DE2459290A1

DE2459290A1 - Calcinieranordnung zur reduktion von uranverbindungen zu uo tief 2 -pulver

Info

Publication number: DE2459290A1
Application number: DE19742459290
Authority: DE
Inventors: Edward A Cole; Robert S Peterson
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1973-12-18
Filing date: 1974-12-14
Publication date: 1975-07-17
Also published as: CA1042181A; GB1490358A; IT1026659B; NL7415241A; SE410305B; ATA1008274A; JPS5093295A; AT343081B; SE7414626L; FR2254365B1; AU7647174A; JPS5737531B2; BR7410531D0; ES451124A1; ES433023A1; FI354274A7; BE823495A; FR2254365A1; US4079120A

Description

DIPL.-ΙΝΘ. KLAUS NEURECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

•Düsseldorf, 12. Dez. 1974 44,599 .
74187

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa.", V. St. A.

CaIcinieranordnung zur Reduktion von
Uranverbindungen zu ÜO₂-Pulver

Die Erfindung bezieht sich u. a. auf die Herstellung von UO„ für Kernbrennstoffelemente, insbesondere auf ein gleichbleibendes und wirtschaftliches Calcinieren reduzierbarer reaktiver Ur an verb indungen wie Ammoniumdiuränät (Ä~DU) zur Erzeugung von UO₂ mit einem Sauerstoff-zu-Uran-Atomverhältnis von weniger als 2,2.

Allgemeine Hinweise für die Fertigung von UO₂ aus einem angereicherten Urangas wie angereichtertem Uranhexafluorid werden in einem Aufsatz "ADU Process is Big Contender in Race to Meet Nuclear Power's Fuel Needs" von James H. Prescott, S. 146 bis 148 in "Chemical Engineering" vom 6.5.1968 gegeben.

In der US-PS 3 579 311 wird die Arbeitsweise eines Umlauf-Calcinierofens zur Umwandlung von ADU zu Urandioxid erläutert. Dabei wird jedoch in keiner Weise darauf hingeweisen, daß die

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Luft außer Kontakt mit dem heißen UO₀-Produkt gehalten werden sollte, das aus dem Umlaufofen austritt.

Die US-PS 3 037 839 beschäftigt sich mit der Herstellung eines Präzipifcats von Ammoniumuranyl und dessen Zerlegung in einem ofenartigen Reaktor zu UO₀. Dabei soll es zu einer Reoxydation des UO₂ in Luft bei Raumtemperatur kommen.

Erfindungsgemäß ist eine Calcinieranordnung zur Reduktion von Uranverbindungen durch Erhitzen der Verbindungen auf Temperaturen von bis zu etwa 1000 C zur Erzeugung von UO -Pulver gleichförmiger Qualität und mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 2_r2 Sauerstoffatomen je Uranatom gekennzeichnet durch eine Anlage mit Abfüll- und Kühleinrichtung, deren Einlaßende über eine im wesentlichen luftdichte Dichtung mit einem Umlaufofen in Verbindung steht, um von diesem heißes U0₂~Pulver ohne Luftkontakt aufzunehmen, wobei die Abfülleinrichtung einen langgestreckten Körper mit einer ihm wirkungsmäßig zugeordneten Kühleinrichtung aufweist, durch den das heiße UO₂-PuIver strömt, um darin auf eine Temperatur unter etwa 100° C am Auslaß des langgetreckten Körpers gekühlt werden zu können, wo dann nur kühles UO- der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt wird; eine in dem langgestreckten Körper angeordnete Fördereinrichtung, um das UO₀-PuIver von dem Einlaß- zu dem Auslaßende gelangen zu lassen und den langgestreckten Körper vollständig mit U0₂~Pulver füllen zu können, so daß

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die Umgebungsatmosphäre am Eindringen in den langgestreckten Körper gehindert wird und nur mit nichtreaktivem UO₂~Pulver am Auslaßende in Berührung kommen kann; sowie durch eine Einrichtung zur Regelung des Betriebs der Fördereinrichtung, so daß diese nur dann.UO₂-PuIver durch den langgestreckten Körper bewegt, wenn eine vorgegebene Menge heißes calciniertes UO₂ vom Austrittsende des umlaufenden Ofens in Nähe des Einlaßendes des langgestreckten Körpers angeordnet ist, so daß der langgestreckte Körper stets relativ vollständig mit U0~-Pulver gefüllt gehalten wird, um so Eintritt der Umgebungsatmosphäre in den langgestreckten Körper und damit jegliche Berührung zwischen heißem UO₂ und Sauerstoff zu verhindern und nur kühles, nichtreaktives UO₂ mit einem Sauerstoffatomzu-Uran-Atomverhältnis von weniger als 2,2 am Austrittsende des langgestreckten Körpers zur Abgabe kommen zu lassen.

