DE1918133A1

DE1918133A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gepulvertem Urandioxyd

Info

Publication number: DE1918133A1
Application number: DE19691918133
Authority: DE
Inventors: Mccoy John Joseph
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-04-25
Filing date: 1969-04-10
Publication date: 1969-11-06
Also published as: NL164533C; DE1918133B2; JPS5345320B1; NL6906467A; DE1918133C3; FR2006911A1; NL164533B; DE1967333C2; US3579311A

Description

PATENTANWALT

* FRANKFURT 71 TIROLER STRASSE 61-63
{ 'POSTFACH 700961
TELEFON 0611/61 65 57

694 - (24-AT-03196)

General Electric Company, 1 River Road, Schenectady, N.Y., USA

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gepulvertem

Urandioxyd

Wie Kettenreaktionen ablaufen, und wie solche Kettenreaktionen in Kernreaktoren zur Energiegewinnung ausgenutzt werden können, ist heute allgemein bekannt. Ein Kernreaktor weist einen Reaktorkern auf, der aus spaltbarem Material aufgebaut ist. Dieses spaltbare Material ist in Brennstoffelementen enthalten, die so im Reaktorkern angeordnet sind, daß eine Kettenreaktion ablaufen kann. Das spaltbare Material, das in der Form von Pillen oder als Granulat vorliegt, befindet sich üblicher Weise in einer korrosionsfesten, wärmeleitenden Hülse. Der Reaktorkern, der aus einer größeren Anzahl in einem gewissen Abstand voneinander angeordneen Brennstoffelementen aufgebaut ist, befindet sich in einem Behälter, durch den das Reaktorkühlmittel hinduroh strömt. Wenn das ühlmittel zwischen den Brennstoffelementen hindurch strömt, wird s von der thermischen Energie aufgeheizt, die bei den Spaltungsreaktionen im spaltbaren Material der Brennstoffelt»ente freigesetzt wird. Daa aufgehellt· Kühlmittel verläßt dann dan Kernreaktor, und die von Kühlmittel aufgenommen· thtr»if#he Energie wird dem Kühlmittel entsogen und in Mut »arbeit u*g«HHndel%. Da» abgekühlte Kühlmittel irird dann wieder dem lttakt*#ti»f» SKgtfüfcY«.

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In vielen kommerziellen Kernreaktoren wird als spaltbares Material das üranisotop 235 verwendet. In manchen Reaktoren kann auch latürliches Uran als Brennstoff verwendet werden, in dem etwa 0,7 % Uran 235 in Uran 238 enthalten ist. Große wassergekühlte Leistungsreaktoren verwenden jedoch im allgemeinen ein Uran als Kernbrennstoff, in dem der Gehalt an Uran 235 erhöht worden ist. Dieses angereicherte Uran steht meistens als Uranhexafluorid zur Verfügung. Um nun das Uranhexafluorid UPg in Urandiöxyd UO₂ umzuwandeln, dessen physikalischen Eigenschaften die Verwendung des Urandioxydes als Kernbrennstoff ermöglichen, sind komplizierte und komplexe chemisehe Verfahren erforderlich. Das UO₂ muß sehr rein sein, und das Verhältnis von Sauerstoff zu Uran muß in einem ganz bestimmten Bereich liegen. Dieses Verhältnis sollte nach Möglichkeit zwischen 2 und 2,3 liegen.

Es ist wichtig, daß das erzeugte UO₂ so weit gesintert oder gepreßt werden kann, daß seine Dichte anschließend zwischen 80% und 97* der theoretischen Maximaldichte von UO₂ liegt. Welche physikalischen und chemischen Eigenschaften ein U0₂-Pulver aufweisen muß, damit man beim Sintern eine hohe Dichte erreicht, ist noch nicht restlos geklärt. Man weiß aber, daß bestimmte Verfahren zur Herstellung von UO₂ auf UOg-Pulver mit besseren Sintereigenschaften führen als andere Verfahren.

