[发明专利]一种微波煅烧三碳酸铀酰铵生产八氧化三铀的方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种微波煅烧三碳酸铀酰铵生产八氧化三铀的方法，属微波加热应用和材料制备技术领域。

二、背景技术

核能作为清洁、高效的新型能源，在国家能源战略中占有重要的地位。目前，随着对能源需求的不断增长和传统能源的日益短缺，我国核能发展规模小、产业能力弱的问题日益突出。因此，发展高效的核能工业，提升我国综合经济实力和工业化技术水平显得极为迫切。

 在铀核燃料的生产过程中，八氧化三铀是铀产品产量的计量基准，在工业上主要通过煅烧铀化学浓缩物一三碳酸铀酰铵(AUC)获得的，该煅烧工序是制备各种类型核燃料的关键环节。

公知的三碳酸铀酰铵的煅烧通常采用以隧道窑为代表的静态和以滚筒为代表的半动态电热煅烧窑。由于该煅烧设备在同一截面上存在温度分布不均匀，从而导致该生产方法存在能耗高，产品均一性差，易发生欠烧、过烧等现象，给后续工序带来加工困难；而且更为关键的是常规电热窑煅烧三碳酸铀酰铵加工工艺时间长会导致核辐射威胁几率增大。如专利CN1319848A提供的煅烧三碳酸铀酰铵制备八氧化三铀工艺过程中，需以300-500℃/小时由室温升至700-900℃，同时保温时间长达2-6小时。因此，开发一种快速、安全、低能耗的新型煅烧方法显得尤为重要。

微波作为一种绿色高效的加热方法，可以通过在物料内部的能量耗散选择性加热物料，具有加热均匀、热效率高、清洁无污染等常规加热方式无法比拟的优点。将微波用于三碳酸铀酰铵的煅烧对于促进铀核燃料生产能力和技术水平的提高具有重要的现实意义。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种微波煅烧三碳酸铀酰铵生产八氧化三铀的方法，将铀纯化过程经结晶、沉淀得到的三碳酸铀酰铵置于微波反应器中，从室温以20-100℃/min速率升温至400-700℃，保温5-30min后自然冷却至室温，得到八氧化三铀产品。

本发明通过如下方式实现：

1、将铀纯化过程经结晶、沉淀得到的粒径为20-150μm的三碳酸铀酰铵干燥至水分含量为5质量％以下备用；

2、将干燥后的三碳酸铀酰铵装入氧化铝坩埚后置于微波反应器中，控制微波反应器频率2.45GHz，输出功率为5-60kW，将三碳酸铀酰铵从室温以20-100℃/min速率升温至400-700℃；

3、待物料温度升至预定温度，保温5-30min后自然冷却至室温，得到八氧化三铀产品。

八氧化三铀产品中全铀(∑U)及+4价铀(U⁴⁺)含量达到GB10268-88标准。

本发明的工艺原理在于根据物质吸波特性的测定结果，三碳酸铀酰铵系强吸波物质，在短时间内可以被加热至很高的温度并分解。利用微波的体积加热的特点，微波直接穿透物料内部，使物料内外部同时被加热，无需常规煅烧过程中由表及里的热传递，提高了热效率，实现了节能降耗。

微波煅烧三碳酸铀酰铵制备八氧化三铀的反应机理如下：

(NH₄)UO₂(CO₃)₃＝4NH₃+UO₃+2H₂O+3CO₂

2NH₃＝N₂+3H₂

3UO₃+H₂＝U₃O₈+H₂O

本发明具有如下优点：

1、由于微波“体加热”特性，使物料整体均匀受热，煅烧过程不产生温度梯度，产品成分及粒径均匀；

2、本生产方法充分体现了微波加热的快速、高效和绿色环保等优越性；

3、本方法生产周期短，整个工艺过程的煅烧时间仅为传统方法的1/30，具有广阔的工业化应用前景。

四、具体实施方式

实施例1：将15g粒径为80-120μm的三碳酸铀酰铵装入氧化铝坩埚并置于微波反应器中，调节微波输出功率至5-15kW，将三碳酸铀酰铵从室温以20℃/min速率升温至400℃，并在该温度下保温25min，关闭微波加热开关，自然冷却至室温，得到八氧化三铀产品。经分析测试，八氧化三铀产品中∑U含量为84.55％，U⁴⁺含量为27.91％。

实施例2：将10g粒径为40-80μm的三碳酸铀酰铵装入氧化铝坩埚并置于微波反应器中，调节微波输出功率至20-35kW，将物料从室温以30℃/min速率升温至600℃，并在该温度下保温15min；关闭微波加热开关，自然冷却至室温，得到八氧化三铀产品。经分析测试，八氧化三铀产品中∑U含量为84.72％，U⁴⁺含量为28.11％。