DE2115694B2 - PROCESS FOR MANUFACTURING URANOXYDE CONES OR MIXED URANOXYDEPLUTONIUM OXYDE CONES WITH CONTROLLABLE POROSITY - Google Patents
PROCESS FOR MANUFACTURING URANOXYDE CONES OR MIXED URANOXYDEPLUTONIUM OXYDE CONES WITH CONTROLLABLE POROSITYInfo
- Publication number
- DE2115694B2 DE2115694B2 DE19712115694 DE2115694A DE2115694B2 DE 2115694 B2 DE2115694 B2 DE 2115694B2 DE 19712115694 DE19712115694 DE 19712115694 DE 2115694 A DE2115694 A DE 2115694A DE 2115694 B2 DE2115694 B2 DE 2115694B2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- temperature
- cones
- treated
- uranium
- microspheres
- 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.)
- Granted
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims description 18
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 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 claims description 7
- 229910000439 uranium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 150000001224 Uranium Chemical class 0.000 claims description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- LFFVSVFXCWHMJE-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Pu+4].[O-2].[U+6] Chemical compound [O-2].[Pu+4].[O-2].[U+6] LFFVSVFXCWHMJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- SHZGCJCMOBCMKK-KGJVWPDLSA-N beta-L-fucose Chemical compound C[C@@H]1O[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H]1O SHZGCJCMOBCMKK-KGJVWPDLSA-N 0.000 claims 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 3
- -1 berillium Chemical compound 0.000 description 3
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 3
- 229910052778 Plutonium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000011824 nuclear material Substances 0.000 description 2
- OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N plutonium atom Chemical compound [Pu] OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 232Th Chemical compound [232Th] ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052776 Thorium Inorganic materials 0.000 description 1
- ARCUKJFDARVQKH-UHFFFAOYSA-N [U]=O Chemical compound [U]=O ARCUKJFDARVQKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010533 azeotropic distillation Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000012461 cellulose resin Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);uranium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[U+4] OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N uranium dioxide Inorganic materials O=[U]=O FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/42—Selection of substances for use as reactor fuel
- G21C3/58—Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
- G21C3/62—Ceramic fuel
- G21C3/623—Oxide fuels
-
- 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
-
- 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
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G56/00—Compounds of transuranic elements
- C01G56/003—Compounds containing transuranic elements, with or without oxygen or hydrogen, and containing two or more other elements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G56/00—Compounds of transuranic elements
- C01G56/004—Compounds of plutonium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
- C01P2004/32—Spheres
-
- 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
-
- 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
- C01P2006/80—Compositional purity
-
- 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
- C01P2006/80—Compositional purity
- C01P2006/82—Compositional purity water content
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Uranoxydkügelchen oder gemischten Uranoxyd-Plutoniumoxydkügelchen, deren Porosität möglichst genau steuerbar sein soll.The invention relates to a method for producing uranium oxide spheres or mixed uranium oxide-plutonium oxide spheres, whose porosity should be controllable as precisely as possible.
In der britischen Patentschrift 1067 095 ist bereits ein Verfahren zum Herstellen von Kügelchen aus feuerfesten Materialien beschrieben, die sich nur agglomerieren lassen und insbesondere aus Oxyden des Urans, Thoriums, Plutoniums, Berilliums, Aluminiums, Magnesiums und Siliziums, getrennt oder in Mischungen, bestehen.In British patent specification 1067 095 is already a method of making spheres from refractory Described materials that can only be agglomerated and, in particular, from oxides of the Uranium, thorium, plutonium, berillium, aluminum, magnesium and silicon, separately or in Mixtures.
Dieses Verfahren besteht darin, ein Zelluloseharz möglichst in Anwesenheit eines Alkohols, mit einer wäßrigen Lösung aus Verbindungen zu vermischen, welche die Elemente enthalten, aus denen die Kügelchen hergestellt werden sollen; die resultierende Lösung läßt man dann in eine alkalische Lösung tropfen, wodurch sich regelmäßige Kügelchen steuerbarer Größe bilden.This method consists in treating a cellulose resin, if possible in the presence of an alcohol, with a to mix aqueous solution of compounds which contain the elements that make up the globules are to be produced; the resulting solution is then dropped into an alkaline solution, whereby regular beads of controllable size form.