Die Erfindung umfaßt ferner ein Verfahren zur Herstellung von U0₂~Pulver gleichförmiger Qualität aus einer reduzierbaren Uranverbindung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Uranverbindung mit einer ausgewählten, vergleichsweise gleichförmigen Geschwindigkeit in eine Calcinieranordnung eingeleitet, die Uranverbindung auf eine Temperatur von bis zu etwa 1000° C erhitzt und Sauerstoff und Dampf ausgesetzt wird, um die Verbindung zu UO₂ mit durchschnittlich weniger als 2,2 Sauerstoffatomen je Uranatom zu reduzieren, daß das heiße UO₉ in einen langgestreckten Entladungskörper eingeleitet wird, der

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mit dem Calcinierofen so in Verbindung steht, daß der Eintritt der Umgebungsatmosphäre in den Calcinierofen oder deren Kontakt mit heißem UO₂ ausgeschlossen wird, daß das UO₂ bei seinem Durchlauf durch den langgestreckten Entladungskörper durch Absorption von Wärme durch Kontakt mit der Oberfläche des Entladungskörpers gekühlt wird, so daß ihre Temperatur beim Erreichen des Auslaßendes des Entladungskörpers und beim Auftreffen auf die Umgebungsatmosphäre weniger als etwa 100 C beträgt, daß der langgestreckte Entladungskörper vollständig mit dem U0₂~Pulver gefüllt und der Durchsatz des heißen UO₂ vom Calcinierofen zum Einlaßende des Entladungskörpers so geregelt wird, daß das Auslaßende des langgestreckten Entladungskörpers ständig im wesentlichen vollständig mit dem U0₂-Pulver gefüllt gehalten wird, um für dessen gute Kühlung zu sorgen und dabei den Eintritt der Umgebungsatmosphäre in den langgestreckten Entladungskörper an Stellen zu verhindern, wo sie mit heißem UO₂ unter weiterer Oxydation desselben reagieren könnte, und damit jeglichen Eintritt der Atmosphäre in den Calcinierofen zu verhindern.

Es wird so heißes Urandioxid erzeugt, indem in einem Umlaufofen eine calcinierbare reaktive feste Uranverbindung wie beispielsweise Ammoniumdiuranat (ADU) calciniert wird, die UO₉-Feststoffe am Auslaß des Ofens in eine abgedichtete Rinne entladen und von dort in eine Kühl- und Fördereinrichtung eingegeben werden, die eine Anordnung zur Bewegung des Urandioxids von der Förderrinne durch die Kühleinrichtung auf-

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weist, und das Urandioxid unter Abkühlung auf die Temperatur von unter etwa 100° C in eine geeignete Vorrats- oder nachfolgende Verarbeitungseinrichtung geleitet wird. Die Rinne sowie die Kühl- und Fördereinrichtung für das heiße UO₂ werden geregelt betrieben, so daß sie ein System bilden, das mit den UO₂-FeStstoffen bis zu dem Punkt gefüllt gehalten wird, zu dem es schließlich ausreichend abgekühlt worden ist, so daß es nicht mit der Umgebungsatmosphäre reagiert, worauf es zu äußeren Bereichen der Anordnung weitergelangt und dann mit der Umgebungsatmosphäre in Kontakt kommen kann. Insbesondere bilden die von dem Calcinierofen abgegebenen UO_o-Pulver-Feststoffe eine feste Anhäufung im unteren Teil der Rinne, und innerhalb der Förder- und Kühleinrichtung werden sie in einem dichtgepackten Zustand gehalten, so daß keine Luft zu den Teilen des UO₂ dringen kann, die sich auf einer Temperatur oberhalb 100° C, insbesondere im Temperaturbereich, wo UO₂ mit weiterem Sauerstoff reagiert, befinden. Der Calcinierofen erzeugt UO₂ mit einem Sauerstoff-zu^Uran-Atomverhältnis von vorzugsweise zwischen 2,0 und 2,2. Dieses Verhältnis von Sauerstoff zu Uran soll nach Möglichkeit aufrechterhalten werden. Die vorliegende Anordnung und d"ie ihr zugeordnete Regeleinrichtung stellen sicher, daß kein atmosphärischer Sauerstoff heißes UO₀ erreicht. Trotzdem gibt die Fördereinrichtung gekühltes UO₉ ab, das in freien Kontakt mit der Umgebungsatmosphäre treten kann.

