CN1319848A - 用U3O8粉末制备Gd2O3－UO2可燃毒物燃料芯块的方法 - Google Patents

用U3O8粉末制备Gd2O3－UO2可燃毒物燃料芯块的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种Gd2O3－UO2可燃毒物燃料芯块的制备方法,包括以下工艺步骤:采用三碳酸铀酰(AUC)或重铀酸铵(ADU)煅烧成的八氧化三铀(U3O8)粉末为原料,加入适量三氧化二钆(Gd2O3)粉末,经混料、制粒、冷压成型、干H2中逐步升温烧结,制成三氧化二钆－二氧化铀(Gd2O3－UO2)可燃毒物燃料芯块,本发明提供的制备方法比原有工艺简单、安全、成本低、制备的芯块外观好、质量稳定。

Description

用U3O8粉末制备Gd2O3-UO2可燃毒物燃料芯块的方法
本发明属于核燃料的制备方法，具体涉及一种三氧化二釓-二氧化铀可燃毒物燃料芯块的制备方法。
传统方法制备三氧化二钆-二氧化铀(Gd2O3-UO2)可燃毒物燃料芯块，一般采用二氧化铀粉末为原料；《Journal of NuclearMaterials》,1988,P115～126，标题为：“Survey of binary oxide fuelmanufacturing and quality control”的文献公开了一种制备方法，将二氧化铀粉末与三氧化二钆混合、冷压成型后，先在微氧化气氛(湿H2)，后在还原气氛(干H2)下烧结而成。其原料UO2粉末由湿法三碳酸铀酰(AUC)和重铀酸铵(ADU)经分解、还原及完全干法(IDR)获得。但该方法存在以下不足：1．按传统工艺制备UO2粉末，需要经“分解、还原、稳定化”工序，繁琐且成本高；2．由于烧结过程中形成固溶体时缺氧，烧结时须先在微氧化气氛、后在还原气氛中进行，操作麻烦、缺乏安全性。
本发明的目的是提供一种用U3O8粉末制备Gd2O3-UO2可燃毒物燃料芯块的方法，该方法具有简单、安全、稳定、成本低、产品质量好等特点。
本发明的目的是通过以下方案实现的。
一种用U3O8粉末制备Gd2O3-UO2可燃毒物燃料芯块的方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
(1)将三碳酸铀酰(AUC)或重铀酸铵(ADU)煅烧成八氧化三铀(U3O8)，煅烧的条件为：将AUC或ADU从室温逐步升温，升温速度为300～400℃/小时，升至700～900℃，保温2～6小时后逐步降至室温，得U3O8粉末；
(2)U3O8粉末与Gd2O3粉末混合，制成颗粒、粒度为10～50μm，然后冷压成型，坯体密度为5.0～6.0g/cm3；
(3)将坯体置于烧结炉中在H2气氛中烧结，以200～300℃/小时升温速度将温度升至1000℃，以400～500℃/小时升温速度将温度升至1600～1800℃，然后保温2～5小时，得Gd2O3-UO2可燃毒物燃料芯块。
本发明提出的制备方法，由于直接采用U3O8为原料，省去了制备UO2粉末必须进行的“分解、还原、稳定化”工序，简化工艺，降低了成本；由于U3O8粉末具有很好的流动性、松散性，因而有良好的可压制性，给混料、成型带来很多便利，制成的芯块外观无缺陷，质量好；烧结过程中，由于U3O8富氧，不需要微氧化气氛和还原气氛，可以直接在干H2中进行，提高了工艺的安全性和稳定性。
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1
(1)取1000克三碳酸铀酰(AUC)粉末或重铀酸铵(ADU)粉末于料舟中，将料舟置于煅烧炉中，从室温开始逐步升温，升温速度为300℃/小时，升至800℃，保温3小时，停止加热，待降温至室温，取出料舟得具有较高活性的U3O8粉末500克；
(2)将U3O8粉末与占总重量4％的Gd2O3粉末用机械混合均匀后，制成颗粒，粒度为10～50μm，然后冷压成型，生坯密度为5.0g/cm3；
(3)将生坯置于中频感应炉中在H2气氛下烧结，1000℃之前升温速度为200℃/小时，1000～1700℃之间升温速度为400℃/小时，在1700℃保温3小时，制成Gd2O3-UO2可燃毒物燃料芯块，密度为94％T.D。
实施例2。
(1)取1000克三碳酸铀酰(AUC)粉末或重铀酸铵(ADU)粉末于料舟中，将料舟置于煅烧炉中，室温开始逐步升温，升温速度为350℃/小时，升至850℃，保温4小时，停止加热，待降温至室温，取出料舟得具有较高活性的U3O8粉末500克；
(2)将U3O8粉末与占总重量6％的Gd2O3粉末用机械混合均匀后，制成粒状，粒度为10～50μm，然后冷压成型，生坯密度为5.5g/cm3；
(3)将生坯置于中频感应炉中在H2气氛下烧结，1000℃之前升温速度为250℃/小时，1000～1750℃之间升温速度为450℃/小时，在1750℃保温3.5小时，制成Gd2O3-UO2可燃毒物燃料芯块，密度为95％T.D。
实施例3。
(1)取1000克重铀酸铵(ADU)粉末重铀酸铵(ADU)粉末于料舟中，将料舟置于煅烧炉中，从室温开始逐步升温，升温速度为400℃/小时，升至900℃，保温5小时，停止加热，待降温至室温，取出料舟得具有较高活性的U3O8粉末500克；
(2)将U3O8粉末与占总重量8％的Gd2O3粉末用机械混合均匀后，制粒状，粒度为10～50μm，然后冷压成型，生坯密度为5.5g/cm3；
(3)将生坯置于中频感应炉中在H2气氛下烧结，1000℃之前升温速度为300℃/小时，1000～1700℃之间升温速度为500℃/小时，在1700℃保温4小时，制成Gd2O3-UO2可燃毒物燃料芯块，密度为97％T.D.。

Claims (5)

1．一种用U3O8粉末制备Gd2O3-UO2可燃毒物燃料芯块的方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
(1)将U3O8与占总重量的1～10％Gd2O3粉末混合，制成颗粒，粒度为10～50μm，然后冷压成型，坯体密度为5.0～6.0g/cm3；
(2)将坯体置于烧结炉中在H2气氛下烧结，温度为1600～1800℃、时间为2～5小时，制得Gd2O3-UO2可燃毒物燃料芯块。
2．如权利要求1所述的可燃毒物燃料芯块的方法，其特征在于八氧化三铀(U3O8)是由三碳酸铀酰(AUC)或重铀酸铵(ADU)经煅烧而成，煅烧温度为700～900℃、保温2～6小时。
3．如权利要求1或2所述的可燃毒物燃料芯块的方法，其特征在于在H2气氛下烧结，以200～300℃/小时的升温速度将温度升至1000℃，以400～500℃/小时的升温速度将温度升至1600～1800℃之间。
4．如权利要求3所述的可燃毒物燃料芯块的方法，其特征在AUC或ADU在煅烧时，升温速度为300～400℃/小时。
5．如权利要求4所述的可燃毒物燃料芯块的方法，其特征在于AUC或ADU在煅烧时，从室温逐步升温，升到一定温度后再降到室温。
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