Auch wurde die Anwendung auf die Herstellung von Kügelchen aus keramischen nuklearen Materialien mit einem relativ höheren Porositätsgrad, beispielsweise als Brennstoff bei bestimmten Arten von Brennstoffelementen, die in gasgekühlten Hochtemperaturkernreaktoren verwendet werden, bereits vorgeschlagen. Hierbei werden der Ausgangslösung inerte Stoffe zugesetzt, die beispielsweise während des Zusammenbackens entfernt werden können. Der Zusatz inerter Substanzen ist auch in der USA.-Patentschrift 3 320 179 mit besonderem Bezug auf ein SoI-Gelverfahren beschrieben. Diese flüchtigen fremden Additive können jedoch den Reaktionsmechanismus verkomplizieren und die Produktionskosten beeinflussen und in nachteiliger Weise die Reinheit des Endprodukts beeinträchtigen.It was also applied to the manufacture of spheres from ceramic nuclear materials with a relatively higher degree of porosity, for example as fuel in certain types of Fuel elements used in high temperature gas cooled nuclear reactors have already been proposed. Inert substances are added to the starting solution, for example during the Caking can be removed. The addition of inert substances is also in the USA patent 3,320,179 with particular reference to a sol-gel process. These fleeting strangers However, additives can complicate the reaction mechanism and affect production costs and adversely affect the purity of the final product.
In Weiterentwicklung dieses Verfahrens zur Herstellung eines porösen feuerfesten Materials aus den Oxyden des Urans oder Plutoniums wurde bereits vorgeschlagen, das feuerfeste Material bei einer Geschwindigkeit von 320 bis 480° C pro Stunde auf eineIn a further development of this process for the production of a porous refractory material from the Oxides of uranium or plutonium have already been proposed as the refractory material at one speed from 320 to 480 ° C per hour in one
ίο Maximaltemperatur im Bereich von 1280 bis 1920° C zu erwärmen, das erwärmte Material in diesem Bereich 2 bis 3 Stunden lang zu halten und dann das feuerfeste Material bei einer Geschwindigkeit von 320 bis 480° C pro Stunde auf eine Temperatur im Bereich von 960 bis 1440° C und dann auf Zimmertemperatur bei beliebiger Geschwindigkeit abzukühlen, wobei die Atmosphäre über den Anfangsteil des Heizvorgangs inert oder oxydierend gehalten wird, jecoch bei einer Temperatur zwischen 700° C und der Maximaltemao peratur abrupt eine reduzierende Atmosphäre eingeführt und für den Rest des Verfahrens reduzierend gehalten wird.ίο to heat a maximum temperature in the range of 1280 to 1920 ° C, hold the heated material in this range for 2 to 3 hours and then the refractory material at a rate of 320 to 480 ° C per hour to a temperature in the range of 960 to 1440 ° C and then to cool to room temperature at any rate, the atmosphere being kept inert or oxidizing for the initial part of the heating process, but a reducing atmosphere abruptly introduced at a temperature between 700 ° C and the maximum temperature and reducing for the rest of the process is held.
Das Material wird hierbei im übrigen chargenweise dem Ofen zugeführt.The material is fed to the furnace in batches.
as Bei diesem Verfahren ist sehr viel Arbeitszeit aufzuwenden. Das Produkt schwankte hinsichtlich der mittleren Porosität von Charge zu Charge zwischen 5 und 6 % in seiner Dichte.he procedure requires a lot of working time. The average porosity of the product varied from batch to batch 5 and 6% in its density.
Nach diesem Verfahren ist die Atmosphäre also zunächst etwa bis 650° C oxydierend oder inert und wird dann plötzlich (abrupt) reduzierend. Dies kann aber dazu führen, daß die Außenschicht des Kügelchens in erheblichem Ausmaß behandelt wird, wogegen die darunter befindlichen Schichten unterschiedlich oder überhaupt nicht behandelt werden können. Darüber hinaus finden physikalische und chemische Wechselwirkungen statt, die zwangsweise nicht steuerbar sind. Die mögliche Oxydation und die plötzliche Reduktion können zu schwereren, kompakteren und weniger porösen Kügelchen führen.After this process, the atmosphere is initially oxidizing or inert up to about 650 ° C and becomes then suddenly (abruptly) reducing. However, this can lead to the outer layer of the bead is treated to a considerable extent, whereas the layers underneath are treated differently or cannot be treated at all. In addition, physical and chemical interactions take place instead, which are not necessarily controllable. The possible oxidation and the sudden reduction can result in heavier, more compact, and less porous beads.