Ein Verfahren zur Herstellung von UOg-Pulver, das sich ausgezeichnet sur Herstellung von Kernbrennstoff eignet, ist das Folgende: Zuerst wird festes Uranhexafluorid vtrdaapft. Dieser Dampf wird in Wasstr eingeleitet und im Wasser hydrolisiert. Dabei entsteh, eine wässrige Lösung von Urany!fluorid (UO₂P₂). Diese Lösung wird ait Ammoniak versetzt. Dabei fällt Ammoniuadiuranat aus. Man kann das Ammoniak zwar in jtdtr gewünschten Konsentration verwenden. Nan hat aber kürzlich gefunden, da& man btistrt Ergebnis*© erzielt, wtnn «an «int verdünnt· wässrig· UranyIfluorid-Lesu^ mit einer verdünnten Ameoniak-Löiung vtrtttzfc. Dta Wissrigtn wird dann vorzugsweise in tintr Zentrifuge waettr i «it tnt«ttfetnät Fas*· wird dann in tints Band- ©4»^

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tier getrocknet. Das getrocknete Ammoniumdiuranat wird dann einem

Drehofen zugeführt. Der Drehofen entfernt Wasβer, Ammoniak und

da· restliche Fluorid, und es entsteht ein frei fließendes UO₂-Pulver.

Dieses Pulver ist sehr rein, und es kann leicht zu Pillen oder su Granulat mit hoher Dichte gesintert werden. Der eben geschilderte Prozeß kann aber noch verbessert werden. In kontinuierlichen und in großem Maßstab durchgeführten Verfahren führen bereits kleine Vereinfachungen des Verfahrens selbst oder der Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens auf lange Sicht gesehen auf Kosten- und Materialersparnisse. Im besonderen haben sich beim Trocknen der Ammoniumdiuranat-Paste Schwierigkeiten herausgestellt.

Das Trocknen der Paste aus der Zentrifuge ist ein zeitraubender Vorgang, und außerdem entsteht ein Produkt, dessen Eigenschaften nicht homogen sind. Es besteht die Qefahr, daß große Stücke von getrocknetem Ammoniumdiuranat im Drehofen nicht gleichmäßig oxydiert werden, das heißt,, die Oberfläche dieser großen Stücke wird zu stark oxydiert, während das Innere dieser Stücke unzureichend oxydiert wird. Außerdem kann in den einzelnen Stücken noch ein merklicher Anteil an Fluorid verbleiben. Ebenso gibt die Zentrifuge das getrocknete Material nicht in gleichmäßigen Mengen ab. Es brechen nämlich in unregelmäßigen Abständen Stücke von zentrifugierte^ Amaoniumdiuranat ab und fallen in den Trockner hinein. Daher sind auch die AmmoniumdiuranatstUcke, die den Trockner verlassen, verschieden groß.

Es sind bereits Versuche unternommen worden, das zentrifugierte Ammoniumdiuranat direkt dem Drehofen zuzuführen. Diese Versuche waren aber nicht erfolgreich. Der Ausstoß der Zentrifuge schwankt erheblich, da die Stücke aus Ammoniumdiuranat, die die Zentrifuge verlassen, die verschiedensten Größen haben, bei denen dann die Gefahr besteht, daß sie ungleichförmig oxydiert werden» Ein Drehofen arbeitet dagegen am besten mit konstantem Durchsatz* Yei-

terhin besteht die Gefahr, daß das in großen Mengen anfallende, feuchte Ammoniumdiuranat während des Trocknens an den Wänden des Drehofens haften bleibt. Dadurch ergeben sich Schwierigkeiten beim Ausräumen des Ofens, und außerdem wird das Ammoniumdiuranat ungleichförmig oxydiert, behält einen zu hohen Fluoridgehalt und schließlich können sich störende Agglomerate bilden.

Es besteht also ein Bedarf, die Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von qualitativ hochwertigem Urandioxyd zu verbessern, und zwar im Besonderen die Verfahrensschritte, in denen dem wässrigen Schlamm aus Ammoniumdiuranat Wasser entzogen wird und in denen die Ammoniumdiuranatpaste kalziniert wird.