Nach dem Stand der Technik mußte von einem Calcinierofen abgegebenes heißes UO₂ mit einem fortlaufenden schützenden

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Wasserstoffstrom am Auslaßende des Ofens beaufschlagt werden, um mit dem Sauerstoff zu reagieren, der dieses Gebiet erreicht hatte, so daß das UO „ nicht nennenswert weiter oxydierte, während es sowohl gekühlt als auch zur Weiterbehandlung oder "zu einer Speichervorrichtung weiterbefördert wurde. Es ist klar, daß für eine solche Arbeitsweise beträchtliche Wasserstoff mengen benötigt wurden. Der Grund für die Notwendigkeit, Wasserstoff am Auslaßende des Ofens verwenden zu müssen, ist in der Tatsache zu sehen, daß das von dem Ofen abgegebene UO₂ in Feststofform mit Klumpenbildungen unterschiedlicher Größen, die mit feinem Pulver vermischt sind, vorliegt und eine höchst unregelmäßige Beschaffenheit hatte. Der von dem Ofen abgegebene UO.,-Strom war ebenfalls unregelmäßig, und infolgedessen wurde die das U0„ durch die Kühlzbne-mitnehmende Fördereinrichtung nicht gefüllt, so daß atmosphärische Luft zu dem heißen UO₂ gelangen konnte, wo dieses unter Bildung von einigem U₃O₃ "verbrannte".

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Calcinieranordnung nach der Erfindung mit der ihr zugeordneten verbesserten Entladungs-Regeleinrichtung;

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch den zwischen den ¹ . Linien AA und BB der Fig. 1 liegenden Bereich; und

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. η- 7 -

Fig. 3 einen vertikalen Teilschnitt durch eine geeignete Regeleinrichtung nach der Erfindung.

Im einzelnen läßt Fig. 1 einen Umlauf-Calcinierofen 10 für die Umwandlung von ADU zu UO₉ erkennen. Dieser Calcinierofen 10 weist einen äußeren Mantel 12 auf, in dem eine drehbare Heiztrommel 14 angeordnet ist, in die das ADU durch ein Rohr 16 eingeleitet werden kann, über das Rohr 16 werden Klumpen oder tablettenartige Körper aus ADU-Schlamm von einer Zentrifuge zugeführt, die einen Bestandteil des Aufbaus für die Herstellung von ADU aus UEV-Gasen bildet. Die Heiztrommel 14 wird auf eine Temperatur von über 500° C und bis zu 1000° G in Anwesenheit einer Atmosphäre aus Dampf und Wasserstoff erhitzt, die in die Umwandlung des ADU zu UO₂ hervorrufende Reaktionen tritt. Der Ofen ist leicht im Verhältnis zu Horizontalen geneigt, so daß das Einlaßende mit dem Zuführ-Rohr höher als das Auslaßende 20 liegt. Das Auslaßende 20 weist eine abgedichtete Kammer auf, die den Eintritt von Luft verhindert und an ihrem unteren Ende in eine Förderrinne 22 übergeht, in die die UO₃-FeStStOffe in der Form von Klumpen und Pulver fallen. Die Förderrinne ist an ihrem unteren Ende unter hermetischer Abdichtung mit einem in Aufwärtsrichtung geneigten langgestreckten Förderer 24 verbunden, der eine Einrichtung wie eine innere Förderschnecke aufweist, um das UO₉ langsam über die LängserStreckung des Förderers 24 hinwegzubewegen .