Diese Nachteile werden nun erfindungsgemäß bei einem Verfahren zum Herstellen von Uranoxydkügelchen oder gemischten Uranoxyd-Plutoniumoxydkügelchen mit steuerbarer Porosität dadurch vermieden, daß Uranoxydmikrokügelchen oder Uranoxyd-Plutoniumoxydmikrokügelchen im Gemisch, die durch Eintropfen von Uransalzen in die Flüssigkeiten gewonnen und anschließend in geeigneter Weise kalziniert worden sind, in den Ofen gegen den Strom aus einer inerten Atmosphäre, insbesondere Argon oder Stickstoff, eingeführt, 45 Minuten bis 2 Stunden lang bei einer maximalen Temperatur von 900 bis 1300° C, die gemäß der gewünschten Dichte für die U3O8-Kugelchen schwankt, behandelt und anschließend auf Zimmertemperatur abgekühlt werden und daß dann die so in der inerten Atmosphäre behandelten Kügelchen in den gleichen oder einen anderen Ofen gegen einen Strom aus einer reduzierenden Atmosphäre, insbesondere Wasserstoff oder Argon/4 % H2. einge-These disadvantages are now avoided according to the invention in a method for producing uranium oxide spheres or mixed uranium oxide-plutonium oxide spheres with controllable porosity in that uranium oxide microspheres or uranium oxide-plutonium oxide microspheres in a mixture which have been obtained by dripping uranium salts into the liquids and then calcined in a suitable manner. introduced into the furnace against the current from an inert atmosphere, in particular argon or nitrogen, for 45 minutes to 2 hours at a maximum temperature of 900 to 1300 ° C, which varies according to the desired density for the U 3 O 8 spheres, treated and then cooled to room temperature and that the spheres treated in this way in the inert atmosphere are then placed in the same or a different furnace against a current of a reducing atmosphere, in particular hydrogen or argon / 4% H 2 . in-
führt, ein bis zwei Stunden lang bei einer Temperaturfor one to two hours at one temperature
von 1600° C wärmebehandelt und anschließend auf Zimmertemperatur abgekühlt werden, um so zu der gewünschten reproduzierbaren Porosität zu kommen.of 1600 ° C and then cooled to room temperature, so as to be the desired reproducible porosity to come.
Vorzugsweise wurden die Mikrokügelchen in Luft bei einer Temperatur zwischen 420 und 700° C kalziniert. Preferably the microspheres were calcined in air at a temperature between 420 and 700 ° C.
Wie der Fachmann sieht, werden die günstigen Ergebnisse nach der Erfindung dadurch erreicht, daß zu-As the person skilled in the art sees, the favorable results according to the invention are achieved in that
nächst eine rein inerte Behandlung, d.h. eine rein physikalische Behandlung, vorgenommen wird, bei der keinerlei Einfluß auf die Mikrokügelchen durch die umgebende Atmosphäre ausgeübt wird. Weiter sieht man, daß sich dann eine rein chemische Behändlung anschließt, nämlich reduzierende chemische Reaktionen zwischen der Atmosphäre und den Mikrokügelchen. next a purely inert treatment, i.e. a purely physical treatment, is carried out which is not influenced by the surrounding atmosphere on the microspheres. Further you can see that a purely chemical treatment follows, namely reducing chemical reactions between the atmosphere and the microspheres.
Insbesondere wird man nach der Erfindung kontinuierlich arbeiten. Auch dies trägt dazu bei, Produkte mit konstanteren chemisch-physikalischen Eigenschaften (mit Schwankungen zwischen 1 und 2 %) und mit einem Sauerstoff/Uranatomverhältnis nicht höher als 2,005 zu schaffen.In particular, the invention will work continuously. This too helps make products with more constant chemical-physical properties (with fluctuations between 1 and 2%) and with an oxygen / uranium atomic ratio not higher than 2.005.
