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DE3426573A1 - Verbessertes verfahren und bindemittel fuer die herstellung von kernbrennstoffpellets und dessen produkt - Google Patents

Verbessertes verfahren und bindemittel fuer die herstellung von kernbrennstoffpellets und dessen produkt

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Publication number
DE3426573A1
DE3426573A1 DE3426573A DE3426573A DE3426573A1 DE 3426573 A1 DE3426573 A1 DE 3426573A1 DE 3426573 A DE3426573 A DE 3426573A DE 3426573 A DE3426573 A DE 3426573A DE 3426573 A1 DE3426573 A1 DE 3426573A1
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DE
Germany
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particulate
nuclear fuel
amine
binder
ceramic
Prior art date
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Granted
Application number
DE3426573A
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DE3426573C2 (de
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John Donald Connolly Jun.
Timothy Joseph Wilmington N.C. Gallivan
Richard Ingwald Wilmington N.C. Larson
Richard Paul Scotts Hill N.C. Ringle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of DE3426573A1 publication Critical patent/DE3426573A1/de
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Publication of DE3426573C2 publication Critical patent/DE3426573C2/de
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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
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    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
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    • G21C3/58—Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
    • G21C3/62—Ceramic fuel
    • G21C3/623—Oxide fuels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C55/00—Saturated compounds having more than one carboxyl group bound to acyclic carbon atoms
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Description

Verbessertes Verfahren und Bindemittel für die Herstellung von Kernbrennstoffpellets und dessen Produkt
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das Keramikgebiet und die Bildung von Sinterkörpern aus teilchenförmigen Oxidmaterialien. Sie ist insbesondere mit einem Verfahren zur Herstellung verfestigter oder verdichteter Einheiten teilchenförmiger Keramikmaterialien befaßt, eingeschlossen das Verdichten oder Pressen solcher Teilchen zu zusammenhängenden und handhabbaren Preßkörpern zum anschließenden Sintern zu integrierten Körpern. Die Erfindung ist insbesondere auf die Herstellung von Kernbrennstoffpellets für Einheiten aus teilchenförmigen Materialien, die Urandioxid enthalten, gerichtet-
Diese Erfindung steht allgemein im Zusammenhang mit den in den DE-OSen 32 46 142 und 32 21 996 beschriebenen Erfindungen. Beide Anmeldungen sind auf die gleiche Inhaberin wie vorliegende Anmeldung übertragen und werden durch
diese Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen.
Spaltbarer Kernbrennstoff umfaßt eine Vielfalt von Zusammensetzungen und Formen spaltbarer Materialien, einschließlich keramische Verbindungen des Urans, Plutoniums und Thoriums. Brennstoffverbindungen für kommerzielle Energieerzeugungsreaktoren umfassen typischerweise Oxide des Urans, Plutoniums und Thoriums und deren Gemische. Der im allgemeinen am meisten geeignete und üblicherweise verwendete Brennstoff für solche kommerzielle Kernreaktoren ist Urandioxid. Solche kommerziellenBrennstoffmaterialien können mit geringeren Mengen anderer Bestandteile kombiniert werden, einschließlich den Neutronenfluß steuernde Zusätze, wie Gadolinium.
Kommerziell erzeugtes Urandioxid ist ein feines, recht poröses Pulver, eine Form, die sich nicht zur Verwendung als Brennstoff in kommerziellen Reaktoren eignet. Eine Reihe von Maßnahmen ist entwickelt und angewandt worden, um pulverförmiges Urandioxid in eine Form zu überführen, die sich zur Verwendung als Brennstoff in energieerzeugenden Kernreaktoren eignet. Eine gewöhnlich angewandte Technik bestand darin, geeignet bemessene Körper aus dem pulverförmigen Urandioxidmaterial bei hohen Temperaturen zu sintern, um starke Diffusionsbindungen zwischen den einzelnen Pulverteilchen zu entwickeln.
Die Sintertechnik erfordert jedoch ein vorläufiges Pressen des losen Pulvers zu einem geformten, sich selbst haltenden Preßkörper aus Teilchen von ausreichender Festigkeit und Einheitlichkeit, um Handhabungs- und Sintermaßnahmen zu überstehen. Der Vorgang des Pressens oder Verdichtens von feinen Teilchen zu einem Körper oder einem zusammenhängenden Preßling mit annehmbar niedrigen Ausschußwerten und mit der Festigkeit und Gleichförmigkeit, späteres Handhaben und Trennen zu überdauern, war Gegenstand beträchtlicher Bemühungen und Untersuchungen in
der KernbrennstoffIndustrie.
