[发明专利]一种高活性粉末的制备方法

说明书

本发明公开了一种高活性粉末的制备方法，包括如下步骤：A、磨削湿渣备料；B、H₂O₂溶液配制，采用优级纯浓度为40％的H₂O₂试剂，按照体积比例与去离子水混合；C、配浆，取用固定体积的H₂O₂溶液与固定质量的磨削湿渣充分混合；D、将配制好的浆液装入氧化用的不锈钢盘中；E、将装好盘的物料填装至箱式氧化炉中；F、在箱式氧化炉中对物料进行氧化；G、混合，氧化结束后的粉末倒入混料手套相中混合；H、筛分，将混合后的粉末通过特定目数的筛网。其有益效果在于：按照本发明制备的U₃O₈粉末，平均粒径为4.2μm，比表面积达到3.0㎡/g，较现有磨削渣回收工艺制备的U₃O₈粉末平均粒径(10.8μm)更细，比表面积(1.0㎡/g)更高。

技术领域

本发明属于核燃料元件制造领域，涉及一种高活性粉末的制备方法，具体地说是使用UO₂燃料芯块生产线上的离心分离后的磨削湿渣，通过与H₂O₂溶液混合调制成的浆液在空气环境下氧化，制得平均粒径小，比表面积高的高活性U₃O₈粉末，该粉末作为UO₂燃料芯块添加剂使用，能大大提升芯块成型过程中的压坯强度且能有效促进燃料芯块烧结过程中的晶粒长大，制得性能良好的大晶粒UO₂燃料芯块。

背景技术

随着核电行业的逐步壮大，对于核燃料芯块的要求越来越高。对于UO₂燃料芯块，需具有良好的完整性，而且还需具备较高的卸料燃耗。对于前者的控制主要是从提升生产时压坯强度入手；后者的解决方法主要是控制芯块晶粒尺寸，生产出大晶粒的UO₂芯块。从烧结理论来说，制备大晶粒UO₂芯块主要方法有两种：一是通过添加能在烧结过程中产生微量液相或与UO₂形成良好固溶的微量物质，降低烧结时晶粒长大的活化能，促进晶粒生长；二是在UO₂粉末基体中添加高活性的高价铀氧化物，使其与H₂快速还原产生较多的氧空穴促进原子迁移再利用其高活性所存在的较高的界面能促进晶粒长大，目前对于大晶粒UO₂芯块制备的研究主要还集中于第一种方法上，现主要的添加物为纳米级Al₂O₃和SiO₂混合物，Cr₂O₃，Nb₂O₅等。但是添加微量元素缺点就是其添加比例太少，重量称取难以控制，需反复稀释添加才能保证其混合的均匀性，且引入非铀元素，很难做到杂质含量精确控制。

相对于引入非铀的微量氧化物来进行大晶粒芯块的制备，通过采用添加高活性的高价铀氧化物来促进晶粒长大很具有研究价值和应用前景。U₃O₈粉末作为一种UO₂芯块生产中常用添加剂，长期生产实践证实其在芯块生产中具有良好的压坯强度和微观组织结构的控制作用，生产线上的U₃O₈粉末主要是芯块生产过程中的废芯块和磨削渣通过氧化得到，特别是磨削渣，由于其与磨削液形成了浆液，含水量大，在回收处理时要通过烘干、破碎、氧化三个过程，整个过程物料易板结，使得粉末粒度大，而且氧化过程会产生较大的热量，板结的物料不能有效地将热量带出造成局部温度过高(远远超过氧化温度)，使得制备的U₃O₈粉末粒度大活性低，该粉末由于其粒度大，在作为UO₂燃料芯块制备的添加剂使用时，对不能有效提升压坯的成型性，在烧结过程中，由于其活性低不具备晶粒促进的作用，添加量过多会造成芯块微观以及宏观的大量缺陷，大大降低了整条生产线的铀的直收率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高活性粉末的制备方法，它能够解决现有技术存在的问题。