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DE1208743B - Verfahren zur Herstellung eines sinterbaren Urandioxyds - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines sinterbaren Urandioxyds

Info

Publication number
DE1208743B
DE1208743B DEN18537A DEN0018537A DE1208743B DE 1208743 B DE1208743 B DE 1208743B DE N18537 A DEN18537 A DE N18537A DE N0018537 A DEN0018537 A DE N0018537A DE 1208743 B DE1208743 B DE 1208743B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
uranium dioxide
uranium
production
temperature
reduction
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
DEN18537A
Other languages
English (en)
Inventor
Barend Verkerk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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 Philips Gloeilampenfabrieken NV filed Critical Philips Gloeilampenfabrieken NV
Publication of DE1208743B publication Critical patent/DE1208743B/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • 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
    • 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
    • C01P2006/80Compositional 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
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
COIg
Deutsche Kl.: 12 η-43/02
Nummer; 1 208 743
Aktenzeichen: N18537IV a/12 η
Anmeldetag: 27. Juni 1960
Auslegetag: 13. Januar 1966
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines sinterbaren Urandioxyds aus durch Reduktion von Uranverbindungen bei etwa 700 bis 10000C hergestelltem Urandioxyd.
Urandioxyd wird als Rohstoff für Spaltstoffelemente in Kernreaktoren verwendet. Diese Spaltstoffelemente, welche im Zusammenhang mit dem Vorgang im Kernreaktor vorzugsweise aus stöchiometrischem Urandioxyd bestehen, werden durch Sintern von Urandioxydpulver hergestellt. Es ist bereits bekannt, daß zur Erleichterung des Sintervorgangs eine kleine Abweichung von der Stöchiometrie, wobei ein Überschuß von Sauerstoff im Urandioxydgitter vorhanden ist, vorteilhaft ist. Dieser Überschuß an Sauerstoff muß naturgemäß nachher wieder entfernt werden. Der Sintervorgang wird weiterhin dadurch gefördert, daß von einem feinen Pulver ausgegangen wird. Eine dabei auftretende Schwierigkeit besteht darin, daß das Urandioxyd in Form eines fein verteilten Pulvers pyrophor ist, so daß es an der Luft leicht zu einer Verbindung mit einem höheren Sauerstoffgehalt oxydiert. Der dabei auftretende Sauerstoff Überschuß ist größer, als er im Hinblick auf eine gute Sinterbarkeit erwünscht ist, da bei einem solchen Produkt beim Sintern Risse auftreten. Es ist weiterhin bereits bekannt, die Sinterung von stöchiometrischem Urandioxyd in einer Wasserdampfatmosphäre bei 1400 bis 1500cC durchzuführen, wobei überschüssige Sauerstoffatome entstehen. Dabei ist es jedoch erforderlich, das Produkt sowohl beim Aufheizen auf die Behandlungstemperatur als auch beim Abkühlen in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre zu belassen, um dadurch die Bildung höherer Oxyde bei niederen Temperaturen zu vermeiden. Die Empfindlichkeit von Urandioxyd für Sauerstoff kann weiterhin durch Reduktion bei einer Temperatur über lOOOC herabgesetzt werden, wodurch aber die Sinterbarkeit geringer wird. Auch ist es möglich, das Urandioxyd zeitweise in einer Kohlensäureatmosphäre aufzubewahren. Nach dieser Behandlung oxydiert das Urandioxyd, wenn es der Luft ausgesetzt wird, doch langsam weiter, bis die Zusammensetzung UO2j25 erreicht ist.
Nach der Erfindung wird nun zur Herstellung eines sinterbaren Urandioxyds aus durch Reduktion von Uranverbindungen bei etwa 700 bis 1000c C hergestellten! Urandioxyd letzteres unmittelbar nach seiner Herstellung einer Oxidationsbehandlung bei etwa 700 bis 1000 C in einer wasserdampfhaltigen sauerstofffreien Atmosphäre unterzogen, bis ein Produkt der Zusammensetzung zwischen UO2>02 und UO2j0S erhalten wird.
Dieses Erzeugnis ist nicht pyrophor und gut sinter-Verfahren zur Herstellung eines sinterbaren
Urandioxyds
Anmelder:
N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven
(Niederlande)
Vertreter:
Dr. rer. nat. H. Schüler, Patentanwalt,
München 12, Ridlerstr. 37
Als Erfinder benannt:
Barend Verkerk, Eindhoven (Niederlande)
Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 30. Juni 1959 (240 719)
bar, und es behält auch bei der Aufbewahrung an der Luft seine Zusammensetzung bei.
Außerdem hat sich ergeben, daß beim Trockenpressen zu Pastillen mit dem nach der Erfindung hergestellten Urandioxyd eine höhere Dichte erreicht wird als mit dem in bekannter Weise aus gleichem Rohstoff erzielten Urandioxyd. Weiterhin sei noch bemerkt, daß die Sinterbarkeit des Pulvers durch Änderung der Temperatur beeinflußt werden kann, in dem Sinne, daß bei Anwendung einer niedrigeren Temperatur die Sinterbarkeit des Erzeugnisses größer wird, während bei Anwendung einer höheren Temperatur die Sinterbarkeit des Erzeugnisses infolge einer gewissen Vorsinterung abnimmt.