Herkömmliche organische oder Kunststoffbinder, die üblicherweise bei der Pulverherstellung verwendet worden sind, wurden bei Kernbrennstoff-Verarbeitungsvorgängen als ungeeignet angesehen. Ein Mitreißen irgendwelcher Bindemittelrückstände, wie Kohlenstoff, in das Kernbrennstoff-Sinterprodukt ist im Reaktorbetrieb unannehmbar. Ferner hemmt die Anwesenheit irgend eines organischen Bindemittels unter den Teilchen die Ausbildung starker Diffusionsbindungen zwischen den Teilchen beim Sintern und beeinträchtigt die Dichte des Sinterprodukts in nachteiliger Weise. Das vollständige Entfernen von Bindemitteln oder deren Zersetzungsprodukten vor dem Sintern ist besonders schwierig und erfordert gewöhnlich einen kostspieligen zusätzlichen Vorgang bei der Brennstoffherstellung.
Folglich bestand eine übliche Methode darin, Urandioxidpulver auf der Gesenkpresse in annähernd bemessene "grüne" (ungebrannte) Preßkörper ohne zu Hilfenahme irgend eines Bindemittels zu formen. Diese Lösung hat jedoch zu sehr kostspielig hohen Ausschußraten und Zurückführung von Ausschußmaterial aufgrund der Schwäche solcher grünen, bindemittelfreien Preßkörper aus Pulver geführt.
Die eigene US-PS 4 061 700, ausgegeben am 6. Dezember 1977, offenbart eine charakteristische Gruppe flüchtiger Bindemittel, die die Produktion von-gesinterten Pellets aus teilchenförmigen Kernbrennstoffmaterialien für Kernreaktoren verbesserte. Die flüchtigen Bindemittel dieses Patents wirken ohne Verunreinigung des anfallenden Brennstoffprodukts und erlauben die Bildung wirksamer Bindungen zwischen gesinterten Teilchen beim Brennen, ohne die gewünschte Porosität des geschmolzenen Pellets in nachteiliger Weise zu beeinträchtigen.
Die Offenbarung der US-PS'en 4 061 700, 3 803 273, 3 923 933 und 3 927 154 der selben Anmelderin wie vorliegende Anmeldung,
die sich auf wesentliche Aspekte dieses Gebiets der Herstellung von Kernbrennstoffpellets aus teilchenförmigem spaltbarem Keramikmaterial für Reaktorbetrieb beziehen, wird durch diese Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung mit einbezogen.
Die Techniken oder Maßnahmen des Standes der Technik, wie in der US-PS 4 061 700 offenbart, lassen, wie gefunden wurde, in manchen Bedingungen und Umständen Wünsche offen. Beispielsweise wurde beobachtet, daß die flüchtigen Bindemittel des vorerwähnten Patents keine einheitlichen Ergebnisse hinsichtlich Pellet-festigkeit und -einheitlichkeit liefern, unabhängig von den Mischbedingungen und Teilcheneigenschaften des Urandioxid-Pulvers. Speziell die Stärke der Bewegung beim Mischen, die relative Feuchtigkeit und Temperatur, die Dauer der Lagerung sowie die Eigenschaften des Urandioxidpulvers, wie Größe, Oberfläche und Feuchtigkeitsgehalt, sind alles Faktoren, die offenbar der Gleichförmigkeit, der von solchen flüchtigen Bindemitteln beigesteuerten physikalischen Attribute abträglich sein können. Diese Mängel treten stärker in Erscheinung, wenn höhere Gesenkpreßgeschwindigkeiten angewandt werden.
Wirksamere und praktische flüchtige Bindersysteme sind auf diesem Gebiet vorgeschlagen worden, um solchen teilchenförmigen Keramikmaterialien für ihre Verfestigung zu zusammenhängenden Preßkörpern verbesserte Plastizität bei einem Minimum an Ausschuß über einen breiten Bereich von Produktionsgeschwindigkeiten zu verleihen, einschließlich Hochgeschwindigkeitspressen mit kontinuierlich arbeitenden Karusselpressen. Beispiele für solche verbesserten flüchtigen Bindemittelsysteme umfassen die Bindemittel des Amintyps der vorerwähnten DE-OSen 32 46 142 und 32 21 996.
Es wurde jedoch gefunden, daß die von solchen Bindemittelsystemen beigesteuerten verbesserten plastischen Eigenschaften nicht anhaltend sein können, indem sie eine Tendenz der Abschwächung über längere Zeitspannen nach ihrem Mischen mit dem Kernbrenn-
stoffmaterial zeigen. So ist es nicht möglich, Formmassen über längere Zeiten zu lagern oder aufzubewahren, die Gemische aus teilchenförmigen Keramikmaterialien und solchen Amin-Bindemitteln umfassen. Dieser Mangel stellt ein Hindernis für die Produktionsplanung und jeglichen Versand, die längere Zeitspannen nach sich ziehen, dar.
