[go: up one dir, main page]

RU2344502C2 - Method of producing tableted fuel for nuclear reactor heat-emitting elements and production line to this effect - Google Patents

Method of producing tableted fuel for nuclear reactor heat-emitting elements and production line to this effect Download PDF

Info

Publication number
RU2344502C2
RU2344502C2 RU2006135684/06A RU2006135684A RU2344502C2 RU 2344502 C2 RU2344502 C2 RU 2344502C2 RU 2006135684/06 A RU2006135684/06 A RU 2006135684/06A RU 2006135684 A RU2006135684 A RU 2006135684A RU 2344502 C2 RU2344502 C2 RU 2344502C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
uranium
mixing
powders
powder
unit
Prior art date
Application number
RU2006135684/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006135684A (en
Inventor
н Эльвира Геннадьевна Подур (RU)
Эльвира Геннадьевна Подурян
Константин Юрьевич Вергазов (RU)
Константин Юрьевич Вергазов
Евгений Александрович Филиппов (RU)
Евгений Александрович Филиппов
Игорь Иванович Локтев (RU)
Игорь Иванович Локтев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" filed Critical Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority to RU2006135684/06A priority Critical patent/RU2344502C2/en
Publication of RU2006135684A publication Critical patent/RU2006135684A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2344502C2 publication Critical patent/RU2344502C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

FIELD: physics, nuclear physics.
SUBSTANCE: mixing the uranium oxide initial powders is carried out in two stages, i.e. preliminary mixing in a planetary-auger mixer in quantities and subsequent mixing in the complex processing plant built around a hammer-type mill-crusher or a circular milling-scattering device. The propose production line is additionally furnished with a mixing plant and a complex processing plant to be consecutively installed ahead of the plant designed to mix uranium oxide powder up with a dry plastifier.
EFFECT: expanded range of uranium oxide initial powders, higher process efficiency, higher yield of fuel tablets, reduced dust formation and better ecology.
6 cl, 5 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к атомной промышленности и может найти применение на предприятиях по изготовлению таблетированного топлива из диоксида урана для тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), собираемых в тепловыделяющие сборки (ТВС) и используемых в коммерческих ядерных реакторах (например, типа ВВЭР).The invention relates to the nuclear industry and can be used in enterprises for the manufacture of pelletized fuel from uranium dioxide for fuel elements (fuel elements) assembled in fuel assemblies (FAs) and used in commercial nuclear reactors (for example, VVER type).

Известен способ получения порошков оксидов урана с заданным значением условной массовой доли (УМД) урана-235, заключающийся в том, что урансодержащие порошки с высокой и низкой УМД урана-235 предварительно смешивают до требуемого значения УМД урана-235 (см. Майоров А.А., Браверман И.Б. Технология получения порошков керамической двуокиси урана. М.: Энергоатомиздат, 1985, главы 4 и 7). Данный способ предполагает растворение всей исходной смеси порошков в азотной кислоте, экстракционную очистку с последующим осаждением получаемого полиураната аммония и получение готового порошка диоксида урана водородным восстановлением прокаленного полиураната аммония. Недостатками данного способа являются высокая трудоемкость, потери, большой расход химических реагентов, большое количество сбросных отходов.A known method of producing powders of uranium oxides with a given value of the conditional mass fraction (UMD) of uranium-235, which consists in the fact that uranium-containing powders with high and low UMD of uranium-235 are pre-mixed to the required UMD of uranium-235 (see Mayorov A.A. ., Braverman IB Technology for the production of powders of ceramic uranium dioxide. M: Energoatomizdat, 1985, chapters 4 and 7). This method involves dissolving the entire initial mixture of powders in nitric acid, extraction purification followed by precipitation of the obtained ammonium polyuranate and obtaining the finished uranium dioxide powder by hydrogen reduction of calcined ammonium polyuranate. The disadvantages of this method are the high complexity, losses, high consumption of chemicals, a large amount of waste.

Известен также способ получения порошков оксидов урана с заданным значением условной массовой доли (УМД) урана-235, в котором растворению в азотной кислоте подвергается лишь часть смеси порошков с различными значениями УМД урана-235 (см. патент RU 2186031 МПК7 C01G 43/025 от 04.05.2000, опубл. 27.07.2002), причем смешению подвергают весь объем порошка с высокой УМД урана-235 и часть порошка с низкой УМД урана-235, обеспечивая определенное содержание урана-235 в смеси после предварительного смешения. Полученную смесь растворяют в азотной кислоте и подвергают экстракционной очистке (при необходимости). Аммиаком осаждают полиуранаты аммония, затем их сушат и прокаливают. Полученный порошок закиси-окиси урана измельчают известным путем, например, с помощью дисковых, ударно-дисковых или шаровых мельниц, до размеров частиц менее 100 мкм. Далее обработанный таким образом продукт смешивают с оставшейся частью порошка с низкой УМД урана-235. Процесс смешения производят, в частности, в планетарно-шнековом смесителе. На заключительной стадии проводят восстановление водородом полученной смеси для получения порошка диоксида урана. Также возможно осуществлять восстановление лишь оставшейся части порошка с низкой УМД урана-235 с последующим смешением с обработанным продуктом.There is also a method of producing powders of uranium oxides with a given value of the conditional mass fraction (UMD) of uranium-235, in which only part of the mixture of powders with different values of the UMD of uranium-235 is subjected to dissolution in nitric acid (see patent RU 2186031 IPC 7 C01G 43/025 dated 05/04/2000, published July 27, 2002), and the entire volume of the powder with high UDM of uranium-235 and part of the powder with low AMD of uranium-235 are subjected to mixing, providing a certain content of uranium-235 in the mixture after preliminary mixing. The resulting mixture was dissolved in nitric acid and subjected to extraction purification (if necessary). Ammonium polyuranates are precipitated with ammonia, then they are dried and calcined. The obtained powder of uranium oxide-uranium is crushed in a known manner, for example, using disk, impact disk or ball mills, to particle sizes less than 100 microns. Next, the product thus treated is mixed with the remainder of the powder with low UDM of uranium-235. The mixing process is carried out, in particular, in a planetary screw mixer. At the final stage, hydrogen reduction of the resulting mixture is carried out to obtain uranium dioxide powder. It is also possible to recover only the remaining part of the powder with low UDM of uranium-235, followed by mixing with the processed product.

К недостаткам этого способа относятся:The disadvantages of this method include:

- невозможность использования на стадии окончательного смешения порошков только диоксида урана;- the inability to use at the stage of the final mixing of powders only uranium dioxide;

- невозможность использования на стадии окончательного смешения порошков с размером частиц более 100 мкм, что приводит в общем случае к получению нетекучего смешанного порошка;- the inability to use at the stage of the final mixing of powders with a particle size of more than 100 microns, which generally leads to the production of a non-flowing mixed powder;

- в способе не раскрыта возможность использования полученного порошка для прямого прессования с сухим пластификатором с последующим изготовлением таблетированного топлива без использования стадии грануляции;- the method does not disclose the possibility of using the obtained powder for direct compression with a dry plasticizer, followed by the manufacture of tablet fuel without using the granulation stage;

- высокая трудоемкость процесса.- high complexity of the process.

Известен способ получения порошков оксидов урана с заданным значением условной массовой доли (УМД) урана-235, заключающийся в том, что урансодержащие исходные порошки с высоким и низким значениями УМД урана-235 смешивают до требуемой степени однородности и условной массовой доли урана-235, при этом на смешение направляют порошки, размер частиц которых удовлетворяет определенным соотношениям (см. патент РФ 2200130 С1 МПК7 C01G 43/025 от 03.12.2001, опубл. 10.03.2003). Согласно этому способу, предварительно проводят рассев пробы низко- и высокообогащенного порошков сухим способом через набор сит или прямой замер размеров частиц, например, с помощью лазерного анализатора. Если размеры частиц не удовлетворяют заданным значениям, порошки направляют на измельчение.A known method of producing powders of uranium oxides with a given value of the conditional mass fraction (UMD) of uranium-235, namely, that uranium-containing starting powders with high and low UMD of uranium-235 are mixed to the required degree of uniformity and conditional mass fraction of uranium-235, with this is directed to the mixing of powders whose particle size satisfies certain ratios (see RF patent 2200130 C1 IPC 7 C01G 43/025 of 03/03/2001, publ. 10.03.2003). According to this method, preliminary sieving of samples of low- and highly enriched powders is carried out by dry method through a set of sieves or direct measurement of particle sizes, for example, using a laser analyzer. If the particle sizes do not meet the specified values, the powders are sent for grinding.

