分离硅化铀熔炼体中硅三铀的方法及核燃料芯块技术

本发明专利技术公开了一种分离硅化铀熔炼体中硅三铀的方法及核燃料芯块，分离硅化铀熔炼体中硅三铀的方法包括以下步骤：S1、将U

Separation of si3u from uranium silicide melts and nuclear fuel pellets

【技术实现步骤摘要】
分离硅化铀熔炼体中硅三铀的方法及核燃料芯块
本专利技术涉及核电
，尤其涉及一种分离硅化铀熔炼体中硅三铀的方法及核燃料芯块。
技术介绍
福岛核事故后，压水堆核电厂使用长达半个世纪之久的UO2-Zr燃料体系在严重事故下的安全性遭受广泛质疑。国际核工业界急需提出一种安全性极高，能长时间抵御事故工况下高温、强氧化环境的新型燃料。美国、法国、英国、韩国等核电强国相继公布发展ATF燃料(事故容错燃料)技术以提高核电厂抵抗严重事故的能力。各国提出了众多的ATF燃料的概念和方案，多数方案是以牺牲经济性为代价换取安全性。美国研究者从研究堆燃料的特性得到启发，将烧结U3Si2芯块作为燃料芯块用在商用压水堆核电厂中，在提高安全性的同时还能较大地提高经济性。西屋公司将U3Si2作为EnCoreTM品牌下的核燃料芯块产品，是先进的下一代核燃料芯块，与传统UO2燃料相比有着突出的优点和可以克服的缺点。与传统UO2燃料相比，U3Si2燃料具有较高的铀密度，可以增加反应堆的铀装量，提高功率密度、延长换料周期和加深燃耗，从而提高核电厂的经济性；U3Si2还有高热导率的性质，而且热导率随温度的升高而升高，面对严重事故有较高的容错性，从而提升核电厂的安全性。工业化生产的U3Si2粉末是将金属U粉末和高纯Si粉末按照化学计量比混合熔炼，得到熔炼体后，经过破碎和球磨制成粉末，在整个制备过程中，没有考虑分离U3Si。由U-Si相图表明，在U3Si2熔炼过程中，不可避免地产生U3Si的辐照肿胀非常严重，在U3Si2芯块中混有U3Si会造成芯块肿胀严重，有破坏包壳材料，发生PCMI失效的风险。但是因为辐照肿胀问题不是研究堆燃料的限制因素，所以U3Si2混有U3Si杂质一直没有得到足够的重视。然而，烧结U3Si2芯块用在压水堆的最大困难在于降低辐照肿胀。美国在公开发表物中都没有提及去除U3Si杂质的方法，仅提及U3Si杂质成分的含量较低，最低可控制在0.5％质量百分含量，目标控制是1.5％质量含量。烧结U3Si2芯块中混有U3Si杂质的问题在目前没有公开的解决方法，使得目前核电领域中对烧结U3Si2芯块投入较低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种有效减少U3Si含量，极大改善U3Si2芯块的辐照肿胀行为的分离硅化铀熔炼体中硅三铀的方法及核燃料芯块。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种分离硅化铀熔炼体中硅三铀的方法，包括以下步骤：S1、将U3Si2熔炼体进行破碎和球磨，形成混合粉末；所述混合粉末包括U3Si2粉末和U3Si粉末，所述U3Si粉末的粒度大于所述U3Si2粉末的粒度；S2、根据所述U3Si2粉末和所述U3Si粉末的粒度不同，将所述混合粉末经过至少一级级联装置，依次在所述级联装置的风场和离心力作用下，将所述U3Si粉末从所述U3Si2粉末中分离出来，获得U3Si2富集粉末。优选地，步骤S1中，所述混合粉末的粒度为2μm-1mm。3、根据权利要求1所述的分离U3Si2熔炼体中U3Si的方法，其特征在于，步骤S2中，将分离出来的U3Si粉末进行回收以回炉重新熔炼。优选地，步骤S2中，通过所述风场时，在相同纵向位移下，粒度较大的U3Si粉末的侧向位移小于粒度较小的U3Si2粉末的侧向位移；经过风场后分离出来的U3Si2粉末在离心力作用下，其中含有的U3Si粉末由于运动距离小于U3Si2粉末的运动距离，从而积聚在U3Si2粉末的内圈，U3Si2粉末则运动至U3Si粉末的外圈。优选地，步骤S2中，所述混合粉末经过一级所述级联装置；所述级联装置包括风场、设置在所述风场第二侧且按照U3Si2粉末和U3Si粉末的侧向位移距离设置的回收装置和离心装置；步骤S2包括以下步骤：S2.1、将所述混合粉末从所述风场第一侧通过所述风场，将其中的U3Si2粉末和U3Si粉末进行分离；S2.2、经过所述风场分离出来的所述U3Si2粉末和U3Si粉末分别进入离心装置和回收装置中；S2.3、通过所述离心装置将所述U3Si2粉末进行离心分离，将其中含有的U3Si粉末从U3Si2粉末中分离出来，获得U3Si2富集粉末。优选地，所述回收装置和离心装置均位于所述风场的下方，通过所述风场后分离的所述U3Si2粉末和U3Si粉末分别通过重力落入所述离心装置和回收装置中。优选地，步骤S2中，所述混合粉末依次经过两级所述级联装置，分别为第一级联装置和第二级联装置；所述第一级联装置包括第一风场、设置在所述第一风场第二侧且按照U3Si2粉末和U3Si粉末的侧向位移距离设置的第一回收装置和第一离心装置；所述第二级联装置包括第二风场、设置在所述第二风场第二侧且按照U3Si2粉末和U3Si粉末的侧向位移距离设置的第二回收装置和第二离心装置；步骤S2包括以下步骤：S2.1、将所述混合粉末从第一风场的第一侧通过第一风场，将其中的U3Si2粉末和U3Si粉末进行分离；S2.2、经过第一风场分离出来的所述U3Si2粉末和U3Si粉末分别进入第一离心装置和第一回收装置中；S2.3、通过所述第一离心装置将所述U3Si2粉末进行离心分离，将其中含有的U3Si粉末从U3Si2粉末中分离出来；S2.4、经过离心分离后的所述U3Si2粉末再从第二风场的第一侧通过第二风场，将U3Si2粉末和其中含有的U3Si粉末进行分离；S2.5、经过第二风场分离出来的所述U3Si2粉末和U3Si粉末分别进入第二离心装置和第二回收装置中；S2.6、通过所述第二离心装置将所述U3Si2粉末进行离心分离，将其中含有的U3Si粉末从U3Si2粉末中分离出来，获得U3Si2富集粉末。优选地，所述第二级联装置设置在所述第一级联装置的下方；步骤S2.4中，第一离心装置分离出来的所述U3Si2粉末通过重力作用落入所述第二风场。优选地，还包括以下步骤：S0、制备U3Si2熔炼体；所述U3Si2熔炼体的制备方法如下：将U粉末和Si粉末混合后压制成块状体并进行熔炼，得到U3Si2熔炼体。优选地，所述Si粉末占U粉末和Si粉末总质量的7.5％。本专利技术还提供一种核燃料芯块，采用经过以上任一项所述方法获得的U3Si2富集粉末制成。本专利技术的有益效果：采用物理方法有效减少或去除U3Si2粉末中的U3Si杂质，从而减少或去除U3Si2芯块中U3Si杂质，极大改善U3Si2芯块的辐照肿胀行为；实现设备简单，成本低，分离效率高，可以实现工业规模生产，克服了U3Si2芯块应用于商用压水堆核电厂的不利因素。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术第一实施例的分离硅化铀熔炼体中硅三铀的方法的流程示意图；图2是本专利技术第二实施例的分离硅化铀熔炼体中硅三铀的方法的流程示意图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分离硅化铀熔炼体中硅三铀的方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、将U