Die Erfahrung mit dem flüchtigen Bindemittel des Amin-carbamat-Typs im Gemisch mit Urandioxid-haltigem Kernbrennstoffmaterial zeigt, daß die Berührung mit Feuchtigkeit ein wahrscheinlicher Faktor der Herabsetzung der von solchen Bindemitteln hervorgerufenen anfänglich wirksamen Plastizität ist. Weiter wurde gefunden, daß erhöhte Temperaturen auch die plastischen Eigenschaften dieser Gemische herabsetzen. So neigen Kombinationen von teilchenförmigen keramischen Materialien, die Urandioxid enthalten, und solchen Aminen zum Formen über längere Zeitspannen dazu, ihre Stabilität zu verlieren, indem sie brüchiger und dem raschen Formpressen weniger zuführbar werden, mit dem Ergebnis einer hohen Ausschußrate während dem Formpressen.
Die Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung zusammenhängender Preßkörper aus teilchenförmigen! Keramikmaterial, wobei das Keramikmaterial für das Formpressen über längere Zeitspannen plastischer oder weniger brüchig gemacht und gehalten wird. So hat die Erfindung ein Verfahren zur Folge, das eine Kombination speziell angegebener Bestandteile, die zusammen verwendet werden, einschließlich die wesentliche Kombination zur Schaffung des flüchtigen Bindemittels für das Formpressen, umfaßt.
Hauptziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und flüchtige Bindemittel-Zusammensetzungen zu schaffen, um teilchenförmiges Keramikmaterial über längere Zeitspannen hinweg dem Formpressen zugänglicher zu machen, sowie dessen Produkt. Weiter soll die Erfindung Maßnahmen bzw. Mittel zum überwinden der brüchigen Natur von Keramikteilchen und zur Verleihung solchen
Materialien andauernde Plastizität schaffen, wodurch es unter praktisch allen Verdichtungsbedingungen und mit hohen Geschwindigkeiten bei geringerem und praktizierbarem Ausschuß für längere Zeit formgepreßt werden kann. Ferner soll erfindungsgemäß die Zeit zum Formpressen teilchenförmiger Keramikmaterialien, die flüchtige Bindemittel für Urandioxidpulver und Uranyloxalat-carbonat-Zusammensetzung umfassen, zu zusammenhängenden Preßkörpern ausgedehnt und die plastischen Eigenschaften und die Formbarkeit erhalten werden. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung von Kernbrennstoffpellets zur Verfügung gestellt werden, die Urandioxid aus teilchenförmigen! Keramikmaterial umfassen, worin eine Kombination des teilchenförmigen Keramik-Materials und Bindemittels und deren Eigenschaften stabil sind und die zu einem zusammenhängenden Preßkörper mit hohen Geschwindigkeiten bei minimalen Ausschüssen durch Bruch über lange Zeitspannen hinweg nach dem Zusammenbringen der Bestandteile formgepreßt werden kann. Schließlich soll die Erfindung ein formpreßbares teilchenförmiges Material, das Urandioxid umfaßt, zur Verfügung stellen, das anhaltende Plastizität besitzt und dem Formpressen über längere Zeitspannen hinweg zuführbar ist.
Die Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung spaltbaren Kernbrennstoff-Produkts in Pelletform aus teilchenförmigen! Keramikmaterial unter Verwendung eines flüchtigen Bindemittelsystems, das dann beim Sintervorgang entfernt wird. Es bezieht sich auf das Formpressen von Urandioxidpulver enthaltendem teilchenförmigen! Keramikmaterial, kombiniert mit einer einzigartigen flüchtigen Bindemittelzusammensetzung gemäß der Erfindung zur Bildung zusammenhängender Preßkörper geeigneter Abmessungen und das anschließende Sintern der Preßkörper zur Erzeugung zusammenhängender Körper aus spaltbarem Kernbrennstoff, geeignet zur Verwendung in Kernreaktoren.
Die teilchenförmigen spaltbaren Kernbrennstoffmaterialien zur erfindungsgemäßen Verwendung umfassen verschiedene Ma-
terialien, wie sie als Kernbrennstoffe für Kernreaktoren verwendet werden, darunter Keramikverbindungen, wie Oxide des Urans, Plutoniums und Thoriums. Bevorzugte Brennstoffverbindungen bestehen aus Uranoxid, Plutoniumoxid, Thoriumoxid und deren Gemischen. Das teilchenförmige Kernbrennstoffmaterial kann bei der praktischen Durchführung der Erfindung auch verschiedene Zusätze, wie Materialien mit hoher Neutronenabsorption, darunter Gadolinium, zum Moderieren der Neutronenflußdichten, umfassen.
