[发明专利]一种微波煅烧三碳酸铀酰铵生产二氧化铀的方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及铀纯化过程一种连续化、规模化生产二氧化铀的方法，属铀冶金和材料制备技术及微波加热技术领域。

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。随着全球对能源需求的不断增长、传统能源的日益短缺和环境压力的增大，发展核能对缓解能源危机、减少温室气体排放具有重要的意义。目前，不少国家和地区已把发展核电放在优先发展的地位。2005年，国际原子能署也提出了加快发展核能倡议。我国是较早拥有核技术的大国，但与世界核电发展现状相比，我国核能发展规模小、产业能力弱的问题日益突出。据世界核协会报道，至2009年8月，全世界共有436座核电站投入运营，装机容量为3.72亿千瓦，其中我国仅有11个核电站，装机容量仅为860万千瓦。目前我国核电仅占总发电量的1.3％，大大低于世界17％的比重。因此，发展高效的核能工业，提升我国综合经济实力、缓解我国能源紧张的现状显得极为迫切。

铀是核能工业发展的原料。在铀核燃料的生产过程中，二氧化铀是最主要的产品，在工业上主要通过煅烧铀化学浓缩物-三碳酸铀酰铵(AUC)获得的，该煅烧工序是制备二氧化铀核燃料的关键环节。然而公知的三碳酸铀酰铵电热煅烧法由于物料存在温度梯度，导致产品均一性差，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工艺时间长会导致核辐射威胁几率增大。如专利CN1319848A提供的三碳酸铀酰铵煅烧过程中，仅制备八氧化三铀工艺过程就需保温时间长达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。

三、发明内容

1.发明目的：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。利用微波加热的这些优点，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意义。本发明针对常规电热窑煅烧方法存在的不足，提供一种连续化、规模化的微波煅烧三碳酸铀酰铵生产二氧化铀的方法。

2.发明技术方案：具体方法通过以下步骤实现：

(1)备料，将铀纯化过程经结晶、沉淀得到粒度为20-150μm的三碳酸铀酰铵在温度80℃干燥备用，纯度为99.999wt/％；

(2)微波煅烧，将三碳酸铀酰铵装入微波回转窑料仓中，调节进料螺旋转速3-10转/分钟，将物料连续地输送至微波回转窑炉膛内，微波回转窑炉倾角为5°，频率为2.45GHz，输出功率为0-80kW，微波回转窑炉膛系炭化硅材质；采用独立的三段比例-积分-微分控温方式；调节微波输出功率，以20-100℃/min升温速率将微波回转窑炉膛进料段、反应段和出料段分别加热至温度为780-820℃，800-850℃和850-900℃；待微波回转窑炉膛温度升至预定温度后，控制物料在回转窑中的停留时间为10-30min；

(3)产品出料，开启出料装置，调节回转窑转速为2-10转/分钟出料，得到二氧化铀产品，产品纯度为99.95wt％，二氧化铀产品中总铀和四价铀含量分别为87.6wt％和84.5wt％，产品质量达到核工业EJ/T989-1996标准。

本发明的工艺特点在于利用炭化硅的强吸波特性以及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，实现节能降耗。煅烧三碳酸铀酰铵生产二氧化铀的反应式为：(NH₄)₄UO₂(CO₃)₃＝4NH₃+UO₃+2H₂O+3CO₂(1)3UO₃+H₂＝U₃O₈+H₂O(2)U₃O₈+2H₂＝3UO₂+2H₂O(3)

3.发明的积极效果：

(1)由于微波“体加热”特性，使物料整体均匀受热，生产周期短，整个工艺过程的煅烧时间仅为传统方法的1/6；(2)本生产方法体现了微波加热的快速、高效和绿色环保等优越性；(3)采用独立的三段比例-积分-微分控温方式，实现了回转窑内产生明显的温度梯度，从而满足铀化学浓缩物煅烧需要。

四、具体实施方式

实施例1