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung von qualitativ hochwertigem Urandioxyd aus Uranhexafluorid sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die diesen Forderungen genügen. Nach diesem Verfahren wird der eingedickte Ammoniumdiuranatschlamm, dem bereits ein Teil des Wassers entzogen worden ist, in einem Trichter gesammelt, der den eingedickten Schlamm einer Pumpe mit konstanter Verdrängung zuführt. Diese Pumpe pumpt den eingedickten Schlamm in Form kleiner Stückchen direkt in die Mitte eines Drehofen« hinein, in dem der eingedickte Schlamm in Urandioxyd umgewandelt wird. Unabhängig von dem unregelmäßigen Ausstoß der Vorrichtung, in der dem ursprünglich anfallenden Ammoniumdiuranatschlamm das Wasser entzogen wird, so daß der ursprüngliche Schlamm eingedickt wird, sorgt die Pumpe dafür, daß der eingedickte Schlamm dem Drehofen mit konstantem Durchsatz zugeführt wird. Da man den eingedickten Schlamm in Form kleiner Stückchen direkt„der Mitte des Drehofens zuführt, erhält man pastenartige Pillen, deren Oberflächen praktisch trocken sind, wenn sie auf die Wandung des Drehofens auffallen. Diese Pillen bleiben an den Wänden des Drehofens nicht mehr kleben, und sie bilden außerdem auch keine Agglomerate mehr. Wenn die Pillen in dem Drehofen durcheinander geschüttelt werden, werden sie von allen Seiten gleichmäßig von heißen Gasen umströmt. Dadurch wird daß Uran besonders gut und glatt zu Urandioxyd oxydiert, und

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außerdem werden Wasser, Ammoniak und das restliche Pluorid besonders gut entfernt. Wenn man das Röstgut dem Drehofen in Form kleiner,"gleichförmiger Stückchen mit konstanter Geschwindigkeit zuführt, so sind, wie man gefunden hat, größere Durchsätze durch den Drehofen möglich und außerdem entsteht ein Produkt mit homogeneren Eigenschaften, als es mit den bisherigen Verfahren, bei denen das Röstgut dem Drehofen in unregelmäßiger Große und mit unregelmäßigem Durchsatz zugeführt wurde, möglich ist.

Im Folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen im Einzelnen beschrieben werden.

Figur 1 ist ein Diagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Urandioxyd, das zu Kernbrennstoff weiter verarbeitet werden kann. ■ -..-.

Figur 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung von Ürandioxyd aus einem Ammoniumdiuranatschlamm nach der Erfindung.

In der Figur i ist ein Blockdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung von-Kernbrennstöffpillen aus ürandioxyd dargestellt. Die Ausgangssubstanz ist gasförmiges Üranhexafiuorid.

Ein Zylinder 10 aus festem Üranhexafiuorid mit dem gewünschten Anreicherüngsgrad an Ü-235 wird aufgeheizt und verdämpft, wie es durch den Block 11 dargestellt ist. Es entsteht dabei gasförmiges Urahhexafluorid, wie es im Block 12 angegeben ist. Das gasförmige üranhexafiuorid wird dann in einem geschlossenen Hydroiysegefäß l4 durch entionisiertes Wasser hindurchgeleitet. Es bildet iich dabei eine wässrige Lösung von Üränylfluorid <ÜO^F|) und Flußsäure (HF). Das Hydrölyseiprodukt 15 wird einer Ausfällapparatur 16 zugeführt', in die verdünnte wässrige Ammoriiakiösung 17 eingeleitet wird. Dabei wird Ammoniümdiüränat XA)^U₅.O^ ausgefällt. Bei dieser Fällung bildet sich,ein dünner Schlamm 18, der gewicht smäßig aus etwa 2% fein Verteiltem, festen ^Ammoniumdiurahat in y8? Flüssigkeit beisteht. Dxesim dünnen Schlamm wird in einer

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gewöhnlichen Zentrifuge 19 Wasser entzogen, und das zentrifugierte Produkt besteht dann aus etwa 50Ϊ Feststoffen und 5Oi Flüssigkeit. Die von der Zentrifuge 19 abzentrifugierte FlüSsigfceit 20 wird einer Klärstation 21 zugeführt. Der Abfall, in der Hauptsache Wasser, wird einem Abfallsystem 22 zugeführt, und das kikrproäüktf in der Hauptsache verdünnte wässrige Ammoniaklösung, wird wieder in die Aüsfäilappäratur 16 zürückgepumpt.

