(57)【要約】【課題】粒径が大きい状態で二酸化ウランが生成するようにし、造粒工程を不要にして再転換プロセスの簡素化を図りつつ二酸化ウランの取り扱い性を改善すること。【解決手段】本発明では、核燃料サイクルの再転換プロセスで用いられる二酸化ウランの製造装置において、六フッ化ウランを水蒸気と反応させて加水分解し、フッ化ウラニルを生成する第１反応槽と、このフッ化ウラニルを水と混合して水溶液とし、このフッ化ウラニルの水溶液を蓄える水溶液調整槽と、このフッ化ウラニルの水溶液を水素ガスと共に加熱することにより、フッ化ウラニルを乾燥させながら還元して二酸化ウランとする第２反応槽とを備えるようにした。【選択図】  図１
2010260767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
核燃料サイクルの再転換プロセスで用いられる二酸化ウランの製造方法において、
六フッ化ウランを水蒸気と反応させて加水分解し、フッ化ウラニルを得る工程と、
そのフッ化ウラニルを水溶液とし、この水溶液を水素ガスと共に加熱することにより、フッ化ウラニルを乾燥させながら還元して二酸化ウランとする工程と、
を備えることを特徴とする二酸化ウランの製造方法。
【請求項２】
前記二酸化ウランとする工程において、フッ化ウラニルの水溶液を霧状ないし液滴状にして水素ガスと共に加熱することを特徴とする請求項１に記載の二酸化ウランの製造方法。
【請求項３】
前記二酸化ウランとする工程において、二酸化ウランの粒径が所定値となるように、霧状ないし液滴状とされるフッ化ウラニルの水溶液の粒径を制御することを特徴とする請求項２に記載の二酸化ウランの製造方法。
【請求項４】
前記水素ガスを圧送し、フッ化ウラニルの水溶液を攪拌する気流を形成することを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の二酸化ウランの製造方法。
【請求項５】
前記フッ化ウラニルの水溶液に結合剤を添加し、フッ化ウラニルの粘度を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の二酸化ウランの製造方法。
【請求項６】
前記結合剤として、ポリビニルアルコール及びポリエチレングリコールの何れか一方或いはその両方から構成される有機高分子化合物を用いることを特徴とする請求項５に記載の二酸化ウランの製造方法。
【請求項７】
核燃料サイクルの再転換プロセスで用いられる二酸化ウランの製造装置において、
六フッ化ウランを水蒸気と反応させて加水分解し、フッ化ウラニルを生成する第１反応槽と、
そのフッ化ウラニルを水と混合して水溶液とし、このフッ化ウラニルの水溶液を蓄える水溶液調整槽と、
そのフッ化ウラニルの水溶液を水素ガスと共に加熱することにより、フッ化ウラニルを乾燥させながら還元して二酸化ウランとする第２反応槽と、
を備えることを特徴とする二酸化ウランの製造装置。
【請求項８】
前記水溶液調整槽で生成したフッ化ウラニルの水溶液を、霧状ないし液滴状にて第２反応槽に放出する放散ノズルを有する水溶液注入管を備えることを特徴とする請求項７に記載の二酸化ウランの製造装置。
【請求項９】
前記第２反応槽に水素ガスを圧送し、その第２反応槽の内部にフッ化ウラニルの水溶液を攪拌する気流を形成する水素ガス圧送装置を備えることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の二酸化ウランの製造装置。
【請求項１０】
結合剤を蓄え、水溶液調整槽に供給されるフッ化ウラニルの水溶液にその結合剤を注入する結合剤注入装置を備えることを特徴とする請求項７ないし請求項９の何れか１項に記載の二酸化ウランの製造装置。
【請求項１１】
