DE2853599C3 - Verfahren zur Herstellung von Gadolinium enthaltenden Kernbrennstoffen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Uran und Gadolinium enthaltenden Mischkristallen für oxidische Kernbrennstoffe.

Der steigende Bedarf an UO2- Kernbrennstoff, der mit Gadolinium versetzt ist, macht es immer notwendiger, ein einfaches Verfahren zur Vermischung von Gadolinium und Uran zu finden. Die zur Zeit angewendeten Verfahren basieren fast ausschließlich darauf, das Gadoliniumoxid (Gd2O3) mechanisch unter UO2-Pulver zu mischen. Hierbei treten nicht nur Mischprobleme auf, die durch unterschiedliche Dichten und Kornverteilungen beider Mischungspartner bedingt sind. Auch das aus diesen Mischpulvern gesinterte Kernbrennstoffpellet weist erhebliche Inhomogenitäten auf, wodurch die theoretische Dichte nicht erreicht werden kann. Es ergab sich daher das dringende Bedürfnis, das Gadolinium möglichst fein und homogen in den oxidischen Kernbrennstoff einzubauen und zu verteilen. Eine solche Verteilung wäre dabei in Uran und Gadolinium enthaltenden Mischkristallen vorhanden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Urannitratlösung, die den gewünschten Gadoliniumgehalt gelöst enthält, gemeinsam mit NH₃ und CO2 in eine Fällapparatur eingebracht wird, die eine wäßrige Ammoniumcarbonatlösung mit einem pH-Wert von 9 enthält und dieser Wert während des damit ausgelösten Fällvorganges auf 8,2 gesenkt wird und daß die ausgefällten Ammoniumsalze von Gadolinium und Urancarbonatkomplexen in bekannter Weise in

eine sinterfähige Oxidform überführt werden.

Zur weiteren Veranschaulichung des Verfahrens sei auf die beiliegende Figur verwiesen, die eine schematische Darstellung der Fällapparatur zeigt, in das Fäilgefäß 1, das eine schwach ammoniumcarbonathaltige wäßrige Vorlage 11 mit einem pH-Wert von 9 enthält, wird über die Leitung 5 eine Uranylnitratlösung, die den gewünschten Anteil an Gadolinium gelöst enthält, eingeleitet Gleichzeitig wird über die Leitung 7 COi-Gas und über die Leitung 6 NH3-Gas zugeführt. Zunächst bleiben Uran und Gadolinium gelöst. Diese anfängliche Gadoliniumlöslichkeit wird dabei durch die alkalische Ammoniumcarbonatvorlage erreicht.

Eine gründliche Mischung der zugeführten Stoffe mit der Vorlage 11 wird mit Hilfe der Pumpe 2 und der Mischdüsen 4 erreicht.

Bei dem einsetzenden Fällprozeß läßt man den pH-Wert allmählich auf 8,2 absinken. Dadurch wird erreicht, daß das Gadolinium gleichzeitig mit dem Uran ausfällt. Als Fällprodukte bilden sich dabei Ammoniumsalze von Uran- und Gadoliniumcarbonatkomplexen. Nach Beendigung des Fällvorganges wird die entstandene Suspension mit Hilfe der Pumpe 2 weiter umgewälzt und dadurch die Korngröße der Fällproduk-

.?i te vergleichmäßigt. Anschließend wird die Pumpe 2 abgeschaltet und die gefällten Salze über die Pumpe 3 zu einer nichtdargestellten Filtrierungseinrichtur.g gefördert.
Nach der Filtration und Trocknung werden diese

in Mischkristalle evtl. zusammen mit AUC (Ammoniumuranylcarbonat) in bekannter Weise in eine sinterfähige Oxidform überführt. Ein entsprechendes Verfahren ist beispielsweise in der deutschen Patentschrift 15 92471 ausführlich beschrieben.

Bei dem in der Figur dargestellten Verfahren kann über die Anschlußleitung 7 neben CXVGas auch gasförmiges UF6 zugeführt werden, das dann in der Fällvorrichtung 1 in AUC, also Ammoniumuranylcarbonat, umgewandelt wird. Weiter sei darauf hingewiesen,

to daß anstelle einer Uranylnitratlösung auch eine Uranylsulfatlösung zur Einbringung des Gadoliniums verwendet werden kann.

Die Abhängigkeit der Fällung des Gadoliniums zusammen mit dem Uran vom pH-Wert kann dabei dahingehend genutzt werden, daß durch die Steuerung des pH-Wertabfalles von 9 auf 8,2 der Grad der Gadoliniumfällung und damit der Gadoliniumgehalt in den ausgefällten Mischkristallen einstellbar ist. Im Extremfall ergibt sich hieraus die Möglichkeit einer Trennung von Uran und Gadolinium, wenn der pH-Wert auf 9 konstant gehalten wird. In diesem Fall bleibt das Gadolinium in der Lösung und allein das Uran fällt aus. Die Grenze für die Löslichkeit des Gadoliniums liegt dabei bei etwa 1 %.

Das geschilderte Verfahren ist somit bestens geeignet, sowohl Uran und Gadolinium zusammen in Form von Mischkristallen auszufällen und der normalen Kernbrennstoffherstellung und -verarbeitung zuzuführen, als auch Uranlösungen von Gadolinium zu reinigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Uran und Gadolinium enthaltenden Mischkristallen in oxidischen Kernbrennstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Uranylnitratlösung, die den gewünschten Gadoliniumgehalt gelöst enthält, gemeinsam mit NH3 und CO2 in eine Fällapparatur eingebracht wird, die eine wäßrige Ammoniumcarbonatlösung mit einem pH-Wert von 9 enthält und dieser Wert während des damit ausgelösten Fällvorganges auf 8,2 gesenkt wird und daß die ausgefällten Ammoniumsalze von Gadolinium und Urancarbonatkomplexen in bekannter Weise in eine sinterfähige Oxidform überführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gadolinium- und Urancarbunatkomplexe zusammen mit Ammonium-Uranylcarbonat in bekannter Weise in eine sinterfähige Oxidform überführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Steuerung des pH-Wertabfalles von 9 auf 8,2 der Grad der Gadoliniumfällung und damit der Gadoliniumgehalt der Mischkristalle eingestellt wird.