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Der Förderer 24 weist einen abgedichteten langgestreckten Stahlmantel auf, durch den sich eine Welle 26 erstreckt, die von einem über ein Ritzel 27 eines Motors 29 angetriebenen äußeren Zahnrad 28 angetrieben wird. Die Welle 26 ist mit einer Förderschnecke 30 versehen, die am rechten Ende des Förderers 24 in diesen fallendes UO₂ unter gleichzeitigem Durchrühren langsam zum linken Ende des Förderers 24 bewegt. Die Wandungen des Stahlmantels des Förderers 24 sind von einem Gehäuse 32 umgeben, in das Wasser über einen oberen Einlaß 34 eingeleitet wird, das über einen Auslaß 36 austritt. Das zugeführte Wasser kommt in Kontakt mit dem Stahlmantel des Förderers und absorbiert auf diese Weise Wärme bzw. kühlt das heiße UO₂ bei seinem langsamen Aufwärtswandern durch den Förderer Das in den Förderer langsam in Aufwärtsrichtung bewegte U0~- Volumen ist beträchtlich und entspricht dem Ausstoß des Calcinierofens über eine beträchtliche Zeitdauer von beispielsweise einer halben bis zwei Stunden. Wenn das U0₂-Pulver das obere Ende des Förderers 24 erreicht hat, ist es auf eine Temperatur von weniger als 100° C abgekühlt worden. Es wird dort in einen Rohrstutzen 4O entladen, von dem aus es in einen Verteiler 42 fällt, um dann von dort über Leitungen 44 und 46 in einen Trichter 48 zu gelangen. Der Trichter 48 ist nicht hermetisch abgedichtet, so daß hier Luft mit dem UO₂ in Kontakt kommt. Auch in die Leitungen 44, 46 sowie den Verteiler 42 kann Luft eintreten, jedoch wird diese daran gehindert, den Förderer 24 durchzusetzen, weil dieser mit dichtgepacktem UO₂ angefüllt ist. Von dem Trichter 48 aus kann das UO _ in geeigneten Mengen

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einem Mahlwerk 50 zugeführt werden, um das nunmehr kalte UO₂ zu feinem Pulver zu zerkleinern, wie es sich für das "Pelletieren" zu Kernbrennstoff-"Pellets" eignet. Das zerkleinerte UO₇ von dem Mahlwerk 50 wird in einem Vorratsbehälter 52 aufgefangen.

Wie ersichtlich, kann - sofern der Förderer 24 und die Förderschnecke 30 nur teilweise mit UO₂ vom unteren Ende bis zum Austrittsende am Rohrstutzen 40 mit UO₂ gefüllt sind und dieses nicht dicht gepackt ist - atmosphärische Luft eintreten und dort mit dem heißen UO₂ am unteren Ende des Förderers 24 unter Oxydation des UO₂ zu U₃O₃ reagieren. Eine solche Reaktion mit Sauerstoff wäre in höchstem Maße unerwünscht. Um nun jede Art von Zutritt atmosphärischer Luft mit ihrem Sauerstoffgehalt zu dem von dem Calcinierofen 10 abgegebenen heißen UO₂ zu verhindern, ist eine besondere Einrichtung vorgesehen, die den Motor 29 zuweilen nur mit langsamer Drehzahl umlaufen läßt oder sogar ganz zum Stillstand bringt, je nach der U0₂-Menge, die in dem Calcinierofen 10 erzeugt und in die Förderrinne 22 ausgegeben wird. Der Förderer wird so betrieben und geregelt, daß er ständig mit UO₂-PuIver vollständig gefüllt und gleichmäßig dicht gepackt ist. Es ist besonders unerwünscht, daß die Förderschnecke 30 arbeitet, wenn sich kein UO₃ in der Förderrinne 22 befindet. Infolgedessen ist jederzeit mindestens ein bestimmtes Mindestniveau UO₃ am Boden der Rinne vorhanden und das untere Ende der Förderschnecke 30 stets von einer Menge umgeben.

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Es ist ein besonderes Merkmal der Anordnung nach der Erfindung, daß die Förderrinne 22 ständig mindestens teilweise mit heißem UO₂ von dem Calcinierofen 10 gefüllt ist, ehe die Förderschnecke 30 zu arbeiten beginnt, und in dem Moment, in dem das Niveau oder der Spiegel des heißen UO₂ in der Förderrinne 22 unter einen bestimmten Punkt absinkt, hält der Förderer 24 an. Die Einrichtung zur Verwirklichung dieses geregelten Betriebsablaufs ist mit Fig. 2 und 3 der Zeichnung wiedergegeben. In der Förderrinne 22 befindet sich in einem bestimmten Abstand von etwa 30 cm vom unteren Ende eine allgemein mit 100 bezeichnete Abtasteinrichtung, die auf die Anhäufung von heißem UO₂ bis zu diesem.Punkt anspricht, und diese Abtasteinrichtung 100 regelt den Betrieb des Motors 29 für die Förderschnecke

