本发明专利技术涉及一种用于制备包含铀和至少一种锕系和／或镧系元素的氧化物、碳化物和／或碳氧化物燃料的方法，所述方法包括以下步骤：制备原料液的步骤，所述原料液是包含锕系和／或镧系元素硝酸盐形式的所述锕系和／或镧系元素和羟基化硝酸铀酰化合物形式的铀的硝酸溶液；使所述溶液通过包含羧基的阳离子交换树脂，由此阳离子形式的所述锕系和／或镧系元素以及所述铀酰形式的铀保留固定至所述树脂；和对所述树脂进行热处理以获得所述燃料。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及应 用阳离子交换树脂来制备混合燃料，S卩，同时包含铀和至少一种锕系元素(特别是次锕系元素)和/或镧系元素的混合燃料的方法。该方法的应用是设计新型核燃料，所述核燃料可用于构建许多类型的核反应堆所设计的核心棒，或者是考虑到特别是为了回收次锕系元素等长寿命元素而进行核嬗变实验时用于形成嬗变目标。
技术介绍
通常，用于核反应堆的堆芯的核燃料的作用在于通过中子轰击后的放射性核素 (特别是铀、钚、钍)的裂变来提供热量形式的能量。在前些年所开发的燃料当中，可以提及以下的燃料-单一燃料，即，包含单一放射性元素的燃料，例如UO2等单一氧化物；-混合燃料，S卩，包含至少两种放射性元素的燃料，例如基于铀和钍的混合氧化物或基于铀和钚的MOX型的混合氧化物。UO2型的单一燃料通常由包括以下步骤的方法获得-选取包含金属态的铀的矿石的步骤；-碾压并研磨经选取的矿石的步骤，以及随后的经由碱或酸途径来溶解矿石的步骤，由此从矿石中提取铀；-浓缩所得到的溶液的步骤，从而制造黄色粉末，即所谓的“黄饼”，其包含约75% 的氧化铀；-将氧化铀转化为四氟化铀UF4然后转化为六氟化铀UF6的步骤；-浓缩六氟化铀UF6以富含铀235的步骤；-将浓缩过的六氟化铀转化为氧化铀粉末；和-压缩得到的粉末以形成球粒状物的步骤，以及随后的固化所述球粒状物的煅烧步骤。铀的裂变产生了一定数量的长寿命的放射性核素，例如钚和次锕系元素(如镅和锔)。前者作为裂变材料而回收，后者则拟嬗变为短寿命的放射性核素。为了增大钚的值，开发了一种新型燃料，其使氧化钚与氧化铀结合，该新型燃料称为MOX燃料。更具体而言，该MOX型燃料包含氧化铀和氧化钚，钚已经通过核反应堆中的铀238 中子俘获而生成，因此来源于辐射燃料的后处理，而此时铀是天然来源。MOX燃料通常经由两种途径获得第一种途径可描述为“直接共研磨”，其中，UO2粉末和PuO2粉末以获得指定的钚含量(即，制造结束时燃料所具有的钚含量)的预计比例而直接混合并共研磨；第二种途径则将研磨步骤和稀释步骤相结合，其中，首先形成一次粉末混合物，其中的钚相对于指定的钚含量是“过浓缩”的，随后通过添加二氧化铀进行二次稀释。关于以上提及的两种类型的燃料及其常规制备途径，可以观察到它们均基于粉末冶金，这可能会产生受限放射性介质的处理问题。因此，本专利技术人由此设定他们的目标为提出特别采用经由液体途径的混合步骤来制备混合燃料的方法，所述混合燃料除了包含铀之外还包含其他的锕系和/或镧系元素，特别是次锕系元素如镅、锔和镎。特别是待组合的元素是次锕系元素时，在所述方法的范围内将允许直接使用包含所述锕系元素的液体废物，并且特别是避免了对这些元素的粉末的处理。
技术实现思路
