i tillämpningar som kräver material med hög renhet, sa att man inte behöver tillgripa den kostnadskrävande kristallstangframställningen. Materialet innehåller företrädesvis mindre än 20 ppm aluminium, mindre än 1 ppm uran och mindre än 5 ppm fosfor. Denna metallsvamp har avsevärt högre renhet än alla andra tidigare kända zirkoníum- eller hafniumsvampar. Ehuru detta svampmaterial har en syreniva som' är nagot högre än lcistallstangmaterialet blir bearbetningar vid vilka denna svamp används avsevärt mindre kostnadskrävande och den extremt laga syrenivan i kristallstangmaterialet är i allmänhet onödig. Hafnium- eller zirkoniumsvampen enligt denna uppfinning är inte blottwden första svampen av denna typ som har denna kvalitet, utan är uppenbarligen ocksa det första material med denna kvalitet, i stort sett liknande kristallstangmaterialets, ehuru den har en nagot högre syrehalt.

Hafnium med denna renhet är direkt användbar för styrstavar för kärnbränslet utan ytterligare rening och zirkonium av denna renhet är exempelvis utan ytterligare rening användbar som beläggningsmaterial för ytskikt i bränsleelementkapsling. Bada materialen kan naturligtvis användas för andra tillämpningar som kräver material med hög renhet. Elimineringen av den dyrbara kristallstangframställningen medför inte blott en kraftig minskning av framställningskostnaderna, utan medför ocksa en avsevärd minskning av investeringskapital. Belagda bränsleelementkapslingar haller pa att fa vidsträckt användning, speciellt för kokvattenreaktorer, och den beräknade användningen av ultrarent material överstiger vida för närvarande föreliggande kapacitet hos existerande kristallstangugnar. Användningen av 462 422 3 detta material kommer sålunda att onödiggöra konstruerandet av ett stort antal kristallstångugnar.

En användning av zirkonium av sådan renhet är för innerbelägg- ningen i zircaloyrör för kärnreaktorer.

Först gjordes SU-kg-satser zirkoniumsvamp, varvid svamp med mycket hög kvalitet erhölls (se nedanstående tabell 1). Ehuru järnnivån är mycket låg, kan ytterligare reduktion av järn åstadkommas genom att zirkonium- eller hafniummetallen utsätts för elektronstrålsmältning. I all- mänhet har emellertid denna svamp tillräcklig renhet och tillverkas företrä- desvis utan ytterligare rening.

Uppfinningen beskrivs närmare i anslutning till de bifogade rit- ningarna, på vilka fig. lA är en tvärsektion genom ett kapslingsrör, fig. 1B är ett längdtvärsnitt genom ett bränsleelement för en vattenreaktor med på insidan beklädd kapsling och fig. 2 visar en apparat för framställning av metallsvamp enligt uppfinningen.

Ett kapslingsrör enligt fig. lA har ett yttre parti 10 av zircaloy och en inre beläggning 12. F ig. lB visar schematiskt uppbyggnaden av bränsleelementet. Det yttre partiet 10 av zircaloy och den inre beläggningen 12 omsluter bränslekutsar 14. Kapslingen är upptill försedd med ett fastsvet- sat lock 16 och nedtill en botten 18 som tillsammans med röret 10, 12 bildar en hermetiskt sluten behållare kring bränslekutsarna 14 och en fjäder 20. Ett bränsleelement med tennhaltigt inre beläggningsmaterial beskrivs i US p.ans.

Ser. No. 589 300 av den 14 mars 1984. Även om legerat, ultrarent material, speciellt med låg syrehalt, är mycket önskvärt är speciellt i olegerat material också låg jârnhalt önskvärd, eftersom stora järn-zirkonium-precipitat kan verka som sprickinitieringsställen.

Fig. 2 visar i snitt en apparat som kan användas för framställning av den ultrarena metallsvampen enligt denna uppfinning. Zirkon- eller hafniumtetraklorid matas från en tratt 22 in i det smälta saltet i en sublimerare 24. En omrörare 26 rör om det smälta saltet, varvid läckning till omgivningen förhindras av en smält tätning 28 (t.ex. smält bly-antimon).

Tetrakloriden (zirkon eller hafnium) sublimerar från det smälta saltets yta och ångan matas direkt in i den inre behållaren 30 av ett reduktions-destilla- tionskärl 32. En borttagbar tätning 34 (utförd exempelvis som i US-PS 4447 045, Kimura) kan användas för att skilja en kondensor 36 och ett vakuumsystem 38 från reduktions-destillations-kärlet vid genomförandet av reduktionen och för att öppna kondensorn 36 och ansluta den till vakuum- 462 422 4 systemet 38 med reduktions-destillations-kärlet 32 under destillationsfasen.

När destillationsfasen avslutats, kan svampen 40 tas ut tillsammans med den inre behållaren 30 ur reduktions-destillations-kärlet 32. Följande tabell 1 visar typiska svampkvaliteter i smà SO-kg-satser.

TABELL 1 SVAMPKVALITET (50 kg sats) (Föroreningar i ppril) Sats 1 Sats 2 Sats 3 U <1 <1 <1 A1 12 12 <1o Fe 103 <1oo 147 P ejfiatt ejlæai <1.o N <2o <2o 22 o 340 396 393 c ej mätt ej nätt 90 Nedanstående tabell 2 visar de föroreningar som kan förutses i en sats av 2500 kg material (och typisk tidigare teknik, andra föroreningar inte angivna, omkring 500-1000 ppm). Detta är en tillverkningssats av medelstor- lek och man kan förutsätta till och med lägre mängder föroreningar, särskilt järn, i en ugn av full storlek. 462 422 TABELL 2 SVAMPKVALITET (ZSOO-kg-Sats) (Föroreningar i ppm) Typisk tidigare teknik Al <20 30-70 Fe 100-200 300-800 P <5 ' ' 10-20 N <20-30 30-70 0 250-350 700-1;000 C 40-100 40-100 U <1 1-5 Den högrena svampen kan bearbetas ytterligare till göt med hög rening utan att man behöver lita till jodidprocessen (kristallstangprocessen).

Vid framställning av kapsling för kärnreaktorer bearbetas göten vidare till s.k. "rörskal" och till "trex". För vidarebehandling till 'innerbelagda bränsle- elementkapslingar kan trexen ha en yttre cylinder av zircaloy med en inre cylinder av material med hög renhet enligt denna process.

Claims (2)

462 422 6 PATENTKRAV
1. l. Zirkonium- eller hafniumsvamp med hög renhet, k ä n n e t e c k - n a d av att den består av 250-350 ppm syre som förorening, 50-350 ppm järn som förorening, total mängd föroreningar 500-1000 ppm, och resten zirkonium eller hafnium.
2. 2. Svamp enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att alumíniumföro- reningen är mindre än 20 ppm, uranföroreningen mindre än l ppm och fosforföroreningen mindre än 5 ppm.