Die chemischen Reaktionen folgen zum Teil allmählich den besser steuerbaren Wärmebehandlungsschritten. Auf Grund der zunächst rein inerten Behandlung sind die Mikrokügelchen besser aufbereitet für die sich anschließende rein chemische Behandlung, als dies bisher denkbar war; dies ist günstig, da man nunmehr Produkte mit einem Sauerstoff/Uranatomverhältnis nicht höher als 2,005 erhält (das ist die Totalreduktion von UO3-»UO2).The chemical reactions gradually follow the more controllable heat treatment steps. Due to the initially purely inert treatment, the microspheres are better prepared for the subsequent purely chemical treatment than was previously conceivable; this is favorable, since one now obtains products with an oxygen / uranium atom ratio not higher than 2.005 (this is the total reduction of UO 3 - »UO 2 ).
Die Erfindung wird nun genauer mit Bezug auf Durchführungsformen beschrieben, wobei zahlreiche Modifikationen im Rahmen der Erfindung natürlich möglich sind.The invention will now be described in more detail with reference to embodiments, numerous Modifications within the scope of the invention are of course possible.
Sphäroide von Urandioxyd und gemischte Oxyde von Uran und anderen Kernmaterialien, bei denen das Uranoxyd den größeren Anteil darstellte und die man nach den in den italienischen Patentschriften 727, 301 und 778, 786 beschriebenen Verfahren erhielt, werden bei einer Temperatur kalziniert, die zwischen 420° C/700° C entsprechend der gewünschten Dichte im Endprodukt schwankt.Spheroids of uranium dioxide and mixed oxides of uranium and other nuclear materials in which the uranium oxide represented the greater part and which one according to the in the Italian patents 727, 301 and 778, 786 are calcined at a temperature which is between 420 ° C / 700 ° C varies according to the desired density in the end product.
Bei einer Erhöhung der Kalzinierungstemperatur nämlich wird der H2-Gehalt im kalzinierten Produkt vermindert, und daher erfolgt die Produktion des gesinterten Materials geringer Dichte in einfacherer Weise. Man erhält so ein unterschiedlich hydriertes Produkt auf UO3-Basis (engl.: hydrated product).Namely, when the calcination temperature is increased, the H 2 content in the calcined product is decreased, and hence the production of the low-density sintered material is easier. In this way, a differently hydrogenated product based on UO 3 (hydrated product) is obtained.
Nach Patent 1 956132, mit dem die Erfindung zusammenhängt, wird die Kalzinierungstemperatur auf 450° C fixiert, und dies führt zu beachtlichen Schwierigkeiten, wenn man ein Endprodukt geringer Dichte erhalten will.According to patent 1 956132, with which the invention is related, the calcination temperature is fixed at 450 ° C, and this leads to considerable difficulties if one wants to obtain a low density end product.
Das kalzinierte Produkt wird nacheinander in einen kontinuierlichen Ofen der Tunnelbauart eingeführt und man läßt es in richtigen Rohren oder Förderelementen längs der Hauptachse des Ofens wandern, wobei es auf Zonen unterschiedlicher Temperatur trifft, und zwar gegen den Strom einer inerten, oxydierenden oder reduzierenden gasförmigen Atmosphäre.The calcined product is successively introduced into a tunnel type continuous furnace and it is allowed to travel in proper tubes or conveyors along the major axis of the furnace, whereby it encounters zones of different temperatures, against the current of an inert, oxidizing one or reducing gaseous atmosphere.
Das obengenannte Material erleidet im Ofen zwei unterschiedliche Wärmekreisläufe.The above-mentioned material undergoes two different heat cycles in the furnace.
Der erste Wärmekreislauf besteht darin, das Material in inerter Atmosphäre (Argon, N2) auf eine Maximaltemperatur zu bringen, die zwischen 900° C und 1300° C schwankt, etwa 1 oder 2 Stunden lang und dann allmählich bis auf Zimmertemperatur zu bringen. The first thermal cycle consists in bringing the material in an inert atmosphere (argon, N 2 ) to a maximum temperature, which varies between 900 ° C and 1300 ° C, for about 1 or 2 hours and then gradually bringing it to room temperature.
