六氟化铀转换成二氧化铀的方法技术

一种使用流化床反应装置将气态ＵＦ－［６］转换成ＵＯ－［２］粉末的方法包括：气态ＵＦ－［６］用水蒸汽高温水解得到ＵＯ－［２］Ｆ－［２］粒子；使ＵＯ－［２］Ｆ－［２］粒子水合和脱水成无水ＵＯ－［２］Ｆ－［２］；以及使无水ＵＯ－［２］Ｆ－［２］还原成ＵＯ－［２］粉末．由于所得ＵＯ－［２］粉末具有良好的陶瓷性能、低含氟量和自由流动性，所以它适和于生产－［２］Ｆ－［２］；以及使无水ＵＯ－［２］Ｆ－［２］还原成ＵＯ－［２］粉末．由于所得ＵＯ２粉末具有良好的陶瓷性能、低含氟量和自由流动性，所以它适和于生产核电站的核燃料．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及将气态UF6转换成UO2粉末的方法，由于UO2粉末具有良好的陶瓷性能、氟含量少和自由流动性，所以它适合于生产核电厂的核燃料。在工业规模上将UF6转换成核电厂核燃料UO2粉末的方法通常有两种，即通过湿法和干法，将气态UF6转换成UO2粉末。湿法的缺点在于，所要求的工序多使操作复杂化，并且产生大量的废液。另一方面，干法的缺点是UO2粉末产品的陶瓷性能差，产品的氟含量高，但是它具有工序简单和产生的废液量小的优点。因此，由于克服上述缺点，近来趋向于采用干法。干法中，有使用旋转式干燥器的方法、使用流化床反应装置的方法和使用火焰燃烧反应装置的方法。在这些方法中，使用流化床生产的UO2粉末产品具有自由流动性，同其它方法的产品比较，该产品在以后工序中非常容易处理。使用具有上述优点的流化床反应装置的方法同其它方法比较，所生产的UO2粉末的陶瓷性能差，其氟含量较高。该UO2粉末陶瓷性能的降低，是由于气态UF6同水蒸汽发生如以下反应式（1）所示的气相反应生成细颗粒的UO2F2，以及如以下反应式（2）和（3）所示用氢气使UO2F2转换成UO2时生成UF4。在普通干法中，尤其在使用流化床反应装置的方法中，上述反应大致由以下两步反应组成。在此过程中，由于如反应式（3）所示的逆反应容易生成UF4。换句话说，UO2粉末可能被氢氟化成UF4粉末。-->UF4是一种在较低温度（约1000℃）下容易烧结成块的物质，在反应式（2）的操作温度下UF4开始烧结成块妨碍脱氟反应，而该脱氟反应对于降低UO2粉末产品的氟含量是很重要的。因此，从前要求在反应式（2）中加入过量的水蒸汽抑止UO2粉末的氢氟化作用。结果，流化床操作变得较为复杂，同时过量添加水蒸汽大大增加了废液量。此外，由于UO2粉末产品脱氟要求很长时间，UO2粉末会长时间经受高温。从而易使UO2粉末的陶瓷性能大大降低。其次，使用流化床反应装置的另一个缺点涉及使UF6转换成UO2F2的流化床的操作稳定性。换句话说，UO2F2粒子组成流化床，被吹入流化床的气态UF6同通过流化床底部输入的作为流化气体的水蒸汽反应，生成的UO2F2粒子沉积在原有UO2F2粒子表面。结果，这样沉积的UO2F2引起该UO2F2粒子长大。另一方面，由于彼此碰撞，一部分UO2F2粒子被磨损而变成粉末。这些平衡过程决定UO2F2粒子的平均粒度，但在普通流化床反应装置中，这样得到的UO2F2粒子往往偏大。因此，要求向流化床内供入新UO2F2粒子使流化床的运行保持稳定。结果，工艺系统复杂，操作麻烦。本专利技术的目的是提供一种将气态UF6转换成UO2粉末的方法，由于UO2粉末具有良好的陶瓷性能、氟含量低和自由流动性，而适合于生产核电厂的核燃料。本专利技术提供：1.一种使用流化床反应装置将UF6转换成UO2的方法，该方法包括：（a）第一步，在上述流化床反应装置中气态UF6用水蒸汽高温水解，得到UO2F2粒子，（b）第二步，使上述UO2F2粒子同水反应，得到UO2F2水合物，（c）第三步，加热使上述UO2F2水合物脱水成无水UO2F2，-->（d）第四步，用氢气或氢气和水蒸汽的混合物还原上述无水UO2F2，将其转换成UO2粉末。2.一种使用流化床反应装置将UF6转换成UO2的方法，该方法包括：（a）第一步，在上述流化床内气态UF6用水蒸汽高温水解，得到UO2F2粒子，（b）第二步，使上述UO2F2粒子同水结合成UO2F2水合物，（c）第三步，加热使上述UO2F2水合物脱水成无水UO2F2，（d）第四步，加水蒸汽焙烧上述无水UO2F2，使其转换成UO3或UO3和U3O8粒子的混合物，（e）第五步，用氢气或氢气和水蒸汽的混合物还原上述UO3或UO3和U3O8粒子混合物，使其转换成UO2粉末。3.一种使用流化床反应装置将UF6转换成UO2的方法，该方法包括：（a）第一步，在上述流化床内气态UF6用水蒸汽高温水解，得到UO2F2粒子，（b）第二步，使上述UO2F2粒子用加入氨水、乙二酸或过氧化氢的水溶液水合成UO2F2水合物，（c）第三步，加热使上述UO2F2水合物脱水成无水UO2F2，（d）第四步，用氢气或氢气和水蒸汽的混合物还原上述无水UO2F2，使其转换成UO2粉末。4.