Flüchtige Bindemittelsysteme, die sich zur Verwendung bei der praktischen Durchführung der Erfindung eignen, umfassen die aminhaltigen Verbindungen, die in den oben genannten DE-OSen 32 46 142 und 32 21 996 offenbart und beansprucht sind. Diese umfassen Aminverbindungen aus der Gruppe der Amincarbonate und Amincarbamate, wie Carbonate oder Carbamate von Ethylendiamin, Monomethylen, 3,3-Diaminodipropylamin, 1,3-Diaminopropan, 1,6-Diaminohexan, n-Butylamin, Diethylentriamin und 1,7-Diaminoheptan.
Erfindungsgemäß werden die obigen aminhaltigen Verbindungen und Ammoniumoxalat dem Urandioxid enthaltenden teilchenförmigen Keramik-Brennstoffmaterial zugesetzt. Die kombinierten Bindemittelbestandteile und das Produkt davon werden dann praktisch gleichförmig in das teilchenförmige Material eingemischt.
Erfindungsgemäß wird das verbesserte flüchtige Bindemittelsystem, das dem Urandioxid umfassenden teilchenförmigen Keramik-Kernbrennstoff material lang anhaltende Plastizität verleiht, das längere Zeit nachteilige Bedingungen überdauert, wie folgt hergestellt.
Ammoniumoxalat, in Wasser von geringer Löslichkeit, wird zusammen mit einer wässrigen Aminlösung Urandioxidpulver zugesetzt. Hydrolyse des Amins erhöht den pH der Lösung, was das
Inlösunggehen des Ammoniumoxalats unter rascher Entwicklung von Ammoniakgas bei erhöhten Temperaturen ermöglicht bzw. erleichtert. So bilden nach einer typischerweise kurzen Zeitspanne ab Zusammenbringen des Ammoniumoxalats und des Amins in wässriger Lösung von z.B. etwa 10 bis 30 min oder langer und bei einer Temperatur von wenigstens etwa 65°C zur Wechselwirkung der das Bindemittel bildenden Bestandteile diese ein Reaktionsprodukt, das ein flüchtiges Bindemittel liefert. Die zusammengebrachten und miteinander umgesetzten Bestandteile einschließlich der gebildeten Bindemittelzusammensetzung werden zur Entfernung überschüssiger Feuchtigkeit durch jede geeignete Maßnahme getrocknet, wie durch Anwendung erhitzten Stickstoffgases mit mäßig auf bis zu etwa 150°C erhöhter Temperatur .
Dieses einzigartige Bindemittelsystem, das ein hohes Maß an Plastizität verleiht, hat sich gegenüber einer Reaktion mit Wasser und somit einer Verschlechterung als stabil und hoch beständig erwiesen. Es hat sich weiter auch bei relativ hohen Temperaturen von bis zu etwa 85 C über längere Zeit hinweg als stabil erwiesen. Bei höheren Temperaturen von etwa 200 C zersetzt es sich in geeigneter Weise zur wirksamen Entfernung in der sich anschließenden Sinterstufe. Folglich wird das erfindungsgemäße einzigartige Bindemittelsystem nicht abgebaut, wenn Gemische mit teilchenförmigen! Kernbrennstoffmaterial gelagert oder anderweitig lange aufbewahrt werden, selbst unter abträglichen Bedingungen hoher Feuchtigkeit und hoher Temperatur.
Anteilmengen solcher Bindemittel-bildenden Bestandteile für die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen umfassen bevorzugt die Verwendung einer oben angegebenen Aminverbindung in Mengen von etwa 0,5 bis etwa 7 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Kernbrennstoffmaterials. Das Ammoniumoxalat ist in Mengen von etwa 0,25 bis etwa 4 Gew.-% Kernbrennstoffmaterials enthalten. Men-
gen solcher Bindemittelbestandteile von mehr als den obigen Höchstmengen liefern im allgemeinen keinen verhältnismäßig angemessenen Vorteil im Bindungsvermögen und können unerwünschte Wirkungen beisteuern, die irgendwelche Vorteile oder die Kosten der Einarbeitung größerer Mengen dieser Bestandteile wettmachen.