Der in der Zentrifuge eingedickte Schlamm füllt riüri in Stücken unregelmäßiger Größe aus der Zentrifuge ih einen Tricnter 24 hihein. Dier Schlamm wird in dem Trichter 24 laufend iri Bewegung gehalten, um zu verhindern, daß siöh feirt verteiltes Älmoriiümdiuränat in Form einer harten Sedimentschieht absetzt, die den Trichter 24 selbst sowie die Aüsgangsleitüng des Trichters verstopfen könnte.

Der eingedickte Schlamm wird nun mittels einer üblichen Verdränungspumpe 25 weiter gepumpt. Man kann hierfür eine Pumpe benützen, wie sie für hochviskose Materialien wie Schmierfett öder Erdnußbutter verwendet Wird. Die Pumpe führt den eingedickten Söhiämm einer oder mehreren kleinen AusiaßÖffnuhge|i zu^ deren Durchmesser weniger als etw 2^5 cm beträgt Und die etwa auf tier Achse eines zum Kalzinieren verwendeten Üfciicneh^rotiierendSn Röhröfens angeordnet sind.

Venn der eingedickte Schlamm die Auslaßöffnungen verläßt, brechen deine, pillenartige Stücke ab und fallen auf die Wand des rotie-■en Rohrofens. Während des Falls der pillenartigen Stücke scheint die Feuchtigkeit an der Oberfläche der Stücke schlagartig zu verdanpfen, da die Stücke weder an der Wand des rotierenden Rohrofene noch aneinander haften bleiben. Wenn die pillenartigen tücke in dem rotierenden Rohrofen durcheinander gewürfelt werden,■ werden ihr· Oberflächen gleichmäßig von den heißen Gasen umströmt; ο daß die Oxydation gleichmäßig und glatt verläuft und das restliehe Ammoniak und die restlichen Fluoride entfernt werden. Um ein Produkt mit möglichst homogenen Eigenschaften zu erhalten-,

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sollt· der Durchmesser der pillenartigen Stücke weniger als etwa

,7BUi betragen. Der eingedickte Schlamm kann entweder durch •ine oder mehrere Düsen direkt in den rotierenden Rohrofen hinein extrudiert werden, oder aber auf Wunsch in Form sehr kleiner Partikelchen in den rotierenden Rohrofen eingesprüht werden.

Zum Kalzinieren wird ein üblicher, rotierender Rohrofen mit einem Durchmesser bis zu 25 cm verwendet. Der Rohrofen wird auf Temperaturen Ton oberhalb etwa 53O°C gehalten. Hierzu wird der Ofen typisoherweise von außen mit Gasbrennern beheizt. Das heiße Prozeßgas 27, üblicherweise eine Mischung aus Wasserstoff, Stickstoff und Dampf, wird im Oegenetrom durch den Rohrofen hindurchgeleitet und anschließend einer Aufbereitungsanlage für Abgase 28 zugeführt. Das erzeugte UO. verläßt den Rohrofen in Form äußerordentlich gleichförmiger und homogener Pillen. Man kann das gewünschte Verhältnis von Sauerstoff zu uran durch eine Änderung der Bedingungen im Rohrofen einstellen.

Das erzeugte ÜO„-Produkt 29 wird dann in einer Hammermühle 30 zerkleinert, bis die mittlere Teilchengröße zwischen etwa 1 und 10 Mikron liegt. Das entstehende Pulver wird dann kalt zu Rohlingen 31 gepreßt und anschließend zur Herstellung von Kernbrennstoff pillen bei etwa 165O°C bis 1700⁰C gesintert. Die so erzeugten Brennstoffpillen sintern zu Pillen mit einer gleichförmigen, sehr hohen Dichte zusammen.