Mit diesem ersten Vorgang wird die Umformung von UO3 in U3O8 bei unterschiedlichen Dichtewerten erhalten; die Änderungen der letzteren hängen eng mit den Änderungen der maximalen Arbeitstemperatür in dem Sinne zusammen, daß hohe Behandlungstemperaturen zur Bildung von U3O8 bei hoher Dichte führen, wogegen niedrigere Temperaturen zur Bildung von Produkten bei niedrigerer Dichte führen. Die Mikrokügelchen aus U3O8, die nach der ersten Wärmebehandlung erhalten wurden, erleiden im gleichen Ofen oder in einem anderen Ofen eine zweite Wärmebehandlung, die darin besteht, das Produkt in einer reduzierenden Atmosphäre (H2, Argon mit 4 % H2) auf eine Maximaltemperatur von 1600° C über eine zwischen 1 und 2 Stunden variierende Zeitdauer zu bringen, wobei die Temperatur dann allmählich bisWith this first operation, the transformation of UO 3 into U 3 O 8 is obtained at different density values; the changes in the latter are closely related to the changes in the maximum working temperature in the sense that high treatment temperatures lead to the formation of U 3 O 8 at high density, whereas lower temperatures lead to the formation of products at lower density. The U 3 O 8 microspheres obtained after the first heat treatment undergo a second heat treatment in the same furnace or in a different furnace, which consists in placing the product in a reducing atmosphere (H 2 , argon with 4% H 2 ) to a maximum temperature of 1600 ° C over a period of time varying between 1 and 2 hours, the temperature then gradually increasing to
ίο auf Zimmertemperatur gesenkt wird. Bei dieser zweiten Wärmeführung erhält man die Transformation von U3O8 in UO2 sowie das Sintern des letzteren. Dieses doppelte Wärmekreislaufverfahren wird offensichtlich angewendet, um Produkte mit einer Porosität größer als 5 % bis 8 % zu erhalten, wogegen, um eine Porosität zu erhalteE, die geringer als diese Werte ist, ein einziges Wärmekreislaufverfahren in reduzierender Atmosphäre zur Anwendung gebracht wird. Mit diesem kontinuierlichen Verfahren nach der Er-ίο is lowered to room temperature. With this second heat application, the transformation of U 3 O 8 into UO 2 and the sintering of the latter are obtained. This double thermal cycle process is obviously used to obtain products with a porosity greater than 5% to 8%, whereas in order to obtain a porosity lower than these values a single thermal cycle process in a reducing atmosphere is used. With this continuous process after the
ao findung erhält man ein gleichförmigeres Endprodukt hinsichtlich der chemisch-physikalischen Eigenschaften (Porosität, Kristallinität) sowie eine beachtliche Stabilität dieser Eigenschaften selbst dann, wenn sich nachfolgende energetische Wärmebehandlungs-ao finding a more uniform end product is obtained with regard to the chemical-physical properties (porosity, crystallinity) as well as a considerable Stability of these properties even if the subsequent energetic heat treatment
«5 schritte anschließen, sowie eine hohe Beständigkeit gegen Brechen und schließlich ein Sauerstoff-Uran-Atomverhältnis von nicht mehr als 2,005 (nämlich die gesamte Reduktion von U3O8 -^UO2 wird erhalten). Diese Verbesserungen treten zu dem Vorteil hinzu, den der kontinuierliche Wärmekreislauf herbeiführt, das ist ein geringerer Verlust an Arbeitszeit und eine größere Menge an behandeltem Produkt.«5 steps follow, as well as a high resistance to breaking and finally an oxygen-uranium atomic ratio of no more than 2.005 (namely the entire reduction of U 3 O 8 - ^ UO 2 is obtained). These improvements come on top of the benefit brought about by the continuous heat cycle, that is, less loss of labor and a greater amount of product treated.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne sie zu begrenzen.The following examples illustrate the invention without limiting it.
Mikrosphäroidherstellung aus UO2 mit einer Porosität gleich 27 %.Microspheroid production from UO 2 with a porosity equal to 27%.