Die Abtasteinrichtung 100 weist eine drehbare Fühlerflosse 122 auf, die so lange weiterläuft, bis genügend U0₂~Pulver eine Anhäufung oder Menge 80 bildet, die ein Niveau erreicht, auf dem sie die Fühlerflosse 122 berührt und deren Umlauf behindert. Wenn dies der Fall ist, sorgt eine Rutschkupplung dafür, daß die Fühlerflosse 122 stehen bleiben kann, ohne Schaden zu nehmen, aber vor allem wird durch das Stehenbleiben der Fühlerflosse ein Steuerschalter betätigt, so daß der Motor 29 die Förderschnecke 30 umlaufen läßt und UO₂ von der Menge 30 in der Förderrinne 22 in den Förderer bringt. Wenn die UO₃-Menge 80 auf einen Wert abgesunken ist, so daß die Fühlerflosse 122 sich wieder frei drehen kann, so wird der Stromkreis des Motors unterbrochen, und der Motor 29 hört auf zu

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arbeiten, bis sich weiteres UO₂ in der Förderrinne 22 angesammelt· hat und die Fühlerflosse 122 von neuem daran gehindert wird, sich zu drehen. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, daß das untere Ende der Förderrinne 22, die Förderschnecke und der Förderer 24 ständig voll mit UO₂ angefüllt sind,

Fig. 3 zeigt Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels einer Abtaststeuereinrichtung 100. Diese Abtaststeuereinrichtung hat ein abgedichtetes Gehäuse 102, das an die Wandungen der Förderrinne 22 hermetisch bzw. gasdicht angeschlossen ist. In dem Gehäuse ist ein Elektromotor 104 untergebracht, der mit einer Antriebswelle 106 an seinem in Fig. 3 oberen Ende mit einer Magnetscheibe 108 gekoppelt ist, die beispielsweise magnetische Nord- und Südpole über den Umfang ihrer Oberseite verteilt hat. Der Motor treibt die Antriebswelle 106 mit einer verhältnismäßig niedrigen Drehzahl von beispielsweise 30 bis 60 Upm an.

Dicht neben der Magnetscheibe 108 ist, nur durch einen schmalen Luftspalt getrennt, eine zweite Magnetscheibe 110 angeordnet, die mit der Magnetscheibe 108 umläuft, sofern nicht eine nennenswerte Bremskraft an ihr angreift. Die Magnetscheibe 110 ist mit einer Welle 112 gekoppelt, die in einem Kugellager 114 gelagert ist. Das obere Ende der Welle 112 ragt in die Förderrinne 22 durch eine in der Wandung der Rinne vorgesehene öffnung 117. Eine mittels Kugellagern 118 und 120 drehbar gelagerte Buchse 116 ist mit dem oberen Ende

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der Welle 112 gekoppelt. Die Fühlerflosse 122 ist drehfest mit der Buchse 116 gekoppelt. Zwischen der Buchse 116 und den Wandungen der Förderrinne 22 ist eine Labyrinthdichtung 1-19 vorgesehen, um UOp-PuIver an einem Eintritt in das Gehäuse 102 zu hindern.

An der Welle 112 sitzt ein Nocken 126, der mit einem Vorsprung 128 der Buchse 116 über eine zwischengeschaltete Druckfeder 130 zusammenwirkt. Wenn die Welle 112 (bezogen auf den Motor 104 in ührzeigerrichtung) umläuft, so drückt der Nocken 126 gegen die Druckfeder 130 und über diese gegen den Vorsprung 128, so daß die Buchse 116 mitgenommen wird. Die Druckfeder 130 sorgt dabei für eine nachgiebige Verbindung zwischen der Welle 112 und der Buchse 116, und wenn die Fühlerflosse 122 auf ein Hindernis trifft, so wird die Druckfeder 130 zusammengedrückt, während die Buchse 116 in bezug auf die Welle 112 in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht wird. Diese Bewegung des Buchsen-Vorsprungs 128 erfolgt von rechts nach links, bezogen auf Fig. 3.