Die Figur 2 zeigt nun schematisch die Anlage, mit der dem ursprünglichen Ammoniumdiuranatschlamm Wasser entzogen wird, der eingedickte Schlamm in einem Trichter in Suspension gehalten wird, und mit der der eingedickte Schlamm dem Drehrohrofen zugeführt wird.

Wie man der Figur 2 entnehmen kann, wird der in der Auefällapparatur anfallende Schlamm durch die Leitung 100 einer üblichen Zentrifuge 101 zugeführt. Wenn die Zentrifuge rotiert, bildet sich außen an der Zentrifuge ein eingedickter, pastenartiger

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Schlamm, der in Stücken unterschiedlicher Größe in einen Trichter 102 hineintropft. Die abzentrifugierte Flüssigkeit wird durch ein nicht dargestelltes Rohr der Klärstation zugeleitet, wie es bereits beschrieben worden ist. Der eingedickte Sehlamm wird im Trichter 102 durch zwei rotierende Rührscheite 103 laufend in Bewegung gehalten, so daß sich das Ammoniumdiuranat in dem Schlamm nicht absetzen kann. Dadurch kann sich am Boden des Trichters 102 keine harte Sedimentationsschicht bilden, die die Ausgangsleitung 105 des Trichters verstopft. Der Schlamm verläßt den Trichter durch die Leitung 105, in der sich ein rotierender Schraubenrührer 106 befindet, der von einem Motor 107 angetrieben wird. Der Schlamm wird dann von einer Verdrängungspumpe 108 durch eine Leitung 109 zum Ausgangsrohr 110 innerhalb des Drehrohrofens 111 gepumpt. Von dem Ausgangsrohr 110 fallen pillenärtige Stückchen auf die untere Wandung des Drehrohrofens. Da der Drehrohrofen 111 zwischen zwei feststehenden Dichtungen Il6 rotiert, werden die pillenartigen Stückchen durcheinander gewürfelt und bewegen sich allmählich zum Ofenausgang 112. Der Drehrohrofen wird mittels üblicher Heizvorrichtungen (nicht gezeigt) auf erhöhten Temperaturen gehalten, die innerhalb des äußeren Gehäuses 118 untergebracht worden sind. Die oxydierenden Prozeßgase werden dem Drehrohrofen 111 durch eine Leitung 113 zugeleitet. Das Prozeßgas verläßt den Ofen über eine Leitung 114 und wird einer Aufbereitungsanlage für Abgas zugeführt. Der Schlamm, der die Zentrifuge in unregelmäßigen Abständen und in Stücken unregelmäßiger Größe verläßt, wird also dem Drehrohrofen gleichförmig und in gleich großen Stückchen zugeführt, die genügend getrocknet werden, bevor sie auf die Wand des Drehrohrofens auffallen, daß sie weder an der Drehrohrwand noch aneinander haften. Das Produkt, das den Drehrohrofen verläßt, weist außerordentlich homogene chemische und physikalische Eigenschaften auf.

Beschreibung eines Ausführungsbeispieles.

Ein Zylinder mit festem UPg, in dem das Isotop 0-235 angereichert ist, wird in einem geschlossenen, mit einem Abzug versehenen Ge-

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faß elektrisch auf eine Temperatur von etwa 20O⁰C gebracht, so daß sich-gasförmiges UFg bildet. Dieses gasförmige UFg wird durch einen Tank hindurchgeleitet, in dem sich entionisiertes Wasser befindet. Der Tank weist eine nicht-reagierende Auskleidung in einem mit einem Abzug versehenen Gefäß auf. Das UFg wird dabei liydrolisiert, so daß sich eine wässrige Lösung aus Uranylfluorid UO₂F₂) und Flußsäure (HF) bildet. Die Urankonζentration in der ösung beträgt etwa 120g/Liter.

