[发明专利]一种核反应堆燃料元件用天然石墨粉及其制备方法

说明书

本发明实施例涉及核燃料领域，具体涉及一种核反应堆燃料元件用天然石墨粉及其制备方法。本发明实施例提供的核反应堆燃料元件用天然石墨粉的制备方法包括下述步骤：将天然石墨通过加料设备加入至机械粉碎设备中进行粉碎；在引风机的作用下，粉碎后的粉体从机械粉碎设备进入第一分级机，依次经过第一分级机和第二分级机进行两级分级处理，得天然石墨粉中间产品；高温提纯，得天然石墨粉。本发明提供的核反应堆燃料元件用天然石墨粉的制备方法，先粉碎、两级分级，再高温提纯，简化了工艺流程，在控制产品杂质含量的同时提高了成品收率，降低了成本，有利于未来核反应堆燃料元件用天然石墨粉的商业化和规模化生产。

技术领域

本发明涉及核燃料领域，具体涉及一种核反应堆燃料元件用天然石墨粉及其制备方法。

背景技术

弥散型燃料是区别于传统芯块-包壳结构之外的一大类燃料类型，其最大的特点是由颗粒状燃料均匀弥散在非裂变的基体相材料中所构成的一种混合物燃料。弥散型燃料的结构和成分具有很强的可设计性，可满足不同类型的核能系统。高温气冷堆球形燃料元件就是一种典型的弥散型燃料，其基体相为基体石墨，由71wt％的天然石墨粉、18wt％的人造石墨粉和11wt％的酚醛树脂炭组成，该燃料元件未来还有望在熔盐堆、气冷微堆、空间堆等先进堆型中获得应用。实现基体石墨中占比超过七成的天然石墨粉的稳定而又经济的可控制备，对于未来实现燃料元件的规模化和商业化生产及其先进核反应堆中的应用至关重要。

在现有的球形燃料元件用天然石墨粉制备工艺中，主要采用先高温卤素提纯再粉碎、分级和整形的工艺流程，该制备工艺易于控制所制备的天然石墨粉的粒度分布及比表面积等重要性能指标，但是纯化后天然鳞片石墨在后续的粉碎和整形过程中，容易在天然石墨粉中引入杂质元素，导致杂质元素超标。从核反应堆的设计要求出发，对于核燃料的杂质元素含量有着严格要求，这主要是因为一旦杂质元素超标，会严重影响核反应堆的中子经济性，部分杂质元素在反应堆中被辐照活化后，会使得乏燃料的放射性超标，存在严重的放射性安全隐患。因此，粉碎整形后天然石墨粉的杂质元素一旦超标，将成为不合格品全部报废。

此外，纯化后的天然鳞片石墨经过粉碎、分级、整形和再分级等多道工序，成品收率仅为50％左右，收率较低，接近一半的纯化后天然石墨无法利用，使得生产成本升高。

因此，当前的天然石墨粉生产工艺存在流程复杂、收率较低、生产成本高和生产过程中易引入杂质元素导致天然石墨粉出现不合格等问题，须对现有核反应堆燃料元件用天然石墨粉的生产工艺进行改进和优化。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

发明目的

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种核反应堆燃料元件用天然石墨粉及其制备方法。本发明提供的核反应堆燃料元件用天然石墨粉的制备方法，采用机械粉碎结合两级分级的方法，制得了粒度分布和比表面积可控的天然石墨粉，再利用高温和卤素对天然石墨粉进行提纯处理；通过该方法制备得到的天然石墨粉各项技术指标均满足技术要求，采用制得的天然石墨粉作为原材料制备燃料元件，燃料元件的各项性能指标均可满足设计要求；简化了工艺流程，在控制产品杂质含量的同时提高成品收率，降低成本，有利于未来核反应堆燃料元件用天然石墨粉的商业化和规模化生产。

解决方案

为实现本发明目的，本发明实施例提供了一种核反应堆燃料元件用天然石墨粉的制备方法，所述制备方法包括下述步骤：

将天然石墨通过加料设备加入至机械粉碎设备中进行粉碎；

在引风机的作用下，粉碎后的粉体从机械粉碎设备进入第一分级机，依次经过第一分级机和第二分级机进行两级分级处理，得天然石墨粉中间产品；