Экспериментально установлено, что при смешении урансодержащих порошков с различным обогащением определяющим фактором, оказывающим существенное влияние на качество получаемого ядерного топлива, является размер частиц используемых исходных урансодержащих порошков. Выявлена следующая взаимосвязь между размерами частиц низко- и высокообогащенного порошков и обогащением:It was experimentally established that when mixing uranium-containing powders with various enrichment, the determining factor that significantly affects the quality of the resulting nuclear fuel is the particle size of the used initial uranium-containing powders. The following relationship between the particle sizes of low- and highly enriched powders and enrichment was revealed:

Dн≤530-14*Rв;Dn≤530-14 * Rv;

Dв≤0,85*Dн*(Rв-Rн)-0,4*(R3)0,6;Db 0 0.85 * Dn * (Rb-Rn) -0.4 * (R 3 ) 0.6 ;

Dн/Dв≤3;Dн / Dв≤3;

где Dн и Dв - размеры частиц исходных порошков с низким и высоким значением условной массовой доли (УМД) урана-235 соответственно, мкм;where Dн and Дв are the particle sizes of the initial powders with low and high values of the conditional mass fraction (UMD) of uranium-235, respectively, mcm;

Rз - заданное значение УМД урана-235, мас.%;Rz - the specified value of UMD of uranium-235, wt.%;

Rн и Rв - УМД урана-235, %, в исходных порошках с низким и высоким обогащением соответственно, причем (Rв-Rн)≤22.Rн and Rв - UMD of uranium-235,%, in the initial powders with low and high enrichment, respectively, with (Rв-Rн) ≤22.

Измельчение «условно крупных» порошков проводят с помощью ударно-дисковых или шаровых мельниц. Режимы измельчения определяют, исходя из размера частиц порошков. Затем измельченные порошки с различным обогащением направляют на смешение, которое осуществляют в смесителе типа «пьяная бочка» или планетарно-шнековом смесителе. Определяют разброс условной массовой доли (УМД) урана-235 в точечных пробах. Результат должен соответствовать приемочным требованиям, а именно - «заданное значение УМД урана-235±0,05%». При необходимости полученная смесь может быть повторно измельчена для улучшения качества смешения.Grinding of "relatively large" powders is carried out using impact disk or ball mills. The grinding regimes are determined based on the particle size of the powders. Then crushed powders with various enrichment are sent to the mixing, which is carried out in a mixer type "drunk barrel" or a planetary screw mixer. The spread of the conditional mass fraction (UMD) of uranium-235 in point samples is determined. The result must comply with the acceptance requirements, namely - "the specified value of the UMD of uranium-235 ± 0.05%." If necessary, the resulting mixture can be re-ground to improve the quality of mixing.

Необходимая степень однородности смешанного продукта рассчитывается, исходя из условий эксплуатации ядерного топлива в реакторе. Для таблеток ядерного керамического топлива обогащением до 5% существующее требование однородности по условной массовой доли (УМД) урана-235 заключается в следующем: значения УМД урана-235, определенные в трех точечных пробах массой 0,3 г, взятых одним куском из одной таблетки, должны находиться в диапазоне «заданное значение УМД урана-235±0,05%». Для порошков оксидов урана керамического сорта требование однородности формулируется аналогично: значения УМД урана-235, определенные в не менее чем трех точечных пробах массой 0,3 г, взятых из исследуемого объема порошка, должны находиться в диапазоне «заданное значение УМД урана-235±0,05%».The required degree of homogeneity of the mixed product is calculated based on the operating conditions of nuclear fuel in the reactor. For tablets of nuclear ceramic fuel enriched up to 5%, the existing requirement for uniformity in the conditional mass fraction (UMD) of uranium-235 is as follows: the UMD of uranium-235 determined in three point samples weighing 0.3 g, taken in one piece from one tablet, must be in the range of "the specified value of the UMD of uranium-235 ± 0.05%." For ceramic grade uranium oxide powders, the homogeneity requirement is formulated in the same way: URM-235 UMD values determined in at least three point samples of 0.3 g mass taken from the studied volume of powder should be in the range “preset URM-235 ± 0.05 ± 0 , 05%. "

В качестве исходных урансодержащих порошков может быть использован как оксид урана U3O8, который до или после смешения восстанавливают до UO2, так и непосредственно диоксид урана UO2. Также в качестве порошка с низким содержанием урана-235 может быть использован диоксид урана UO2, а в качестве порошка с высоким содержанием урана-235 - оксид урана U3O8.As the initial uranium-containing powders can be used as uranium oxide U 3 O 8 which before or after mixing is reduced to UO 2 and directly uranium dioxide UO 2. Also, uranium dioxide UO 2 can be used as a powder with a low content of uranium-235, and uranium oxide U 3 O 8 as a powder with a high content of uranium-235.

Способ позволяет повысить однородность смешанного порошка и снизить количество продукта, направляемое на растворение и экстракцию, за счет введения стадии измельчения. В способе предусмотрена возможность прямого смешения порошков UO2, удовлетворяющих указанным требованиям к максимальному размеру частиц, без их дополнительного измельчения.The method allows to increase the uniformity of the mixed powder and to reduce the amount of product directed to dissolution and extraction, due to the introduction of the grinding stage. The method provides the possibility of direct mixing of UO 2 powders that satisfy the specified requirements for the maximum particle size, without additional grinding.

Недостатки этого способа:The disadvantages of this method:

- отсутствует возможность смешения исходных порошков диоксида урана керамического сорта с различными значениями условной массовой доли (УМД) урана-235 (в диапазоне до 5,0%), частицы которых имеют размер более вычисленного максимального размера (460-490 мкм для смешиваемого порошка более низкого обогащения и 300-1000 мкм для смешиваемого порошка более высокого обогащения, в зависимости от сочетания значений УМД урана-235 в исходных и порошках и конечной смеси);- there is no possibility of mixing the initial powders of ceramic grade uranium dioxide with different values of the conditional mass fraction (UMD) of uranium-235 (in the range up to 5.0%), the particles of which have a size greater than the calculated maximum size (460-490 microns for a lower mixed powder enrichment and 300-1000 microns for a mixed powder of higher enrichment, depending on the combination of the UMD of uranium-235 in the starting and powders and the final mixture);

- в способе не раскрыта возможность получения текучего смешанного порошка. Как хорошо известно из опыта работы, измельчение порошка UO2 до размера частиц менее 460-490 мкм приводит к получению порошка, не обладающего текучестью (способностью свободного заполнения пресс-форм агрегата прессования, имеющих внутренний диаметр не более 10 мм), и к необходимости использования стадии грануляции или агломерации вместе со стадией измельчения. Поскольку каждая стадия является пылящей, увеличение количества стадий в линии приводит, помимо повышения общей трудоемкости, к серьезным затруднениям в практическом осуществлении известных способов с точки зрения соблюдения экологических нормативов;- the method does not disclose the possibility of obtaining a fluid mixed powder. As is well known from experience, grinding UO 2 powder to a particle size of less than 460-490 μm results in a powder that does not have flowability (the ability to freely fill molds of a pressing unit having an inner diameter of not more than 10 mm) and the need to use granulation or agglomeration stages together with a grinding stage. Since each stage is dusty, an increase in the number of stages in a line leads, in addition to increasing the overall complexity, to serious difficulties in the practical implementation of known methods from the point of view of compliance with environmental standards;

- не раскрыта возможность осуществления способа в единой технологической линии изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов, позволяющая получать таблетки диоксида урана UO2 из полученного порошка с заданным содержанием урана-235. Известно, что получаемые по разным технологиям порошки диоксида урана UO2 заметно отличаются друг от друга как по технологическим свойствам, так и по стабильности этих свойств. Поэтому в каждом случае требуется разработка и оптимизация всей технологической линии, учитывающей особенности используемых порошков диоксида урана UO2.- not disclosed the possibility of implementing the method in a single technological line for the production of pelletized fuel for fuel elements, which allows to obtain tablets of uranium dioxide UO 2 from the obtained powder with a given content of uranium-235. It is known that uranium dioxide powders obtained by different technologies UO 2 noticeably differ from each other both in technological properties and in the stability of these properties. Therefore, in each case, the development and optimization of the entire production line is required, taking into account the features of the used uranium dioxide powders UO 2 .

