СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ ЧАСТИЦ

1. Способ получения сферических топливных частиц и/или частиц воспроизводящего материала с размером в диапазоне предпочтительно от 300 мкм до 800 мкм, в частности, для получения частиц из оксида урана, и/или карбида урана, и/или урансодержащего смешанного оксида и/или смешанного карбида, путем формирования капель раствора, содержащего нитрат уранила, а также по меньшей мере одно вспомогательное вещество, такое как мочевина, тетрагидрофуриловый спирт (THFA) и/или поливиниловый спирт (PVA), в аммиачную осадительную ванну (102) для образования микросфер, старения и промывки полученных так микросфер в растворе аммиака, сушки, а также термообработки, отличающийся тем, что микросферы (74) отделяются от осадительной ванны в первом сепараторе (10) и подаются на старение в аммиачный раствор для старения, причем продолжительность контакта микросфер с жидкостью осадительной ванны (102) перед введением в раствор для старения устанавливается равной или по существу равной, причем микросферы передаются из раствора для старения через перегрузочное устройство в многоступенчатый каскадный промыватель (28), в котором микросферы полностью или по существу полностью отмываются от нитрата аммония и по меньшей мере одного содержавшегося в микросферах вспомогательного вещества, причем после сушки микросферы прокаливаются во время термообработки, будучи распределенными монослоем.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что одинаковый или по существу одинаковый промежуток времени между образованием микросфер (74) в осадительной ванне (102) и подачей в раствор для старения устанавливается посредством первого сепаратора (10).
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что условия равновесия для аммиачного раствора для старения устанавливаются таким образом, чтобы в каждой или по существу каждой микросфере (74) концентрация соответствующего компонента была одинаковой или по существу одинаковой.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в аммиачном растворе для старения устанавливают условия равновесия, по меньшей мере, в отношении содержащегося в микросферах (74) нитрата аммония и/или мочевины.
5. Способ по п.3, отличающийся тем, что в аммиачном растворе для старения условия равновесия устанавливают, по меньшей мере, в отношении содержащегося в микросферах (74) THFA.
6. Способ по п.3, отличающийся тем, что после удаления микросфер из раствора для старения концентрация, по меньшей мере, THFA в микросферах соответствует или примерно соответствует концентрации в растворе для старения.
4
3
4
7. Способ по п.3, отличающийся тем, что после удаления микросфер из раствора для старения концентрация NHNO, NHOH и, если присутствует, мочевины, в микросферах соответствует или примерно соответствует концентрации в растворе для старения.
2
8. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в аммиачном растворе для старения устанавливают условия, которые позволяют обмен максимум 15 масс.%, в частности, от 10 до 15 масс.% THFA на НО.
9. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что микросферы (74) передаются в находящийся при комнатной температуре аммиачный раствор для старения, который затем нагревается до температуры Т1, где 60°С≤Т1≤80°С, причем микросферы в течение времени t, где 50 мин<≤t≤70 мин остаются при температуре Т1 в растворе для старения, после времени t раствор для старения охлаждается до комнатной температуры, и затем микросферы извлекают.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что нагревание и охлаждение раствора для старения осуществляется посредством по меньшей мере одного теплообменника.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что микросферы (74) в каскадном промывателе (28) проводятся через несколько ступеней промывки.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что скорость опускания микросфер на каждой ступени промывки устанавливается текущим в контуре циркуляции промывочным раствором.
13. Способ по п.11, отличающийся тем, что промывочный раствор промывочной ступени (30, 32, 34, 36, 38, 40, 42) проводится через имеющийся в дне воронки (44, 46) кольцевой зазор, ширина которого может меняться.
14. Способ по п.11, отличающийся тем, что помимо проведения промывочного раствора в контуре циркуляции в каждой ступени промывки (30, 32, 34, 36, 38, 40, 42), промывочный раствор проводится через все каскады, начиная от нижнего.
15. Способ по п.11, отличающийся тем, что в качестве подаваемого на нижний каскад (30) промывочного раствора используется слабо аммиачная ультрачистая вода.