Die Lösung eines Uransalzes wird mit einem Eindicker (beispielsweise Methylisopropylcellulose) und einer wasserlöslichen Alkoholverbindung (beispielsweise Propylenglycol) vermischt; die erhaltene Lösung wird dann durch sehr feine Rohre in eine alkaline Lösung (z.B. eine 30 %ige Ammoniaklösung) getropft. Nach ausreichender Verweildauer in der alkalinen Lösung werden die Mikrosphäroide in deionisiertem Wasser gewaschen und dann mittels azeotropischer Destillation bei etwa 85° C getrocknet. Die getrockneten Mikrosphäroide werden dann in einem kontinuierlichen Ofen bei einer Maximaltemperatur von 570° C kalziniert. Die kalzinierten Mikrosphäroide bestehen aus UO3 und enthalten Wasserstoff von etwa 0,08 ±0,02 Gewichtsprozent.The solution of a uranium salt is mixed with a thickener (e.g. methyl isopropyl cellulose) and a water-soluble alcohol compound (e.g. propylene glycol); the solution obtained is then dripped through very fine tubes into an alkaline solution (for example a 30% ammonia solution). After a sufficient period of time in the alkaline solution, the microspheroids are washed in deionized water and then dried at about 85 ° C. by means of azeotropic distillation. The dried microspheroids are then calcined in a continuous oven at a maximum temperature of 570 ° C. The calcined microspheroids consist of UO 3 and contain hydrogen of approximately 0.08 ± 0.02 percent by weight.
Die kalzinierten Mikrosphäroide werden in Aluminiumoxydbehälter eingesetzt und dann in einen kontinuierlichen Ofen der horizontalen Bauart eingeführt und erleiden zwei Wärmebehandlungen nacheinander. The calcined microspheroids are placed in aluminum oxide containers and then introduced into a horizontal type continuous furnace and undergo two heat treatments in a row.
Bei der ersten dieser Wärmeführungen werden die kalzinierten Mikrosphäroide mit Argon in folgender Weise behandelt: Temperatursteigerung von 300° C/h bis zu einer Temperatur von 1070° C; Verweilen bei dieser Temperatur 45 Minuten lang und dann Abkühlen auf Zimmertemperatur bei einer Geschwindigkeit von 175° C/h. Das so erhaltene Produkt besteht aus Mikrosphäroiden des U3O8 von 5,5±0,15g/cm3 Dichte. Bei dem zweiten Wärmeschritt werden die U308-Mikrosphäroide mit Argon/In the first of these heats, the calcined microspheroids are treated with argon in the following way: temperature increase of 300 ° C / h up to a temperature of 1070 ° C; Dwell at this temperature for 45 minutes and then cool to room temperature at a rate of 175 ° C / h. The product obtained in this way consists of U 3 O 8 microspheroids with a density of 5.5 ± 0.15 g / cm 3. In the second heating step, the U 3 0 8 microspheroids are treated with argon /
4 % H2 in folgender Weise behandelt: Temperatursteigerung von etwa 220° C/h bis zu 1570° C; Verweilen bei dieser Temperatur etwa 1 Stunde 30 Minuten lang und dann Abkühlen bis auf Zimmertemperatur bei einer Geschwindigkeit von etwa 500° C/h. Das so erhaltene Produkt bestand aus UC^-Mikrokügelchen mit einer Dichte von 8,05 g/cm3 (gleich einer Porosität von etwa 27 %) mit einem Sauerstoff/Uranatomverhältnis, welches nicht höher als 2,005 lag. Die Dichte des erhaltenen Produktes ist ziemlich stabil und erleidet Steigerungen zwischen 2 bis 3 %, wenn das Produkt 1 Stunde lang bei 1550° C in einer reduzierenden Atmosphäre erneut behandelt wird.4% H 2 treated in the following way: temperature increase of about 220 ° C / h up to 1570 ° C; Dwell at this temperature for about 1 hour 30 minutes and then cool to room temperature at a rate of about 500 ° C / h. The product thus obtained consisted of UC ^ microspheres with a density of 8.05 g / cm 3 (equal to a porosity of about 27%) with an oxygen / uranium atom ratio not higher than 2.005. The density of the product obtained is quite stable and shows increases of between 2 and 3 % when the product is treated again for 1 hour at 1550 ° C in a reducing atmosphere.
Herstellung von UO2-Mikrokügelchen mit einer Porosität von etwa 20 %. Production of UO 2 microspheres with a porosity of about 20 %.
