一种利用共晶盐助熔剂制备二氧化铀单晶的方法

技术领域

本发明属于核燃料制备领域以及晶体制备技术领域，涉及一种利用共晶盐助熔剂制备二氧化铀单晶的方法。

背景技术

UO

在自然环境中，UO

迄今为止，UO

现阶段，对于UO

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种利用共晶盐助熔剂制备二氧化铀单晶的方法，实现了在1000℃以下以U

本发明的一个目的通过以下技术方案来实现：

一种利用共晶盐助熔剂制备二氧化铀单晶的方法，包括以下步骤：

S1、将U

S2、然后将Ag坩埚置于陶瓷坩埚中，在惰性气氛中，进行热处理，随后进行冷却处理至室温，清洗得UO

CsCl-CsF共晶盐作为助熔剂，其共熔点较低，将U

在本文中，惰性气氛包括氮气气氛、氩气气氛中的一种或两种。

优选地，所述U

S1a、将三碳酸铀酰铵(NH

S1b、检测上述制备得到的U

进一步优选，所述U

S1a、将三碳酸铀酰铵(NH

S1b、检测上述制备得到的U

S1c、将纯相的U

S1d、再重复步骤S1c 0～3次。

将纯相的U

在上述U

在上述U

本文中的陶瓷坩埚可列举为Al

优选地，CsCl-CsF共晶盐由CsCl和CsF混合研磨形成，所述CsCl-CsF共晶盐中，CsF的摩尔占比为35～60％。进一步优选，CsF的摩尔占比为40～55％。

优选地，CsCl-CsF共晶盐与U

优选地，步骤S2的热处理温度为800～950℃，进一步优选为820～900℃，热处理时间为15～30h，进一步优选为20～28h。

优选地，以200～400℃/h的速率升温至热处理温度。

优选地，步骤S2的冷却处理包括：以2～8℃/h的速率降温。通过缓慢冷却法，使反应完成的生成物熔融态达到过饱和，驱动晶体生长。

进一步优选，步骤S2的冷却处理包括：以2～8℃/h的速率降温至300～650℃，然后停止温控，自然冷却至室温。进一步优选，步骤S2的冷却处理包括：以2～8℃/h的速率降温至300～500℃，然后停止温控，自然冷却至室温。以缓慢的降温速率降温至300～500℃时停止程序控温设置，再自然冷却，有利于制备出相纯的UO

本发明的另一个目的通过以下技术方案来实现：

一种UO

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明以U

2、本发明采用的CsCl-CsF共晶盐助熔剂不会与UO

3、本发明纯相的U

4、本发明以缓慢的降温速率降温，驱动晶体生长，同时温控降温优选至300～500℃，有利于制备出相纯的UO

5、本发明制备得到结构有序排列的UO

6、本发明直接通过U

附图说明

图1为本发明实施例1制备的U

图2为本发明实施例1制备的单晶UO

图3为本发明实施例1-3、5以及对比例1制备的UO

图4为本发明实施例1制备的UO

图5为本发明实施例1制备的UO

具体实施方式

下面通过具体实施例和附图，对本发明的技术方案作进一步描述说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于帮助理解本发明，不用于本发明的具体限制。且本文中所使用的附图，仅仅是为了更好地说明本发明所公开内容，对保护范围并不具有限制作用。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。

实施例1

(1)制备反应物U

1.称取1.0g的UO

2.通过粉末衍射法(PXRD)得到U

(2)生长UO

1.在充满Ar气的手套箱里，先称取0.1052g步骤(1)得到的U

2.称取3.1g CsCl-CsF共晶盐(CsCl-CsF共晶盐的制备方法为：称取CsCl和CsF，使得CsF的摩尔比为45％，称取后放入研钵中研磨)充分混合研磨后，将混合共晶盐和U

