RU2360307C2 - Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора - Google Patents
Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2360307C2 RU2360307C2 RU2007127407/06A RU2007127407A RU2360307C2 RU 2360307 C2 RU2360307 C2 RU 2360307C2 RU 2007127407/06 A RU2007127407/06 A RU 2007127407/06A RU 2007127407 A RU2007127407 A RU 2007127407A RU 2360307 C2 RU2360307 C2 RU 2360307C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- uranium
- tablets
- carried out
- particle size
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 239000008188 pellet Substances 0.000 title abstract description 4
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 title abstract description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 61
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 30
- FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N uranium dioxide Inorganic materials O=[U]=O FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);uranium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[U+4] OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- WZECUPJJEIXUKY-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[U+6] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[U+6] WZECUPJJEIXUKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- ZAASRHQPRFFWCS-UHFFFAOYSA-P diazanium;oxygen(2-);uranium Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[U].[U] ZAASRHQPRFFWCS-UHFFFAOYSA-P 0.000 claims abstract description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229910000439 uranium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims abstract description 9
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims abstract description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 30
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 14
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 9
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 4
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 3
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 2
- BMKRASMRTUQHFM-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[U+6].[U+6] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[U+6].[U+6] BMKRASMRTUQHFM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- HYAQITUXFLXXQY-UHFFFAOYSA-N octatriacontane-19,20-diamine Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCC(N)C(N)CCCCCCCCCCCCCCCCCC HYAQITUXFLXXQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 abstract 3
- 239000003826 tablet Substances 0.000 description 45
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 7
- 239000002706 dry binder Substances 0.000 description 6
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 4
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 102200052313 rs9282831 Human genes 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L zinc stearate Chemical compound [Zn+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 241000804477 Lissoclinum fragile Species 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 230000002301 combined effect Effects 0.000 description 1
- 239000007891 compressed tablet Substances 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000007907 direct compression Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 230000009969 flowable effect Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-O hydridodioxygen(1+) Chemical compound [OH+]=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- HHFDXDXLAINLOT-UHFFFAOYSA-N n,n'-dioctadecylethane-1,2-diamine Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCNCCNCCCCCCCCCCCCCCCCCC HHFDXDXLAINLOT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000000754 repressing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001718 repressive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910002007 uranyl nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001238 wet grinding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Изобретение относится к атомной промышленности, в частности к изготовлению таблетированного топлива из диоксида урана (VO2), изготовленного ADU способом, для тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. Сущность изобретения: операцию осаждения полиураната аммония ADU-процесса проводят за одну стадию, предварительно перед операцией смешения порошок диоксида урана пропускают через сито с размером ячейки не более 630 мкм с одновременным измельчением и просеиванием через то же сито плюсовой фракции, операцию смешения проводят со связующим органической сухой связкой 1,2-дистеарилэтилендиамин - ДИСЭД с формулой C38H76O2N2 и с порошком закиси-окиси урана, имеющим полную удельную поверхность не более 1,2 м2/г и размер частиц менее 40 мкм, операцию прессования проводят в плотность прессовок, равную 5,4-5,6 г/см3. Операцию осаждения полиураната аммония производят при концентрации раствора диураната аммония, равной 50-80 г/л, pH 6,4-7,0, скорости подачи 200-400 л/час, порошок закиси-окиси урана получают окислением в печи предварительно измельченных до размера частиц не более 5 мм спеченных таблеток в течение 3-4 часов при температуре печи 360-380°С с расходом воздуха 100 л/час на килограмм диоксида урана. Технической задачей данного изобретения является осаждение порошка в режиме, дающем стабильные свойства порошка, снижение размеров частиц, повышение содержания добавок оборотной закиси-окиси, повышение давления прессования с одновременным принятием мер для снижения отрицательных последствий каждой используемой операции. 1 з.п. ф-лы. 2 табл.
Description
Изобретение относится к атомной промышленности, в частности к изготовлению таблетированного топлива из диоксида урана (UO2), изготовленного ADU способом, для тепловыделяющих элементов ядерных реакторов.
Известны способы изготовления таблетированного ядерного топлива прямым прессованием диоксида урана с сухой связкой, например, по патентам РФ №2158971 от 1999.04.21, №2210821, МКИ G21C 21/00, 20.08.03, №2210122, МКИ G21C 21/10, 10.08.03, в которых порошок после его получения и до процесса прессования таблеток не подвергается никаким обработкам, кроме смешения со связкой и добавками оборотных окислов урана. Эта схема получила название прямого сухого прессования.
Полученные спеченные таблетки приходится подвергать механической обработке, шлифованию, чтобы получить более высокий класс точности изготовления по диаметру, чем это можно сделать методами порошковой металлургии. Эта операция вызывает появление недопустимых сколов на поверхности некоторых таблеток. Сколы образуются как в процессе шлифования, так и после него при небольших механических воздействиях из-за развития образовавшихся микротрещин.
Как показывает опыт изготовления таблеток, литературные данные о свойствах керамики (см. Оберт Л. Хрупкое разрушение горных пород. Разрушение. Том 7. М. «Мир». 1976, отчет ОАО «НЗХК» №39-42-01/730 от 14.09.05), вероятность образования трещин и сколов под действием механических нагрузок пропорциональна количеству элементов структурной неоднородности внутри керамических изделий - поры неправильной формы, скопления мелких пор, образования из крупных зерен. На вид, форму, количество этих образований влияют свойства исходного порошка диоксида урана и его частиц, вид связки, наличие модифицирующих добавок, однородность шихты, условия прессования. Вероятность образования неоднородностей, ослабляющих прочность таблеток, особенно велика при использовании сухого прессования.
Таким образом, на уровень брака влияют особенности выполнения всех операций в цикле «получение порошка - подготовка порошка к прессованию - прессование и спекание таблеток».
Порошки, изготовленные методом ADU, имеют исходную высокую внутреннюю неоднородность - частицы порошка различаются по морфологии, размеру, плотности и прочности. Однако это играет положительную роль в обеспечении технологических свойств диоксида - текучесть, прессуемость, спекаемость. Каждая группа частиц с внутренне однородными свойствами, но различными между долями обеспечивает одно необходимое качество, почти не нарушая другое. Например, более прочные частицы позволяют передавать давление прессования от пуансона внутрь прессовки, а мягкие, деформируясь, заполняют пространство между ними. Крупные агломераты придают порошку текучесть, мелкие снижают пористость прессовки. Плотные частицы повышают насыпной вес порошка, рыхлые повышают спекаемость. Не существует идеального порошка с максимальными значениями всех технологических свойств, можно говорить только об их оптимальных их соотношениях, когда, например, можно порошок далее сразу направлять на прессование без доработок.
Однако для повышения качества таблеток бывает нужно, например, повысить спекаемость порошка, а текучесть, насыпной вес, которые при этом обычно понижены, обеспечивать дополнительными средствами. Поэтому для одновременного достижения таких противоречивых целей, как высокое качество таблеток и низкая стоимость изготовления, следует искать оптимум на всем цикле изготовления порошков и таблеток. Известен способ получения порошка диоксида урана по технологии ADU в две стадии (см. Технологическая инструкция ОАО «НЗХК» №25000.00779), по которому осаждение производится в каскаде из реакторов: в первом из них поддерживается более низкое значение рН, в последнем - более высокое. На второй стадии осаждения полиураната изменяется структура и химический состав осадка, образуемого на первой стадии. В условиях более высоких значений рН на второй стадии существует пониженная растворимость соли и повышенное пересыщение раствора относительно первой стадии. Поэтому на второй стадии осаждения формируются кристаллиты меньшего размера. Кристаллиты малого размера образуют рыхлые агломераты или оседают в виде «шубы» на частицах соли, полученных на первой стадии. Одновременно с этим кристаллиты, образованные на первой и второй стадиях, могут перерастворяться вследствие обладания избыточной энергией. Этот эффект способствует снижению общего пресыщения раствора. Наблюдается сочетание двух противоположных эффектов. Полученный таким образом порошок состоит из частиц с различными свойствами. Их соотношение в готовом продукте, а значит и его технологические свойства, определяются режимами осаждения на первой и второй стадии - рН, температура, скорость подачи раствора. Режимы получения порошка и его средние свойства приведены в таблице 1 и 2:
| Таблица 1 | |||
| Режимы получения диоксида урана | |||
| Параметр | рН | Концентрация раствора, г/л | Скорость расхода реэкстракта, л/ч |
| Двухстадийное | 1 стадия - 6,0-7,0 | 1 стадия - 55-65 | 1 стадия - 350 |
| осаждение | 2 стадия - 7,8-8,2 | 2 стадия - <5 | 2 стадия - 350 |
| Одностадийное осаждение | 6,4-7,0 | 55-65 | 230 л/час |
| Таблица 2 | ||||
| Параметры диоксида урана после получения и после измельчения фракции более 630 мкм | ||||
| Параметр | Насыпная плотность с утряской, г/см3 | Полная удельная поверхность, м2/г | Доля частиц порошка >630 мкм % | Средний диаметр частиц, мкм |
| Двухстадийное осаждение | До измельчения 2,9 | До измельчения 3,9 | До измельчения 48% | До измельчения 580 (до 1250) |
| После измельчения 3,1 | После измельчения 0 | После измельчения 200 (до 630) | ||
| Одностадийное осаждение | До измельчения 2,4 | До измельчения 4,1 | До измельчения 10 | До измельчения 300 |
| После измельчения 2,6 | После измельчения 4,2 | После измельчения 0 | После измельчения 200 | |
Однако при двухстадийном осаждении сделать это затруднительно из-за сложности поиска оптимума среди множества факторов и их неоднозначного влияния на конечный результат. Выдерживать найденные режимы стабильными сложно. Порошок имеет широкий фракционный состав от микрон до 1500 мкм, крупные частицы более 1250 мкм на кольцевом помольно-рассеивающем устройстве измельчаются. Для снижения размера частиц измельчением пришлось бы измельчать практически весь объем порошка. Его возврат в исходный порошок привел бы к нарушению свободной текучести партии. Таблетки, изготовленные из такого порошка с использованием сухой связки, стеарата цинка или ДИСЭДа, имеют несплошности матрицы в виде разрывов, каверн, треугольных пор между крупными частицами. Добавки оборотной закиси-окиси скапливается между частицами, образуя соединенную пористость. Чтобы таблетки имели открытую пористость не более 0,5%, приходится ограничивать ее содержание несколькими процентами. Брак по сколам спеченных таблеток, изготовленных из данного порошка, составляет 10-18%.
Известен также способ с измельчением двуокиси урана в шаровых молотковых мельницах (см. патент РФ №2165651 от 2000.02.18). Измельченный порошок не содержит крупных агломератов, которые создают в спеченных таблетках неоднородности в виде скопления пор, позволяет добавлять оборотную закись-окись до 10-20%, что благоприятно сказывается на структуру таблеток - однородность и сплошность. Но в таких случаях используют предварительное уплотнение порошка, грануляцию, скатывание, как, например, по патенту РФ №2001109717 от 2001.04.12 или по патенту США 4637900 от 20.01.87, что значительно удорожает процесс, приводит к дополнительным возвратным и безвозвратным потерям.
Поскольку применение измельчения порошка требуется при неблагоприятных колебаниях свойств порошка, известен способ селективной технологии, например, по заявке ОАО «НЗХК» на патент РФ №2005117546 с приоритетом от 07.06.05, в котором вначале осуществляют испытания и диагностику технологических свойств порошка, запускаемого на производство, а потом корректируют технологическую схему изготовления таблеток в зависимости от результатов испытаний. Этот способ позволяет повысить выход в годное, но ограничен по применению, не решает вопрос стабилизации производства, не всегда позволяет скорректировать свойства полученного порошка, требует набора оборудования, которое не всегда будет задействовано. Поэтому необходим способ, дающий максимальную стабильность свойств диоксида урана, даже если при этом не достигаются максимальные показатели технологичности.
Известно (см. W.Timmermans, A. Van Heck-Hennen. J. of Nuc.Mat. 71 (1978), Sintered characterization of U02 powder), что повышение давления прессования снижает размер пустотных образований в прессованной таблетке, однако при этом повышается износ пресс-инструмента, повышается вероятность образования поперечных трещин и появление эффектов перепрессовки, которые увеличивают брак спеченных таблеток, снижают прямой выход в годное.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ (см. патент РФ №2158030 - прототип), по которому в порошок диоксида урана, полученный двухстадийной схемой осаждения по ADU-процессу, с размером частиц не более 1250 мкм, добавляют оборотную закись-окись, полученную при сжигании брака таблеток при температуре 500-600°С и размером частиц до 100 мкм, и сухую связку - стеарат цинка. Далее порошок самотеком подают в пресс роторного типа, где прессуют таблетки до плотности 4,9-5,1 г/см3, которые потом в печи нагревают по температурному режиму, обеспечивающему термическое удаление связующего, спекание таблеток в газообразной восстановительной среде. Спеченные таблетки подвергают мокрому шлифованию алмазным кругом, сушат и отбраковывают те из них, которые имеют отклонения по внешнему виду в объеме 10-18% от партии. Недостатком данного способа является невозможность достижения высокого качества топливной таблетки из-за неоднородности прессования, а значит неоднородности ее спекания, и, как следствие, уязвимость в отношении сколов, пор и прочих дефектов, снижающих выход в годное.
Технической задачей данного изобретения является разработка такой технологической схемы, в которой использован максимальный набор средств, повышающий технологические свойства порошка и качество спеченных таблеток, но в таком наборе и при таких «мягких» режимах, для которых не требуется коренная перестройка линии, усложнение и удорожание нового способа, то есть использование принципа «максимум выгоды при минимуме затрат», а именно осаждение порошка в режиме, дающем стабильные свойства порошка, снижение размера частиц, повышение содержания добавок оборотной закиси-окиси, повышение давление прессования с одновременным принятием мер для снижения отрицательных последствий каждой используемой операции.
Поставленная задача решается путем использования всех известных способов повышения прочности и однородности таблеток на всех этапах изготовления порошков и таблеток, но в той степени и форме, которая не требует повышенных затрат материалов, оборудования и времени. При этом за счет всех достигнутых, хотя и частично, эффектов получается не только суммарный результат, но и интегральный. Каждое использованное усовершенствование технологии компенсировало недостатки других усовершенствований, а именно в способе изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора, включающем получение порошка диоксида урана по ADU-процессу, смешение его со связующим и с порошком закиси-окиси урана, полученной окислением спеченных таблеток, прессование, термическое удаление связующего, спекание таблеток в газообразной восстановительной среде, шлифование таблеток алмазным кругом, согласно изобретению операцию осаждение полиураната аммония ADU-процесса проводят за одну стадию, предварительно перед операцией смешения порошок диоксида урана пропускают через сито с размером ячейки не более 630 мкм с одновременным измельчением и просеиванием через то же сито плюсовой фракции, операцию смешения проводят со связующим органической сухой связкой 1,2-дистеарилэтилендиамин - ДИСЭД с формулой С38Н76О2N2 и с порошком закиси-окиси урана, имеющим полную удельную поверхность не более 1,2 м2/г и размер частиц менее 40 мкм, операцию прессования проводят в плотность прессовок, равную 5,4-5,6 г/см3.
Также поставленная задача решается тем, что в способе операцию осаждения полиураната аммония производят при концентрации раствора диураната аммония, равной 50-80 г/л, рН 6,4-7,0, скорости подачи 200-400 л/час, порошок закиси-окиси урана получают окислением в печи предварительно измельченных до размера частиц не более 5 мм спеченных таблеток в течение 3-4 часов при температуре печи 360-380°С и расходом воздуха 100 л/час на килограмм диоксида урана.
Предлагаемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем, так как были использованы следующие меры повышения сплошности и однородности таблеток:
- снижен максимальный размер частиц получаемого диоксида урана;
- увеличено содержание оборотной закиси-окиси;
- повышено давление прессования, которые реализованы следующим образом.
Снижение размера частиц порошка достигалось двумя последовательными способами. Первый - изменение режима осаждения полиуранатов таким образом, чтобы агломераты диоксида урана получались меньших размеров. Это удалось сделать, используя режим одностадийного осаждения. Второй - снижение размера сита на установке отсева и измельчения получаемого порошка диоксида урана. Сито выбирали с наименьшим размером ячеек из тех, при использовании которых дробленая часть еще не нарушала текучести порошка. Указанные способы позволяют снизить средний размер частиц вдвое.
Однако он остается еще на высоком уровне - сотни микрон, тогда как желательно его иметь на уровне десятков микрон. Хотя эффект сегрегации частиц диоксида и добавляемой закиси-окиси урана ослаблен, он еще остается. Для повышения степени перемешивания оборотной закиси-окиси с двуокисью урана и вследствие этого увеличения ее содержания в шихте нужно получать ее как можно мельче окислением спеченных таблеток при минимально возможной, с практической точки зрения, температуре, при которой процесс окисления идет уже достаточно быстро, но упругие свойства матрицы диоксида еще низкие. Тогда напряжения разрушения из-за снижения плотности окисляющегося диоксида в спеченных таблетках возникают при небольших объемах окисления и размер образующихся фрагментов мал - микроны-десятки микрон. Степень однородности смеси может быть повышена при дополнительной обработке на молотковой мельнице, при которой происходит не столько измельчение крупных частиц, сколько внедрение мелкой закиси-окиси в поры оставшихся крупных агломератов.
Для снижения порообразующей способности закиси-окиси и уменьшения размеров большинства остаточных пор ниже диффузионной длины ионов при спекании следовало повысить плотность прессовок и давление их прессования, но таким образом, чтобы избежать явления перепрессовки - перепрессовочных трещин. Он определяется при проведении испытаний диоксида урана на спекаемость путем прессования таблеток при разных давлениях прессования. Определяют граничное значение давления прессования Ргр, при котором наблюдается отслоение торца. Рабочее давление определяют по формуле Р=0,8Ргр.
Чтобы свести к минимуму механическое воздействие на таблетку, толщину удаляемого слоя при шлифовании, диаметр пресс-инструмента подбирают в соответствие с выбранным давлением прессования таким образом, чтобы минимальный диаметр таблеток после спекания соответствовал номинальному диаметру готовых таблеток.
Для исключения повышенного износа пресс-инструмента при увеличении давления прессования необходимо было подобрать сухую связку, более эффективно снижающую внутреннее трение при прессовании. Исследования показали (отчет о НИР ОАО «НЗХК» №39-42-01/290 от 21.04.03), что ДИСЭД - дистеарилэтилендиамин, органическое вещество с формулой С38Н76О2N2, в этом отношении более эффективен, чем стеарат цинка, используемый по прототипу. К тому же он не образует твердых осадков в печи спекания. Дополнительно пластифицирующее действие на шихту и прессованную таблетку оказывает мелкая закись-окись при содержании в шихте 5% и более.
Одностадийное осаждение, кроме снижения размеров частиц порошка, дополнительно дает экономию расходных материалов (аммиака), стабилизирует свойства диоксида урана, что позволяет дополнительно снижать допуски на шлифование, уменьшать объем контрольных операций.
Применение более тонкой оборотной закиси-окиси урана в увеличенном количестве (более 5%) придает пластичные свойства шихте и прессованным таблеткам, дополнительно повышая их однородность и снижая их скалываемость.
Повышение давления прессования также упрочняет прессованную таблетку, уменьшает потери продукта на прессовании, уменьшает усадку при спекании, что позволяет точнее регулировать припуск на шлифование. Для этого нужно подобрать соответствующим образом диаметр пресс-инструмента.
Использование ДИСЭДа в качестве сухой связки и смазки, снижающей усилие прессования
Совокупный эффект от использования предлагаемого способа позволяет получить увеличение выхода таблеток в годное на 5-10%.
Способ реализуется следующим образом.
Пример 1. Осаждение полиуранатов аммония проводили по одностадийной схеме при температуре азотнокислого уранила 65°С и концентрации 57 г/л, рН 6,5, скорость подачи реэкстракта 250 л/час. Затем порошок полиураната прокаливали при температурах по зонам печи 615-650°С и восстанавливали в атмосфере водорода при температуре по зонам печи 615-670°С. Полученный порошок двуокиси урана был текучим, с полной удельной поверхностью 4,19 м2/г и насыпным весом 2,24 г/см3. Порошок содержал фракцию <71 мкм - 42%, фракцию >630 мкм - 8%.
После восстановления и стабилизации порошок диоксида урана пропускали через кольцевое помольно-рассеивающее устройство с установленным ситом 630 мкм и вся плюсовая фракция измельчалась и просеивалась сквозь это сито, возвращаясь в общий поток порошка. После помола порошок тек без задержек по технологическому тракту.
Была подготовлена оборотная закись-окись урана путем окисления предварительно измельченных до размера кусков менее 5 мм спеченных таблеток в печи неподвижным слоем засыпки толщиной 10-20 мм при температуре 360-380°С с подачей в печь воздуха с расходом не менее 100 л/час на каждый килограмм диоксида. Полученная закись-окись имела крупность зерна 1,6 мкм, полную удельную поверхность - 1,1 м2/г, содержание урана 84,8%. Частицы, все размером менее 100 мкм, имели развитую структуру, легко разрушались на более мелкие частицы, обеспечивая всему порошку закиси-окиси и смесям с диоксидом урана пластические свойства. Закись-окись урана добавляли в двуокись в количестве 8% и проводили смешение в биконусе со скоростью 2 об/мин в течение 40 мин. Затем добавляли 0,2-0,3% ДИСЭДа.
Затем смесь самотеком подавали на роторный пресс, где производили прессование таблеток. Процесс прессования производили до плотности 5,4 г/см3 при давлении прессования 2 т/см и диаметре матрицы прессования 9,58 мм. Спекание производили в атмосфере водорода с выдержкой 4 часа при температуре 1740°С. Плотность спеченных таблеток составляла 10,62 г/см3, открытая пористость <0,3%. Спеченные таблетки шлифовали на бесцентровом шлифовальном станке со скоростью 80 таблеток в минуту. Выход в годное составил 92,1%.
Пример 2. Изготавливались таблетки по режимам, как в примере 1, со следующими отличиями.
После смешения порошков диоксида и закиси-окиси урана смесь измельчали на молотковой мельнице при скорости вращения молотка 3 об/мин. В результате интенсивного перемешивания окислов и частичного измельчения крупной фракции порошка удается повысить содержание оборотов до 15% без потери качества таблеток по плотности и открытой пористости. Выход в годное составил 94,3%.
Claims (2)
1. Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора, включающий получение порошка диоксида урана по ADU-процессу, смешение его со связующим и с порошком закиси-окиси урана, полученной окислением спеченных таблеток, прессование, термическое удаление связующего, спекание таблеток в газообразной восстановительной среде, шлифование таблеток алмазным кругом, отличающийся тем, что операцию осаждения полиураната аммония ADU-процесса проводят за одну стадию, предварительно перед операцией смешения порошок диоксида урана пропускают через сито с размером ячейки не более 630 мкм с одновременным измельчением и просеиванием через то же сито плюсовой фракции, операцию смешения проводят со связующим органической сухой связкой 1,2-дистеарилэтилендиамин - ДИСЭД с формулой C38H76O2N2 и с порошком закиси-окиси урана, имеющим полную удельную поверхность не более 1,2 м2/г и размер частиц менее 40 мкм, операцию прессования проводят в плотность прессовок, равную 5,4-5,6 г/см3.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что операцию осаждения полиураната аммония производят при концентрации раствора диураната аммония, равной 50-80 г/л, pH 6,4-7,0, скорости подачи 200-400 л/ч, порошок закиси-окиси урана получают окислением в печи предварительно измельченных до размера частиц не более 5 мм спеченных таблеток в течение 3-4 ч при температуре печи 360-380°С и расходом воздуха 100 л/ч на килограмм диоксида урана.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007127407/06A RU2360307C2 (ru) | 2007-07-17 | 2007-07-17 | Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007127407/06A RU2360307C2 (ru) | 2007-07-17 | 2007-07-17 | Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007127407A RU2007127407A (ru) | 2009-01-27 |
| RU2360307C2 true RU2360307C2 (ru) | 2009-06-27 |
Family
ID=40543550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007127407/06A RU2360307C2 (ru) | 2007-07-17 | 2007-07-17 | Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2360307C2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2587093C1 (ru) * | 2015-02-16 | 2016-06-10 | Акционерное общество "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" | Способ приготовления гранулированной закиси-окиси урана |
| CN109378097A (zh) * | 2018-08-22 | 2019-02-22 | 清华大学 | 一种制备模拟乏燃料的方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4985183A (en) * | 1988-12-27 | 1991-01-15 | Mitsubishi Metal Corporation | UO2 pellet fabrication process |
| KR20000019009A (ko) * | 1998-09-08 | 2000-04-06 | 이종훈 | 핵연료 소결체의 제조방법 |
| RU2158030C2 (ru) * | 1998-11-18 | 2000-10-20 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов и устройство для его осуществления |
| JP2003107182A (ja) * | 2001-10-02 | 2003-04-09 | Nuclear Fuel Ind Ltd | 核燃料焼結体の製造方法 |
| RU2002116628A (ru) * | 2002-06-20 | 2003-12-27 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов |
| RU2253913C2 (ru) * | 2003-05-23 | 2005-06-10 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Способ получения топливных таблеток для тепловыделяющих элементов из диоксида урана (варианты) |
-
2007
- 2007-07-17 RU RU2007127407/06A patent/RU2360307C2/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4985183A (en) * | 1988-12-27 | 1991-01-15 | Mitsubishi Metal Corporation | UO2 pellet fabrication process |
| KR20000019009A (ko) * | 1998-09-08 | 2000-04-06 | 이종훈 | 핵연료 소결체의 제조방법 |
| RU2158030C2 (ru) * | 1998-11-18 | 2000-10-20 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов и устройство для его осуществления |
| JP2003107182A (ja) * | 2001-10-02 | 2003-04-09 | Nuclear Fuel Ind Ltd | 核燃料焼結体の製造方法 |
| RU2002116628A (ru) * | 2002-06-20 | 2003-12-27 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов |
| RU2253913C2 (ru) * | 2003-05-23 | 2005-06-10 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Способ получения топливных таблеток для тепловыделяющих элементов из диоксида урана (варианты) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2587093C1 (ru) * | 2015-02-16 | 2016-06-10 | Акционерное общество "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" | Способ приготовления гранулированной закиси-окиси урана |
| CN109378097A (zh) * | 2018-08-22 | 2019-02-22 | 清华大学 | 一种制备模拟乏燃料的方法 |
| CN109378097B (zh) * | 2018-08-22 | 2020-09-22 | 清华大学 | 一种制备模拟乏燃料的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007127407A (ru) | 2009-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3051566A (en) | Process for producing high density refractory bodies | |
| US4138360A (en) | Fugitive binder for nuclear fuel materials | |
| KR100794071B1 (ko) | 핵연료 소결체의 제조 방법 | |
| CA1188502A (en) | Burnable neutron absorbers | |
| EP1678724B1 (fr) | Procede de fabrication de pastilles de combustible nucleaire | |
| JPH01148994A (ja) | 混合酸化物（Ｕ，Ｐｕ）Ｏ↓２ベースの核燃料ペレットの製造方法 | |
| RU2360307C2 (ru) | Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора | |
| CN110164574B (zh) | 一种蜂窝状燃料芯块的制备方法 | |
| US3995000A (en) | Ceramic nuclear fuel pellets | |
| CN105924169A (zh) | 一种以废旧uo2粉料为原料的高密度uo2芯块制备方法 | |
| EP3951799B1 (en) | Method for producing ceramic nuclear fuel with a burnable absorber | |
| CN103241736A (zh) | 一种高自锐性金刚石微粉及其制备方法 | |
| JPS58180985A (ja) | 核燃料ペレツトおよびその製品の製造方法 | |
| RU2253913C2 (ru) | Способ получения топливных таблеток для тепловыделяющих элементов из диоксида урана (варианты) | |
| Balakrishna et al. | Uranium dioxide powder preparation, pressing, and sintering for optimum yield | |
| JP2650938B2 (ja) | ペレットの製造方法 | |
| CN119530597A (zh) | 一种耐磨纳米wc硬质合金的制备方法 | |
| CN112028603A (zh) | 一种利用铝矾土尾矿制造多功能陶粒砂的方法 | |
| RU2199161C2 (ru) | Способ производства таблеток ядерного топлива, преимущественно для реактора на быстрых нейтронах | |
| CN108276003A (zh) | 一种利用蓝宝石研磨废弃料制备碳化硼复相陶瓷的方法 | |
| CN113053550A (zh) | Ap1000燃料组件中uo2芯块的制备方法 | |
| RU2569928C2 (ru) | Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов | |
| Horlait et al. | U1-xAmxO2±δ MABB fabrication in the frame of the DIAMINO irradiation experiment | |
| RU2303300C2 (ru) | Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов | |
| FR2485515A1 (fr) | Procede pour la preparation de corps frittes en u3o8 |