核燃料循环
核燃料循环技术的原理和应用
核燃料循环技术的原理和应用1. 引言核能作为一种清洁、高效、可持续的能源形式，已经在全球范围内得到广泛应用。
核燃料循环技术是核能发展中的重要一环，它能够有效利用核燃料，减少核废料的产生，并提供更多可用的核能资源。
2. 核燃料循环技术的概念核燃料循环技术是一种将使用过的核燃料进行处理和再利用的技术。
它包括以下几个关键步骤：核燃料的提取与加工、核燃料的再处理、核燃料的再利用和放射性废物的处置。
3. 核燃料循环技术的原理核燃料循环技术的原理是将使用过的核燃料中的未燃尽的核燃料和可再利用的核材料分离出来，进行再处理和再利用。
以下是核燃料循环技术的原理步骤：•核燃料的提取与加工：从矿石中提取出铀和钍等核燃料，经过加工得到可用于核反应堆的核燃料。
•核燃料的再处理：将使用过的核燃料中的未燃尽的核燃料和可再利用的核材料分离出来，通常采用化学方法进行分离和提取，以将这些可再利用的核材料进行再利用。
•核燃料的再利用：将再处理得到的可再利用的核材料用于制造新的核燃料，供核反应堆使用。
这样可以充分利用核燃料资源，提高能源利用效率。
•放射性废物的处置：核燃料循环技术中产生的放射性废物需要经过特殊的处理和处置，以保证对环境和人类健康的安全。
4. 核燃料循环技术的应用核燃料循环技术已经在全球范围内得到广泛应用，并取得了一系列的成果。
•提高核燃料利用率：核燃料循环技术可以有效利用核燃料，使得核燃料的利用率大大提高，从而延长了核能资源的使用寿命。
•减缓核废料问题：通过再处理和再利用核燃料，核废料的产生大大减少，减轻了对核废料处理的压力和成本。
•改善能源安全：核燃料循环技术可以降低对进口核燃料的依赖，提高国家能源的自给能力，增强能源安全。
•减少环境污染：核燃料循环技术可以减少核废料的产生，降低核能发电过程中对环境的污染，对保护生态环境具有积极作用。
5. 核燃料循环技术的发展趋势核燃料循环技术在未来的发展中，将面临以下几个重要的趋势：•高效利用核燃料：通过不断改进核燃料循环技术，提高核燃料利用率，进一步延长核能资源的使用寿命。
化学核燃料循环技术
化学核燃料循环技术化学核燃料循环技术（Chemical Nuclear Fuel Cycle Technology）是一种有效利用核燃料资源、降低放射性废物产生和环境影响的核能发展途径。
本文将介绍化学核燃料循环技术的原理、应用和前景。
一、化学核燃料循环技术的原理化学核燃料循环技术是指通过对核燃料进行循环利用，将核废料中可再生的核素重新提取和利用，实现核燃料资源的可持续利用。
其主要原理包括以下几个方面：1.1 核燃料的提炼和制备首先，从乏燃料中提取可再利用的核燃料，如铀、钚等。
这一步骤通常包括浸出、化学分离、纯化等工艺，以获得高纯度的核燃料。
1.2 降低可再处理核废料的放射性可再处理核废料中含有放射性核素，为了降低放射性，通常采用化学方法将这些核素分离出来。
这一步骤需要经过多次循环处理，以提高分离效率。
1.3 核燃料再利用经过前两个步骤，从核废料中提取出的可再利用核素可以用于重新制备核燃料，以供核反应堆使用。
这种循环利用的方式有效地延长了核燃料的使用寿命，减少了核燃料的需求。
二、化学核燃料循环技术的应用化学核燃料循环技术在核能领域具有广泛的应用前景。
下面将重点介绍它在核电站和核武器非扩散方面的应用。
2.1 核电站化学核燃料循环技术在核电站的应用中，可以大幅度提高核燃料的利用效率，降低核废料的产生。
通过对核废料中的可再利用核素进行回收和再利用，可使核燃料的使用寿命延长数倍，降低核燃料的需求，减少核燃料运输和储存的风险。
2.2 核武器非扩散化学核燃料循环技术在核武器非扩散领域有着重要的作用。
通过对核废料的化学处理，可以实现对核燃料中可再利用核素的追踪和监控，避免其被用于核武器的制造。
这对于维护全球核安全和防止核扩散具有重要意义。
