(57)【要約】【課題】欧州のMOXペレット金相と同様のペレット金相を有するMOXペレットを得ることができる二酸化ウラン造粒体とその製造方法を提供する。【解決手段】六フッ化ウランの乾式加水分解によって生成したフッ化ウラニルの還元焙焼によって製造した二酸化ウランを、平均粒径数μm〜２０μmに粉砕し、この粉砕した二酸化ウランのスラリーをスプレードライ処理して造粒粉にすることを特徴とする二酸化ウラン造粒粉の製造方法であり、２００回タッピング後の粒子残存率が１００％であって安息角３０度以下であることを特徴とする二酸化ウラン造粒体。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
六フッ化ウランの乾式加水分解によって生成したフッ化ウラニルを流動層によって還元焙焼して製造した球状二酸化ウランを、平均粒径数μm〜２０μmに粉砕し、この粉砕した二酸化ウランのスラリーをスプレードライ処理して造粒粉にすることを特徴とする二酸化ウラン造粒粉の製造方法。
【請求項２】
六フッ化ウランの乾式加水分解によって生成したフッ化ウラニルを流動層によって還元焙焼して製造した球状二酸化ウランを、０.５μm〜１.５μmに粉砕して圧密し、この圧密体を平均粒径数μm〜２０μmに粉砕し、この粉砕した二酸化ウランのスラリーをスプレードライ処理して造粒粉にする請求項１に記載する二酸化ウラン造粒体の製造方法。
【請求項３】
六フッ化ウランの乾式加水分解によって生成したフッ化ウラニルを還元焙焼して製造した二酸化ウランを圧密し、この圧密体を平均粒径数μm〜２０μmに粉砕し、この粉砕した二酸化ウランのスラリーをスプレードライ処理して造粒粉にする請求項１に記載する二酸化ウラン造粒体の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れかに記載する方法によって製造した造粒体であって、２００回タッピング後の粒子残存率が１００％であって安息角３０度以下であることを特徴とする二酸化ウラン造粒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電用の燃料であるMOXペレット製造時の富化度調整用の二酸化ウラン（UO2）粉末について、造粒体強度の大きいUO2粉末造粒体の製造方法に関する。本発明は、より詳しくは、ペレット内のPu濃度が均一なMOXペレットを得ることができる二酸化ウラン造粒体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
UO2粉末は原子力発電用の燃料であるMOXペレットに富化度調整用として配合されている。このUO2粉末を六フッ化ウラン（UF6）から製造する方法として、乾式転換法と湿式転換法とが知られている。乾式転換法（流動層タイプDCP法、IDRタイプDCP法）は、UF6を水蒸気と気相反応させてフッ化ウラニル（ＵＯ2Ｆ2）にし、これを還元焙焼してUO2粉末を製造する。この製造方法によって得られるUO2粉末の一次粒子は非常に微細であるため、粉末の取扱いが難しい。そのため、乾式転換法の代表プロセスである流動層タイプDCP法では、流動層を用いてUO2粉末を球状粒子にし、またIDRタイプDCP法では機械式造粒やスプレードライ法などでUO2粉末を造粒して、粉末の取扱性と流動性の向上を図っている。
【０００３】
流動層タイプDCP法によって製造したUO2粉末は、流動層によって得られた球状粒子をそのままMOXペレットの富化度調整用として用いることが検討されている。一方、IDRタイプDCP法によって製造したUO2粉末については造粒体にして使用することが検討されている。例えば、特表２００２−５３０２６１号公報（特許文献１）には、IDRタイプDCP法によって製造したUO2粉末の懸濁液に解こう剤や有機結合剤を混合して、スプレードライ法（噴霧乾燥法）によって造粒体にして使用することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
流動層タイプDCP法によって製造した従来のUO2粉末を用いて製造したMOXペレットは、その金相にはウランスポット径が大きいものでは１mm以上の巨大なスポットが存在している。ウランスポット径が大きすぎると単位体積当たりのMOXペレット内のPu濃度が不均一となり、炉燃焼特性に問題を生じる。因みに、欧州において照射実績を有するMOXペレットの金相はウランスポットが均一に分散しており、その平均ウランスポット径は１０μｍ〜１００μｍである。
【０００６】