Nach der Hydrolyse wird die UOpF_-Lösung zuerst in einen offenen peichertank und anschließend in eine Ausfällapparatur gepumpt. Das Volumen der Ausfällapparatur ist verhältnismäßig gering, da sie nur zum vollständigen Durchmischen dient,

onzentriertes wässriges Ammoniak (etwa 15-molar) wird gründlich mit zurückgeführter wässriger Ammoniaklösung aus einem Rücklauftank gemischt. Die Ammoniaklösung wird auf eine etwa 1-molare konzentration verdünnt.

Die verdünnte Ammoniaklösung wird der Ausfällapparatur zugeführt, in der das Uran dann als Ammoniumdiuranat (NH^)₂U₂O₇ ausgefällt.

ie aufgeschwemmte Ammoniumdiuranat-Dispersion wird dann in einen Tank aus rostfreiem Stahl gepumpt, in dem sie etwa 1 Stunde verleibt, damit die Kristalle ihre optimale Größe erhalten können. )ie schlammartige Dispersion, die etwa 2 Gewichts-^ an Ammoniumdiuranat-Kristallen enthält, wird dann in eine kontinuierlich areitende Zentrifuge gegeben.

In der Zentrifuge wird der Dispersion Wasser entzogen. Es entsteht dabei ein eingedickter Schlamm mit etwa 50 Gewichts-£ Ammoniumdiuranat -Kristallen, der aus der Zentrifuge in Stücken unregelmäßiger Größe austritt. Die abgeschleuderte Flüssigkeit wird ur Klärung und zur Rückführung in den Prozeß einem Speichertank ugeführt, wie es unten noch beschrieben wird.

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3er eingedickte Schlamm wird kontinuierlich in einem Trichter ge-i sammelt und in Bewegung gehalten, so daß sich nichts absetzen kann. Der Schlamm verläßt dann den Trichter unten durch ein Rohr hindurch, das den Schlamm dem Eingang einer Verdrängungspumpe zuführt, die als pneumatische Kolbenpumpe ausgebildet ist. In diesem Rohr ist eine rotierende Wendel aus Draht vorgesehen, mit der der Schlamm laufend in Bewegung gehalten wird.

Die Pumpe pumpt den· Schlamm kontinuierlich durch ein Rohr hindurch, dessen Ende eine Öffnung mit einem Durchmesser von etwa

2,7 mm ist und etwa am Eingang eines zum Kalzinieren verwendeten Drehrohrofens auf der Drehaches des Ofens liegt. Das Rohr

agt in den Eingang des Drehrohrofens durch ein Verbindungsstück hinein, durch das das Rohr leicht aus dem Ofen herausgezogen werden kann, wenn es sich verstopft. Der Schlamm wird mit einer Geschwindigkeit dem Drehrohrofen zugeführt, die eine stündliche

roduktion von 30 Kg bis 45 Kg UO₂ ergibt. Wenn der Schlamm durch die Rohröffnung hindurch extrudiert wird, brechen kleine, etwa zylinderförmige Stückchen ab und fallen auf die untere Wand des Drehrohrofens. Die Feuchtigkeit an den Oberflächen der kleinen zylinderförmigen Schlammstückehen scheint schlagartig zu verdamp-

en, da die Schlammstückchen weder aneinander noch an der Wand des Drehrohrofens haften bleiben.

3er Drehrohrofen besteht aus einem Inconel-Rohr mit einem Innnenlurchmesser von etwa 25 cm, dessen Länge etwa 650 cm beträgt. Das Rohr ist um etwa 1-1/2° aus der Horizontalen geneigt montiert und ührt pro Minute etwa 2 Umdrehungen aus. Das Rohr wird mittels äußerer Heizvorrichtungen auf einer Temperatur von etwa 650 C gebalten. Als Prozeßgas wird eine Mischung aus Wasserstoff, Stickstoff und Dampf im Gegenstrom durch den Drehrohrofen hindurch ge-Leitet. Die Zusammensetzung des Prozeßgases und die Temperatur des Drehrohrofens können leicht geändert werden, um das Atomverhältnis iron Uran zu Sauerstoff im fertigen Endprodukt zu variieren.