Wie vorstehend bemerkt, wird die Aminverbindung in Wasser gelöst, um die Wechselwirkung des weniger löslichen Ammoniumoxalats mit dem Amin zu erleichtern. Amin-Wasser-Lösungen irgend einer praktischen Konzentration zur Erzielung der Wechselwirkung und Zugabe zum teilchenförmigen keramischen Kernbrennstoff können verwendet bzw. angewandt werden. Beispielsweise sind Wasserüberschüsse, die später entfernt werden müssen, nicht zweckdienlich. Doch sind wässrige Lösungen der Aminverbindung von z.B. etwa 40 bis etwa 50 % Feststoffen im allgemeinen geeignet, überschüssiges Wasser wird nach dem Reaktionszeitraum entfernt. Geeignete Maßnahmen zum Entfernen von Wasser umfassen das Durchleiten von Stickstoffgas bei einer Temperatur von bis zu etwa 150°C durch das teilchenförmige Gemisch der Bestandteile und ihres Reaktionsprodukts für eine typische Zeitspanne von etwa 20 bis etwa 60 min oder länger, wenn angebracht.
Ein aus den vorstehend genannten Ammoniumoxalat und Amin-Verbindung in Lösung gemäß dieser Erfindung hergestelltes Bindemittelsystem wird gleichförmig mit dem teilchenförmigen, keramisches Dioxid enthaltenden keramischen Kernbrennstoffmaterial gemischt und das anfallende Gemisch danach zu einem zusammenhängenden Preßkörper geeigneter Abmessungen nach den Arbeitsweisen und Maßnahmen des Fachgebiets verdichtet. Das erfindungsgemäße Verfahren verleiht der Mischung aus flüchtigem Bindemittel und teilchenförmigen* Brennstoffmaterial ein hohes Maß an Plastizität und ermöglicht dessen sofortige Verwendung oder lange verzögerte Verwendung, wie sie sich z.B. aus längerer Lagerung oder Verschiffung ergibt. Ferner ist die der Erfindung zuzuschreibende anhaltende Plastizität angemessen
für die wirksame Verwendung der Mischungen in kontinuierlich produzierenden Hochgeschwindigkeits-Karusselpressenund bei lange nach der Herstellung der Mischung zur Bereitstellung ungebrannter zusammenhängender Preßkörper vollzogenen Vorgängen.
Die so gebildeten "grünen" (ungebrannten) zusammenhängenden Preßkörper werden dann nach den Praktiken und Arbeitsweisen des Fachgebiets gesintert, um Bindemittelmaterial auszutreiben und die Keramikteilchen zu einem gleichförmigen und durchgehenden Körper zu integrieren. Das Sinterprodukt, typischerweise in Form eines Pellets, wird danach auf vorgegebene Abmessungen für den vorgesehenen Betrieb zerkleinert.
Das Mischen des zugesetzten Bindemittels kann mit jeder geeigneten "Trocken"-Mischvorrichtung erfolgen, einschließlich wenig scherenden Mischern, wie Fließbett-, Scheiben- oder Rippenmischern, und stark scherenden oder Intensivmischern, wie Schüttelmühlen, Kugelmühlen und Schleudermühlen.
Eine bevorzugte Mischvorrichtung umfaßt Schüttelmühlen des auf den Seiten 8-29 bis 8-30 des Chemical Engineering Handbook, Perry and Chilton, 5. Auflage, McGraw-Hill Book Co., beschriebenen Typs.
Ein Beispiel einer bevorzugten Arbeitsweise für die praktische Durchführung der Erfindung und das flüchtige Bindemittelprodukt ist wie folgt:
Eine Charge angereicherten Urandioxidpulvers, auf praktisch gleichförmige Teilchengröße granuliert, wird' in eine Schüttelmühle (Sweco Inc. Vibro-Energy mill) zum Mischen mit den das Bindemittel bildenden Bestandteilen gebracht. Festes Ammoniumoxalat in Pulverform wird dem Urandioxid in einer Menge von etwa 0,8 %, bezogen auf das Gewicht des Urandioxids, zugesetzt. Eine wässrige Lösung von etwa 48 Gew.-% Ethylendiamincarbamat wird dem Urandioxid auch in einer Menge zugesetzt, die etwa
1,63 Gew.-% Wasser und etwa 1,5 Gew.-% festes Ethylendiamincarbamat, bezogen auf das Gewicht des Urandioxids, liefert. Das Verhältnis von Ammoniumoxalat zu Amincarbamat ist etwa 1 bis 1,9 Gewichtsteile. Die zusammengebrachten Bestandteile werden in der Schüttelmühle geeignet lange, etwa 25 min, bei einer Temperatur von wenigstens 65°C vermischt, um für deren Wechselwirkung und die Bildung eines wirksamen flüchtigen Bin demittels, Uranyloxalat-carbonat umfassend, zu sorgen.
Die zusammengebrachten und miteinander in Wechselwirkung versetzten Bestandteile werden getrocknet, und während der Wechselwirkung gebildetes Ammoniakgas wird aus der kombinierten Masse der Bestandteile unter Anwendung eines erhitzenden gasförmigen Mediums bei einer Temperatur von nicht mehr als etwa 150°C ausgetrieben.