一方、IDRタイプDCP法によって製造したUO2粉末について、この懸濁液をスプレードライ法によって造粒したものは造粒体の強度が弱いために、取扱い時や輸送時に一部が破壊されて流動性が大きく低下し、ペレット成型時に充分な流動性を保つことが出来なくなり、高密度のペレットを得ることが難しいと云う問題がある。
【０００７】
本発明は、UO2粉末造粒体の従来の製造方法における上記問題を解決したものであって、造粒体の強度が大きく、欧州のMOXペレット金相と同様のペレット金相を有するMOXペレットを得ることができる二酸化ウラン造粒体とその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下の構成によって上記課題を解決した二酸化ウラン造粒体の製造方法に関する。
〔１〕  六フッ化ウランの乾式加水分解によって生成したフッ化ウラニルを流動層によって還元焙焼して製造した球状二酸化ウランを、平均粒径数μm〜２０μmに粉砕し、この粉砕した二酸化ウランのスラリーをスプレードライ処理して造粒粉にすることを特徴とする二酸化ウラン造粒粉の製造方法。
〔２〕  六フッ化ウランの乾式加水分解によって生成したフッ化ウラニルを流動層によって還元焙焼して製造した球状二酸化ウランを、０.５μm〜１.５μmに粉砕して圧密し、この圧密体を平均粒径数μm〜２０μmに粉砕し、この粉砕した二酸化ウランのスラリーをスプレードライ処理して造粒粉にする上記[１]に記載する二酸化ウラン造粒体の製造方法。
〔３〕  六フッ化ウランの乾式加水分解によって生成したフッ化ウラニルを還元焙焼して製造した二酸化ウランを圧密し、この圧密体を平均粒径数μm〜２０μmに粉砕し、この粉砕した二酸化ウランをスラリーにし、スプレードライ処理して造粒粉にする上記[１]に記載する二酸化ウラン造粒体の製造方法。
〔４〕  上記[１]〜上記[３]の何れかに記載する方法によって製造した造粒体であって、２００回タッピング後の粒子残存率が９９％以上であって安息角３５度以下であることを特徴とする二酸化ウラン造粒体。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の方法によって製造した二酸化ウラン造粒体は造粒体の強度が大きく、具体的には、２００回タッピング後の粒子残存率が９９％以上であって安息角３５度以下であるので、取扱い時や輸送時において破壊され難く、高い流動性を保つので、高密度のMOXペレットを製造することができる。また、MOXペレットの金相においても、単位体積（500μm×500μm×500μm）当たりのウラン量が任意の場所で５５〜９５wt％と均一であり、かつ単位体積あたりの平均ウランスポット径が任意の場所で２０ｍ〜１００μｍであり、欧州製MOXペレットと同様の金相を示すペレットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の製造方法を流動層タイプＤＣＰ法に適用した例を示す処理工程図。
【図２】本発明の製造方法をＩＤＲタイプＤＣＰ法に適用した例を示す処理工程図。
【図３】従来の流動層タイプＤＣＰ法の処理工程図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。
本発明は、六フッ化ウランの乾式加水分解によって生成したフッ化ウラニルを流動層によって還元焙焼して製造した球状二酸化ウランを、平均粒径数μm〜２０μmに粉砕し、粉砕した二酸化ウランのスラリーをスプレードライ処理して造粒粉にすることを特徴とする二酸化ウラン造粒粉の製造方法である。
【００１２】
ＵＦ6を水蒸気と気相反応させ、乾式下で加水分解させることによって、ＵＯ2Ｆ2が生成する（式[１]）。これに水素ガスを導入して焙焼・還元することによって、ＵＯ2粉末が製造される（式[２]）。
【００１３】
ＵＦ6(Ｇ) ＋ ２Ｈ2Ｏ(Ｇ) → ＵＯ2Ｆ2(Ｓ) ＋ ４ＨＦ(Ｇ)           …〔１〕
ＵＯ2Ｆ2(Ｓ) ＋ Ｈ2 → ＵＯ2(Ｓ)＋２ＨＦ(Ｇ)                     …〔２〕
【００１４】
ＵＦ6の乾式加水分解において、流動層タイプＤＣＰ法は流動層を用いてＵＯ2Ｆ2の焙焼還元を行う。本発明の製造方法を流動層タイプＤＣＰ法に適用した例を図１に示す。この方法では球状のＵＯ2粒子が生成するので、この球状ＵＯ2粒子を平均粒径数μm〜２０μmに粉砕する。ペレットの密度を高める場合には、球状ＵＯ2粒子を１μm前後、例えば０.５μm〜１.５μmに粉砕して圧密し、この圧密体を平均粒径数μm〜２０μmに粉砕すると良い。この粉砕した二酸化ウランをスラリーにし、スプレードライ処理して造粒粉にする。
【００１５】