三、化学核燃料循环技术的前景化学核燃料循环技术作为一种可持续发展的核能发展途径，具有广阔的应用前景。
3.1 资源可持续利用传统的核燃料循环技术只能利用极少部分的核燃料，核废料中大量的可再利用核素被浪费。
核反应堆中的燃料循环
核反应堆中的燃料循环核反应堆是一种利用核裂变或核聚变反应产生能量的装置。
在核反应堆中，燃料循环是一个重要的过程，它涉及到燃料的生产、使用和处理。
本文将介绍核反应堆中的燃料循环的基本原理和流程。
一、燃料生产核反应堆的燃料通常是铀或钚等放射性物质。
燃料生产的第一步是从矿石中提取铀或钚。
铀矿石经过矿石选矿、浸出、萃取等工艺，得到铀浓缩物。
铀浓缩物经过化学反应和物理分离，得到纯度较高的铀。
钚的生产则需要通过核反应堆中的中子轰击铀-238，使其转变为钚-239。
二、燃料装配燃料装配是将生产好的燃料元件组装成燃料组件的过程。
燃料元件通常是由铀或钚的化合物制成的，它们被装入金属或陶瓷材料的包壳中。
燃料组件的设计和装配需要考虑到燃料的寿命、热工性能和安全性等因素。
三、燃料使用燃料使用是核反应堆中的核裂变或核聚变反应发生的过程。
在核反应堆中，燃料元件被放置在反应堆的燃料装置中，通过控制反应堆的运行参数，如中子通量、温度和压力等，来控制燃料的裂变或聚变反应。
燃料的裂变或聚变反应会释放出大量的能量，用于产生蒸汽驱动涡轮发电机组发电。
四、燃料处理燃料处理是核反应堆中燃料使用后的处理过程。
燃料使用一段时间后，燃料中的铀或钚会逐渐耗尽，同时产生大量的放射性废物。
燃料处理的目的是将燃料中的未耗尽的铀或钚回收利用，并处理掉放射性废物。
燃料处理的方法包括化学萃取、溶解、浸出等工艺，通过这些工艺可以将燃料中的铀或钚分离出来，用于再次生产燃料。
五、废物处理废物处理是核反应堆中产生的放射性废物的处理过程。
放射性废物包括燃料使用后的废燃料、燃料处理过程中产生的废液和废气等。
废物处理的方法包括固化、封存、贮存和处置等。
固化是将放射性废物转化为固体形式，通常是将其与玻璃或陶瓷等材料混合，形成固体块状物。
封存是将固化的放射性废物封装在耐久的容器中，以防止辐射泄漏。
贮存是将封存的放射性废物安全地存放在地下设施中，以待最终处置。
六、燃料循环的优势和挑战燃料循环的优势在于可以充分利用铀和钚等资源，延长燃料的使用寿命，减少对自然资源的依赖。
核燃料循环课件
685.8 187W
250
200
150
100
50
30.7 179W 58.0 W-K1 & 59.3 W-K2
69.1 W-K1 65.9185mW & 72.0187W & 73.2183Hf 67.2W-K2
94.6185mW 107.9185mW 111.2184Ta
122.1185mW & 122.3
按燃料布置型式分类的反应堆 ❖ 从核燃料后处理的角度看，按堆芯燃料布置型式，把反应堆划分为均匀
和非均匀两大类更有实际意义。对此两种类型反应堆的辐照材料有完全 不同的后处理方式。对均匀堆而言，多为流体性燃料，一般可采用连续 后处理方式，进而大大简化了处理流程。而对非均匀堆，燃料通常以固 体燃料元件方式装卸，只能是分批进行后处理。由于多方面的原因，目 前广泛使用和建造的反应堆多数仍属非均匀堆，均匀堆还只是处于试验 阶段。
E1 石墨 E2 重水 E3 轻水或含氢物质（轻水堆包括压水堆和沸水堆） E4 铍或氧化物 核燃料循环
F．冷却 剂
F1 气体（空气、CO2、He、水蒸汽等） F2 液体（水、重水、有机溶液） F3 液态金属（钠、钠钾合金、铅，铅铋合金等
）
G．核燃 料转 换性 能
G1 燃烧堆（无明显的核燃料转换） G2 转换堆（有显著的核燃料转换，但转换比小