Известна линия изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов, включающая:A known line for the manufacture of pelletized fuel for fuel elements, including:

- агрегат смешения порошков диоксида урана UO2, оксида урана U3O8 и сухого пластификатора в биконических контейнерах объемом 250 л;- a unit for mixing powders of uranium dioxide UO 2 , uranium oxide U 3 O 8 and dry plasticizer in biconical containers with a volume of 250 l;

- агрегат прессования таблеток из смеси порошков диоксида урана UO2, оксида урана U3O8 и сухого пластификатора;- a unit for pressing tablets from a mixture of powders of uranium dioxide UO 2 , uranium oxide U 3 O 8 and dry plasticizer;

- агрегат спекания таблеток, представляющий собой печь тоннельного типа, имеющую несколько температурных зон, в которых осуществляется нагрев, спекание в восстановительной среде и охлаждение таблеток, с продвижением лодочек с таблетками через зоны печи;- a tablet sintering unit, which is a tunnel-type furnace, having several temperature zones in which heating, sintering in a reducing medium and tablet cooling are carried out, with the advance of boats with tablets through the furnace zones;

- агрегат мокрого шлифования поверхности таблеток;- unit wet grinding the surface of the tablets;

- агрегат сушки (см. «Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов» под ред. Ф.Г.Решетникова, М., Энергоатомиздат, 1995 г., книга 1, стр.93-95, 98-99, 101-102).- drying unit (see “Development, production and operation of fuel elements of power reactors” under the editorship of F.G. Reshetnikov, M., Energoatomizdat, 1995, book 1, pp. 93-95, 98-99, 101- 102).

Недостаток этой линии: при смешении порошков диоксида урана UO2, оксида урана U3O8 с различными значениями УМД урана-235 в биконических контейнерах объемом 250 л в двухплоскостных станках смесительных с последующим введением сухого пластификатора не достигается требуемая степень однородности по УМД урана-235 в топливных таблетках, изготовленных таким способом.The disadvantage of this line: when mixing powders of uranium dioxide UO 2 , uranium oxide U 3 O 8 with different UMD values of uranium-235 in biconical containers with a volume of 250 l in two-plane mixing machines with the subsequent introduction of a dry plasticizer, the required degree of homogeneity in UMD of uranium-235 is not achieved in fuel pellets made in this way.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к предлагаемому является способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов, включающий подготовку исходных порошков оксидов урана с высоким и низким содержанием урана-235 и размером частиц, удовлетворяющим определенным соотношениям, смешивание подготовленного порошка с порошком оксида урана U3O8 и сухим пластификатором, прессования таблеток из смеси порошков, спекание таблеток, шлифование, сушку и отбраковку таблеток (см. патент RU 2158030 С2, МПК7 G 3/62, 21/10 от 18.11.1998 г., опубл. 20.10.2000) - прототип, недостатком которого является невозможность достижения требуемой степени однородности по условной массовой доле урана-235 в топливных таблетках.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed one is a method for the manufacture of pelletized fuel for fuel elements, including the preparation of initial uranium oxide powders with high and low uranium-235 content and particle sizes satisfying certain ratios, mixing the prepared powder with uranium oxide powder U 3 O 8 and dry plasticizer, pressing tablets from a mixture of powders, sintering tablets, grinding, drying and rejecting tablets (see patent RU 2158030 C2, IPC 7 G 3/62, 21/10 of 11/18/1998, published on 10/20/2000) - a prototype, the disadvantage of which is the inability to achieve the required degree of uniformity in the conditional mass fraction of uranium-235 in fuel pellets.

Наиболее близкой по техническим сущности и достигаемому эффекту (прототипом) является линия изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов, включающая:The closest in technical essence and the achieved effect (prototype) is the line for the production of pelletized fuel for fuel elements, including:

- агрегат смешения порошков диоксида урана UO2, оксида урана U3O8 и сухого пластификатора;- a unit for mixing powders of uranium dioxide UO 2 , uranium oxide U 3 O 8 and dry plasticizer;

- агрегат прессования таблеток из смеси порошков диоксида урана UO2, оксида урана U3O8 и сухого пластификатора;- a unit for pressing tablets from a mixture of powders of uranium dioxide UO 2 , uranium oxide U 3 O 8 and dry plasticizer;

- агрегат спекания таблеток, представляющий собой печь тоннельного типа с несколькими температурными зонами, в которых осуществляется нагрев, спекание в восстановительной среде и охлаждение таблеток, с продвижением лодочек с таблетками через зоны печи;- a unit for sintering tablets, which is a tunnel-type furnace with several temperature zones, in which heating, sintering in a reducing medium and cooling of tablets are carried out, with the promotion of boats with tablets through the zone of the furnace;

- агрегат мокрого шлифования поверхности таблеток;- unit wet grinding the surface of the tablets;

- агрегат сушки таблеток;- tablet drying unit;

- агрегат переработки бракованных таблеток;- unit for processing defective tablets;

- транспортные средства проводки с агрегата на агрегат порошка и таблеток (см. патент RU 2158030 С2, МПК7 G 3/62, 21/10 от 18.11.1998 г., опубл. 20.10.2000).- vehicles wiring from the unit to the unit of powder and tablets (see patent RU 2158030 C2, IPC 7 G 3/62, 21/10 of 11/18/1998, publ. 10/20/2000).

В устройстве-прототипе агрегаты объединены в поточную линию, которая снабжена транспортным средством проводки порошков и таблеток с агрегата на агрегат.In the prototype device, the units are combined into a production line, which is equipped with a vehicle for transporting powders and tablets from the unit to the unit.

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности изготовления таблетированного топлива с заданным значением условной массовой доли (УМД) урана-235 из порошков диоксида урана с различными значениями УМД урана-235.The disadvantage of this device is the inability to manufacture pelletized fuel with a given value of the conditional mass fraction (UMD) of uranium-235 from uranium dioxide powders with different UMD values of uranium-235.

Единой технической задачей изобретения является создание способа изготовления таблетированного топлива с заданным значением условной массовой доли урана-235 (не превышающим 5%) из порошков диоксида урана с различными значениями условной массовой доли урана-235 с применением агрегатов, объединенных в линию и обеспечивающих получение порошка и таблеток диоксида урана с заданным значением условной массовой доли урана-235 с оптимальными технологическими свойствами, в результате чего позволяющего расширить ассортимент исходных порошков диоксида урана, повысить производительность технологического процесса, повысить выход годных таблеток и их качество, уменьшить пылеобразование и снизить экологическую опасность производства.A single technical objective of the invention is to provide a method for the manufacture of pelletized fuel with a given value of the conditional mass fraction of uranium-235 (not exceeding 5%) from uranium dioxide powders with different values of the conditional mass fraction of uranium-235 using aggregates combined in a line and providing a powder and uranium dioxide tablets with a given value of the conditional mass fraction of uranium-235 with optimal technological properties, as a result of which it is possible to expand the range of initial powders of wild uranium sulfide, to increase the productivity of the process, increase the yield of suitable tablets and their quality, reduce dust formation and reduce the environmental hazard of production.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе получения порошков диоксида урана ядерного керамического сорта, полученных любым из методов, а именно - по мокрому АДУ- или АУК-процессу, по сухому методу - газопламенному, сухой конверсии, или другим способом, заключающемся в том, что смешивают урансодержащие исходные порошки с высоким и низким содержанием урана-235 до требуемой степени однородности, согласно изобретению, смешение исходных порошков производят в расчетном соотношении в среде инертного газа, обрабатывают в среде инертного газа в агрегате, сочетающем функции измельчения, рассева и смешения.The stated technical problem is solved in that in the method for producing powders of uranium dioxide of a nuclear ceramic grade obtained by any of the methods, namely, by wet ADU or AUK process, by the dry method - gas-flame, dry conversion, or another method, which consists in that uranium-containing starting powders with high and low uranium-235 content are mixed to the required degree of homogeneity, according to the invention, the starting powders are mixed in the calculated ratio in an inert gas medium, processed in Sulfur gas in the unit, combining the functions of grinding, sieving and mixing.

Смешение проводят в две стадии: предварительное смешение в планетарно-шнековом смесителе и измельчение-рассев-перемешивание в агрегате, осуществляющем комплексную обработку порошка (вариантами таких агрегатов являются молотковая мельница - мельница роторного типа и кольцевое помольно-рассеивающее устройство) при непрерывной загрузке и выгрузке в биконические контейнеры.Mixing is carried out in two stages: preliminary mixing in a planetary screw mixer and grinding-sieving-mixing in the unit performing complex powder processing (the options for such units are a hammer mill - a rotor-type mill and an annular grinding-scattering device) with continuous loading and unloading in biconical containers.

Смешение проводят при попеременной загрузке порций (массой не более 700 кг) исходных порошков UO2 с различными значениями условной массовой доли урана-235, при перемешивании в четыре-восемь циклов со скоростью вращения смесительного шнека 0,5-1,0 об/мин, при продолжительности каждого цикла 15-20 мин с остановками между этапами по 10-15 мин, при выгрузке после четырех циклов 250-350 кг порошка и его загрузке в верхнюю часть смесителя, при подаче в смеситель азота с расходом 1-3 м3/ч, при рабочем объеме смесителя 0,5-3,5 м3, при объемном коэффициенте загрузки смесителя не менее 0,35.Mixing is carried out with alternate loading of portions (weighing no more than 700 kg) of the initial UO 2 powders with different values of the conditional mass fraction of uranium-235, with stirring in four to eight cycles with a rotation speed of the mixing screw of 0.5-1.0 rpm, with a duration of each cycle of 15-20 minutes with stops between stages of 10-15 minutes, when 250-350 kg of powder is unloaded after four cycles and loaded into the upper part of the mixer, nitrogen is supplied to the mixer with a flow rate of 1-3 m 3 / h , with a working volume of the mixer of 0.5-3.5 m 3 , with a volumetric load factor of cm At least 0.35 inhabitants.

Поставленная задача решается также и тем, что комплексную обработку в молотковой мельнице роторного типа проводят при скорости вращения молотков 100-2000 об/мин, при размере ячеек сетки 500-800 мкм.The problem is also solved by the fact that complex processing in a hammer mill of rotary type is carried out at a speed of rotation of hammers of 100-2000 rpm, with a mesh size of 500-800 microns.

Поставленная задача решается также и тем, что комплексную обработку в кольцевом помольно-рассеивающем устройстве проводят при размере ячеек сетки в диапазоне 500-630 мкм.The problem is also solved by the fact that complex processing in an annular grinding and dispersing device is carried out with a mesh size in the range of 500-630 microns.

Поставленная техническая задача решается тем, что линия для осуществления способа изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора, включающая агрегат смешения порошков диоксида урана UO2, оксида урана U3O8 и сухого пластификатора; агрегат прессования таблеток из смеси порошков диоксида урана UO2, оксида урана U3O8 и сухого пластификатора; агрегат спекания таблеток, представляющий собой печь тоннельного типа с несколькими температурными зонами, в которых осуществляется нагрев, спекание в восстановительной среде и охлаждение таблеток, с продвижением лодочек с таблетками через зоны печи; агрегат мокрого шлифования поверхности таблеток; агрегат сушки таблеток; агрегат переработки бракованных таблеток; транспортные средства проводки с агрегата на агрегат порошка и таблеток, согласно изобретению, линия дополнительно снабжена агрегатом смешения порошков диоксида урана с различными значениями условной массовой доли урана-235 в виде конического смесителя планетарно-шнекового типа и агрегатом комплексной обработки порошка UO2 в виде молотковой мельницы роторного типа, снабженной шестью U-образными молотками и сеткой с ячейками, выполненной из нержавеющей стали, или в виде кольцевого помольно-рассеивающего устройства, содержащего корпус в виде размещенной на виброопорах кольцевой емкости, в кольцевом пространстве которой размещены на равном расстоянии друг от друга механизмы дробления в виде шарнирно закрепленных с одной стороны механических плит с рифлеными нижними поверхностями, взаимодействующими с металлическими плитами, расположенными под каждой из них, и съемные сетки с ячейками заданного размера, расположенные на одном уровне с металлическими плитами в остальной части кольцевого пространства емкости.The stated technical problem is solved by the fact that the line for implementing the method of manufacturing pelletized fuel for fuel elements of a nuclear reactor, comprising a unit for mixing powders of uranium dioxide UO 2 , uranium oxide U 3 O 8 and dry plasticizer; a unit for compressing tablets from a mixture of powders of uranium dioxide UO 2 , uranium oxide U 3 O 8 and dry plasticizer; the tablet sintering unit, which is a tunnel type furnace with several temperature zones, in which heating, sintering in a reducing medium and tablet cooling are carried out, with the promotion of boat tablets through the furnace zones; unit wet grinding the surface of the tablets; tablet drying unit; processing unit for defective tablets; vehicles wiring from the unit to the unit of powder and tablets, according to the invention, the line is additionally equipped with an unit for mixing uranium dioxide powders with different values of the conditional mass fraction of uranium-235 in the form of a planetary screw type conical mixer and a complex powder processing unit UO 2 in the form of a hammer mill rotary type, equipped with six U-shaped hammers and mesh with cells made of stainless steel, or in the form of an annular grinding and scattering device containing a housing in the form of an annular container placed on vibration mounts, in the annular space of which crushing mechanisms are placed at equal distance from each other in the form of mechanical plates pivotally mounted on one side with corrugated lower surfaces interacting with metal plates located under each of them, and removable grids with cells a given size, located on the same level with metal plates in the rest of the annular space of the tank.

Применение способа двухстадийного смешения в линии, снабженной описанными агрегатами смешения, благодаря интенсивности воздействия мелющего тела на порошок поддерживается на уровне, достаточном для устранения наиболее крупных частиц порошка, но не приводящем к существенному повышению доли мелких частиц (менее 71 мкм), ухудшающих текучесть. Кроме того, благодаря наличию сетки с ячейками заданного размера агрегаты комплексной обработки обеспечивают также отсеивание мелких частиц без их чрезмерного измельчения, что устраняет опасность получения нетекучего порошка. Последующая засыпка пресс-порошка в матрицы роторных пресс-автоматов не вызывает затруднений благодаря наличию у порошка оптимальных технологических свойств, в первую очередь текучести.The application of the two-stage mixing method in a line equipped with the described mixing units, due to the intensity of the impact of the grinding body on the powder, is maintained at a level sufficient to eliminate the largest powder particles, but not leading to a significant increase in the proportion of small particles (less than 71 microns) that impair fluidity. In addition, due to the presence of a grid with cells of a given size, complex processing units also provide screening of small particles without excessive grinding, which eliminates the risk of a non-flowing powder. Subsequent filling of the press powder into the matrix of rotary press machines does not cause difficulties due to the optimum technological properties of the powder, primarily fluidity.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На чертежах представлены:The invention is illustrated by drawings. The drawings show:

- фиг.1 - блок-схема линии для осуществления способа изготовления таблетированного топлива;- figure 1 is a block diagram of a line for implementing a method of manufacturing a tablet fuel;

- фиг.2 - агрегат смешения порошка;- figure 2 - aggregate mixing powder;

- фиг.3 - агрегат комплексной обработки порошка: молотковая мельница роторного типа;- figure 3 - aggregate complex processing of powder: rotary hammer mill;

- фиг.4 - молотки,- figure 4 - hammers,

- фиг.5 - агрегат комплексной обработки порошка: кольцевое помольно-рассеивающее устройство.- figure 5 - aggregate complex processing of the powder: ring grinding and dispersing device.

Линия для осуществления способа изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора включает агрегат 1 смешения порошков диоксида урана UO2 с различными значениями условной массовой доли урана-235, агрегат 2 комплексной обработки (с одновременным рассевом и интенсивным смешиванием) смеси порошков диоксида урана с заданным значением УМД урана-235, агрегат 3 смешивания порошка диоксида урана с заданным значением условной массовой доли урана-235, порошка оксида урана U3O8 и сухого пластификатора (стеарата цинка, ДИСЭД или др.), агрегат 4 прессования таблеток из смеси порошков диоксида урана UO2, оксида урана U3О8 и сухого пластификатора, агрегат 5 в виде печи тоннельного типа для спекания таблеток в восстановительной среде водорода, агрегат 6 мокрого шлифования боковой поверхности таблеток, агрегат 7 сушки таблеток в среде азота, агрегат 8 разбраковки таблеток по внешнему виду, агрегат 9 переработки бракованных таблеток.The line for implementing the method of manufacturing pelletized fuel for fuel elements of a nuclear reactor includes a unit 1 for mixing uranium dioxide powders UO 2 with different values of the conditional mass fraction of uranium-235, complex processing unit 2 (with simultaneous sieving and intensive mixing) of a mixture of uranium dioxide powders with a given value UMD uranium-235, mixing unit 3 uranium dioxide powder with a predetermined conditional value of mass fraction of the uranium-235, uranium oxide powder of U 3 O 8 and a dry plasticizer (stearate ching a, DISED or the like.), the unit 4 pressing the tablets from a mixture of uranium dioxide powder UO 2, uranium oxide U 3 O 8 and a dry plasticizer unit 5 as a furnace tunnel type sintering pellets in a reducing hydrogen atmosphere, the wet grinding machine 6 side tablet surfaces, unit 7 for drying tablets in a nitrogen medium, unit 8 for sorting tablets in appearance, unit 9 for processing defective tablets.

Агрегаты 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 объединены в поточную линию, которая снабжена транспортными средствами 10 проводки порошков из одного агрегата в другой. Агрегат 2 комплексной обработки может предшествовать агрегату 1 смешения.Units 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 are combined into a production line, which is equipped with vehicles 10 for transferring powders from one unit to another. The complex processing unit 2 may precede the mixing unit 1.

Агрегат 1 смешения порошка (фиг.2) в виде конического смесителя планетарно-шнекового типа с рабочим объемом от 0,5 м3 до 3,5 м3 содержит смесительный сосуд 11, поворотный рычаг 12, смесительный шнек 13, выпускное отверстие 14, опорную часть 15 мостовой конструкции, монтажную петлю 16, соединительный фланец 17, двигатель смесительного шнека 18, редукторный двигатель поворотного рычага 19.The powder mixing unit 1 (FIG. 2) in the form of a planetary screw type conical mixer with a working volume of 0.5 m 3 to 3.5 m 3 contains a mixing vessel 11, a pivot arm 12, a mixing screw 13, an outlet 14, a support part 15 of the bridge structure, mounting loop 16, connecting flange 17, mixing auger motor 18, rotary arm gear motor 19.

Агрегат 2 комплексной обработки порошка (фиг.3, 4) в виде мельницы (дробилки) роторного типа с U-образными молотками включает загрузочное устройство 20, сетку 21 с ячейками, выполненную из нержавеющей стали, шесть U-образных молотков 22, расположенных в роторе 23 мельницы, устройство для выгрузки порошка 24.The complex powder processing unit 2 (Figs. 3, 4) in the form of a mill (crusher) of a rotor type with U-shaped hammers includes a loading device 20, a mesh 21 with cells made of stainless steel, six U-shaped hammers 22 located in the rotor 23 mills; powder discharge device 24.

Агрегат 2 комплексной обработки порошка (фиг.5) в виде кольцевого помольно-рассеивающего устройства содержит корпус 25, выполненный в виде кольцевой емкости, в кольцевом пространстве 26 которой размещены на равном расстоянии друг от друга механизмы 27 дробления в виде шарнирно закрепленных с одной стороны металлических плит 28 с рифлеными нижними поверхностями 29, взаимодействующими с металлическими плитами 30 под каждой из них, на одном уровне с которыми остальное кольцевое пространство 26 кольцевой емкости 25 перекрыто съемными сетками 31 с заданными размерами отверстий в них. Кольцевая емкость 25 размещена на виброопорах 32 с возможностью возвратно-поступательного вращения вокруг своей оси и возвратно-поступательного перемещения вверх-вниз, а во внутреннюю полость 33 кольцевой емкости 25 размещен источник 34 с дибалансами 35 передачи возвратно-поступательного движения кольцевой емкости 25, для регулировки интенсивности измельчения предназначен регулировочный болт 36 в металлической плите 28.The complex powder processing unit 2 (Fig. 5) in the form of an annular grinding and scattering device contains a housing 25 made in the form of an annular container, in the annular space 26 of which crushing mechanisms 27 are arranged in the form of metal joints hinged on one side plates 28 with corrugated lower surfaces 29 interacting with metal plates 30 under each of them, at the same level with which the rest of the annular space 26 of the annular container 25 is blocked by removable grids 31 annymi sizes of holes in them. The annular tank 25 is placed on the vibration mounts 32 with the possibility of reciprocating rotation around its axis and reciprocating movement up and down, and the source 34 with the imbalances 35 of the transmission of the reciprocating movement of the annular tank 25 is placed in the inner cavity 33 of the annular tank 25, for adjustment grinding intensity is designed adjusting bolt 36 in the metal plate 28.

Способ осуществляется, а линия работает следующим образом. Рассчитывают требуемые количества смешиваемых исходных порошков, в качестве которых могут быть использованы оксид урана U3O8, который до или после смешивания восстанавливают до UO2, непосредственно диоксид урана UO2, в качестве порошка с низким содержанием урана-235 может быть использован диоксид урана UO2, а в качестве порошка с высоким содержанием урана-235 - оксид урана U3O8, оксидов урана.The method is carried out, and the line works as follows. The required quantities of mixed starting powders are calculated, for which uranium oxide U 3 O 8 can be used, which, before or after mixing, is reduced to UO 2 , directly uranium dioxide UO 2 , uranium dioxide can be used as a powder with a low content of uranium-235 UO 2 , and as a powder with a high content of uranium-235 - uranium oxide U 3 O 8 , uranium oxides.

Расчет проводят путем решения системы уравнений материального баланса:The calculation is carried out by solving the system of equations of material balance:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где индекс «СМ» относится к смешанной партии порошка UO2, индекс «i» относится к i-й партии исходного порошка UO2, М - масса порошка UO2, N - масса смеси изотопов урана (в сухом продукте), А - массовая доля смеси изотопов урана (в сухом продукте), Н - массовая доля влаги, Q - масса урана-235, С - условная массовая доля урана-235.where the "SM" index refers to a mixed batch of UO 2 powder, the "i" index refers to the i-th batch of the initial UO 2 powder, M is the mass of the UO 2 powder, N is the mass of the mixture of uranium isotopes (in a dry product), A is the mass the proportion of a mixture of uranium isotopes (in a dry product), H is the mass fraction of moisture, Q is the mass of uranium-235, C is the conditional mass fraction of uranium-235.

Проводят лабораторный анализ исходных порошков для определения значений вышеперечисленных параметров, а также значений массовых долей фракций менее 71 мкм и более 500 мкм (и, возможно, других фракций).A laboratory analysis of the starting powders is carried out to determine the values of the above parameters, as well as the values of the mass fractions of fractions of less than 71 microns and more than 500 microns (and possibly other fractions).

Производят смешение порошков оксидов урана с различными значениями условной массовой доли урана-235 до требуемой степени однородности, определяемой следующим образом: значения условной массовой доли урана-235 трех или более проб смешанного порошка массой 0,3 г должны отклоняться от заданного значения условной массовой доли урана-235 не более чем на ±0,05%.Powders of uranium oxides are mixed with various values of the conditional mass fraction of uranium-235 to the required degree of homogeneity, defined as follows: the values of the conditional mass fraction of uranium-235 of three or more samples of a mixed powder weighing 0.3 g should deviate from the specified value of the conditional mass fraction of uranium -235 no more than ± 0.05%.

Рассчитанные таким образом количества порошков загружают в среде азота в агрегат 1 смешения порошка, где порошки диоксида урана UO2 с различными значениями условной массовой доли урана-235 в коническом смесителе 11 планетарно-шнекового типа с рабочим объемом от 0,5 м3 до 3,5 м3 перемешивают в среде азота в два этапа при скорости вращения смесительного шнека 18 0,5-1,0 об/мин. Загрузку осуществляют послойно, то есть порции порошка с более высокой условной массовой долей урана-235 чередуют с порциями порошка с более низкой условной массовой долей урана-235, выбирая массу порций не более 700 кг.The quantities of powders calculated in this way are loaded in a nitrogen medium into a powder mixing unit 1, where uranium dioxide powders UO 2 with different values of the conditional mass fraction of uranium-235 in a conical mixer 11 of planetary-screw type with a working volume of from 0.5 m 3 to 3, 5 m 3 are mixed in a nitrogen medium in two stages at a rotation speed of the mixing screw of 18 0.5-1.0 rpm The loading is carried out in layers, that is, portions of the powder with a higher conditional mass fraction of uranium-235 alternate with portions of the powder with a lower conventional mass fraction of uranium-235, choosing a portion weight of not more than 700 kg.

Первый этап состоит из четырех циклов смешения продолжительностью 15-20 мин с перерывами по 10-15 мин. Затем из нижней конической части смесителя 11 через выпускное отверстие 4 выгружают 250-350 кг порошка и загружают в верхнюю часть планетарно-шнекового смесителя 11. Второй этап состоит из четырех циклов смешения продолжительностью 15-20 мин с перерывами по 10-15 мин. Перерывы продолжительностью 10-15 мин предусмотрены для снижения температуры порошка, нагревающегося в процессе смешения. После смешения порошок выгружают в биконические контейнеры объемом 250 л (не показаны).The first stage consists of four mixing cycles lasting 15-20 minutes with breaks of 10-15 minutes. Then, 250-350 kg of powder is unloaded from the lower conical part of the mixer 11 through the outlet 4 and loaded into the upper part of the planetary screw mixer 11. The second stage consists of four mixing cycles lasting 15-20 minutes with breaks of 10-15 minutes. Breaks of 10-15 minutes are provided to reduce the temperature of the powder, which is heated during the mixing process. After mixing, the powder is discharged into 250 L biconical containers (not shown).

Определяют однородность смешанного порошка. Экспериментальные результаты показали, что, если максимальный размер частиц всех исходных порошков UO2 не превышает 500 мкм, то есть массовая доля фракции более 500 мкм равна нулю, порошок, смешанный в планетарно-шнековом смесителе при вышеуказанных режимах, будет обладать необходимой однородностью по условной массовой доле урана-235. В этом случае после смешения проводят контроль качества гомогенизации по условной массовой доле урана-235, для чего из каждого биконического контейнера с выгруженным порошком отбирают по три пробы массой 0,3 г для определения условной массовой доли урана-235 спектрометрическим методом. Смешанный порошок, удовлетворяющий во всех пробах требованию «заданное значение УМД урана-235±0,05%», направляют в агрегат 3 смешивания порошка с сухим пластификатором и последующие агрегаты линии.Determine the uniformity of the mixed powder. The experimental results showed that if the maximum particle size of all the initial UO 2 powders does not exceed 500 μm, that is, the mass fraction of a fraction of more than 500 μm is zero, the powder mixed in a planetary screw mixer under the above conditions will have the necessary uniformity in conditional mass share of uranium-235. In this case, after mixing, homogenization quality control is carried out according to the conditional mass fraction of uranium-235, for which three samples weighing 0.3 g are taken from each biconical container with the unloaded powder to determine the conditional mass fraction of uranium-235 by the spectrometric method. Mixed powder, satisfying in all samples the requirement “set value of URM uranium-235 ± 0.05%”, is sent to the unit 3 for mixing the powder with a dry plasticizer and subsequent units of the line.

Экспериментальные результаты показали, что, если максимальный размер частиц одного или нескольких исходных порошков превышает 500 мкм, то есть массовая доля фракции более 500 мкм больше нуля, однородность порошка, смешанного в планетарно-шнековом смесителе, в большинстве случаев выходит за пределы диапазона «заданное значение условной массовой доли урана-235±0,05%», причем отклонение от допустимого диапазона тем значительнее, чем выше разность значений условной массовой доли урана-235 в исходных порошках диоксида урана и чем выше массовая доля фракции более 500 мкм в исходных порошках. В этом случае после операции смешения в планетарно-шнековом смесителе агрегата 1 смешения данный порошок направляют на комплексную обработку в агрегат 2, совмещающий измельчение, рассев и интенсивное перемешивание, который может представлять из себя молотковую мельницу горизонтального роторного типа с шестью U-образными молотками 22, сменной сеткой 21 с ячейками заданного размера и регулируемой скоростью вращения молотков (190-2900 об/мин), где порошок диоксида урана обрабатывают при скорости вращения молотков 22 190-2900 об/мин при непрерывной загрузке и выгрузке порошка. Оптимальный размер ячеек сетки 21 мельницы составляет 500-800 мкм. Возможно также использование мельницы без сетки. Скорость вращения молотков 22 и, следовательно, интенсивность измельчения и перемешивания выбирают минимально допустимой, при которой обеспечивается достижение однородности порошка диоксида урана по условной массовой доле урана-235. Чрезмерное измельчение порошка диоксида урана приводит к потере его текучести и затруднениях на стадии прессования (обычно при скорости вращения молотков более 1500 об/мин). Для определения оптимальной скорости молотков 22 следует руководствоваться экспериментально полученными значениями, представленными в таблице 1.Experimental results showed that if the maximum particle size of one or more of the starting powders exceeds 500 μm, that is, the mass fraction of the fraction of more than 500 μm is greater than zero, the uniformity of the powder mixed in a planetary screw mixer, in most cases, falls outside the range of the “specified value conditional mass fraction of uranium-235 ± 0.05% ”, and the deviation from the permissible range is the greater, the higher the difference in the values of the conditional mass fraction of uranium-235 in the initial powders of uranium dioxide and the higher the mass fraction fractions were more than 500 microns in the starting powders. In this case, after the mixing operation in a planetary screw mixer of the mixing unit 1, this powder is sent for complex processing to the unit 2, combining grinding, sieving and intensive mixing, which can be a horizontal rotor type hammer mill with six U-shaped hammers 22, interchangeable mesh 21 with cells of a given size and adjustable speed of rotation of the hammers (190-2900 rpm), where the uranium dioxide powder is processed at a speed of rotation of the hammers 22 190-2900 rpm with continuous loading and unloading powder. The optimal mesh size of the mill 21 is 500-800 microns. It is also possible to use a mill without a net. The speed of rotation of the hammers 22 and, consequently, the intensity of grinding and mixing is chosen as the minimum allowable, at which the uniformity of the powder of uranium dioxide is achieved with respect to the conditional mass fraction of uranium-235. Excessive grinding of the uranium dioxide powder leads to a loss of its fluidity and difficulties at the pressing stage (usually when the speed of rotation of the hammers is more than 1500 rpm). To determine the optimal speed of the hammers 22 should be guided by the experimentally obtained values presented in table 1.

Таблица 1.
Оптимальные параметры молотковой мельницы для различных исходных порошков
Table 1.
Optimum hammer mill parameters for various starting powders
Разность значений УМД урана-235 в исходных порошках, %The difference in the UMD of uranium-235 in the initial powders,% Минимальная скорость вращения молотков мельницы, об/минThe minimum rotation speed of the mill hammers, rpm Остаточное количество фракции более 500 мкм, %The residual amount of a fraction of more than 500 microns,% Наличие текучести порошкаPowder Flowability Не более 0,4%No more than 0.4% 190-570190-570 8-15%8-15% Естьthere is 0,4-0,6%0.4-0.6% 190-1000190-1000 Не более 10%No more than 10% Естьthere is 0,7-1,6%0.7-1.6% 570-1900570-1900 Не более 5%No more than 5% Нет в отдельных случаяхNo in some cases 1,7-2,0%1.7-2.0% 1500-29001500-2900 Не более 1%No more than 1% Нет в отдельных случаяхNo in some cases

Опыт показал, что вследствие различия свойств исходных порошков диоксида урана, получаемых различными способами и при различных режимах, минимальная скорость молотков варьируется от партии к партии, поэтому рекомендуется ее корректировать по результатам пробной обработки и анализа небольшого количества смешанного порошка (100-200 кг).Experience has shown that due to the difference in the properties of the initial uranium dioxide powders obtained by various methods and under different modes, the minimum speed of hammers varies from batch to batch, therefore it is recommended to adjust it according to the results of trial processing and analysis of a small amount of mixed powder (100-200 kg).

Агрегат 2 комплексной обработки также может быть выполнен в виде кольцевого помольно-рассеивающего устройства (КПРУ).The complex processing unit 2 can also be made in the form of an annular grinding and scattering device (KPRU).

Порошок загружают в кольцевую емкость корпуса 5 агрегата 2 комплексной обработки. Размер ячеек сетки КПРУ должен находиться в диапазоне 500-630 мкм, в зависимости от разности значений условной массовой доли урана-235. Минимальный необходимый размер ячеек выбирают, руководствуясь экспериментально полученными значениями, представленными в таблице 2.The powder is loaded into the annular capacity of the housing 5 of the complex processing unit 2. The cell size of the KPRU mesh should be in the range of 500-630 microns, depending on the difference in the values of the conditional mass fraction of uranium-235. The minimum required cell size is chosen, guided by the experimentally obtained values presented in table 2.

Таблица 2.
Оптимальные параметры КПРУ для различных исходных порошков
Table 2.
Optimal KPRU parameters for various initial powders
Разность значений УМД урана-235 в исходных порошках, %The difference in the UMD of uranium-235 in the initial powders,% Размер ячеек сетки, мкмThe mesh size, microns Остаточное количество фракции более 500 мкм, %The residual amount of a fraction of more than 500 microns,% Наличие текучести порошкаPowder Flowability Не более 1,6%No more than 1,6% 630630 Не более 5%No more than 5% Естьthere is 0,7-2,0%0.7-2.0% 500500 0%0% Нет в отдельных случаяхNo in some cases

Интенсивность воздействия механизмов 27 дробления, площадь дробления, площадь сетки 31, объем рабочей камеры 25 и другие параметры агрегатов комплексной обработки выбирают, исходя из максимальной производительности комплексной обработки порошка диоксида урана без его чрезмерного измельчения.The intensity of the impact of the crushing mechanisms 27, the crushing area, the grid area 31, the volume of the working chamber 25 and other parameters of the integrated processing units are selected based on the maximum productivity of the complex processing of uranium dioxide powder without excessive grinding.

Любой из описанных агрегатов может также использоваться для предварительного снижения размера частиц одного или нескольких исходных порошков диоксида урана, предназначенных для последующего смешивания в планетарно-шнековом смесителе агрегата 1.Any of the described aggregates can also be used for preliminary reduction of the particle size of one or more of the initial uranium dioxide powders intended for subsequent mixing in the planetary-screw mixer of unit 1.

Для определения однородности измельченного порошка по условной массовой доле урана-235 из каждого биконического контейнера с измельченным порошком отбирают по три пробы массой 0,3 г для определения условной массовой доли урана-235 спектрометрическим методом. Порошок, удовлетворяющий во всех пробах требованию «заданное значение УМД урана-235±0,05%», направляют в последующие агрегаты линии - смешивания 3 с сухим пластификатором, прессования 4, спекания 5, шлифования 6, сушки и разбраковки 7.To determine the homogeneity of the crushed powder according to the conditional mass fraction of uranium-235, three samples weighing 0.3 g are taken from each biconical container with crushed powder to determine the conditional mass fraction of uranium-235 by spectrometric method. A powder that satisfies the requirement “preset URM value of uranium-235 ± 0.05%” in all samples is sent to the subsequent aggregates of the line — mixing 3 with a dry plasticizer, pressing 4, sintering 5, grinding 6, drying and sorting 7.

При недостаточной однородности полученного порошка по условной массовой доле урана-235 операции смешивания в планетарно-шнековом смесителе агрегата 1 смешения, комплексной обработки в агрегате 2 комплексной обработки повторяют.If there is insufficient homogeneity of the obtained powder with respect to the conventional mass fraction of uranium-235, the mixing operations in the planetary-screw mixer of the mixing unit 1, the complex processing in the complex processing unit 2 is repeated.

Для улучшения технологических свойств измельченного порошка он может быть подвергнут дополнительной обработке (грануляции и т.п.).To improve the technological properties of the crushed powder, it can be subjected to additional processing (granulation, etc.).

Возможным вариантом изобретения является такой порядок агрегатов в линии, при котором агрегат 2 комплексной обработки находится перед агрегатом 1 смешения (планетарно-шнековым смесителем), непосредственно за агрегатами восстановления и стабилизации порошка UO2 с исходным значением УМД урана-235. В этом случае параметры агрегата 2 комплексной обработки подбираются таким образом, чтобы получить порошки, имеющие максимальный размер частиц не более 500-630 мкм. В большинстве случаев на последующей стадии смешения в планетарно-шнековом смесителе это позволяет получать текучий смешанный порошок, гомогенный по условной массовой доле урана-235, пригодный для дальнейшего прямого прессования с сухим пластификатором. При необходимости для достижения однородности по условной массовой доле урана-235 смешанный порошок направляют в агрегат комплексной обработки.A possible embodiment of the invention is the order of the units in the line in which the complex processing unit 2 is located in front of the mixing unit 1 (planetary-screw mixer), immediately behind the units for the recovery and stabilization of UO 2 powder with the initial URM value of uranium-235. In this case, the parameters of the complex processing unit 2 are selected so as to obtain powders having a maximum particle size of not more than 500-630 microns. In most cases, at the subsequent mixing stage in a planetary screw mixer, this makes it possible to obtain a fluid mixed powder homogeneous in the relative mass fraction of uranium-235, suitable for further direct compression with a dry plasticizer. If necessary, to achieve uniformity in the conditional mass fraction of uranium-235, the mixed powder is sent to the complex processing unit.

Все минимальные и максимальные параметры являются оптимальными, проверены на практике и любое отклонение в меньшую или большую сторону приведет к снижению качества таблетированного топлива и к повышению трудоемкости процесса. Предложенный способ и линия реализованы в действующем производстве, положительный результат их применения подтвержден проведенными испытаниями. Распределение значений условной массовой доли урана-235 в диапазоне «заданное значение УМД урана-235±0,05%», достигаемое в смеси порошков диоксида урана, обеспечивает распределение значений условной массовой доли урана-235 в таблетированном керамическом топливе (называемое также изменчивостью условной массовой доли урана-235) в диапазоне «заданное значение УМД урана-235±0,05%», что соответствует современным требованиям для топлива коммерческих ядерных реакторов, например, типа ВВЭР.All minimum and maximum parameters are optimal, tested in practice and any deviation to a smaller or greater side will lead to a decrease in the quality of pelletized fuel and to increase the complexity of the process. The proposed method and line are implemented in existing production, a positive result of their application is confirmed by tests. The distribution of the values of the conditional mass fraction of uranium-235 in the range of “the specified value of the UMD of uranium-235 ± 0.05%” achieved in a mixture of uranium dioxide powders provides the distribution of the values of the conditional mass fraction of uranium-235 in pelletized ceramic fuel (also called the variability of the conditional mass fraction of uranium-235) in the range of “preset UMP-uranium-235 ± 0.05%” value, which corresponds to modern requirements for the fuel of commercial nuclear reactors, for example, VVER type.

Claims (6)

1. Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора, включающий подготовку исходных порошков оксидов урана с высоким и низким содержанием урана-235, смешивание подготовленного порошка с порошком оксида урана U3O8 и сухим пластификатором, прессования таблеток из смеси порошков, спекание таблеток, шлифование, сушку и отбраковку таблеток, отличающийся тем, что подготовку исходных порошков оксидов урана с высоким и низким содержанием урана-235 производят двухстадийным смешением в среде инертного газа, при этом на первой стадии смешение порошков производят в планетарно-шнековом смесителе в среде азота при подаче его в смеситель с расходом 1-3 м3/ч при рабочем объеме смесителя 0,5-3,5 м3, при объемном коэффициенте загрузки смесителя не менее 0,35 и при переменной загрузке порций порошка массой каждой порции не более 700 кг в четыре-восемь циклов продолжительностью 15-20 мин каждого, с остановками между циклами 10-15 мин, после четырех циклов выгружают 250-350 кг порошка и загружают вновь в верхнюю часть смесителя, а на второй стадии производят смешение порошка в среде инертного газа в агрегате комплексной обработки порошка, обе стадии смешения производят при непрерывной загрузке и выгрузке в биконические контейнеры, после чего подготовленные порошки направляют на последующие операции изготовления таблетированного топлива.1. A method of manufacturing pelletized fuel for fuel elements of a nuclear reactor, comprising preparing the initial uranium oxide powders with high and low uranium-235 content, mixing the prepared powder with uranium oxide powder U 3 O 8 and dry plasticizer, compressing tablets from a mixture of powders, sintering tablets , grinding, drying and rejecting tablets, characterized in that the preparation of the initial powders of uranium oxides with a high and low content of uranium-235 is carried out by two-stage mixing in an inert medium in the first stage, the mixing of the powders is carried out in a planetary screw mixer in a nitrogen medium when it is fed into the mixer with a flow rate of 1-3 m 3 / h with a working volume of the mixer of 0.5-3.5 m 3 , with a volumetric loading factor a mixer of at least 0.35 and with variable loading of portions of powder with a mass of each portion of not more than 700 kg in four to eight cycles of 15-20 minutes each, with stops between cycles of 10-15 minutes, after four cycles, 250-350 kg of powder are unloaded again loaded into the upper part of the mixer, and in the second stage produce a mixture ue powder in an inert gas atmosphere to a powder processing unit is integrated, both the mixing step is performed at a continuous loading and unloading of containers in biconical then prepared powders fed to subsequent manufacturing operations pelletized fuel. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешение исходных порошков оксидов урана в планетарно-шнековом смесителе проводят при скорости вращения смесительного шнека 0,5-1,0 об/мин.2. The method according to claim 1, characterized in that the mixing of the initial powders of uranium oxides in a planetary screw mixer is carried out at a rotation speed of the mixing screw of 0.5-1.0 rpm 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешение исходных порошков оксидов урана в агрегате комплексной обработки порошка, выполненного в виде мельницы роторного типа, проводят при скорости вращения молотков 100-2000 об/мин и размерах ячеек сетки 500-800 мкм.3. The method according to claim 1, characterized in that the mixing of the initial powders of uranium oxides in the complex powder processing unit, made in the form of a rotary mill, is carried out at a hammer rotation speed of 100-2000 rpm and mesh sizes of 500-800 microns. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешение исходных порошков оксидов урана в агрегате комплексной обработки порошка, выполненного в виде кольцевого помольно-рассеивающего устройства, проводят при размере ячеек сетки 500-630 мкм.4. The method according to claim 1, characterized in that the mixing of the initial powders of uranium oxides in the complex powder processing unit, made in the form of an annular grinding and scattering device, is carried out at a mesh cell size of 500-630 microns. 5. Линия изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора, включающая агрегат смешения порошков диоксида урана UO2, оксида урана U3O8 и сухого пластификатора, агрегат прессования таблеток из смеси порошков диоксида урана UO2, оксида урана U3О8 и сухого пластификатора, агрегат спекания таблеток, представляющий собой печь тоннельного типа с несколькими температурными зонами, в которых осуществляется нагрев, спекание в восстановительной среде и охлаждение таблеток, с продвижением лодочек с таблетками через зоны печи, агрегат мокрого шлифования поверхности таблеток, агрегат сушки таблеток, агрегат переработки бракованных таблеток, транспортные средства проводки с агрегата на агрегат порошка и таблеток, отличающаяся тем, что линия дополнительно снабжена расположенными последовательно перед агрегатом смешивания порошков диоксида урана UO2, оксида урана U3O8 и сухого пластификатора агрегатом смешения порошков оксидов урана с различными значениями условной массовой доли урана-235 в виде конического смесителя планетарно-шнекового типа и агрегатом комплексной обработки порошка, выполненным в виде молотковой мельницы роторного типа, снабженной шестью U-образными молотками и сеткой с ячейками, выполненной из нержавеющей стали, или в виде кольцевого помольно-рассеивающего устройства, содержащего корпус в виде размещенной на виброопорах кольцевой емкости, в кольцевом пространстве которой размещены на равном расстоянии друг от друга механизмы дробления в виде шарнирно закрепленных с одной стороны механических плит с рифлеными нижними поверхностями, взаимодействующими с металлическими плитами, расположенными под каждой из них, и съемные сетки с ячейками заданного размера, расположенные на одном уровне с металлическими плитами в остальной части кольцевого пространства емкости.5. A production line of pelletized fuel for fuel elements of a nuclear reactor, including a unit for mixing powders of uranium dioxide UO 2 , uranium oxide U 3 O 8 and dry plasticizer, a unit for compressing tablets from a mixture of powders of uranium dioxide UO 2 , uranium oxide U 3 O 8 and dry plasticizer, a unit for sintering tablets, which is a tunnel-type furnace with several temperature zones in which heating, sintering in a reducing environment and cooling of tablets are carried out, with the promotion of boats with tablets through the furnace zones, the unit for wet grinding of the surface of the tablets, the unit for drying the tablets, the unit for processing defective tablets, the vehicles for wiring from the unit to the unit for powder and tablets, characterized in that the line is additionally equipped with UO 2 , uranium oxide powders arranged in series in front of the unit U 3 O 8 and dry plasticizer by a unit for mixing powders of uranium oxides with different values of the conditional mass fraction of uranium-235 in the form of a planetary screw type conical mixer and a complex powder processing unit, made in the form of a rotor-type hammer mill, equipped with six U-shaped hammers and a mesh with cells made of stainless steel, or in the form of an annular grinding and scattering device containing a housing in the form of an annular container placed on vibration supports, in in the annular space of which crushing mechanisms are placed at equal distances from each other in the form of mechanical plates pivotally mounted on one side with corrugated lower surfaces interacting with metal plates located under each of them, and removable grids with cells of a given size, located on the same level with metal plates in the rest of the annular space of the tank. 6. Линия по п.5, отличающаяся тем, что агрегат комплексной обработки порошка оксидов урана расположен перед агрегатом смешения. 6. The line according to claim 5, characterized in that the complex processing unit of the powder of uranium oxides is located in front of the mixing unit.
RU2006135684/06A 2006-10-09 2006-10-09 Method of producing tableted fuel for nuclear reactor heat-emitting elements and production line to this effect RU2344502C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006135684/06A RU2344502C2 (en) 2006-10-09 2006-10-09 Method of producing tableted fuel for nuclear reactor heat-emitting elements and production line to this effect

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006135684/06A RU2344502C2 (en) 2006-10-09 2006-10-09 Method of producing tableted fuel for nuclear reactor heat-emitting elements and production line to this effect

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006135684A RU2006135684A (en) 2008-04-20
RU2344502C2 true RU2344502C2 (en) 2009-01-20

Family

ID=39453582

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006135684/06A RU2344502C2 (en) 2006-10-09 2006-10-09 Method of producing tableted fuel for nuclear reactor heat-emitting elements and production line to this effect

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2344502C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2757993A1 (en) * 1996-12-27 1998-07-03 Doryokuro Kakunenryo PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF NUCLEAR FUEL BALLS
RU2158030C2 (en) * 1998-11-18 2000-10-20 Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" Method and apparatus for fabrication of tabletted fuel for heat- generating elements
RU2186031C2 (en) * 2000-05-04 2002-07-27 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" Method of preparing uranium oxide powders with desired uranium-235 content
RU2200130C1 (en) * 2001-12-03 2003-03-10 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" Method of preparing powders of uranium oxides with specified content of uranium- 235

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2757993A1 (en) * 1996-12-27 1998-07-03 Doryokuro Kakunenryo PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF NUCLEAR FUEL BALLS
RU2158030C2 (en) * 1998-11-18 2000-10-20 Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" Method and apparatus for fabrication of tabletted fuel for heat- generating elements
RU2186031C2 (en) * 2000-05-04 2002-07-27 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" Method of preparing uranium oxide powders with desired uranium-235 content
RU2200130C1 (en) * 2001-12-03 2003-03-10 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" Method of preparing powders of uranium oxides with specified content of uranium- 235

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006135684A (en) 2008-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5841200A (en) Process for the production of nuclear fuel pellets based on mixed (U, Pu)O2 oxide with the addition of an organic, sulphur product
JP2761225B2 (en) Method for producing nuclear fuel pellets based on mixed oxide (U, Pu) O 2
CN104334756B (en) Method for producing granulated raw material for sintering, production device thereof, and method for producing sintered ore for blast furnace
RU2718716C2 (en) Device for mixing powders by cryogenic fluid medium
RU2335815C2 (en) Method of obtaining nuclear fuel pellets
CN107937716A (en) A kind of iron ore pellets raw materials for production preparation method for being conducive to efficient pelletizing
CN100557720C (en) Method for producing ceramic nuclear fuel pellets, and device and container for implementing said method
RU2344502C2 (en) Method of producing tableted fuel for nuclear reactor heat-emitting elements and production line to this effect
CN205452435U (en) Anode materials for lithium -ion battery apparatus for producing
US6105887A (en) Method for homogeneously mixing uranium/plutonium mixed oxide
RU2253913C2 (en) Mode of receiving fuel pellets for heat-generating elements out of uranium dioxide
JP2650938B2 (en) Pellet manufacturing method
JP4075116B2 (en) Method for producing nuclear fuel particles and method for producing nuclear fuel pellets
JP2002536628A (en) Dry recycling method for (U, Pu) O2 mixed oxide nuclear fuel scrap
CN219311686U (en) Production line for preparing building materials
RU2569928C2 (en) Method of producing pelleted fuel for fuel elements
JP4007508B2 (en) Method for producing Gd2O3-added UO2 pellets using co-grinding and spheronization (SACAM) process
CN101341551B (en) Method for making a particulate matter
CN117772377B (en) Ball milling device for adjusting particle size distribution of gypsum powder
RU2154313C1 (en) Rejected nuclear fuel recovery process
KR102324478B1 (en) Method for manufacturing uo2 mixed powder for manufacutring nuclear fuel using ibc blender and uo2 mixed powder for manufacuring nuclear fuel manufactured thereby
CN118238251B (en) A kind of manufacturing device and method of ceramic microsphere green body
CN222446773U (en) A grinding device for producing acidic soil conditioner
RU2772886C1 (en) Method of producing pelletized uranium-plutonium fuel for fuel elements of nuclear reactors
JP2014227568A (en) Method of producing granulation raw material for sintering