[發明專利]一種微波煅燒三碳酸鈾酰銨生產八氧化三鈾的方法

無效

• 申請號: 200910094842.7
• 申請日: 2009-08-17
• 公開（公告）號: CN101628737A
• 公開（公告）日: 2010-01-20
• 發明（設計）人: 張利波;彭金輝;劉秉國;張澤彪;張世敏;郭勝惠;周烈興
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C01G43/01
• 分類號: C01G43/01
• 代理公司: 昆明慧翔專利事務所
• 代理人: 周一康

一、技術領域

本發明涉及一種微波煅燒三碳酸鈾酰銨生產八氧化三鈾的方法，屬微波加熱應用和材料制備技術領域。

二、背景技術

核能作為清潔、高效的新型能源，在國家能源戰略中占有重要的地位。目前，隨著對能源需求的不斷增長和傳統能源的日益短缺，我國核能發展規模小、產業能力弱的問題日益突出。因此，發展高效的核能工業，提升我國綜合經濟實力和工業化技術水平顯得極為迫切。

?在鈾核燃料的生產過程中，八氧化三鈾是鈾產品產量的計量基準，在工業上主要通過煅燒鈾化學濃縮物一三碳酸鈾酰銨(AUC)獲得的，該煅燒工序是制備各種類型核燃料的關鍵環節。

公知的三碳酸鈾酰銨的煅燒通常采用以隧道窯為代表的靜態和以滾筒為代表的半動態電熱煅燒窯。由于該煅燒設備在同一截面上存在溫度分布不均勻，從而導致該生產方法存在能耗高，產品均一性差，易發生欠燒、過燒等現象，給后續工序帶來加工困難；而且更為關鍵的是常規電熱窯煅燒三碳酸鈾酰銨加工工藝時間長會導致核輻射威脅幾率增大。如專利CN1319848A提供的煅燒三碳酸鈾酰銨制備八氧化三鈾工藝過程中，需以300-500℃/小時由室溫升至700-900℃，同時保溫時間長達2-6小時。因此，開發一種快速、安全、低能耗的新型煅燒方法顯得尤為重要。

微波作為一種綠色高效的加熱方法，可以通過在物料內部的能量耗散選擇性加熱物料，具有加熱均勻、熱效率高、清潔無污染等常規加熱方式無法比擬的優點。將微波用于三碳酸鈾酰銨的煅燒對于促進鈾核燃料生產能力和技術水平的提高具有重要的現實意義。

三、發明內容

本發明的目的是提供一種微波煅燒三碳酸鈾酰銨生產八氧化三鈾的方法，將鈾純化過程經結晶、沉淀得到的三碳酸鈾酰銨置于微波反應器中，從室溫以20-100℃/min速率升溫至400-700℃，保溫5-30min后自然冷卻至室溫，得到八氧化三鈾產品。

本發明通過如下方式實現：

1、將鈾純化過程經結晶、沉淀得到的粒徑為20-150μm的三碳酸鈾酰銨干燥至水分含量為5質量％以下備用；

2、將干燥后的三碳酸鈾酰銨裝入氧化鋁坩堝后置于微波反應器中，控制微波反應器頻率2.45GHz，輸出功率為5-60kW，將三碳酸鈾酰銨從室溫以20-100℃/min速率升溫至400-700℃；

3、待物料溫度升至預定溫度，保溫5-30min后自然冷卻至室溫，得到八氧化三鈾產品。

八氧化三鈾產品中全鈾(∑U)及+4價鈾(U⁴⁺)含量達到GB10268-88標準。

本發明的工藝原理在于根據物質吸波特性的測定結果，三碳酸鈾酰銨系強吸波物質，在短時間內可以被加熱至很高的溫度并分解。利用微波的體積加熱的特點，微波直接穿透物料內部，使物料內外部同時被加熱，無需常規煅燒過程中由表及里的熱傳遞，提高了熱效率，實現了節能降耗。

微波煅燒三碳酸鈾酰銨制備八氧化三鈾的反應機理如下：

(NH₄)UO₂(CO₃)₃＝4NH₃+UO₃+2H₂O+3CO₂

2NH₃＝N₂+3H₂

3UO₃+H₂＝U₃O₈+H₂O

本發明具有如下優點：

1、由于微波“體加熱”特性，使物料整體均勻受熱，煅燒過程不產生溫度梯度，產品成分及粒徑均勻；

2、本生產方法充分體現了微波加熱的快速、高效和綠色環保等優越性；

3、本方法生產周期短，整個工藝過程的煅燒時間僅為傳統方法的1/30，具有廣闊的工業化應用前景。

四、具體實施方式

實施例1：將15g粒徑為80-120μm的三碳酸鈾酰銨裝入氧化鋁坩堝并置于微波反應器中，調節微波輸出功率至5-15kW，將三碳酸鈾酰銨從室溫以20℃/min速率升溫至400℃，并在該溫度下保溫25min，關閉微波加熱開關，自然冷卻至室溫，得到八氧化三鈾產品。經分析測試，八氧化三鈾產品中∑U含量為84.55％，U⁴⁺含量為27.91％。

實施例2：將10g粒徑為40-80μm的三碳酸鈾酰銨裝入氧化鋁坩堝并置于微波反應器中，調節微波輸出功率至20-35kW，將物料從室溫以30℃/min速率升溫至600℃，并在該溫度下保溫15min；關閉微波加熱開關，自然冷卻至室溫，得到八氧化三鈾產品。經分析測試，八氧化三鈾產品中∑U含量為84.72％，U⁴⁺含量為28.11％。