3.将Ag坩埚的银盖盖上，然后将Ag坩埚置于Al

4.以300℃/h的升温速率将混合物从25℃升至900℃，在900℃保持温度反应24h；

5.然后以3℃/h的降温速率降温至400℃时停止程序控温设置，自然冷却至室温，经过进一步清洗处理得到深红棕偏黑色的UO

实施例2

(1)制备反应物U

1.称取1.0g的UO

2.通过粉末衍射法(PXRD)证实反应生成的U

(2)生长UO

生长UO

实施例2制备得到的UO

对比实施例1和实施例2可知，由重复高温处理1次的U

实施例3

(1)制备反应物U

制备U

(2)生长UO

1.在充满Ar气的手套箱里，先称取0.1052g步骤(1)得到的U

2.称取3.1g CsCl-CsF共晶盐(其中CsF摩尔比为45％)充分混合研磨后，将混合共晶盐和U

3.将Ag坩埚的银盖盖上，然后将Ag坩埚置于Al

4.以300℃/h的升温速率将混合物从25℃升至900℃，在900℃保持温度反应24h；

5.然后以3℃/h的降温速率降温至550℃时停止程序控温设置，自然冷却至室温，经过进一步清洗处理得到包含较多杂质的深红棕偏黑色的UO

实施例4

(1)制备反应物U

制备U

(2)生长UO

1.在充满Ar气的手套箱里，先称取0.1052g步骤(1)得到的U

2.称取3.1g CsCl-CsF共晶盐(其中CsF摩尔比为45％)充分混合研磨后，将混合共晶盐和U

3.将Ag坩埚的银盖盖上，然后将Ag坩埚置于Al

4.以300℃/h的升温速率将混合物从25℃升至900℃，在900℃保持温度反应24h；

5.然后以3℃/h的降温速率降温至650℃时停止程序控温设置，自然冷却至室温，经过进一步清洗处理得到包含较多杂质的深红棕偏黑色的UO

对比实施例1、3、4可知，程序控温将温度降低至400℃、550℃以及650℃可以制备得到UO

实施例5

(1)制备反应物U

制备U

(2)生长UO

1.在充满Ar气的手套箱里，先称取0.1052g步骤(1)得到的U

2.称取3.1g CsCl-CsF共晶盐(其中CsF摩尔比为50％)充分混合研磨后，将混合共晶盐和U

3.将Ag坩埚的银盖盖上，然后将Ag坩埚置于Al

4.以300℃/h的升温速率将混合物从25℃升至900℃，在900℃保持温度反应24h；

5.然后以3℃/h的降温速率降温至400℃时停止程序控温设置，自然冷却至室温，经过进一步清洗处理得到深红棕偏黑色的UO

实施例6

(1)制备反应物U

制备U

(2)生长UO

1.在充满Ar气的手套箱里，先称取0.1052g步骤(1)得到的U

2.称取3.1g CsCl-CsF共晶盐(其中CsF摩尔比为55％)充分混合研磨后，将混合共晶盐和U

3.将Ag坩埚的银盖盖上，然后将Ag坩埚置于Al

4.以300℃/h的升温速率将混合物从25℃升至900℃，在900℃保持温度反应24h；

5.然后以3℃/h的降温速率降温至400℃时停止程序控温设置，自然冷却至室温，经过进一步清洗处理得到深红棕偏黑色的UO

对比实施例1、5、6，改变共晶盐助熔剂中CsCl和CsF的比例，其中CsF的摩尔比分别为45％、50％、55％，其制备得到的UO

实施例7

(1)制备反应物U

1.称取2.0g的UO

2.通过粉末衍射法(PXRD)证实反应生成的U

(2)生长UO

1.在充满Ar气的手套箱里，先称取0.25g步骤(1)得到的U

2.称取6.3g CsCl-CsF共晶盐(其中CsF摩尔比为42％)充分混合研磨后，将混合共晶盐和U

3.将Ag坩埚的银盖盖上，然后将Ag坩埚置于Al

4.以350℃/h的升温速率将混合物从25℃升至850℃，在850℃保持温度反应26h；

5.然后以4℃/h的降温速率降温至380℃时停止程序控温设置，自然冷却至室温，经过进一步清洗处理得到深红棕偏黑色的UO

实施例9

(1)制备反应物U

1.称取2.0g的UO

2.通过粉末衍射法(PXRD)证实反应生成的U

(2)生长UO

1.在充满Ar气的手套箱里，先称取0.3g步骤(1)得到的U

2.称取6.8g CsCl-CsF共晶盐(其中CsF摩尔比为40％)充分混合研磨后，将混合共晶盐和U

3.将Ag坩埚的银盖盖上，然后将Ag坩埚置于Al

4.以250℃/h的升温速率将混合物从25℃升至880℃，在880℃保持温度反应22h；

5.然后以5℃/h的降温速率降温至420℃时停止程序控温设置，自然冷却至室温，经过进一步清洗处理得到深红棕偏黑色的UO

对比例1

(1)制备反应物U

制备U

(2)生长UO

1.在充满Ar气的手套箱里，先称取0.1052g步骤(1)得到的U

2.将Ag坩埚的银盖盖上，然后将Ag坩埚置于Al

3.以300℃/h的升温速率将混合物从25℃升至900℃，在900℃保持温度反应24h；

4.然后以3℃/h的降温速率降温至400℃时停止程序控温设置，自然冷却至室温，经过进一步清洗处理得到深棕偏黑色的二氧化铀粉末，其体视显微镜粉末照片见附图3-5。

对比实施例1和对比例1可知，不加入助熔剂的U

对比例2

(1)制备反应物U

制备U

(2)生长UO

1.在充满Ar气的手套箱里，先称取0.1052g步骤(1)得到的U

2.称取3.1g CsCl-CsF共晶盐(其中CsF摩尔比为45％)充分混合研磨后，将混合共晶盐和U

3.以300℃/h的升温速率将混合物从25℃升至900℃，在900℃保持温度反应24h；

4.然后以3℃/h的降温速率降温至400℃时停止程序控温设置，自然冷却至室温，经过进一步清洗处理得到深绿偏黑色的U

对比实施例1和对比例2可知，没有用到银坩埚的反应由于缺少还原剂，U

本发明的各方面、实施例、特征应视为在所有方面为说明性的且不限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。

在本发明的制备方法中，各步骤的次序并不限于所列举的次序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。

最后应说明的是，本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明作举例说明，而并非对本发明的实施方式进行限定。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，这里无需也无法对所有的实施方式予以全例。而这些属于本发明的实质精神所引申出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。