Das Produkt der Wechselwirkung dieser Bestandteile, wie oben angegeben, wurde als Uranyloxalat-carbonat der Formel
/UO2 (CO3) (C2O4) * 2H2O_7 · 2H2O
identifiziert. Eine chemische Analyse der beiden Bindemittelpräparate gemäß der obigen Arbeitsweise und die Bestandteile sind wie folgt:
Ansatz 1 Ansatz 2
H2O, ppm . 4958,0 5433,0
C2O4 = (Oxalat) 0,416 % 0,411 %
CO2 (Carbonat) 0,270 % 0,288 %
U (U+6) 1,46 % 1,42 %
Die Molverhältnisse wurden bestimmt zu U::C2O4=: :C03=: :H20
Ansatz 1 Ansatz 2 1::O,77::1::3,4 1::O,78::1,1::3,9
IR-Messungen bestätigen die obige Zusammensetzung.

Claims (25)

Dr. Horst Schüler PATENTANWALT EUROPEAN PATENTATTORNEY 6CGQ"Fränkfurt/-Mäin 3 Q/ 9RR7 Kaiserstrasse 41 OkAO Ό I(0611) 235555Telefon04-16759 mapat dTelex -mainpatent frankfurtTelegramm(0611) 251615Telekopierer(CClTT Gruppe 2 und 3)225/0389 Deutsche Bank AGBankkonto282420-602 Frankfurt/M.Postscheckkonto Ihr Zeichen/Your ref. : Unser Zeichen/Ourref.: 9354 . 9-24NF-O466 1 Datum/Date : 18. Juli 19 84 Pr./Dr.Sb./he. General Electric Company 1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A. Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung zusammenhängender Preßkörper aus teilchenförmigen! keramischem Kernbrennstoff, das dem teilchenförmigen Keramikmaterial für verlängerte Verarbeitung anhaltende Plastizität verleiht, gekennzeichnet durch
a) Zugabe eines flüchtigen Bindemittels, umfassend eine Kombination eines Amins und von Ammoniumoxalat, zu einem teilchenförmigen/ ürandioxid aufweisenden Kernbrennstoffmaterial und Einmischen des Bindemittel-Bestandteils und
b) Pressen der anfallenden, das teilchenförmige Brennstoffmaterial und das Bindemittel umfassenden Mischung zu einem zusammenhängenden Preßkörper.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Amin in wässriger Lösung verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich-
net, daß ein Amincarbamat umfassendes Amin verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ethylendiamincarbamat umfassendes Amin verwendet wird.
5. Verfahren zur Herstellung zusammenhängender Preßkörper aus teilchenförmigen! keramischem Kernbrennstoff, das dem teilchenförmigen Keramikmaterial für längere Verarbeitung anhaltende Plastizität verleiht, gekennzeichnet durch
a) Zugabe eines flüchtigen Bindemittels, das eine Kombination von wenigstens einem Amin, ausgewählt unter Amincarbonaten und Amincarbamaten, mit Ammoniumoxalat umfaßt, zu teilchenförmigen!, Urandioxid aufweisendem Kernbrennstoffmaterial und Einmischen des Bindemittelbestandteils und
b) Pressender das teilchenförmige Brennstoffmaterial und Bindemittel umfassenden anfallenden Mischung zu einem zusammenhängenden Preßkörper.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Amin in wässriger Lösung verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Ethylendiamincarbamat umfassendes Amin verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein flüchtiges Bindemittel, das eine Kombination von etwa 0,5 bis etwa 7 Gew.-% Amin und etwa 0,25 bis etwa 4 Gew.-% Ammoniumoxalat, bezogen auf das Gewicht des teilchenförmigen Kernbrennstoffmaterials, umfaßt, verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Amin- und Ammoniumoxalat-Bestandteile des flüchtigen Binde-
mittels vor dem Zusatz zu dem teilchenförmigen Kernbrennstoffmaterial zusammengebracht werden.