ＵＦ6の乾式加水分解において、ＩＤＲタイプＤＣＰ法は、流動層を用いずに、ＵＯ2Ｆ2の焙焼還元を行う。本発明の製造方法を、ＩＤＲタイプＤＣＰ法に適用した例を図２に示す。本方法によって生成したＵＯ2粉末は微粉末であるので、これを圧密し、この圧密体を平均粒径数μm〜２０μmに粉砕し、この粉砕した二酸化ウランをスラリーにし、スプレードライ処理して造粒粉にする。
【００１６】
図１および図２の製造方法において、ＵＯ2粉末はハンマーミル等の機械的手段によって粉砕すればよい。平均粒径数μm〜２０μmに粉砕したＵＯ2をスラリーにし、これをスプレードライ処理して造粒粉にする場合、例えば、ＵＯ2濃度５〜６０wt％のスラリーを、雰囲気温度１００℃〜３００℃で噴射し、平均粒径１０〜５０μmの造粒体にすればよい。
【００１７】
本発明の上記製造方法によれば、高強度の造粒体を得ることができる。具体的には、例えば、２００回タッピング後の粒子残存率が９９％以上であって安息角３５度以下の二酸化ウラン造粒体を得ることができる。
【００１８】
本発明の方法によって製造した二酸化ウラン造粒体は造粒体の強度が大きく、取扱い時や輸送時において破壊され難く、また、高い流動性を有するので、高密度のMOXペレットを製造することができる。具体的には、ペレット金相の均一性が良く、例えば、単位体積（500μm×500μm×500μm）当たりのウラン量が任意の場所で５５〜９５wt％である。
【００１９】
因みに、従来の流動層タイプＤＣＰ法およびＩＤＲタイプＤＣＰ法によって製造したＵＯ2粉末を用いたＭＯＸペレットの金相では、単位体積（500μm×500μm×500μm）当たりのウラン量は任意の場所で５０〜１００wt％であり、本発明の場合よりも均一性が低い。
【実施例】
【００２０】
〔実施例１〕
流動層タイプＤＣＰ法によって製造した球状ＵＯ2粒子１０００ｇをハンマーミルにて平均粒径１μmに粉砕した。この粉砕したＵＯ2微粉末を濃度３０wt%のスラリーにし、雰囲気温度２５０℃で噴射することによってスプレードライ処理し、平均粒径３０μmのＵＯ2造粒体を製造した。この造粒体は２００回タッピング後の粒子残存率が１００％であって安息角３０度であった。また、このＵＯ2造粒体を用いた製造したＭＯＸペレットの単位体積（500μm×500μm×500μm）当たりのウラン量は任意の場所で６０〜８０wt％であり、上記単位体積あたりの平均ウランスポット径は３０μmであった。
【００２１】
〔実施例２〕
流動層タイプＤＣＰ法によって製造した球状ＵＯ2粒子１０００ｇを１μmに粉砕した後に、３ｔの圧力で圧密した。この圧密体をハンマーミルにて平均粒径数μm〜２０μmに粉砕した。その後、実施例１と同様の条件下でＵＯ2微粉末のスラリーを調製し、スプレードライ処理し、平均粒径３５μmのＵＯ2造粒体を製造した。この造粒体は２００回タッピング後の粒子残存率が１００％であって安息角３０度であった。また、このＵＯ2造粒体を用いた製造したＭＯＸペレットの単位体積（500μm×500μm×500μm）当たりのウラン量は任意の場所で６０〜９０wt％であり、上記単位体積あたりの平均ウランスポット径は４５μmであった。
【００２２】
〔実施例３〕
ＩＤＲタイプＤＣＰ法によって製造したＵＯ2粉末を３ｔの圧力で圧密した。この圧密体をハンマーミルにて平均粒径数μm〜２０μmに粉砕した。この粉砕したＵＯ2粉末を濃度３０wt％のスラリーにし、雰囲気温度２５０℃で噴射することによってスプレードライ処理し、平均粒径３５μmのＵＯ2造粒体を製造した。この造粒体は２００回タッピング後の粒子残存率が１００％であって安息角３０度であった。また、このＵＯ2造粒体を用いた製造したＭＯＸペレットの単位体積（500μm×500μm×500μm）当たりのウラン量は任意の場所で６０〜９０wt％であり、上記単位体積あたりの平均ウランスポット径は５０μmであった。
【００２３】
実施例１〜３の結果を表１に示す。従来の流動層タイプＤＣＰ法によって製造した球状ＵＯ2粒子を用いた例、従来のＩＤＲタイプＤＣＰ法によって製造したＵＯ2粉末を用いた例を併せて表１に示した。表１に示すように、本発明の製造方法による造粒体は造粒体の強度が大きく、また安息角が小さく流動性に優れている。さらに、本発明のＵＯ2造粒体を用いたＭＯＸペレットはペレット金相の均一性が良く、平均ウランスポット径が適切な大きさを有する。
【００２４】
【表１】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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