Es wurde wie in Beispiel 1 verfahren, nur daß die Kalzinierung bei einer Maximaltemperatur von ao 550° C (anstatt 570° C) durchgeführt wurde, wobei man als kalziniertes Produkt UO3-Mikrokügelchen mit einem Wasserstoffgehalt von etwa 0,11 ± 0,02 Gewichtsprozent erhielt.The procedure was as in Example 1, except that the calcination was carried out at a maximum temperature of ao 550 ° C. (instead of 570 ° C.), the calcined product being UO 3 microspheres with a hydrogen content of about 0.11 ± 0.02 Weight percent received.
Der erste Wärmezyklus wurde mit Argon unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt, jedoch mit einer Maximaltemperatur von 1130° C bis 1150° C anstatt 1070° C. Das Produkt der ersten Wärmeführung bestand aus U3Og-Mikrokügelchen mit einer Dichte von 5,95±0,15 g/cm3.The first heat cycle was carried out with argon under the same conditions as in Example 1, but with a maximum temperature of 1130 ° C to 1150 ° C instead of 1070 ° C. The product of the first heat cycle consisted of U 3 O g microspheres with a density of 5.95 ± 0.15 g / cm 3 .
Der zweite Wärmeschritt ist gleich dem in Beispiel 1 beschriebenen und führt zu einem Endprodukt von UO2-Mikrokügelchen mit einer Dichte von 8,80 g/cm3 (was einer Porosität von etwa 20 % entspricht) sowie einem Sauerstoff/Uranatomverhältnis, welches nicht höher als 2,005 liegt.The second heating step is the same as that described in Example 1 and leads to an end product of UO 2 microspheres with a density of 8.80 g / cm 3 (which corresponds to a porosity of about 20 % ) and an oxygen / uranium atom ratio which is not higher than 2.005.
Herstellung von UO2/l0 %-Pu-O2-Mikrokügelchen mit einer Porosität von etwa 20 %. Production of UO 2 /10% PU-O 2 microspheres with a porosity of about 20 %.
Das Verfahren wurde wie nach Beispiel 2 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß der Übergang von Argon auf Argon/4 % Wasserstoff bei 900° C erfolgte.The procedure was carried out as in Example 2, with the exception that the transition from argon to argon / 4 % hydrogen took place at 900.degree.
Die gemessene Porosität ergibt sich zu 20 %±1 %.The measured porosity is found to be 20% ± 1%.
Vergleichsbeispiel:Comparative example:
Gesamtmenge an hergestellten Mikrokügelchen etwa 2 kg.Total amount of microspheres produced about 2 kg.
Ausgegangen wurde von UO2 mit einer nominalen Dichte von 85 %. Es wurde einmal nach dem älteren Vorschlag (deutsche Patentschrift 1956132), einmal nach der Erfindung gearbeitet.The starting point was UO 2 with a nominal density of 85%. Work was carried out once according to the older proposal (German patent specification 1956132) and once according to the invention.
Nach dem älteren Vorschlag wurde mit 8 Chargen von etwa 250 Gramm jeweils gearbeitet. Die in den einzelnen Chargen erreichbare Dichte schwankte zwischen 78 und 90 % des theoretischen Wertes. Die Dichteabweichungen in den 2 Kilogramm des erhaltenen Produktes waren noch größer.The older proposal worked with 8 batches of around 250 grams each. The ones in the The density achievable in individual batches fluctuated between 78 and 90% of the theoretical value. the Density deviations in the 2 kilograms of the product obtained were even greater.