前記結合剤注入装置は、結合剤として、ポリビニルアルコール及びポリエチレングリコールの何れか一方或いはその両方から構成される有機高分子化合物を蓄えることを特徴とする請求項７ないし請求項１０の何れか１項に記載の二酸化ウランの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核燃料サイクルの再転換プロセスで用いられる二酸化ウランの製造技術に係り、特に、乾式法に分類される二酸化ウランの製造方法及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力エネルギーの有効利用を目的として、わが国ならびに海外諸国にて核燃料サイクルが導入されている。核燃料サイクルは、ウラン鉱石の採鉱、ウランの精錬、ウラン酸化物（Ｕ３Ｏ８）から六フッ化ウラン（ＵＦ６）への転換、ウラン濃縮、六フッ化ウラン（ＵＦ６）から二酸化ウラン（ＵＯ２）への再転換、燃料の成形・加工（燃料ペレットの製造等）、原子力発電所での使用ならびに使用済核燃料の再処理を主要プロセスとしている。
【０００３】
核燃料サイクルの再転換プロセスは、ウラン濃縮プロセスで濃縮された六フッ化ウランを燃料ペレットへと成型・加工しやすいよう、二酸化ウランに転換するプロセスである。この再転換プロセスは、ピューレックス法に代表される湿式法とＩＤＲ（Integrated Dry Route）法やＤＣＰ（Dry Conversion Process）法に代表される乾式法とに大別される。
【０００４】
現在、乾式法は、海外で広く採用されている手法であり、湿式法に比べて工程が短く、装置がコンパクトとなり、廃液の発生量も少なく、加えて燃料の成形・加工が容易（焼結性に優れる）など、各種の利点がある。このような多くの利点に注目され、わが国でも再転換プロセスが湿式法から乾式法へと移行しつつある。
【０００５】
従来、乾式法に分類される再転換プロセスでは、ＩＤＲ法及びＤＣＰ法のように、六フッ化ウラン（ＵＦ６）を水蒸気と反応させ加水分解し、フッ化ウラニル（ＵＯ２Ｆ２）とする工程と、このフッ化ウラニル（ＵＯ２Ｆ２）を水素と反応させて還元し二酸化ウラン（ＵＯ２）とする工程との二段階の工程を備える二酸化ウランの製造技術が適用される（特許文献１参照）。フッ化ウラニルを生成する第一の工程では、次式（１）に基づく化学反応が用いられ、二酸化ウランを生成する第二の工程では、次式（２）に基づく化学反応が用いられる。
【０００６】
UF6 ＋ 2H2O  → UO2F2 ＋ 4HF       （１）
UO2F2 ＋ H2 → UO2 ＋ 2HF          （２）
この二酸化ウランの製造技術では、上述の二段階の工程を経て最終的に得られる二酸化ウランは微小な粉末となり、その粉末の粒径は２μｍ程度と著しく小さいものとなる。
【０００７】
二酸化ウランの粒径が小さいと、二酸化ウランの拡散性が増してその取り扱いが難しくなる。その結果、再転換プロセスに続く燃料の成形・加工プロセスの操作性が悪化する。そのため、従来は燃料の成形・加工プロセスに先立ち、再転換プロセスで得られた二酸化ウランの粉末をプレス圧縮してから粉砕するなどして粉末の粒径を大きくする造粒工程を別途設け、二酸化ウランの取り扱い性を向上させるようにしている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００２−５３０２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