16. Способ по п.11, отличающийся тем, что в качестве подаваемого на нижний каскад (30) промывочного раствора используют ультрачистую двухмолярную аммиачную воду.
2
2
2
17. Способ по п.1, отличающийся тем, что промытые микросферы (74) сушат в конвейерной печи предпочтительно при температуре Т, причем Т≤120°С, в частности 100°C≤T≤120°C.
18. Способ по п.17, отличающийся тем, что промытые микросферы (74) вместе с промывочным раствором равномерно распределяют загрузочным устройством, таким, как подающий хобот (72), на проводимом через конвейерную печь транспортирующем звене (66).
19. Способ по п.18, отличающийся тем, что микросферы (74) подаются на ленточное сито (66) или транспортирующее звено.
20. Способ по п.18, отличающийся тем, что в промывочный раствор перед подачей на транспортирующее звено добавляется детергент.
21. Способ по п.20, отличающийся тем, что в качестве детергента применяется водорастворимый жирный спирт.
22. Способ по п.17, отличающийся тем, что высушенные микросферы (частицы) (76) после прохождения через конвейерную печь (64, 80) удаляются с проводящего микросферы транспортирующего устройства (66) посредством отсасывающего устройства, такого, как отсасывающий хобот (78, 104), отделяются в циклоне и собираются в накопительном резервуаре.
23. Способ по п.1, отличающийся тем, что микросферы (74) проводятся как монослой на проходящих через конвейерную печь (64, 80) и имеющих снизу отверстия металлических поддонах (82, 106) и прокаливают при температуре Т3, причем Т3≤450°С, в частности, 160°С≤Т3≤430°С, предпочтительно в две стадии.
24. Способ по п.1, отличающийся тем, что микросферы (74) в конвейерной печи (64, 80) проходят через несколько зон нагрева (92, 94, 96) с по меньшей мере одной зоной сушки и по меньшей мере одной зоной прокаливания.
25. Способ по п.23 или 24, отличающийся тем, что сушка и/или прокаливание проводятся в режиме рециркуляции воздуха.
26. Способ по п.23, отличающийся тем, что прокаленные частицы (76) отсасываются с металлического поддона (82, 106).
27. Способ по п.26, отличающийся тем, что откачанные частицы (76) отделяются в циклоне (83) и собираются в накопительном резервуаре.
28. Устройство для получения сферических тепловыделяющих элементов и/или элементов воспроизводящего материала, содержащее осадительную ванну (102), участок старения (18), промывочную установку (28) и устройство для термической обработки (64, 80, 90), а также перегрузочные устройства (10) для полученных микросфер (74) и образованных из них частиц (76), отличающееся тем, что между осадительной ванной и участком старения (18) расположено первое перегрузочное устройство в форме сепаратора (10), который содержит вращающийся цилиндр (14), разделенный на сектора над имеющим вырез пробивным ситом (12) как дном, причем каждый сектор по очереди в закрытой со стороны дна пробивного сита первой позиции направлен на выходное отверстие осадительной ванны (102), а при повороте цилиндра на угол а во второй позиции направлен на участок пробивного сита, который соединен с участком старения (18), чтобы каждый сектор имел одинаковую площадь и чтобы угол а составлял 360°/n, где n = число секторов.
29. Устройство по п.28, отличающееся тем, что ниже пробивного сита (12) предусмотрено устройство для приема жидкости, которое косвенно или напрямую соединено с подводом к осадительной ванне (102).
30. Устройство по п.28 или 29, отличающееся тем, что пробивное сито (12) выполнено из высокосортной стали и имеет размер ячеек d, удовлетворяющий 300 мкм≤d≤500 мкм.
31. Устройство по п.28, отличающееся тем, что цилиндр (14) выполнен из металла.
32. Устройство по п.28 или 31, отличающееся тем, что цилиндр (14) плотно посажен на пробивном сите (12).
