Small scale engineering experiments on tumbling granulation method using water for MOX pellet production

MOXペレット製造用の水を使用する撹拌造粒法の小規模工学試験

加藤 良幸 ; 高橋 直樹 ; 森田 稔; 吉元 勝起; 古屋 廣高

Kato, Yoshiyuki; Takahashi, Naoki; Morita, Minoru; Yoshimoto, Katsunobu; Furuya, Hirotaka

LWR及びFBRの酸化物燃料製造工程では、ペレット成型前に粉末を造粒する。通常はステアリン酸亜鉛などの有機物粉末を造粒助材として混ぜる。この助材は予焼工程で分解除去されるが、分解残やその分解生成物が焼結炉内に付着して炉の伝熱性能劣化や配管閉塞を引き起こす可能性があるため、頻繁に掃除が必要となり結果的に操業費の上昇を招く。有機物助材に代えて水を用いるならば、乾燥するだけで大部分を除去でき、予焼工程を削除することができるとともに助剤の残余に伴う問題も解決できる。そこで本試験では、造粒物に十分な流動性を与えるための水分添加率等の造粒条件を検討した。5Lの造粒装置に1バッチ600gのMH法で調製したUO及びMOX粉末 を投入し、撹拌羽根により粉末と水を均一に混ぜ、適度に圧縮しつつ造粒を行った。粉末に対する水の割合は13から15wt%とした。流動性はASTMに準拠したパウダテスタにより測定した。試験を通して、MOX粉末を造粒するための造粒条件と得られる紛体の物性の関係を評価した結果、造粒条件幅は狭いが、水分添加率13wt%において、平均粒子径120から140ミクロン、流動性指数73から77の良好な造粒物が得られることがわかった。

In the fabrication process of oxide fuels for LWRs and FBRs, organic powder is usually mixed as a binder to granulate in prior to pellet pressing. This powder is removed during preliminary heating, however the residue and its decomposed material contaminates inside of the furnace and causes frequent cleaning which results in higher operational cost. If water is used instead of the organic powder, the preliminary heating process is skipped and the new process is free from the residue. This is one of the key benefits of the simplified pelletizing method to where we are advancing. Uranium oxide and uranium plutonium mixed oxide were prepared by the microwave heating method. Tests were carried out using a stirring blade which compresses moderately the powder and mixes the powder and water uniformly. In conclusion, the granule 120 to 140 micron in major diameter and 73 to 77 in flow ability was obtained with water addition rate of 13 wt%, despite the narrow range of operating conditions.