掺钛UO_2微球烧结行为研究

采用溶胶-凝胶方法制备掺钛UO2微球,并通过金相显微镜、扫描电镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）等观察掺钛微球的微观组织、气孔分布、晶粒大小、钛元素分布以及用水浸渍法测量其密度。实验结果表明：在一定烧结温度下,掺入少量钛可明显提高烧结性能。在实验条件下,最佳掺钛量为0.3%（质量分数）以内、烧结温度为1250~1350℃。研究了活化烧结机制,得出其物质迁移机制可能为加强阳离子扩散和剩余氧共同作用的结果;最后研究了钛元素的分布,除固溶于UO2微球外,其他钛氧化物以游离相粒子形式富集在晶界上。

喷嘴孔对液体喷射流振动分散的影响

为控制小颗粒UO2微球的尺寸,采用了振动控制液体喷射流分散过程的方法,研究了喷嘴的孔型、孔径等参数对分散的影响。结果表明:具有圆锥型导孔的孔型比具有圆柱型导孔的孔型,小孔径比大孔径更有利于通过振动实现喷射流的均匀分散。

掺杂钛对UO_2微球微观结构的影响

研究了掺杂0.7%（质量分数）钛对UO2微球微观结构的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,气孔数量减少,但单个气孔体积却增大,其主要机制可能是小气孔之间的溶合;1250~1450℃之间烧结时,晶粒生长速度出现不一致,部分晶粒开始迅速生长,晶粒大小分布出现＂双高＂特征,且氧化钛大部分均匀分布在微球晶粒内部,少量氧化钛解析出来并富集在晶界上,而在1550℃时,晶粒大小分布基本为正态分布,平均晶粒大小约为42μm,且氧化钛则大部分富集在晶界上。

掺钛对UO_2微球晶粒生长机制的影响

采用溶胶-凝胶方法制备掺钛0.3%(质量分数,下同)UO2微球,用金相显微镜观察微球微观结构、图像分析仪计算微球晶粒尺寸。对掺钛0.3%UO2微球晶粒长大机制进行了研究。经过计算得到在1 250～1 550℃之间掺钛UO2微球晶粒生长的平均活化能Ea=232.79kJ/mol,明显地低于UO2微球晶粒生长的平均活化能(Ea0=518.32kJ/mol);掺钛UO2微球在烧结后期(1 250℃之后),微球部分区域可能形成高价态的U4O9相,加快了U原子扩散速度,加速了晶粒生长。

溶胶凝胶法制备(Th,U)O_2微球工艺的研究

采用溶胶凝胶法制备(Th,U)O2微球,研究不同Th含量的条件下,胶凝温度、洗涤和干燥过程对干煅球的影响。在不同的温度下对微球进行烧结,对得到的烧结球进行金相分析及扫描电镜(SEM)分析,研究不同Th含量及烧结温度对微球微观结构的影响。结果表明,溶胶凝胶法适合制备Th/(Th+U)不高于0.5的微球;在1200～1500℃烧结后可得到致密的(Th,U)O2微球,球的密度可达理论密度(T.D)99%。SEM结果表明,ThO2和UO2形成了均匀的固溶体,微球表面光滑,微球内部气孔细小且分布均匀。

超临界萃取从铀、锆、铌混合粉末中分离铀的试验研究

为提高铀的利用率,减少放射性废物的产生,采用超临界CO_2/磷酸三丁酯-硝酸为萃取体系,对铀、锆、铌混合粉末中铀回收的超临界萃取技术进行了研究。结果表明:萃取过程中锆、铌萃取效率随萃取时间的增加快速增大;铀萃取效率随温度的升高而增大,随压力增大的变化不明显,在12 MPa时萃取效率最大;70℃、12MPa和2h的萃取条件有利于铀的回收与杂质元素分离,铀与锆、铌的分离系数分别1.69×10~5、5.34×10~5,每g铀产品中相应杂质锆的含量为2.21μg、铌的含量为0.353μg,该条件下铀回收率约97%。该工艺简洁、高效,在实现放射性废物大量减少的同时,回收了有价的铀产品。