【技术特征摘要】
20191226 CN 20191136826371.一种分离硅化铀熔炼体中硅三铀的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将U3Si2熔炼体进行破碎和球磨，形成混合粉末；所述混合粉末包括U3Si2粉末和U3Si粉末，所述U3Si粉末的粒度大于所述U3Si2粉末的粒度；
S2、根据所述U3Si2粉末和所述U3Si粉末的粒度不同，将所述混合粉末经过至少一级级联装置，依次在所述级联装置的风场和离心力作用下，将所述U3Si粉末从所述U3Si2粉末中分离出来，获得U3Si2富集粉末。


2.根据权利要求1所述的分离硅化铀熔炼体中硅三铀的方法，其特征在于，步骤S1中，所述混合粉末的粒度为2μm-1mm。


3.根据权利要求1所述的分离硅化铀熔炼体中硅三铀的方法，其特征在于，步骤S2中，将分离出来的U3Si粉末进行回收以回炉重新熔炼。


4.根据权利要求1所述的分离硅化铀熔炼体中硅三铀的方法，其特征在于，步骤S2中，通过所述风场时，在相同纵向位移下，粒度较大的U3Si粉末的侧向位移小于粒度较小的U3Si2粉末的侧向位移；
经过风场后分离出来的U3Si2粉末在离心力作用下，其中含有的U3Si粉末由于运动距离小于U3Si2粉末的运动距离，从而积聚在U3Si2粉末的内圈，U3Si2粉末则运动至U3Si粉末的外圈。


5.根据权利要求1所述的分离硅化铀熔炼体中硅三铀的方法，其特征在于，步骤S2中，所述混合粉末经过一级所述级联装置；所述级联装置包括风场、设置在所述风场第二侧且按照U3Si2粉末和U3Si粉末的侧向位移距离设置的回收装置和离心装置；
步骤S2包括以下步骤：
S2.1、将所述混合粉末从所述风场第一侧通过所述风场，将其中的U3Si2粉末和U3Si粉末进行分离；
S2.2、经过所述风场分离出来的所述U3Si2粉末和U3Si粉末分别进入离心装置和回收装置中；
S2.3、通过所述离心装置将所述U3Si2粉末进行离心分离，将其中含有的U3Si粉末从U3Si2粉末中分离出来，获得U3Si2富集粉末。


6.根据权利要求5所述的分离硅化铀熔炼体中硅三铀的方法，其特征在于，所述回收装置和离心装置均位于所述风场的下方，通过所述风场后分离的所述U3Si2粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锐，孟繁良，赖新春，廖业宏，刘彤，任啟森，张鹏程，高瑞，杨振亮，张强，
申请(专利权)人：岭东核电有限公司，中广核研究院有限公司，中国工程物理研究院材料研究所，中国广核集团有限公司，中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44