10. Verfahren zur Herstellung zusammenhängender Preßkörper aus teilchenförmigen! keramischem Kernbrennstoff, das dem teilchenförmigen Keramikmaterial für längere Verarbeitung anhaltende Plastizität verleiht, gekennzeichnet durch
a) Zugabe eines flüchtigen Bindemittels, das eine Kombination aus Ethylendiamincarbamat und Ammoniumoxalat umfaßt, zu teilchenförmigen!, Urandioxid aufweisendem Kernbrennstoffmaterial und Einmischen des Bindemittelbestandteils und
b) Pressen der das teilchenförmige Brennstoffmaterial und Bindemittel aufweisenden anfallenden Mischung zu einem zusammenhängenden Preßkörper.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ethylendiamincarbamat in wässriger Lösung verwendet und das Ammoniumoxalat als pulverförmiger Feststoff zugesetzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ethylendiamincarbamat in wässriger Lösung verwendet und das Ammoniumoxalat in der wässrigen Lösung des Ethylendiamincarbamats dispergiert wird, bevor es dem teilchenförmigen Kernbrennstoff material zugesetzt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein flüchtiges Bindemittel, das eine Kombination von etwa 0,5 bis etwa 7 Gew.-% Ethylendiamincarbamat und etwa 0,25 bis etwa 4 Gew.-% Ammoniumoxalat, bezogen auf das Gewicht des teilchenförmigen Kernbrennstoffmaterials, umfaßt, verwendet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein flüchtiges Bindemittel, das eine Kombination von etwa 1,5 Gew.-% Ethylendiamincarbamat und etwa 0,8 Gew.-% Ammoniumoxalat, bezogen auf das Gewicht des teilchenförmigen Kernbrennstoffmaterials, umfaßt, verwendet wird.
15. Verfahren zur Herstellung zusammenhängender Preßkörper aus teilchenförmigen! keramischem Kernbrennstoff, das dem teilchenförmigen Keramikmaterial für längere Verarbeitung anhaltende Plastizität verleiht, gekennzeichnet durch
a) Zubereiten eines flüchtigen Bindemittels für teilchenförmiges Kernbrennstoffmaterial durch Zusatz von Ammoniumoxalat und einer wässrigen Lösung von Ethylendiamincarbonat in ungefähren Verhältnissen von etwa einem Gewichtsteil Ammoniumoxalat zu etwa 1,9 Gewichtsteilen Ethylendiamincarbamat zum teilchenförmigen keramischen Kernbrennstoff und
b) Mischen der zugesetzten Bestandteile mit dem teilchenförmigen Kernbrennstoff bei einer Temperatur über etwa 65 C zur Wechselwirkung der Bestandteile und Bildung eines Bindemittels für den teilchenförmigen Kernbrennstoff.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung des teilchenförmigen Kernbrennstoffmaterials, das Urandioxid-Bindemittel umfaßt, zu einem zusammenhängenden Preßkörper gepreßt wird.
17. Formpreßbares Teilchengemisch, enthaltend teilchenförmiges keramisches Kernbrennstoffmaterial, umfassend die Kombination aus teilchenförmigen! keramischem, Urandioxid einschließendem Kernbrennstoffmaterial und einem flüchtigen Bindemittel aus dem Wechselwirkungsprodukt von Ammoniumoxalat und einem Anin in wässriger Lösung mit dem keramischen, Urandioxid ent-
haltenden Kernbrennstoffmaterial.
18. Formpreßbares Teilchengemisch nach Anspruch 17, das zu zusammenhängenden Preßkörpern gepreßt worden ist.
19. Formpreßbares Teilchengemisch nach Anspruch 17, dessen Amin unter wenigstens einem Amin aus der Gruppe der Amincarbonate und Amincarbamate ausgewählt ist.
20. Formpreßbares Teilchengemisch, enthaltend teilchenförmiges keramisches Kernbrennstoffmaterial, die Kombination aus teilchenförmigen! keramischem Kernbrennstoffmaterial einschließlich Urandioxid und ein flüchtiges Bindemittel aus dem Wechselwirkungsprodukt von Ammoniumoxalat und Ethylendiamincarbonat in wässriger Lösung mit dem Urandioxid umfassend.
21. Formpreßbares Teilchengemisch nach Anspruch 20, dessen flüchtiges Bindemittel aus dem Wechselwirkungsprodukt von etwa 0,25 bis etwa 4 Gew.-% Ammoniumoxalat mit etwa 0,5 bis etwa 7 Gew.-% Ethylendiamincarbonat, bezogen auf das Gewicht des teilchenförmigen keramischen Kernbrennstoffmaterials, zusammengesetzt ist.
22. Uranyloxalat-carbonat mit verbessertem Bindungsvermögen für teilchenförmigen keramischen Kernbrennstoff der Formel
/UO2 (CO3) (C2O4) * 2H2O7 · 2H2O.
23. Uranyloxalat-carbonat mit verbessertem Bindungsvermögen für teilchenförmigen keramischen Kernbrennstoff, enthaltend Uranoxid, umfassend das Produkt der Wechselwirkung von Ammoniumoxalat und wenigstens einem Amin aus der Gruppe der Amincarbonate und Amincarbamate mit Urandioxid der Formel
/UO2 (CO3) (C2O4) - 2H2O_7· 2H2O.