Unmittelbar unterhalb des Nockens 126 und des Vorsprungs 128 ist auf der Welle 112 eine Isolierlage 132 angebracht, auf der ein elektrischer Kontakt 134 befestigt ist. An der Buchse 116 ist eine zweite Isolierlage 136 befestigt, auf der ein zweiter elektrischer Kontakt 138 angeordnet ist. Die Kontakte 134 und 138 sind auf einer gemeinsamen Umfangslinie der Welle 112 angeordnet. Der Abstand zwischen den Kontakten 134 und 138

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ist kleiner als der Abstand zwischen dem Nocken 136 und dem Vorsprung 128, so daß beim Auftreffen der Fühlerflosse 122 · auf ein gröberes Hindernis, so daß sie angehalten wird_r die Feder 130 zusammengedrückt wird und die Buchse sich im Verhältnis zur Welle 112 verschiebt, wobei die Kontakte 134 und 138 zur gegenseitigen Berührung gebracht werden. Der Kontakt 134 ist über einen Leiter 140 mit einem Schleifring 142 verbunden, der auf einer die Welle 112 umgebenden Isoliermanschette 144 sitzt. In ähnlicher Weise ist der Kontakt 138 über einen Leiter· 146 mit einem zweiten Schleifring 148 verbunden, der von dem ersten Schleifring 142 einen Abstand aufweist und ebenfalls auf der Isoliermanschette 144 sitzt. Am Umfang des Schleifrings 142 greift ständig eine nachgiebig gelagerte Bürste 150 an, die über einen Leiter 152 mit einem äußeren Leiter 156 in Verbindung steht, wobei der Leiter durch eine hermetisch eingesetzte Isolierbuchse 154 geführt ist. Eine in ähnlicher Weise nachgiebig gelagerte Bürste greift ständig am Umfang des zweiten Schleifrings 148 an und steht über einen Leiter 160 mit einem äußeren Leiter 164 in Verbindung, der durch die Wand des Gehäuses 102 mittels einer hermetisch eingesetzten Isolierbuchse 162 geführt isfri Die Bürsten 150 und 158 sind an der Innenseite des Gehäuses 102 mittels herkömmlicher Halter aufgenommen. Die Leiter 156 und 164 sind in üblicher Weise mit einem Regel- oder Schaltmechanismus verbunden, über den der Betriebsablauf des Motors 29 so geregelt werden kann, daß der Motor 29 arbeitet, wenn die Kontakte 134 und 138 einander berühren und den elektrischen Stromkreis für den Motor schließen.

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Der Motor 104 treibt die Fühlerflosse 122 über die magnetisch gekoppelten Magnetscheiben 108 und 110 so lange an_f wie die Fühlerflosse 122 auf kein nennenswertes Hindernis oder keinen nennenswerten Widerstand trifft. Wenn sich jedoch eine ausreichende' Menge 80 an UO^ angesammelt hat, so daß die Fühlerflosse 122 an dieser angreift, wird die Fühlerflosse 122 angehalten. Die Welle 112 dreht sich dann wegen des magnetischen Drehmoments zwischen den Magnetscheiben 108 und 110 nur noch um den Bruchteil einer vollen Umdrehung weiter, bis die Feder 130 so weit zusammengedrückt worden ist, daß die Kontakte 134 und 138 einander berühren. Die magnetische Anziehung zwischen den Magnetscheiben 108 und 110 übt weiterhin ein Drehmoment auf die Welle 112 aus, so daß die Feder 130 zusammengedrückt bleibt, solange die Menge 80 an UO₂ die Drehung der Fühlerflosse 122 behindert. Nachdem jedoch genügend UO₂ durch Drehung der Förderschnecke 30 aus der Förderrinne 22 abgegeben worden ist, so daß die Menge 80 an UO₂ mit ihrem oberen Ende die Fühlerflosse 122 nicht mehr weiter an ihrer Drehung hindert, wird die Fühlerflosse 122 wieder freigegeben, so daß die Druckfeder 130 die Buchse 116 unter Trennung der Kontakte 134 und 138 im Verhältnis zur Welle 112 verdreht und den Stromkreis mit dem Antriebsmotor 29 und den Leitern 160/164 öffnet, d. h. der Antriebsmotor 29 hält an. Die Rutschkupplung mit den Magnetscheiben 108, 110 läßt die Welle 112 umlaufen, bis sich wieder neues UO₂ in der Menge 80 angehäuft hat und die weitere Drehung der Fühlerflosse 122 unmöglich macht. Infolgedessen ist der Förderer 24 an