一种使用流化床反应装置将UF6转换成UO2的方法，该方法包括：（a）第一步，在上述流化床内气态UF6用水蒸汽高温水解，得到UO2F2粒子，（b）第二步，上述UO2F2用加入氨水、乙二酸或过氧化氢的水溶液水合成UO2F2水合物，（c）第三步，加热使上述UO2F2水合物脱水成无水UO2F2，（d）第四步，加水蒸汽焙烧上述无水UO2F2，使其转换成UO3或UO3-->和U3O8粒子混合物，（e）第五步，用氢气或氢气和水蒸汽混合物还原上述UO3或UO3和U3O8混合物，使其转换成UO2粉末。此，在本专利技术中，用水蒸汽作为水的来源使UO2F2粒子进行水合变成UO2F2水合物。而且，在本专利技术中，使用双流体雾化器可以更有效地将气态UF6和水蒸汽供入流化床。在本专利技术中，将气态UF6转换成UO2粉末的各步骤如下：或者在这些步骤中，最重要的一点在于，在第二步中，使第一步的流化床内生成的UO2F2粒子进行水合反应，然后在第三步中，加热使已水合的UO2F2粒子脱水。众所周知，由已脱水的UO2F2粒子转换所得UO2粉末具有大得多的比表面积和改进了的陶瓷性能，而使该操作同使用流化床将UO2F2粒子转换成UO2粉末的方法结合，能够克服普通方法的巨大缺点，即由于所生成的UO2粉末的陶瓷性能差和脱氟速度慢，它不适合于制造核电厂的核燃料，-->但又能有效地利用普通方法的显著优点，即该方法生成的UO2粉末具有极好的流动性。此外，在本专利技术UO2F2粒子转换成UO2粉末的各个步骤中，仅仅加水蒸汽使UO2F2粒子焙烧成UO3/U3O8，以抑止妨碍UO2F2脱氟反应的HF4的生成，然后用氢气将UO3/U3O8还原成UO2粉末。这些操作同上述普通方法结合能够进一步克服它的缺点。用本专利技术方法所得易于脱氟的UO2粉末具有适合于制造核电厂燃料的重要条件，因为它具有良好的陶瓷性能，同时具有使其在以后工序中的处理变得非常容易的极好的流动性，并能够省略在制造燃料芯块中通常需要的制粒工序。而且，在UO2F2粒子的水合反应中，使用添加氨、乙二酸或过氧化氢试剂的溶液代替水时，生成铀酸盐，铀酰盐。因此，这些试剂的添加量能够控制产品UO2粉末的陶瓷性能。此外，当使用水蒸汽代替水作为水的来源时，由于水蒸汽良好的分散性，能够很容易产生均匀的水合反应，同时选择装置也比较自由。在第一步的流化床内，使用双流体雾化器对于控制所生成UO2F2粒子的粒度是有效的。这是由于这一现象，即当使用双流体雾化器时，来自雾化器中心喷管已雾化的气态UF6同来自雾化器喷管边缘已雾化的水蒸汽发生高温水解反应，生成细颗粒UO2F2成为以后粒化作用的晶核，并使组成流化床的UO2F2粒子的平均粒度减小。而且，当使用双流体雾化器时，由于生成的UO2F2粒子具有细小粒状结构，它的反应性高，使以后的反应迅速进行。附图是本专利技术所提方法的流程原理图。在该附图中，使UF6在汽化室1内汽化，使用双流体雾化器将气态UF6和水蒸汽送入第一级流化床2。同时，通过管道10将作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用流化床反应装置将ＵＦ↓〔６〕转换成ＵＯ↓〔２〕的方法包括：（ａ）第一步，在上述流化床内气态ＵＦ↓〔６〕用水蒸汽高温水解，得到ＵＯ↓〔２〕Ｆ↓〔２〕粒子，（ｂ）第二步，上述ＵＯ↓〔２〕Ｆ↓〔２〕粒子同水水合成ＵＯ↓〔２〕Ｆ↓〔 ２〕水合物，（ｃ）第三步，加热使上述ＵＯ↓〔２〕Ｆ↓〔２〕水合物脱水成为无水ＵＯ↓〔２〕Ｆ↓〔２〕，（ｄ）第四步，用氢气或氢气和水蒸汽混合物还原上述无水ＵＯ↓〔２〕Ｆ↓〔２〕，将其转换成ＵＯ↓〔２〕粉末。

【技术特征摘要】
JP 1985-6-11 126855/851、一种使用流化床反应装置将UF6转换成UO2的方法包括：(a)第一步，在上述流化床内气态UF6用水蒸汽高温水解，得到UO2F2粒子，(b)第二步，上述UO2F2粒子同水水合成UO2F2水合物，(c)第三步，加热使上述UO2F2水合物脱水成为无水UO2F2，(d)第四步，用氢气或氢气和水蒸汽混合物还原上述无水UO2F2，将其转换成UO2粉末。2、一种使用流化床反应装置将UF6转换成UO2的方法包括：（a）第一步，在上述流化床内气态UF6用水蒸汽高温水解，得到UO2F2粒子，（b）第二步，上述UO2F2粒子用水水合成UO2F2水合物，（c）第三步，加热使上述UO2F2水合物脱水成为无水UO2F2，（d）第四步，加水蒸汽焙烧上述无水UO2F2，使其转换成UO3或UO3和U3O8粒子混合物，（e）第五步，用氢气或氢气和水蒸汽混合物还原UO3或UO3和U3O8混合物，使其转换成UO2粉末。3、一种使用流化床反应装置将UF6转换成UO2的方法包括：（a）第一步，在上述流化床内气态UF6用水蒸汽高温水解，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：田中皓，梅村昭男，
申请(专利权)人：三菱麻铁里亚尔株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]