造粒工程は、プレス圧縮や粉砕という言わば機械的操作を必要とすることから、式（１）及び式（２）の化学反応に基づく二酸化ウランの製造工程が完了した後の工程として追加的に設ける必要がある。従って、二酸化ウランの取り扱い性を改善しようとすると、工程追加により再転換プロセスが複雑化し、再転換プロセスのコスト増加を招くものとなる。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、粒径が大きい状態で二酸化ウランが生成されるようにし、造粒工程を不要にして再転換プロセスの簡素化を図りつつ二酸化ウランの取り扱い性を改善できる二酸化ウランの製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した目的を達成するため、本発明に係る二酸化ウランの製造方法では、核燃料サイクルの再転換プロセスで用いられる二酸化ウランの製造方法において、六フッ化ウランを水蒸気と反応させて加水分解し、フッ化ウラニルを得る工程と、そのフッ化ウラニルを水溶液とし、この水溶液を水素ガスと共に加熱することにより、フッ化ウラニルを乾燥させながら還元して二酸化ウランとする工程とを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る二酸化ウランの製造装置では、核燃料サイクルの再転換プロセスで用いられる二酸化ウランの製造装置において、六フッ化ウランを水蒸気と反応させて加水分解し、フッ化ウラニルを生成する第１反応槽と、そのフッ化ウラニルを水と混合して水溶液とし、このフッ化ウラニルの水溶液を蓄える水溶液調整槽と、そのフッ化ウラニルの水溶液を水素ガスと共に加熱することにより、フッ化ウラニルを乾燥させながら還元して二酸化ウランとする第２反応槽とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、粒径が大きい状態で二酸化ウランが生成され、造粒工程が不要となって再転換プロセスの簡素化が図られると共に二酸化ウランの取り扱い性も改善される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る二酸化ウランの製造装置の第１実施形態を示す図。
【図２】本発明に係る二酸化ウランの製造装置の第２実施形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る二酸化ウランの製造方法及びその製造装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は本発明に係る二酸化ウランの製造装置の第１実施形態を示す図である。
【００１７】
本実施形態の二酸化ウランの製造装置１は、核燃料サイクルの再転換プロセスで用いられ、いわゆる乾式法に基づき二酸化ウランを製造する装置である。
【００１８】
二酸化ウランの製造装置１において、第１反応槽２は、目的とする化学反応が良好に進行するように内部の温度及び圧力その他の反応条件が調節可能に構成される。例えば、温度はヒータ（図示省略）などを用いて１００℃程度に調節され、圧力は大気圧に調節される。
【００１９】
水蒸気発生装置３は、水蒸気（Ｈ２Ｏ）を生成する。この水蒸気発生装置３は第１反応槽２に接続されており、水蒸気発生装置３で生成した水蒸気は第１反応槽２に供給される。なお、水蒸気の供給は、コンプレッサ４ａを用いて行われる。
【００２０】
六フッ化ウラン槽５は、核燃料サイクルの転換プロセスで製造される六フッ化ウラン（ＵＦ６）を一時的に蓄える。この六フッ化ウラン槽５は第１反応槽２に接続されており、六フッ化ウラン槽５に蓄えられた六フッ化ウランは第１反応槽２に供給される。なお、六フッ化ウランの供給は、コンプレッサ４ｂを用いて行われる。
【００２１】
第１反応槽２では、六フッ化ウランと水蒸気が互いに接触することで、次式（１）に基づく化学反応が進行する。すなわち、六フッ化ウランの加水分解により、フッ化ウラニル（ＵＯ２Ｆ２）が生成する（ＵＯ２Ｆ２製造工程）。なお、第１反応槽２にはフッ化水素回収装置６ａが接続されており、第１反応槽２内部で生成したフッ化水素（ＨＦ）はフッ化水素回収装置６ａにより吸引・回収される。
【００２２】
UF6 ＋ 2H2O  → UO2F2 ＋ 4HF      （１）
水溶液調整槽７は、水を蓄えて第１反応槽２に接続される。第１反応槽２で生成したフッ化ウラニルは、この水溶液調整槽７に供給される。水溶液調整槽７では、供給されたフッ化ウラニルと水が所定割合にて混合し、フッ化ウラニルの水溶液が生成する。なお、フッ化ウラニルの供給は、コンプレッサ４ｃを用いて行われ、水溶液中のフッ化ウラニルが８０ｗｔ％以上となるまでその供給操作は継続される。