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seinem unteren Ende ständig mit heißem UO₂~Pulver von der Förderrinne 22 angefüllt, so daß er UO₂ nur dann zum oberen Ende fördert, wenn feststeht, daß ein genügender Vorrat in der Förderrinne 22 zur Verfügung steht, um fortlaufend UO₂ nachzuführen. Die einzelnen Gänge der Förderschnecke 30 sind ständig mit dicht gepacktem U0₂~Pulver angefüllt. Infolgedessen kann aufgrund der Anwesenheit der Feststoffmenge an UO₂-PuIver, das den gesamten Förderer 24 füllt, keine Luft an dem Gebiet vorbeiströmen, in dem der Rohrstutzen 40 in den Förderer übergeht.

Ein System entsprechend der oben erläuterten Calcinieranordnung wurde in einer Anlage in Betrieb genommen, die in kommerziellem Umfang UO₂ aus ADU erzeugt. Ohne das Regelsystem nach der Erfindung mußten etwa 1100 g Wasserstoff je Stunde dem Calcinierofen 10 zugeführt werden, über die Hälfte dieses Wasserstoffes waren erforderlich, um am Ausgang des Calcinierofens 10 einen Wasserstoff-Überschuß zu erhalten, der mit dem ganzen freien Sauerstoff,der sonst in Berührung mit dem heißen UO₂ kommen würde, reagiert und diesen beseitigt. Selbst dann betrug das Verhältnis von Sauerstoff zu Uran in dem UO₂ im Mittel etwa 2,3. Nach einer Umgestaltung entsprechend der Erfindung sank der Verbrauch derselben Calcinieranordnung an Wasserstoff auf ca. 500 g pro Stunde. Hinzu kommt, daß das Durchschnittsverhältnis von Sauerstoff zu Uran im UO₂ dann 2,1 war. Es läßt sich somit besseres Urandioxid bei einer Einsparung von nahezu der Hälfte des

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Wasserstoffs erzeugen, der bisher für den Betrieb des Calcinierofens benötigt wurde.

Die Erfindung wurde zwar speziell in bezug auf die Calcinierung von UO₂ beschrieben, jedoch kann sie ebenso in Verbindung mit anderen Stoffen eingesetzt werden, die von einem Ofen ausgegeben werden und vor einem Kontakt mit der Luft geschützt werden müssen, bis sie eine ausreichende Abkühlun erfahren haben.

Patentansprüche;

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Claims

- 17 Patentansprüche ;

Calcinieranlage zur Reduktion von üranverbindungen durch Erhitzen der Verbindungen auf Temperaturen von bis zu etwa 1000° C zur Erzeugung yon UO₃-PuIver gleichförmiger Qualität mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 2,2 Sauerstoffatomen je Uranatom, gekennzeichnet durch eine Anlage mit Abfüll- und Kühleinrichtung, deren Einlaßende über eine im wesentlichen luftdichte Dichtung mit einem Umlaufofen (10) in Verbindung steht, um von diesem heißes UO₂-PuIver ohne Luftkontakt aufzunehmen, wobei die Abfülleinrichtung einen langgestreckten Körper mit einer ihm

wirkungsmäßig zugeordneten Kühleinrichtung aufweist, durch den das heiße UO₃-PuIver strömt, um darin auf eine Temperatur unter etwa 100° C am Auslaß des langgestreckten Körpers gekühlt werden zu können, wo dann nur kühles UO₃ der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt wird; eine in dem langgestreckten Körper angeordnete Fördereinrichtung, um das U0~-Pulver von dem Einlaß- zu dem Auslaßende gelangen zu lassen und den langgestreckten Körper vollständig mit U0₃-Pulver zu füllen, so daß die Umgebungsatmosphäre am Eindringen in den langgestreckten Körper gehindert wird und nur mit nicht-reaktivem U0₂~Pulver am Auslaßende in Berührung kommen kann; sowie eine Einrichtung (100) zur Regelung des Betriebs der Fördereinrichtung, so daß diese nur dann U0₃~Pulver durch den langgestreckten Körper bewegt, wenn eine vorgegebene Menge (80) heißes calciniertes