24. Uranyloxalat-carbonat mit verbessertem Bindungsvermögen für teilchenförmigen keramischen Kernbrennstoff, enthaltend Uranoxid, umfassend das Produkt der Wechselwirkung von Ammoniumoxalat und einer wässrigen Lösung von Ethylendiamincarbamat mit Urandioxid der Formel
/UO2 (CO3) (C2O4) * 2H2Q/ · 2H2O.
25. Verfahren zur Herstellung zusammenhängender Preßkörper aus teilchenförmigen! keramischem Kernbrennstoff, das dem teilchenförmigen Keramikmaterial für längere Verarbeitung anhaltende Plastizität verleiht, gekennzeichnet durch
a) Herstellen eines flüchtigen Bindemittels für teilchenförmiges Kernbrennstoffmaterial durch Zusatz von Ammoniumoxalat und einer wässrigen Lösung von Ethylendiamincarbamat in ungefähren Verhältnissen von etwa einem Gewichtsteil des Ammoniumoxalats zu etwa 1,9 Gewichtsteilen des Ethylendiamincarbamats zu teilchenförmigen! keramischem Kernbrennstoff,
b) Mischen der zugesetzten Bestandteile mit dem teilchenförmigen Kernbrennstoff bei einer Temperatur über etwa 65 C zur Wechselwirkung der Bestandteile und Bildung eines Bindemittels für den teilchenförmigen Kernbrennstoff und
c) Trocknen der kombinierten und in Wechselwirkung gebrachten Bestandteile und Entfernen von Wasser und Ammoniakgas aus der kombinierten Masse durch Anwenden eines erhitzten Gases, dessen Temperatur nicht über 1500C ist.
DE3426573A 1983-07-27 1984-07-19 Verbessertes verfahren und bindemittel fuer die herstellung von kernbrennstoffpellets und dessen produkt Granted DE3426573A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3612163A1 (de) * 1985-06-17 1986-12-18 General Electric Co., Schenectady, N.Y. Formpressbare teilchenfoermige mischung, enthaltend teilchenfoermiges keramisches kernbrennstoff-material und verfahren zur herstellung von haltbaren kohaerenten presslingen daraus

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3803273A (en) * 1971-08-27 1974-04-09 Gen Electric Ceramic fuel fabrication process providing controlled density and grain size
US3923933A (en) * 1968-10-29 1975-12-02 Gen Electric Process for preparing sintered uranium dioxide grains
US3927154A (en) * 1968-08-05 1975-12-16 Gen Electric Process for preparing sintered uranium dioxide nuclear fuel
US4061700A (en) * 1975-09-10 1977-12-06 General Electric Company Fugitive binder for nuclear fuel materials
FR2474021A1 (fr) * 1980-01-21 1981-07-24 Gen Electric Procede de fabrication de pastilles de combustible nucleaire et pastilles obtenues
DE3221996A1 (de) * 1981-06-15 1983-02-03 General Electric Co., Schenectady, N.Y. Fluechtigen binder enthaltendes kernbrennmaterial und verfahren zu seiner herstellung
DE3246142A1 (de) * 1981-12-17 1983-06-30 General Electric Co., Schenectady, N.Y. Verfahren zum herstellen eines kernbrennstoff-materials unter verwendung eines fluechtigen binders

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3927154A (en) * 1968-08-05 1975-12-16 Gen Electric Process for preparing sintered uranium dioxide nuclear fuel
US3923933A (en) * 1968-10-29 1975-12-02 Gen Electric Process for preparing sintered uranium dioxide grains
US3803273A (en) * 1971-08-27 1974-04-09 Gen Electric Ceramic fuel fabrication process providing controlled density and grain size
US4061700A (en) * 1975-09-10 1977-12-06 General Electric Company Fugitive binder for nuclear fuel materials
FR2474021A1 (fr) * 1980-01-21 1981-07-24 Gen Electric Procede de fabrication de pastilles de combustible nucleaire et pastilles obtenues
DE3221996A1 (de) * 1981-06-15 1983-02-03 General Electric Co., Schenectady, N.Y. Fluechtigen binder enthaltendes kernbrennmaterial und verfahren zu seiner herstellung
DE3246142A1 (de) * 1981-12-17 1983-06-30 General Electric Co., Schenectady, N.Y. Verfahren zum herstellen eines kernbrennstoff-materials unter verwendung eines fluechtigen binders

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3612163A1 (de) * 1985-06-17 1986-12-18 General Electric Co., Schenectady, N.Y. Formpressbare teilchenfoermige mischung, enthaltend teilchenfoermiges keramisches kernbrennstoff-material und verfahren zur herstellung von haltbaren kohaerenten presslingen daraus

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