【００２３】
第２反応槽８は、第１反応槽２と同様に、目的とする化学反応が良好に進行するように内部の温度及び圧力その他の反応条件が調節可能に構成される。例えば、温度はヒータ（図示省略）などを用いて３００℃程度に調節され、圧力は大気圧に調節される。この第２反応槽８は、水溶液注入管９を介して水溶液調整槽７に接続され、水溶液調整槽７で生成した六フッ化ウランの水溶液の供給を受ける。
【００２４】
水溶液注入管９は、第２反応槽８の内部でフッ化ウラニルの水溶液が上から下へと落下するように、第２反応槽８の頂部付近からその水溶液を供給する。水溶液注入管９の水溶液出口には、供給する水溶液を霧状ないし液滴状として放出する放散ノズル１０が設けられる。この放散ノズル１０は、放出される霧状ないし液滴状とされるフッ化ウラニルの水溶液の粒径が調節可能に構成される。なお、水溶液の供給は、コンプレッサ４ｄを用いて行われる。
【００２５】
水素ガス圧送装置１１は、水素ガス（Ｈ２）を生成し、この水素ガスを第２反応槽８に圧送して第２反応槽８内部を落下するフッ化ウラニルの水溶液を攪拌する気流を形成する。
【００２６】
第２反応槽８の内部では、フッ化ウラニルと水素が互いに接触することで、次式（２）に基づく化学反応が進行する。すなわち、フッ化ウラニル（ＵＯ２Ｆ２）が還元されて二酸化ウラン（ＵＯ２）が生成する（ＵＯ２製造工程）。なお、第２反応槽８にはフッ化水素回収装置６ｂが接続されており、第２反応槽８で生成したフッ化水素（ＨＦ）はフッ化水素回収装置６ｂにより吸引・回収される。
【００２７】
UO2F2 ＋ H2 → UO2 ＋ 2HF          （２）
ここで、第２反応槽８に供給されるフッ化ウラニルは、あらかじめ水溶液調整槽７を経過して水溶液となっている。この水溶液は、第２反応槽８にて加熱されて水分を失い、水溶液中のフッ化ウラニルないしその還元反応で生成する二酸化ウランが濃縮ないし凝集していく。すなわち、第２反応槽８で生成する二酸化ウランは、その生成の過程で凝集し、比較的大きいサイズの粒体となる。なお、得られる二酸化ウランの粒体サイズは、第２反応槽８に投入されるフッ化ウラニルの水溶液の粒径に依存する。
【００２８】
第２反応槽８で生成した二酸化ウランは、二酸化ウラン回収装置１２により回収される。なお、図１において、符号１３ａ〜１３ｇは、二酸化ウランの製造装置１を構成する各要素間での流体の受け渡しに用いられる配管を示す。
【００２９】
次に、効果を説明する。
【００３０】
本発明の第１実施形態では、
（１）六フッ化ウランを水蒸気と反応させて加水分解し、フッ化ウラニルを得るＵＯ２Ｆ２製造工程と、このＵＯ２Ｆ２製造工程で得られたフッ化ウラニルを水溶液とし、この水溶液を水素ガスと共に加熱することにより、フッ化ウラニルを乾燥させながら還元して二酸化ウランとするＵＯ２製造工程とを備える。
【００３１】
このため、二酸化ウランは、その生成の過程で凝集し、比較的大きいサイズの粒体となる。よって、従来技術に比べ、得られる二酸化ウランの取り扱いが容易となる。また、この実施形態では、ＵＯ２製造工程それ自体が造粒工程の機能を果たすことから、二酸化ウランの造粒工程は不要となる。要するに、粒径が大きい状態で二酸化ウランが生成されるため、造粒工程が不要となって再転換プロセスの簡素化が図られると共に二酸化ウランの取り扱い性も改善される。
【００３２】
（２）フッ化ウラニルの水溶液を霧状ないし液滴状にして水素ガスと共に加熱する。このため、式（１）に基づくフッ化ウラニルと水素との反応が効率的に行われ、二酸化ウランの生成速度が向上する。
【００３３】