因此，本专利技术的第一目的涉及一种用于制备包含铀和至少一种锕系和/或镧系元素的氧化物、碳化物和/或碳氧化物类燃料的方法，所述方法包括以下步骤-制备负载溶液(loadsolution)的步骤，所述负载溶液由硝酸溶液组成，所述硝酸溶液包含锕系和/或镧系元素硝酸盐形式的所述锕系和/或镧系元素和羟基化硝酸铀酰络合物形式的铀；-使所述溶液通过包含羧基的阳离子交换树脂的步骤，由此阳离子形式的所述锕系和/或镧系元素以及所述铀酰形式的铀保留结合至所述树脂；-所述树脂的热处理步骤，从而获得所述燃料。因此，本专利技术的方法是不涉及使铀与至少一种锕系和/或镧系元素结合的粉末冶金技术以及由此产生的缺陷的方法，而使用包含羧基的阳离子交换树脂的能力结合铀酰阳离子和基于锕系和/或镧系元素的阳离子，所述结合通过羧基所携质子与负载溶液中所含的铀酰阳离子及锕系和/或镧系元素阳离子之间的交换而实现。本专利技术人意外地注意到，倘若观察到硝酸铀酰络合物应当羟基化的条件，则前述树脂具有以成组且同等的方式结合铀酰阳离子和锕系和/或镧系元素阳离子的能力。因为树脂缺乏选择性，所以负载溶液通过后再次确定树脂中负载溶液的铀酰阳离子与来自锕系和/或镧系元素的阳离子之间的比例。因此，通过制备负载溶液可以提供在该方法结束时在燃料中再次确定的元素的比例。该方法还具有不涉及在核环境中可能需慎重处理的铵离子的优点。对洗出液的再循环操作由此便于进行。该方法应用于燃料的制备，所述燃料还包含铀、处于氧化态(III)、(V)或(VI)的锕系元素，以及处于氧化态(III)的镧系元素。更具体而言，本专利技术的方法可应用于制备燃料，所述燃料除了包含铀之外还包含至少一种次锕系元素如镅、锔和/或镎及其混合物。在这种情况下，次锕系元素可来自废燃料的湿法冶金后处理流。进而更具体的是，本专利技术的方法可用于制备包含铀以及镅(III)或钕(III)的燃料。可以理解，当根据本专利技术的方法制备的燃料用于核反应堆以产生能量时，除了铀之外的锕系和/或镧系元素的比例将确定为不致损害可裂变的铀元素的性质。所述方法的第一步是制备拟通过包含羧基的阳离子交换树脂的负载溶液。该负载溶液可以以下列方式制备-制备第一硝酸溶液，所述第一硝酸溶液包含所述锕系和/或镧系元素的硝酸盐， 例如，钕(III)或镅(III)的硝酸盐的溶液；-将预定量的三氧化铀UO3或可选的U3O8导入所述第一溶液中，将所述量设定为形成式UO2(NO3)2_x(OH)x的羟基化硝酸铀酰络合物，其中X ( IjI^LSUO2(NO3)U(OH)a5的 25%的水解的硝酸铀酰络合物； -用于混合得到的溶液的步骤，该步骤优选在室温进行，并可选的随后进行过滤步马聚ο根据替代性方案，负载溶液也可以如下制备将预定量的三氧化铀导入包含所述锕系和/或镧系元素的硝酸盐、备好的硝酸铀酰或硝酸的第一溶液中，由此获得所希望的量的铀和式UO2 (NO3) 2_x (OH)X的羟基化硝酸铀酰络合物，其中X彡1。铀酰阳离子被再次确认为羟基化硝酸铀酰络合物这一点非常重要，因为本专利技术人证实这种络合物的存在形成了树脂与负载溶液中存在的阳离子之间的交换动力。负载溶液通过阳离子交换树脂时，负载溶液中该络合物的存在特别提供了引发铀酰阳离子以及锕系和/或镧系元素阳离子与阳离子交换树脂的质子之间的伴生离子交换的可能性。将导入第一溶液的三氧化铀的该预定量设定为使得硝酸盐离子的摩尔数与铀的摩尔数的摩尔比小于2。作为一个实例，对于式UO2 (NO3) L 5 (OH) 0.5的25 %的水解的硝酸铀酰络合物，形成该络合物的方程式如下3U02 (NO3) 2+U03+H20 — 4U02 (NO3) L 5 (OH) 0.5作为一个实例，为获得该络合物，首先制备包含a摩尔硝酸的硝酸镅的溶液，溶解 (a/R)摩尔的氧化铀，R是铀所配的硝酸盐的摩尔数(即，此处是1. 