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UO₂ vom Austrittsende des Umlaufofens (10) in Nähe des Einlaßendes des langgestreckten Körpers angeordnet ist, so daß der langgestreckte Körper stets relativ vollständig mit UO^-Pulver gefüllt gehalten wird, um so den Eintritt der Umgebungsatmosphäre in den langgestreckten Körper und damit jegliche Berührung zwischen heißem UO- und Sauerstoff zu verhindern und nur kühles, nicht-reaktives UO₂ mit einem Sauerstoffatom-zu-Uran-Atomverhältnis von weniger als 2,2 am Austrittsende des langgestreckten Körpers zur Abgabe kommen zu lassen.
2. Calcinieranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung eine Förderschnecke (30) aufweist, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge des langgestreckten Körpers erstreckt, um das U0₂-Pulver unter Aufrechterhaltung eines guten Wärmekontakts zwischen der Kühleinrichtung weiterzubewegen und umzuwälzen.
3. Calcinieranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Regelung des Betriebs der Fördereinrichtung einen Motor (104) und einen Schalter (134, 138) zur Einschaltung des Motors aufweist, wobei die Schalteinrichtung über eine Abtast-Steuereinrichtung betätigbar ist, die in Nähe des Auslasses des Calcinierofens in einer Förderrinne (22) untergebracht ist, wobei die Förderrinne (22) UO₂ von dem Calcinierofen (10) zu der Fördereinrichtung fördert, und daß die

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Regeleinrichtung auf das Niveau des heißen calcinierten UO₂-PuIvers in der Rinne anspricht, um den Motor (29) einzuschalten und damit die Fördereinrichtung in Gang zu setzen, wenn das Niveau des UO₂-PuIvers sich oberhalb eines bestimmten Punktes in der Rinne (22) befindet, und um den Motor anzuhalten, wenn das UO₂-Pulverniveau sich unterhalb dieses bestimmten Punktes befindet.
4. Calcinieranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der.langgestreckte Körper eine ausreichende Länge und einen ausreichenden Querschnitt hat, so daß das Volumen an darin befindlichem U0₂-Pulver groß genug ist, um den U0₂~Ausstoß des CaIcinierofens über eine lange Zeitdauer hinweg aufzunehmen und so die Wärme des heißen calcinierten U0„ in angemessener Weise abzuführen und damit das UO₂ unter etwa 100° C abzukühlen, wenn es den Auslaß des langgestreckten Körpers erreicht.
5. Verfahren zur Herstellung von U0_-Pulver gleichförmiger Qualität aus einer reduzierbaren Uranverbindung, dadurch gekennzeichnet, daß die Uranverbindung mit einer vorgegebenen verhältnismäßig gleichförmigen Geschwindigkeit in einen Calcinierofen eingeleitet, die Uranverbindung auf eine Temperatur von bis zu etwa 1000° C erhitzt und unter Reduktion der Verbindung zu UO₂ mit einem Durchschnittsverhältnis von weniger als 2,2 Atomen Sauerstoff je Atomuran mit Wasserstoff und Dampf beaufschlagt wird, daß das

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heiße UO₉ einem langgestreckten Entladungskörper zügeführt wird, der mit dem Calcinierofen so verbunden ist, daß keine Umgebungsatmosphäre in den Calcinierofen, eintreten oder mit dem heißen UO₂ in Kontakt kommen kann, daß das UO₂ bei seinem Durchlauf durch den langgestreckten Entladungskörper durch Absorption von Wärme durch Kontakt mit den Flächen des Entladungskörpers so gekühlt wird, daß seine Temperatur am Austrittsende des Entladungskörpers und beim Auftreffen auf die Umgebungsatmosphäre geringer als etwa 100° C ist, daß der langgestreckte Entladungskörper vollständig mit dem U0₂~Pulver angefüllt wird und der Durchlauf von heißem UO₂ durch den Calcinierofen zum Einlaßende des Entladungskörpers, das dann das Auslaßende des langgestreckten Entladungskörpers verläßt, so geregelt wird, daß der langgestreckte Körper ständig im wesentlichen vollständig mit U0₂-Pulver gefüllt gehalten wird, um so für eine gute Kühlung zu sorgen und dabei den Eintritt von UmgebungsatmoSphäre in den langgestreckten Entladungskörper zu einer Stelle zu verhindern, wo die Umgebungsatmosphäre mit dem UO₂ unter weiterer Oxydation desselben reagieren könnte und damit das Eindringen von UmgebungsatmoSphäre in den Calcinierofen zu verhindern.

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