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as Abgas aus dem Drehrohrofen enthält NH₁^P'H₂O, H₂, N₂ und NH,. as Abgas wird erst durch einen Waschturm mit Wasser hindurchgeleitet, bevor es einem Kamin zugeführt wird.

Es ist sehr wichtig, daß das Erwärmen sehr gleichförmig erfolgt und daß auch die Gaszusammensetzung gleichförmig bleibt. Wenn die Temperaturen zu hoch und/oder die Teilchen zu klein sind, entsteht •in Urandioxydpulver mit schlechten keramischen Eigenschaften, also ein Pulver, das sich nicht zu gleichmäßigen Pillen hoher Dichte zusammensintern läßt. Wenn dagegen die Temperaturen zu niedrig und/oder einige Teilchen zu groß sind, verbleibt im Endprodukt zu viel Fluor. Dieses Fluor kann die Brennstoffhülse eines BrennstoffStabes angreifen, wenn der Brennstoffstab in.einem Reaktor verwendet wird. Die Höhe der Temperatur stellt also notwendigerweise einen Kompromis dar. Wichtig ist, daß der eingedickte Schlamm dem Drehrohrofen in Form von Stückchen gleicher Größe zugeführt wird, so daß eine gleichmäßige Erwärmung, eine gleichmäßige Oxydation und außerdem sichergestellt ist, daß Fluoride so weit als möglich entfernt werden.

Das Urandioxyd, das den Drehrohrofen verläßt, weist eine gleichförmige Teilchengröße sowie ein gleichförmiges Atomverhältnis von Sauerstoff zu Uran auf. Der Fluoridgehalt liegt unter 100 ppm«

Die Stückchen werden-dann einer üblichen Hammermühle zugeführt, in der die Teilchengröße auf 1 bis 2 Mikron zerkleinert wird.

Aus diesen zerkleinerten Teilchen werden dann in einer üblichen Pillenpresse Rohlinge gepreßt. Vor dem Kaltpressen des Pulvers wird das Pulver mit etwa 0,2JK eines Schmiermittels versetzt, das ein Schmiermittel auf Stearinsäurebasis ist. Die Pillenrohlinge werden in ein Molybdänschiffchen eingelegt und zur Entfernung des Schmiermittels durch einen Muffelofen hindurch geführt, der auf einer Temperatur von etwa 42O⁰C bis 43O⁰C gehalten wird.Anschließend werden die Rohlinge 3 Stunden lang bei etwa 165O⁰C gesintert.

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Die entstehenden Kernbrennstoffpillen weisen eine Dichte von et-

98% der theoretischen Dichte für Urandioxyd auf und besitzen ausgezeichnete mechanische Eigenschaften. Insbesondere blättern 3ie nicht ab und zeigen praktisch keine Sprünge.

nzwischen wird die in der Zentrifuge abgeschleuderte Flüssigkeit in einem Speichertank gesammelt. Diese Flüssigkeit enthält geringe Mengen von Ammoniumdiuranat, Ammoniumflüorid und NH^OH. Diese Flüssigkeit wird einer Klärzentrifuge zugeführt, in der der größte Teil des Ammoniumdiuranates zusammen mit einer gewissen Menge

on Ammoniumflüorid,NHκOH und Wasser abgetrennt wird. Die abgeschleuderte, geklärte Flüssigkeit wird einem Ionenaustauscher zugeführt, der den größten Teil des Ammoniumdiuranates als UOg(N0_)₂ wieder gewinnt, wenn er mit Salpetersäure regeneriert wird.Anschließend wird das UO(NO.)_g mit NH₁₄OH gemischt, um das Uran als Ammoniumdiuranat auszufällen, das dann der Ausgangsleitung der Außfällapparatur zugeführt werden kann.