5)。接下来的步骤包括使负载溶液通过包含羧基的阳离子交换树脂，以使铀酰阳离子以及锕系和/或镧系元素的阳离子结合。通常所用的树脂表现为整合有可交换基团的聚合珠(polymeric pearl)，在本专利技术的情况中所述可交换基团为携有H+质子的羧酸基。本专利技术的范围内使用的树脂可以是 (甲基)丙烯酸或丙烯腈与交联剂，特别是二乙烯基苯(DVB)进行(共)聚合而得到的树脂。在丙烯腈的情况中，在聚合后需进行使-CN基团水解为羧基的步骤。可用来用于本专利技术的方法的商用树脂可以是由Rohm & Haas提供的树脂，例如 IMAC HP 333 树本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于制备包含铀和至少一种锕系和／或镧系元素的氧化物、碳化物和／或碳氧化物类燃料的方法，所述方法包括以下步骤：制备负载溶液的步骤，所述负载溶液是包含锕系和／或镧系元素硝酸盐形式的所述锕系和／或镧系元素和羟基化硝酸铀酰络合物形式的铀的硝酸溶液；使所述溶液通过包含羧基的阳离子交换树脂的步骤，由此阳离子形式的所述锕系和／或镧系元素以及所述铀酰形式的铀保留结合至所述树脂；所述树脂的热处理步骤，从而获得所述燃料。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR08563882008年9月23日1.一种用于制备包含铀和至少一种锕系和/或镧系元素的氧化物、碳化物和/或碳氧化物类燃料的方法，所述方法包括以下步骤制备负载溶液的步骤，所述负载溶液是包含锕系和/或镧系元素硝酸盐形式的所述锕系和/或镧系元素和羟基化硝酸铀酰络合物形式的铀的硝酸溶液；使所述溶液通过包含羧基的阳离子交换树脂的步骤，由此阳离子形式的所述锕系和/ 或镧系元素以及所述铀酰形式的铀保留结合至所述树脂；所述树脂的热处理步骤，从而获得所述燃料。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述锕系元素是处于氧化态(III)、(V)或(VI)的锕系元素，所述镧系元素是处于氧化态(III)的镧系元素。3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述锕系元素是选自镅、锔、镎及其混合物的次锕系元素。4.如权利要求3所述的方法，其中，所述次锕系元素源自废燃料的后处理流。5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，制备所述负载溶液的所述步骤包括-制备第一硝酸溶液，所述第一硝酸溶液包含所述锕系和/或镧系元素的硝酸盐；-将预定量的氧化铀UO3或可选的U3O8导入所述第一溶液中，将所述量设定为形成式 UO2(NO3)2^x(OH)x的羟基化硝酸铀酰络合物，其中χ < 1 ；-混合所得的溶液的步骤，该步骤优选在室温进行，并选择性的随后进行过滤步骤。6.如权利要求1 4中任一项所述的方法，其中，制备所述负载溶液的所述步骤包括将预定量的三氧化铀导入第一溶液中，所述第一溶液包含所述锕系和/或镧系元素的...
【专利技术属性】
技术研发人员：塞巴斯蒂安·皮卡特，
申请(专利权)人：原子能和替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：FR
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