[发明专利]一种氧化钍的陶瓷微球的制备方法

说明书

本发明涉及一种氧化钍的陶瓷微球的制备方法，包括将氨水滴加到硝酸钍溶液中形成水解溶液，滴加冰醋酸调节pH，在搅拌的情况下加入聚乙烯醇，形成氧化钍胶体溶液；将氧化钍胶体溶液分散成液滴后依次通过氦气区、氨气区、氨水区；将该分散的凝胶颗粒置于浓氨水中陈化；将陈化的凝胶颗粒和去离子水加入水热反应釜中升温反应；将水热反应后的凝胶颗粒放于干燥炉中，控制湿度升温干燥，形成干燥后的凝胶颗粒；将干燥后的凝胶颗粒放置于焙烧炉中，通入空气升温焙烧，形成焙烧后的凝胶颗粒；将该焙烧后的凝胶颗粒放置于烧结炉中，通入空气升温烧结得到陶瓷微球。本发明的制备方法通过简单的工艺制备氧化钍的陶瓷微球。

技术领域

本发明涉及核燃料的制备，更具体地涉及一种氧化钍的陶瓷微球的制备 方法。

背景技术

钍-铀燃料循环与铀-钚燃料循环相比具有以下优势：资源丰富、转换率高、 核废料少，有利于防止核扩散以及适应性好等。目前国际上对于钍资源的利 用展开了大量的研究，包含重水堆以及第四代反应堆等也对利用钍进行了初 步研究。

以三结构同向性型(Tri-structural isotropic TRISO)包覆燃料颗粒为基础 的球形燃料元件，其核芯为氧化钍(ThO₂)、氧化铀(UO₂)或钍铀混合氧化 物。清华核能与新能源研究院采用凝胶-支撑沉淀法来制备ThO₂核芯，该工艺 添加了四氢糠醇作为改性剂，但主要是研究了胶体制备过程中各种影响因素 与胶体性质之间的关系，采用蛇形管用稀氨水进行洗涤，100℃干燥。产生大 量含有硝酸胺的废液。德国的原子核研究所采用KFA-EGT流程生产ThO₂、 (Th、U)O₂燃料元件用于AVR和THTR反应堆，该流程不使用高分子添加剂， 采用煮沸的方法获得ThO₂溶胶，并滴入含氨的异丙酮溶液实现外壳胶凝，然 后在氨水中完成胶凝。但有大量的有机废液产生，并且微球在烧结过程中容 易开裂。印度巴巴原子研究中芯采用内胶凝法制备(Th，U)O₂和ThO₂核芯， 它是将硝酸盐溶液在0℃加入尿素和HMTA(六次甲基四胺)，然后滴入90℃ 的硅油中形成凝胶颗粒，用四氯化碳除去硅油，用氨水洗去尿素、HMTA和 亚硝酸盐，然后在空气中干燥、烧结。日本原子能研究机构也采用内胶凝法 制备了ThO₂和(Th，U)O₂核芯，只是改变了有机添加剂甲基异丁基酮，这 些方法具有内胶凝普遍的缺点：低温控制，有机废液等。

总之，已知的制备氧化钍的陶瓷微球的方法均工艺复杂。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的制备氧化钍的工艺复杂的问题，本发明旨 在提供一种氧化钍的陶瓷微球的制备方法。

本发明所述的氧化钍的陶瓷微球的制备方法，包括以下步骤：S1，将氨 水滴加到硝酸钍溶液中形成水解溶液，滴加冰醋酸调节pH，在搅拌的情况下 加入聚乙烯醇，形成氧化钍胶体溶液；S2，将氧化钍胶体溶液分散成液滴后 依次通过氦气区、氨气区、氨水区，形成分散的凝胶颗粒；将该分散的凝胶 颗粒置于浓氨水中陈化，形成陈化的凝胶颗粒；S3，将陈化的凝胶颗粒和去 离子水加入水热反应釜中升温反应，形成水热反应后的凝胶颗粒；S4，将水 热反应后的凝胶颗粒放于干燥炉中，控制湿度升温干燥，形成干燥后的凝胶 颗粒；以及S5，将干燥后的凝胶颗粒放置于焙烧炉中，通入空气升温焙烧， 形成焙烧后的凝胶颗粒；将该焙烧后的凝胶颗粒放置于烧结炉中，通入空气 升温烧结得到陶瓷微球。

其中，该陶瓷微球为直径为300μm～1.0mm燃料微球。

所述步骤S1具体为：将Th(NO₃)₄·6H₂O配制成硝酸钍溶液，升温，将氨 水滴加到硝酸钍溶液中形成水解溶液，滴加冰醋酸调节pH，在搅拌情况下加 入聚乙烯醇，形成氧化钍胶体溶液。