（３）二酸化ウランの粒径が変化するように、霧状ないし液滴状とされるフッ化ウラニルの水溶液の粒径を変化させることができる。すなわち、霧状ないし液滴状とされるフッ化ウラニルの水溶液の粒径調節を通じて、ＵＯ２製造工程を経て最終的に得られる二酸化ウランの粒径を調節できる。よって、核燃料サイクルにおける燃料の成形・加工プロセスのニーズにあった所望粒径の二酸化ウランを製造できる。
【００３４】
（４）水素ガスを圧送し、フッ化ウラニルの水溶液を攪拌する気流を形成する。このため、式（１）に基づくフッ化ウラニルと水素との反応が効率的に行われ、二酸化ウランの生成速度が向上する。
【００３５】
（第２実施形態）
図２は本発明に係る二酸化ウランの製造装置の第２実施形態を示す図である。なお、第１実施形態と同様の構成は同一符号を付して説明を省略し、第１実施形態の構成を変更し或いは新たに追加した構成は符号に「Ａ」を付して説明する。
【００３６】
本実施形態の二酸化ウランの製造装置１Ａは、図２に示すように、結合剤注入装置１４Ａを備える。
【００３７】
結合剤注入装置１４Ａは、水溶液調整槽７に結合剤を注入してフッ化ウラニルの水溶液に結合剤を添加する。添加される結合剤の量は、フッ化ウラニルの水溶液の粘度が３００ｍＰａ・ｓ以下となるように設定される。
【００３８】
結合剤は、水溶液調整槽７に蓄えられるフッ化ウラニルの水溶液の粘度を高める成分であり、例えば、ポリビニルアルコール及びポリエチレングリコールの何れか一方或いはその両方の混合物から成る有機高分子化合物により構成される。なお、結合剤としてポリビニルアルコールやポリエチレングリコールを用いる場合、フッ化ウラニルの水溶液に対して５ｗｔ％〜１５ｗｔ％とすることにより、フッ化ウラニルの水溶液の粘度は３００ｍＰａ・ｓ以下となる。
【００３９】
次に、効果を説明する。
【００４０】
本発明の第２実施形態では、第１実施形態の（１）〜（４）の効果に加え、次の効果を得ることができる。
【００４１】
（５）フッ化ウラニルの水溶液に結合剤としての有機高分子化合物を添加し、フッ化ウラニルの粘度を高めるため、ＵＯ２製造工程において二酸化ウランの凝集効果が増幅される。その結果、より大粒の二酸化ウランの粒体を得ることができ、二酸化ウランの取り扱い性をより高めることができる。
【００４２】
（６）フッ化ウラニルの水溶液の粘度を３００ｍＰａ・ｓ以下とするため、二酸化ウランの凝集効果を得つつ水溶液の粒径調節や放出制御も行いやすいものとなる。
【００４３】
（７）有機高分子化合物として、ポリビニルアルコール及びポリエチレングリコールの何れか一方或いはその両方を用いるため、二酸化ウランの凝集性が高められ、もって取り扱い性に優れた二酸化ウランを製造しやすいものとなる。
【００４４】
以上、本発明に係る二酸化ウランの製造方法及びその製造装置を第１実施形態及び第２実施形態に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載の発明の要旨を逸脱しない限り設計の変更や追加等は許容される。
【００４５】
本実施形態では、フッ化ウラニルの水溶液に結合剤を添加する方法として、結合剤注入装置を用い且つ水溶液調整槽に注入する例を示した。しかし、結合剤は、二酸化ウランの凝集性を高めることを目的とするものであり、第２反応槽に至る前であれば如何なる位置及び方法で添加してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１……二酸化ウランの製造装置，  ２……第１反応槽，  ３……水蒸気発生装置，  ４ａ〜４ｄ……コンプレッサ，  ５……六フッ化ウラン槽，  ６ａ，６ｂ……フッ化水素回収装置，  ７……水溶液調整槽，  ８……第２反応槽，  ９……水溶液注入管，  １０……放散ノズル，  １１……水素ガス圧送装置，  １２……二酸化ウラン回収装置，  １３ａ〜１３ｇ……配管，  １４Ａ……結合剤注入装置。
【図１】
2010260767.tif 000003
【図２】
2010260767.tif 000004