33. Устройство по п.28, отличающееся тем, что цилиндр (14) разделен на n секторов с n≥3, в частности, n=6.
34. Устройство по п.28, отличающееся тем, что участок старения (18) содержит окруженный ситовой тканью или перфорированным стальным листом (22) и вмещающий микросферы полый цилиндр, который на расстоянии от транспортировки раствора для старения окружен кожухом (20).
35. Устройство по п.34, отличающееся тем, что раствор для старения течет в контуре циркуляции, содержащем по меньшей мере один теплообменник, в который встроен кожух (20)
36. Устройство по п.28, отличающееся тем, что участок старения (18) соединен со вторым перегрузочным устройством, выполненным как второй сепаратор и соединяющим по движению участок старения с промывочной установкой (28).
37. Устройство по п.36, отличающееся тем, что второй сепаратор имеет конструкцию, соответствующую первому сепаратору (10).
38. Устройство по п.28, отличающееся тем, что промывочная установка (28) является каскадным промывателем с m ступенями промывки, причем m≥2, в частности, 2≤m≤8, предпочтительно m=7.
39. Устройство по п.38, отличающееся тем, что каждая ступень промывки снизу имеет воронку (44, 46) с отверстием, которое через блокирующее устройство (48, 50) может закрываться сопловой диафрагмой до желаемого размера.
40. Устройство по п.39, отличающееся тем, что контур, в котором циркулирует промывочный раствор, заканчивается таким участком, как линия (52) ниже блокирующего устройства (48, 50).
41. Устройство по п.40, отличающееся тем, что внутри участка или линии (52) проходит исполнительный элемент, такой, как гибкий вал (60), который соединен с блокирующим устройством (48, 50).
42. Устройство по п.39, отличающееся тем, что под воронкой (44, 46) предусмотрено подсоединение для промывочного раствора.
43. Устройство по п.38, отличающееся тем, что ступени промывки расположены одна над другой.
44. Устройство по п.28, отличающееся тем, что нижняя ступень промывки каскадного промывателя (28) имеет подсоединение для промывочного раствора, который отводится от верхней ступени промывки.
45. Устройство по п.28, отличающееся тем, что за промывочной установкой (28) находится по меньшей мере одна конвейерная печь (64, 80, 90).
46. Устройство по п.45, отличающееся тем, что промытые микросферы (74) могут продвигаться через конвейерную печь (64, 80) с помощью транспортного устройства, как бесконечная лента транспортера (66), причем ленточный транспортер, по меньшей мере, местами содержит ситовую ткань.
47. Устройство по п.45, отличающееся тем, что микросферы (74) могут продвигаться через конвейерную печь (80, 90) на транспортном устройстве, состоящем из установленных в ряд друг к другу металлических поддонов (82), причем каждый металлический поддон имеет перфорированное дно с размером ячеек в интервале от 300 мкм до 500 мкм.
48. Устройство по п.46, отличающееся тем, что микросферы (74) могут подаваться через загрузочное устройство, такое, как загрузочный хобот (72, 102) на транспортное устройство, такое, как ленточный транспортер (66) или металлический поддон (82).
49. Устройство по п.46, отличающееся тем, что высушенные или прокаленные микросферы (76) могут отсасываться с транспортного устройства посредством пониженного давления, например, отсасывающим хоботом (78, 104).
50. Устройство по п.28, отличающееся тем, что высушенные или прокаленные микросферы (76) предпочтительно могут отделяться в циклоне (83) и собираться в накопительном резервуаре.
51. Устройство по п.45, отличающееся тем, что конвейерная печь (90) содержит несколько тепловых зон (92, 94, 96).
52. Устройство по п.51, отличающееся тем, что по меньшей мере одна тепловая зона (92) является зоной сушки, а по меньшей мере одна следующая тепловая зона (96) является зоной прокаливания.
53. Устройство по п.45, отличающееся тем, что конвейерная печь (64, 80, 90) может работать с первичным воздухом и/или в режиме рециркуляции воздуха.