Influence of the heating method on the particle characteristics of copper oxide powders synthesized from copper nitrate aqueous solutions

硝酸銅水溶液から合成された酸化銅粉末特性における加熱法の影響

瀬川 智臣 ; 深澤 智典*; Huang, A.-N.*; 山田 美一 ; 鈴木 政浩 ; 福井 国博*

Segawa, Tomoomi; Fukasawa, Tomonori*; Huang, A.-N.*; Yamada, Yoshikazu; Suzuki, Masahiro; Fukui, Kunihiro*

使用済み燃料の再処理工程において、マイクロ波加熱直接脱硝法による硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液から混合酸化物粉末(MOX原料粉末)への転換が行われている。金属硝酸塩水溶液の脱硝により生成される酸化物粉末の形態に対する加熱法の影響を明らかにするため、脱硝によりCu(NO)・3HO水溶液から生成された酸化銅粉末の形態に対する加熱法の影響について研究を行った。得られた粉末の中位径は加熱法に関らず、加熱速度が増加するにつれて減少することが明らかとなった。マイクロ波加熱法は顕著に粒子径が減少し、粒子の形状及び表面の不規則性が増大した。一方、マイクロ波と電気ヒータのハイブリッド加熱法では、最も表面が滑らかで球形の粒子が得られた。また、ハイブリッド加熱法では、マイクロ波加熱よりもシャープな粒子径分布を得られることが明らかとなった。数値シミュレーションにより、ハイブリッド加熱法では、より低いマイクロ波出力で全体を均一に加熱できることが明らかとなった。さらに、加熱法に起因する粉末の形態特性に対し、シミュレーションによるバルクの温度分布とマイクロ波照射により誘起されるCuO粒子で局所的に発生するホットスポットの相違に基づく考察を行った。

The influence of the heating method and rate on the morphology of CuO powders synthesized from Cu(NO)3HO aqueous solutions by denitration was investigated. The median diameter of the obtained powder was found to decrease as the heating rate increased, independent of the heating method. The microwave heating method remarkably reduced the particle size and enhanced the irregularity and disorder of the shape and surface of the particles, which were found to be more widely distributed. In contrast, the microwave hybrid heating method yielded the most spherical particles with the smoothest surface. It was also found that this heating method sharpened the particle size distribution and had higher energy efficiency than the MW method. Numerical simulations also indicated a difference in the energy efficiency between these two methods. The simulations also revealed that the hybrid method could heat the whole reactor more uniformly with a lower microwave output.