溶胶-凝胶法制备掺钛UO_2微球工艺和性能影响因素研究

针对溶胶-凝胶法制备掺钛UO2微球中出现的掺钛凝胶微球粘连严重、烧结过度、微球抛光面腐蚀等现象,通过改进工艺条件和参数来解决工艺中出现的问题。结果表明:增加胶凝时间不仅能解决凝胶球的挤压变形问题,而且能大大改善凝胶球的粘连问题;降低烧结温度可以得到表面更加光滑的烧结体;选用浓硝酸(w=68%)和高纯H2O(二者体积比为2∶1)作为腐蚀微球抛光表面的侵蚀剂,在很短的时间内就可以显现出清晰的晶界轮廓。

温度对含铀溶胶稳定性影响的研究

在缺酸硝酸铀酰溶液中按铀酰离子摩尔量的1.3-1.6倍加入尿素和乌洛托品配置含铀溶胶,研究了溶胶温度和放置时间对溶胶稳定性影响。结果表明,温度对溶胶稳定性影响很大,在15℃以上迅速固化导致溶胶报废;在10℃以下溶胶可以长时间保持稳定且溶胶粘度随着温度上升出现先升高后降低的特点。

注凝成型法制备U_3O_8小球的研究

在丙烯酰胺-亚甲基双丙烯酰胺凝胶体系中,以过硫酸铵为引发剂,液体石蜡为胶凝介质,研究了注凝成型法制备U_3O_8小球的工艺。研究了不同胶体配制温度、引发剂用量、催化剂添加对成球的影响,确定了制备工艺。

大直径UO_2球球形度与尺寸的控制方法

在溶胶凝胶法制备尺寸范围为2~3 mm、球形度≤1.10的大直径UO2球过程中,对影响UO2球的球形度以及球尺寸的因素进行了试验研究,其中影响UO2球的球形度的因素包括胶凝介质、表面活性剂、胶凝温度和溶胶密度;影响UO2球尺寸的因素包括分散头与载带流液面间的距离、载带流流量及流动稳定性和溶胶流量。最终确立了最佳工艺参数,经过试验验证,制得UO2球尺寸在2~3 mm范围内合格率达到93%以上,球形度小于1.1的比例平均达到89%以上,满足球型反应堆UO2技术要求。

碳酸钠焙烧对铀锆混合氧化物中铀溶解率的影响

研究了碳酸钠焙烧对铀锆混合氧化物中铀溶解率的影响。结果表明:铀锆混合氧化物中的难溶铀主要以固溶体UxZryO2形式存在,碳酸钠焙烧可破坏固溶体结构,提高铀溶解率;焙烧过程中,ZrO2由四方相转为单斜相,U3O8转为易溶解的铀酸盐;在900℃下加碳酸钠焙烧,碳酸钠添加量为铀锆氧化物质量的0.25倍时,焙烧产物铀溶解率达99%,溶解渣中铀质量分数低至1%以下。

压缩空气搅拌在ADUN溶液制备中的应用

采用缺酸溶解法研究了压缩空气搅拌在批量化生产缺酸硝酸铀酰(ADUN)溶液中的应用。结果表明:压缩空气搅拌适合ADUN溶液批量化制备,在压缩空气压力为0.3 MPa、流量为200~300 L/h时,铀溶解率达99%;压缩空气搅拌提供了充足的氧气,抑制了亚硝酸根的生成,制备的ADUN溶液中NO2-质量浓度小于1g/L,在后续使用时可省去煮胶步骤;采用压缩空气搅拌方式完成了394批次AUDN溶液制备验证,制备的ADUN溶液铀质量浓度介于556~623 g/L,NO3-与U的摩尔比[NO3-]/[U]介于1.56~1.75,均满足溶胶凝胶法制备UO2微球的要求。