Das im Ionenaustauscher entionisierte Wasser wird in einen Tank

epumpt, in dem es mit gelöschtem Kalk versetzt wird, um gelöstes Fluor als Kalziumfluorid (CaFg) auszufällen. Es wird etwas weniger gelöschter Kalk verwendet, als es nach.stöchiometrischen Verhältbissen erforderlich wäre. Der Kalkschlamm wird in eine Eindickapparatur gepumpt, in der sich das Kalziumfluorid und eine Spur von CaU₂O₇ absetzt. Das Kalziumfluorid wird dann zusammen mit dem CaUpO- in Behältern gesammelt und zum Sammelplatz für radioaktive Abfälle transportiert. Die Flüssigkeit, die die Eindickapparatur verläßt, besteht in der Hauptsache aus verdünnter, wässriger Ammoniaklösung mit Spuren von CaU₂O₇, Ammoniumflüorid und .Kalziumfluorid. Diese Flüssigkeit wird in den Mischtank zur Herstellung der verdünnten Ammoniaklösung gepumpt, die zum Ausfällen in der Ausfällapparatur verwendet wird, wie es bereits beschrieben wurde.

it dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Produkt erzeugt, das wesentlich homogenere Eigenschaften aufweist und sich wesentlich besser sintern läßt, als es bei den Produkten der Fall ist, die

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nach anderen, bereits bekannten Verfahren hergestellt wurden. Außerdem.hat man gefunden_s daß man den Produktionsausstoß bestehender Anlagen zur Erzeugung von Urandioxyd erhöhen kann., wenn man sie durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ergänzt. So konnte beispielsweise der Ausstoß einer bestehenden Anlage von etwa 16 Kg pro Stunde auf 32 bis "45 Kg pro Stunde durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen gesteigert werden.

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Claims

»14- Patentansprüche ■__„;>

1. Anlage zur Herstellung von Urandioxyd, gekennzeichnet durch einen Trichter zur Aufnahme eines eingedickten Schlammes aus Ammoniumdiuranat und Wasser, weiterhin mit einer Mischvorrichtung, mit der der eingedickte Ammoniumdiuranat schlamm innerhalb des Trichters laufend in Bewegung zu halten ist, weiterhin gekennzeichnet durch eine Verdrängungspumpe, der der eingedickte'Schlamm aus dem Trichter zugeführt ist, weiterhin gekennzeichnet durch einen Drehrohrofen, der auf einer Temperatur von mehr als 535°C zu halten ist₉ und dadurch ■■ gekennzeichnet, daß der eingedickte Ammoniumdiuranatschlamm aus dem Trichter durch zumindest eine öffnung mit einem Durchmesser von weniger als etwa 2,5 cm hindurchpumpbar ist, die am Eingang des Drehrohrofens etwa auf der Drehachse des Ofens angeordnet ist.

, Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung zwei rotierende Rührscheite aufweist, die innerhalb des Trichters angeordnet sind, sowie eine rotierende Drahtwendel in dem Rohr zwischen dem Trichter und der Verdrängungspumpe.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Drehrohrofen im Gegenstrom zum eingedickten Ammoniumdiuranatschlamm eine oxydierende Gasmischung hindurchführbar ist.

4. Verfahren zur Herstellung von Urandioxyd aus Uranhexafluorid, bestehend aus dem Verdampfen von festem Üranhexafluorid, Hydrolysieren des Uranhxafluorides zur Bildung von Uranylfluorid, Behandlung des üranylfluorides mit wässrigem Ammoniak zur Bildung einer wässrigen Suspension von Ammoniumdiuranat, Eindicken dieser wässrigen Suspension und Behandlung der eingedickten Suspension in einem Drehrohrofen zur Bildung von Urandioxyd, dadurch gekennzeichnet, daß die eingedickte Ammonium-

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diuranatsuspension in einem Trichter gesammelt wird, daß die Ammoniumdiuranatsuspension im Trichter laufend in Bewegung gehalten wird, so daß diese Suspension in der Schwebe gehalten wird, und daß die eingedickte Ammoniumdiuranatsuspension durch mindestens eine öffnung hindurchgepumpt wird, die so angeordnet ist, daß die eingedickte Ammoniumdiuranatsuspension dem einen Ende des Drehrohrofens etwa an der Drehachse des Ofens zugeführt wird.

5* Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Drehrohrofen im Gegenstrom eine Qasnischung aus Wasserstoff, Stickstoff und Dampf hindurchgeleitet wird.

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