Nach der Erfindung wurde kontinuierlich mit kleinen Wannen von etwa jeweils 250 Gramm gearbeitet. Diese kleinen Behälter oder Wannen wurden in kontinuierliche Tunnelöfen eingeführt und den beiden oben bezeichneten Wärmeschritten oder -führungen ausgesetzt. Die Dichte der in den einzelnen Wannen enthaltenen Mikrokügelchen schwankte zwischen 82,5 und 88 % des theoretischen Wertes, was eine Verbesserung von 100 % bedeutet. Unterschiede von Wanne zu Wanne ergaben sich praktisch nicht.According to the invention, small tubs of about 250 grams each were used continuously. These small containers or vats were inserted into continuous tunnel ovens and the two exposed heat steps or guides referred to above. The density of in each tub contained microspheres varied between 82.5 and 88% of the theoretical value, which is a Means improvement of 100%. There were practically no differences from tub to tub.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT2269371 | 1971-03-31 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2115694A1 DE2115694A1 (en) | 1972-10-26 |
| DE2115694B2 true DE2115694B2 (en) | 1973-05-17 |
| DE2115694C3 DE2115694C3 (en) | 1973-12-06 |
Family
ID=11199306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2115694A Expired DE2115694C3 (en) | 1971-03-31 | 1971-03-31 | Process for the production of uranium oxide spheres or mixed uranium oxide plutomium oxide spheres with controllable porosity |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2115694C3 (en) |
| GB (1) | GB1329344A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2611750C3 (en) * | 1976-03-19 | 1979-08-09 | Alkem Gmbh, 6450 Hanau | Process for the production of nuclear fuel pellets |
| DE2855166C2 (en) * | 1978-12-20 | 1982-05-27 | Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim | Process for the production of oxidic nuclear fuel bodies |
| CN117466643B (en) * | 2023-10-24 | 2025-07-15 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | Low-density U3O8Preparation method of foamed ceramic |
-
1971
- 1971-03-31 DE DE2115694A patent/DE2115694C3/en not_active Expired
- 1971-04-19 GB GB2568771*A patent/GB1329344A/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2115694C3 (en) | 1973-12-06 |
| DE2115694A1 (en) | 1972-10-26 |
| GB1329344A (en) | 1973-09-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE2759531C2 (en) | ||
| DE2151417C3 (en) | Process for the manufacture of catalysts | |
| DD232479A5 (en) | METHOD FOR PRODUCING POWDERED METALIOXIDES FROM WAESSEN SOLUTIONS OR SOLID MIXTURES OF METAL NITRATES | |
| DE1284950B (en) | Process for the production of an oxidation catalyst | |
| DE2224160C3 (en) | Process for the production of catalysts for the production of pyridine and 3-methylpyridine | |
| DE2811959A1 (en) | METHOD FOR PRODUCING (U, PU) 0 DEEP 2 MIXED CRYSTALS | |
| DE2239801C3 (en) | Process for the manufacture of catalysts | |
| DE3033319A1 (en) | METHOD FOR PRODUCING A V (ARROW DOWN) 2 (ARROW DOWN) (ARROW DOWN) O (ARROW DOWN) (ARROW DOWN) 5 (ARROW DOWN) AND ALKALINE SULPHATE CONTAINING CATALYST | |
| EP0059414A2 (en) | Catalysts for the preparation of 3-cyanopyridine | |
| DE3912686A1 (en) | METHOD FOR PRODUCING METAL NITRIDE POWDER | |
| DE2115694C3 (en) | Process for the production of uranium oxide spheres or mixed uranium oxide plutomium oxide spheres with controllable porosity | |
| DE2253684C2 (en) | Process for producing uranium dioxide by defluorination and adjusting the oxygen-to-metal ratio of a particulate composition containing uranium compounds | |
| DE1768602B2 (en) | Process for the production of a mixture of acrylic acid and acrolein by converting propylene | |
| DE2407677A1 (en) | PROCESS FOR THE PRODUCTION OF OXYGEN COMPOUNDS OF ANTIMONE WITH METALS | |
| DE2044830C3 (en) | Process for the preparation of a ferrous bismuth phosphomolybdate catalyst | |
| DE3429165C2 (en) | ||
| DE2207497A1 (en) | Supports for catalysts | |
| DD216704A5 (en) | METHOD FOR PRODUCING URANTRIOXIDE WITH GREAT REACTIVITY | |
| DE1792762C3 (en) | Process for the production of granular mixed carbides of uranium and thorium | |
| DE2624349C3 (en) | Process for the production of hexafluoroacetone | |
| DE2056344C3 (en) | Process for the production of e-caprolactam | |
| DE1667240C3 (en) | Process for the production of a mixed sol containing 6-valent uranium oxide and 4-valent thorium oxide with a uranium / thorium ratio of 1: 1 to 1: 3.3, and use of the mixed sol for the production of granular gels and oxides | |
| AT229270B (en) | Process for the production of uranium dioxide which can be used as fuel for nuclear reactors | |
| EP0205920A1 (en) | Metod of manufacturing sintered oxidic nuclear-fuel bodies | |
| DE1668376B1 (en) | Process for the production of pyromellitic anhydride and / or pyromellitic acid |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |