UO2核芯制备工艺中U的回收再利用研究

介绍了清华大学核能与新能源技术研究院制备高温气冷堆燃料元件UO₂核芯的溶胶凝胶工艺各种废料的产生情况。针对各种废料的特性,分别进行处理,实现回收再利用。对工艺中产生的含U废液先进行沉淀处理,经1次煅烧后溶解性差,必须将沉淀进行煅烧 还原 煅烧工序后才能实现再利用。对最终烧结球中的不合格品直接进行煅烧处理,将UO₂转化为U₃O₈,即可再利用。各种废料回收后均可作为原料生产UO₂核芯,综合回收率为99.98%。     

外胶凝法制备高温气冷堆UO2核芯的湿法工艺

为制备高温气冷堆用燃料致密UO2核芯,对传统的溶胶-凝胶法进行优化和改进。主要对改进后的外胶凝工艺的湿法部分进行介绍,包括U3O8粉的溶解即欠酸硝酸铀酰(ADUN)溶液的制备、胶液的制备、胶液的分散和胶凝及凝胶球的陈化、洗涤和干燥等,并对湿法过程的机理进行了探讨。采用这一工艺,所得重铀酸铵微球的球形度好、尺寸分布均匀且具有良好空隙结构,经过后续的干法工艺如焙烧、还原和烧结,可制备出合格的高温气冷堆用燃料致密UO2核芯。     

制备HTGR凝胶球的外凝胶工艺工程化问题研究

中核北方核燃料元件有限公司(CNNC)建造的高温气冷堆(HTGR)核燃料元件生产线在采用外凝胶(EGU)工艺制备UO_2核芯时,存在煮胶液沉淀、分散-胶凝过程中胶液流量无法实现精准控制和凝胶球裂口等问题。为解决这些工程化问题,对凝胶球制备工艺和设备进行了优化和改造,并试生产了10批次的UO_2核芯进行验证。结果表明,改进后的生产线可连续稳定的实现工业化生产,UO_2核芯产品合格率超80%。     

UO2燃料芯核振动分选机的模型仿真与分析

基于对振动分选机托板与UO2燃料芯核颗粒间相对运动的分析,研究建立了描述燃料芯核振动分选机工作机理的模型,并给出了仿真结果。在此基础上,分析了模型参数对分选机效率的调节特性,得出了分选机的分辨力和分选周期可以分步调节的结论。     

溶胶凝胶法制造NO2燃料微球的流体力学计算

利用伯努利方程建立了在外胶凝工艺中喷嘴射流速度与压力罐液面高度、喷嘴射流速度与液面压强的关系式,并使用该关系式进行计算,结果表明：管道中整个流动过程是层流;液面高度对射流速度的影响非常小;由液面高度所造成的UO2微球直径的最大偏差远小于微球的控制偏差。     

溶胶凝胶法制造UO_2燃料微球的流体力学计算

利用伯努利方程建立了在外胶凝工艺中喷嘴射流速度与压力罐液而高度、喷嘴射流速度与液面压强的关系式,并使用该关系式进行计算,结果表明:管道中整个流动过程是层流;液面高度对射流速度的影响非常小;由液面高度所造成的UO2微球直径的最大偏差远小于微球的控制偏差.     

内胶凝法制备HTGR燃料芯核

用内胶凝工艺研制了高温气冷堆(HTGR)燃料芯核,对该工艺的各个过程,如:缺酸硝酸铀酰(Acid Deficient Uranyl Nitrate)溶液和溶胶液的配制,分散溶胶成液滴并胶凝成固体微球、洗涤、干燥、煅烧,还原烧结等过程进行了系统的研究,并在1kg 级装置上进行了条件最佳化试验,确定了最佳工艺参数。本工艺制备的 UO_2燃料芯核密度达98%理论密度以上 O/U 比为2.000±0.005,圆球度(D_(max)/D_(min))达1.03,破碎强度为2kg,闭孔尺寸为1μm 左右。各项性能符合我国10MW HTGR 燃料元件的要求。     

用全胶凝法生产HTR-10陶瓷UO_2燃料核芯

对用全胶凝法生产HTR-10临界量陶瓷UO2燃料核芯进行了系统的总结,给出了陶瓷UO2产品的检测结果:密度>98%理论密度,氧铀比=2.00,不圆度<1.05,直径=500±50μm,标准偏差<15μm,提供了主要工序的控制参数。通过对温度、水解速度、胶液铀浓度、脱碳速度、还原-烧结升温程序、气氛等的控制,使质量达到了HTR-10燃料元件的设计要求,为工业化生产奠定了基础。本文还就若干关键技术:溶胶的质量控制、多喷嘴均匀分散、三功能回转真空干燥机等进行了介绍。     

用TBP溶剂萃取法制备核电纯二氧化铀

研究了以粗制铀化学浓缩物为原料、采用TBP溶剂萃取法制备核电纯UO2的工艺.铀浓缩物经过预处理,有效地降低了水分含量,去除了有机杂质,改变了易于生成胶体的杂质形态,消除了其对后续工序的影响,然后以φ＝30％TBP-煤油溶液作萃取剂,从300～400 g/L高浓度铀溶液中萃取铀,负载有机相以酸、水两段联合洗涤去除杂质,用...     

高温气冷堆大晶粒二氧化铀核芯研究

大晶粒的UO₂核芯可更有效地阻止反应堆运行时裂变气体的释放,实现反应堆燃耗的加深和延长反应堆燃料元件的运行寿命。采用溶胶凝胶工艺制备高温气冷堆燃料元件的UO₂核芯,在胶液中加入含有Al的化合物Al(NO₃)₃•9H₂O,以增大核芯晶粒尺寸。研究了添加剂对核芯晶粒尺寸的影响及烧结过程中分解的O离子与核芯U离子的扩散系数之间的关系。通过添加含有Al的化合物,UO₂核芯的平均晶粒尺寸由18μm增加到30μm。对添加Al(NO₃)₃•9H₂O的UO₂核芯的烧结机理研究表明,UO₂核芯晶粒的长大主要受空位扩散机制的影响。     

圆管中UO2凝固过程的机理研究

为了研究UO2在快堆中凝固的机理,对金属圆管内UO2的传热受阻凝固模型、整体凝固模型和Fuel Caps凝固模型的机理进行了介绍,并以GEYSER实验为对象,对3种模型进行了分析比对.结果表明,Fuel Caps凝固模型可以从机理上较好地模拟管道内UO2的凝固过程,但在该模型中,压差和熔融物前端的流型对于凝固过程的影响机理还有待进一步的实验研究和模型完善.     

电化学法解体石墨基体过程中的尾气分析

以盐类为电解质的电化学方法解体高温气冷堆模拟燃料元件基体石墨过程中,在阴、阳极两侧均会产生一些气相产物(尾气)。采用气相色谱法对电化学过程中产生的尾气进行了分析测试。结果表明:尾气中含有氢气、氧气、氮气、二氧化碳和氮氧化物;仅约1.5%的石墨基体氧化成二氧化碳。相对于直接燃烧石墨处理法,电化学方法能够大幅减少废气,尤其是二氧化碳的产生量,从而减小后续处理的技术难度。     

大直径UO_2球球形度与尺寸的控制方法

在溶胶凝胶法制备尺寸范围为2~3 mm、球形度≤1.10的大直径UO2球过程中,对影响UO2球的球形度以及球尺寸的因素进行了试验研究,其中影响UO2球的球形度的因素包括胶凝介质、表面活性剂、胶凝温度和溶胶密度;影响UO2球尺寸的因素包括分散头与载带流液面间的距离、载带流流量及流动稳定性和溶胶流量。最终确立了最佳工艺参数,经过试验验证,制得UO2球尺寸在2~3 mm范围内合格率达到93%以上,球形度小于1.1的比例平均达到89%以上,满足球型反应堆UO2技术要求。     

溶胶—凝胶法制备掺钛U02微球工艺和性能影响因素研究

针对溶胶—凝胶法制备掺钛UO2微球中出现的掺钛凝胶微球粘连严重、烧结过度、微球抛光面腐蚀等现象,通过改进工艺条件和参数来解决工艺中出现的问题.结果表明:增加胶凝时间不仅能解决凝胶球的挤压变形问题,而且能大大改善凝胶球的粘连问题;降低烧结温度可以得到表面更加光滑的烧结体;选用浓硝酸(ω=68％)和高纯H2O(二者体积比为...     

Behavior and Removal of Impurity Sulphate in Sol-Gel Process for ThO2 and (Th,U)O2 Microsphere Fabrication

The behavior of impurity sulphate, fed from source Th(NO₃)₄, in a sol-gel process for fabricating (Th, U)O₂ microspheres is studied. In sols, almost all the sulphates are adsorbed on colloid particles regardless of U content U/M (M:Th+U). However, the sulphate in gelmicrospheres is easily washed out for U/M higher than 10mol/₀, while not for lower U/M; especially, the sulphate in ThO₂ gel-microspheres is difficult to be removed even by long-time washing. The sulphur remaining in the gel-microspheres is able to be removed out by heating in air or steam at 1,000°C for 3h; as for ThO₂, slight residue is found but not after 1,300°C heating. On the other hand, heating them in Ar-4%H₂ atmosphere, even at 1,500°C, allows most of the sulphur to remain as an unidentified M-O-S compound; during the heating, the sulphur is gradually released by the reaction with H₂ to form H₂S.

The study finds optimum conditions for removal of the impurity sulphate in the sol-gel process.