由六氟化铀制备二氧化铀粉末的方法技术

用六氟化铀（ＵＦ－［６］）制备二氧化铀（ＵＯ－［２］）的方法包括（１）使ＵＦ－［６］气与水蒸汽反应并将温度控制在预定的２００－７００℃以形成至少一种选自氟化双氧铀（ＵＯ－［２］Ｆ－［２］）和Ｏ／Ｕ比（氧／铀原子比）２．７－３的氧化铀的固体铀化合物；（２）将该化合物溶解在水或硝酸中以形成双氧铀水溶液；（３）将该溶液与氨反应形成重铀酸铵（ＡＤＵ）沉淀；（４）过滤该沉淀；（５）干燥该沉淀；（６）焙烧该干燥沉淀、（７）还原该焙烧沉淀，由此控制ＵＯ－［２］粉的特性。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种通过六氟化铀制备用作反应堆核燃料的二氧化铀粉末的方法，特别是对重铀酸铵（ADU）方法的一种改进。把六氟化铀UF6转变成用作反应堆核燃料的二氧化铀UO2粉末的方法，根据一般分类有两种类型，也就是湿法和干法。湿法有代表性的实例包括所谓重铀酸铵法（ADU）。在此法中，UF6气体与水起反应形成氟化双氧铀水溶液（UO2F2），该水溶液然后再与氨起反应，沉淀出重铀酸铵（ADU），再将该沉淀物通过过滤、烘干、焙烧、还原等步骤，得到UO2粉末。按照下列反应式（Ⅰ）和（Ⅱ）制备重铀酸铵，在上述方法中，通过水解UF6生成的UO2F2的水溶液中，每一克分子铀有四个克分子的氟化氢，如化学式（Ⅰ）所示。上述方法有两方面的缺点。首先，用上述方法难于得出具有高放射性的UO2粉末。另一方面，氟不能有效地被利用，而大量地被浪费。关于第一点，在反应式（Ⅱ）所示的ADU形成反应中，首先通过用HF中和反应，形成氟化铵（NH4F），使得ADU初始颗粒相对地变大。由较大初始颗粒构成的ADU再通过焙烧、还原等步骤，使得到的UO2粉末也就由较大的初始颗粒所构成，如同在ADU情况中一样。这意味着粉末的放射性比较低。在烧结成球丸时，也就是由此种具有较低的放射性UO2粉末制成核燃料元件时，在通常条件-->下烧结成的球丸密度约是总密度的95%（TD），而且该球丸是由颗粒直径为10微米量级的晶体所构成。在希望得到具有烧结密度和晶体颗粒直径大于以上所述的球丸时，提高烧结温度或延长烧结的时间周期在某种程度上或许能获得成功，尽管实际上难以得到具有晶体颗粒直径40到50微米的球丸。关于第二点，氟F首先变成氟化铵NH4F。在滤掉ADU沉淀物后，氟包含在滤液中。通过过滤从中去除了ADU并包含有NH4F的废液，用一种沉淀剂（如氢氧化物或消石灰Ca（OH）2以及类似的化合物）进行处理。通过这种处理，氟成份以氟化钙CaF2的形式被沉淀，而氨NH3被还原并再重复利用。另一方面，形成了大量的氟化钙，处理每一吨铀要形成一吨左右的氟化钙，而这大量的氟化钙CaF2作为固体废物保留了下来，不再重复利用。在通常的ADU方法中，由于氟的有害影响，难以得到具有高放射性的UO2粉末。此外，缺点在于形成了大量的氟化物，而且作为废物清除掉。除了上述的ADU方法之外，湿法实例还包括双氧铀碳酸铵（AUC）法、改进的ADU方法等。在AUC方法中，UF6气体与二氧化碳和水起反应，沉淀出双氧铀碳酸铵（AUC），然后再经过过滤、烘干、焙烧、还原等步骤，实质上采用与ADU方法相同的处理方式，得到UO2粉末。另一方面，改进的ADU方法包括将UF6气体在一种脱氟剂的硝酸溶液中进行水解，而得到含水的UO2（NO3）2。通过溶剂萃取，纯化此溶液，再用氨与纯化的该溶液起反应而形成ADU。然后，使用ADU方法中相同的方法，处理所得的ADU，这样就把ADU转化成UO2。尽管此种方法能够制备UO2粉末，它比按照普通的ADU方法所得到的UO2粉末具有更高的放射性，然而，此-->种方法不仅难于得到晶体颗粒大于约20微米的UO2粉末，而且本方法实质上具有如同普通ADU方法一样的缺点：同样产生氟废物。尤其是在AUC方法中，氟以氟化钙CaF2的形式保留在最后产物中，而在改进的ADU方法中，氟化物包含在脱氟剂中，例如把硝酸铝用作脱氟剂时，在最后产物中存有氟化铝。由于干法没有上述的缺点（在ADU湿法中，伴随着处理过程形成大量的氟废物），所以干法是极好的。干法用下列反应式表示，在上面的反应式中，UF6首先与水蒸汽起反应，生成UO2F2固体，同时，HF作为气体从其中分离出来。然后，UO2F2用氢气还原，得出UO2粉末。在此种干法中，所有氟成份以HF气体的形式被还原。而对比之下，在湿法中氟成份成为废液体，以致产生氟废物。然而，按照干法，一般很难控制所得到的UO2特性，而且UO2粉末所具有的放射性低于由湿法ADU所得到的UO2粉末的放射性。本专利技术的目的是为了消除已有技术的上述缺点，并提供一种制备UO2粉末的方法，此种方法能制备具有高放射性和显著可控制特性的UO2粉末。本专利技术的另一个目的是提供一种把产生氟废物减至最小的方法。按照本专利技术，通过由六氟化铀（UF6）制备二氧化铀（UO2）粉末的方法达到上述目的。此种方法包括：（1）使UF6气体与水蒸汽起反应，将UF6气体与水蒸汽之间的反应温度控制在予定的200℃到700℃范围之内，以形成至-->少一种固体的铀化物，该铀化物是从氟化双氧铀（UO2F2）和二氧化铀组成的基中挑选的，该基具有O/U比（氧/铀原子比）在2.7到3之间;（2）在水中或硝酸中溶解所述的至少一种固体铀化合物，以形成一种双氧铀水溶液，该水溶液包含有所述的至少一种双氧铀化合物;（3）使所述的双氧铀水溶液与氨起反应，沉淀出重铀酸铵（ADU）;（4）过滤所述的沉淀物;（5）烘干所述的沉淀物;（6）焙烧所述烘干的沉淀物;（7）还原所述焙烧过的沉淀物，从而控制UO2粉末的特性。本专利技术通过将通常的湿法中形成的大量氟废物减少或减至最小，克克服了已有技术中的上述缺点，同时，本专利技术增加了产物的放射性，并且能够控制产物的特性。本文中唯一的附图是按照本专利技术的一个实施例实现本方法的一种系统的示意图。下面将参照附图描述本专利技术，该附图是用于本专利技术的一个实施例装置的示意图。在该附图中，UF6作为起始材料在蒸发器1中被蒸发，生成的气体通过安装在反应器2侧壁的喷咀2a以注入或喷入的方式导入流化床反应器2中。另一方面，用作反应气体，同时又作为流化气体的水蒸汽通过安装在反应器2底部的喷咀2b被导入反应器2中。如果希望的话，氮气能作为流化气体，与水蒸汽一起通过连接在底部喷咀2b的导管3引入到反应器2中，以便改善流化床的流化作用。在流-->化床反应器2中，UF6气体和水蒸汽或和水蒸汽与氮气混合的气体相接触，在温度200℃到700℃之间彼此起反应。根据反应温度，形成了三种类型的铀化合物。当反应温度在高于200℃但不高于350℃范围内时，形成UO2F2粉末。在反应温度低于200℃时，形成UO2F2，然而使反应进行下去需要很长的时间，所以，如此低的反应温度不应该采用。在稍微高些的反应温度下，也就是在高于350℃但不高于500℃时，形成了具有O/U原子比在2.7到3的UO2F2和氧化铀组成的混合粉末。当反应温度在高于500℃但不高于700℃范围内时，一种具有O/U比在2.7到3的氧化铀形成了。在第三种情况中，反应温度越高，O/U原子比越小。应该避免使用700℃以上的反应温度，因为这样高的反应温度能加速所用装置的腐蚀。产生在反应器2中的粉末，一次贮存在漏斗4中，然后导入到一个溶解装置5中。当粉末是由UO2F2组成时，在溶解装置中的粉末溶解在通过供水导管6所供给的水中，最好用去离子水或蒸馏水。当粉末是由UO2和以上指定的氧化铀组成的混合粉末时，或者当粉末只由指定的氧化铀组成时，在溶解装置中的粉末溶解在通过硝酸供给导管7所供给的硝酸中。在上述的三种情况中，相应地生成了UO2F2水溶液，UO2F2和UO2（NO3）2混合水溶液，以及氧化铀水溶液。在第二种和第三种情况中，所分别使用的硝酸量要尽可能地少，只要氧化铀溶解就可以了。在流化床反应器2中生成的付产品HF本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由六氟化铀（ＵＦ↓［６］）制备二氧化铀（ＵＯ↓［２］）粉末的方法，其特征在于（１）使ＵＦ↓［６］气体与水蒸汽起反应，将所述的ＵＦ↓［６］气体与所述的水蒸汽之间的反应温度控制在予定的２２０℃到７００℃范围之内，以形成至少一种固体铀化物 ，该铀化物是从氟化双氧铀（ＵＯ↓［２］Ｆ↓［２］）和二氧化铀组成的基中挑选的，该基具有Ｏ／Ｕ比（氧／铀原子比）在２．７到３之间。（２）将所述的至少一种固体铀化物溶解在水中或硝酸中，以形成一种双氧铀水溶液，它包含有所述的至少一种双氧铀化合 物（３）使所述的双氧铀水溶液与氨起反应以沉淀出重铀酸铵（ＡＤＵ）（４）过滤所述的沉淀物（５）烘干所述的沉淀物（６）焙烧所述烘干的沉淀物（７）还原所述焙烧过的沉淀物以生成ＵＯ↓［２］粉末，从而控制所述ＵＯ↓［２］粉末的特性 。

【技术特征摘要】
1、一种由六氟化铀(UF6)制备二氧化铀(UO2)粉末的方法，其特征在于(1)使UF6气体与水蒸汽起反应，将所述的UF6气体与所述的水蒸汽之间的反应温度控制在予定的220℃到700℃范围之内，以形成至少一种固体铀化物，该铀化物是从氟化双氧铀(UO2F2)和二氧化铀组成的基中挑选的，该基具有O/U比(氧/铀原子比)在2.7到3之间。(2)将所述的至少一种固体铀化物溶解在水中或硝酸中，以形成一种双氧铀水溶液，它包含有所述的至少一种双氧铀化合物(3)使所述的双氧铀水溶液与氨起反应以沉淀出重铀酸铵(ADU)(4)过滤所述的沉淀物(5)烘干所述的沉淀物(6)焙烧所述烘干的沉淀物(7)还原所述焙烧过的沉淀物以生成UO2粉末，从而控制所述UO...

【专利技术属性】
技术研发人员：八登唯夫，田中皓，
申请(专利权)人：三菱麻铁里亚尔株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]