DE1918133A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gepulvertem Urandioxyd - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gepulvertem UrandioxydInfo
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TELEFON 0611/61 65 57
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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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ORlGWA
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»^
-3-
tier getrocknet. Das getrocknete Ammoniumdiuranat wird dann einem
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
IAD ORSQiNAL
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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♦ * · f ■
• :■ ξ #
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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-,
• · · I
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.
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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ι atf
♦ · 4 *
-10-
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 gefundens 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 (4)
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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Applications Claiming Priority (1)
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