Das als Ausgangsmaterial verwendete Urandioxyd kann in bekannter Weise durch Reduktion bei etwa 700 bis 1000 C hergestellt werden, indem z.B. von Urantrioxydhydrat, Urantrioxyd (UO3), Uranoxyd (U3O8), Uranperoxyd (UO4) und nichtstöchiometrischem Urandioxyd ausgegangen wird. Vorzugsweise wird das Urandioxyd durch Zersetzung und Reduktion von Ammoniumdiuranat bei etwa 700 bis 1000c C hergestellt, da hierbei ein feines Pulver erzielt wird. Die Reduktion kann in Wasserstoff, in einem wasserstoffhaltigen, im übrigen neutralen Gas oder in Kohlenmonoxyd erfolgen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Oxydationstemperatur gleich der Reduktionstemperatur gewählt, da dies technologisch leicht verwirklichbar ist.
509 778/239
Die Oxydation wird insbesondere in einer wasserdampfhaltigen, im übrigen sauerstofffreien Argonatmosphäre oder in einer wasserdampfhaltigen, im übrigen sauerstofffreien Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Dazu wird das Argon oder der Stickstoff zunächst von Sauerstoff befreit, indem das Gas durch einen Kupferofen geleitet wird.
Beispiel I
35 g Ammoniumdiuranat, welches aus einer Lösung von Uranylnitrat durch Niederschlag mit 25%igem NH4OH bei 58 bis 62° C erzielt wurde, wurden in einen Ofen gesetzt und unter Überleiten eines sauerstofffrei gemachten Gemisches von 76 Volumprozent N2 und 24 Volumprozent H2 auf 8000C erhitzt. Nachdem diese Temperatur 1 Stunde lang aufrechterhalten war, wurde die Gasströmung durch eine Strömung von reinem Argon ersetzt, die vor dem Eintreten in den Ofen durch Wasser von etwa 8O0C geleitet wurde und folglich Wasserdampf enthielt. Dieses Gasgemisch wurde 1 Stunde lang über das Pulver geleitet, wobei die Temperatur auf 8000C gehalten wurde. Das erzielte Erzeugnis wurde dann abgekühlt und zeigte sich bei Zimmertemperatur als nicht pyrophor. Die Zusammensetzung des Erzeugnisses war sofort nach der Herstellung UO2>04· Das Erzeugnis wurde 26 Tage an der Luft aufbewahrt und hatte dann gleichfalls die Zusammensetzung UO2(04.
B e i s ρ i e 1 II
25 g Ammoniumdiuranat wurden auf die im Beispiel I beschriebene Weise behandelt, mit dem Unterschied, daß die Temperatur, bei der die Reduktion und anschließend die Oxydation erfolgte, 9000C betrug. Das Erzeugnis war nicht pyrophor, und die Zusammen-Setzung kurz nach der Herstellung war UO2j05. Es wurde 25 Tage an der Luft aufbewahrt und hatte dann gleichfalls die Zusammensetzung UO2,05.
Beispiel III
24 g Uranoxyd U3O8 wurden bei einer Temperatur von 8000C auf die im Beispiel I beschriebene Weise behandelt. Das Erzeugnis war nicht pyrophor und hatte die Zusammensetzung UO2,04.
Beispiel IV
Urandioxyd wurde durch Reduktion in Wasserstoff bei 9000C hergestellt und anschließend 2 Tage der Luft ausgesetzt. Die Zusammensetzung war dann UO2#12. Von diesem mit einem organischen Bindemittel gemischten Pulver wurden in einer Matrize mit einem Durchmesser von 12 mm unter einem Druck von
S 2 t/cm2 Pastillen gepreßt. Die Dichte der gepreßten Erzeugnisse, gemessen nach Entfernung des Bindemittels, betrug im Durchschnitt 4,57 g/cm3. Auf gleiche Weise wurden Pastillen von Urandioxyd gepreßt, welches aus dem gleichen Rohstoff wie das obenerwähnte Oxyd hergestellt worden war, wobei aber gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren das Urandioxyd durch Reduktion bei 800° C in Wasserstoff gebildet und anschließend bei 800° C in einer Atmosphäre von gereinigtem Argon und Wasserdampf oxydiert worden war. Die Zusammensetzung dieses Oxyds war UO2j04. Die Dichten der gepreßten Körper nach der Entfernung des Bindemittels betrugen 5,22 bis 5,33 g/cm3.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines sinterbaren Urandioxyds aus durch Reduktion von Uranverbindungen bei etwa 700 bis 1000°C hergestelltem Urandioxyd, dadurch gekennzeichnet, daß das Urandioxyd unmittelbar nach der Herstellung einer Oxydationsbehandlung bei etwa 700 bis 10000C in einer wasserdampfhaltigen sauerstofffreien Atmosphäre unterzogen wird, bis ein Produkt der Zusammensetzung zwischen UO2,02 und UO2i08 erhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxydationsbehandlung ein durch Zersetzung und Reduktion von Ammoniumdiuranat bei etwa 700 bis 1000° C erhaltenes Urandioxyd unterzogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Oxydationstemperatur gleich der Reduktionstemperatur gearbeitet wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydation in einer wasserdampfhaltigen Argon- oder Stickstoffatmosphäre durchgeführt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Nuclear Engineering, August 1958, S. 327, 328.
DEN18537A 1959-06-30 1960-06-27 Verfahren zur Herstellung eines sinterbaren Urandioxyds Pending DE1208743B (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL240719 1959-06-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1208743B true DE1208743B (de) 1966-01-13

Family

ID=19751799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DEN18537A Pending DE1208743B (de) 1959-06-30 1960-06-27 Verfahren zur Herstellung eines sinterbaren Urandioxyds

Country Status (4)

Country Link
DE (1) DE1208743B (de)
GB (1) GB952856A (de)
NL (2) NL114055C (de)
SE (1) SE304984B (de)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *

Also Published As

Publication number Publication date
NL240719A (de) 1900-01-01
SE304984B (de) 1968-10-14
NL114055C (de) 1900-01-01
GB952856A (en) 1964-03-18

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