由于装在堆内的易裂变燃料必须经常保持（或大于）临界质量，否则 不可能维持链式反应。为了要在一定运行周期内发出额定功率，堆内需留 有超过临界质量的易裂变燃料，使反应堆活性区具有后备反应性。当燃料 达到一定的燃耗(burn up)深度，由于燃料的消耗，以及运行期间产生并积 累的裂变产物的毒化效应，使后备反应性接近消失时，虽然燃料元（组） 件中尚含有相当数量的易裂变燃料，也得把它从堆内卸出，换入新燃料。 卸出的燃料元（组）件称为乏燃料(spent fuel)，其中含有大量的易裂变核 素和可转换核素，包括原先装入未燃耗的和运行周期中在堆内转换生成的， 均属价值贵重的能量资源。因此，需要经过后处理，将裂变产物分离出去， 并回收这些易裂变核素和可转换核素，重新制成可用的燃料元（组）件返 回反应堆复用，以构成核燃料循环。而一次通过式核燃料循环，它仅利用 0.5%的铀资源，把乏燃料中尚存的235U、239Pu和238U等统统废弃不用，付 诸永久埋存，这种不经后处理的循核环燃料实循不环成其为循环。
核燃料循环原理
核燃料循环原理1．核工业体系的组成及其流程核工业是一个十分广大的系统工程，其组成体系包括：铀矿勘探、铀矿开采与铀的提取、燃料元件制造、铀同位素分离、反应堆发电、乏燃料后处理、同位素应用以及与核工业相关的建筑安装、仪器仪表、设备制造与加工、安全防护及环境保护。
2．核燃料循环及其组成核燃料循环是核工业体系中的重要组成部分。
所谓核燃料循环是指核燃料的获得、使用、处理、回收利用的全过程。
燃料循环通常分成两大部分，即前端和后端，它包括铀矿开采、矿石加工（选矿、浸出、沉淀等多种工序）、铀的提取、精制、转换、浓缩、元件制造等；后端包括对反应堆辐照以后的乏燃料元件进行铀钚分离的后处理以及对放射性废物处理、贮存和处置。
3．铀矿地质勘探铀是核工业最基本的原料。
铀矿地质勘探的任务，是查明和研究铀矿床形成的地质条件，阐明铀矿床在时间上和空间上分布的规律，运用铀矿床形成和分布的规律指导普查勘探，探明地下的铀矿资源。
地壳中的铀，以铀矿物、类质图象（形成含铀矿物）和吸附状态的形式存在。
由于铀的化学性质活泼，所以不存在天然的纯元素。
铀矿物主要是形成化合物。
目前已发现的铀矿物和含铀矿物有170种以上，其中只有25-30种铀矿物具有实际的开采价值。
铀矿床是铀矿物的堆积体。
铀矿床是分散在地壳中的铀元素在各种地质作用下不断集中而成的，也是地壳不断演变的结果。
查明铀矿床的形成过程，对有效地指导普查勘探具有十分重要的意义。
并不是所有的铀矿床都有开采、进行工业利用的价值。
影响铀矿床工业评价的因素很多，有矿石品位、矿床储量、矿石技术加工性能、矿床开采条件，有用元素综合利用的可能性和交通运输条件等。
其中矿石品位和矿床储量是评价铀矿床的两个主要指标。
铀矿普查勘探工作的程序，包括区域地质调查、普查和详查、揭露评价、勘探等相互衔接的阶段。
同时还伴随-系列的基础地质工作，如地形测量、地质填图、原始资料编录、岩石矿物鉴定、样品的化学和物理分析、矿石工艺试验等。
核燃料循环各个阶段
核燃料循环各个阶段摘要：一、核燃料循环简介二、铀矿开采三、铀浓缩四、核燃料制造五、核反应堆中的燃料使用六、乏燃料处理七、核燃料循环对环境的影响八、核燃料循环的未来发展正文：核燃料循环是核工业体系中的重要组成部分，它包括铀资源开发和核燃料加工（前端）、核燃料在反应堆中使用、乏燃料处理（后端）三大部分。
整个核燃料循环过程包括铀矿开采、铀浓缩、核燃料制造、核反应堆中的燃料使用和乏燃料处理等阶段。
一、核燃料循环简介核燃料循环，是指核燃料的获得、使用、处理、回收利用的全过程。
核燃料循环包括铀矿开采、铀浓缩、核燃料制造、核反应堆中的燃料使用和乏燃料处理等阶段。
二、铀矿开采铀矿开采是生产铀的第一步。
任务是把工业的铀矿从地下矿床中开采出来，或将铀经化学溶浸，生产液体铀化合物。
铀矿的开采与其他金属物质的开采基本相同，但是由于铀矿有放射性，能放出放射性气体（氡气），品位较低，矿体分散和形态复杂，所以铀矿开采又有一些特殊的地方。
三、铀浓缩铀浓缩是指将铀矿石中的铀-235含量提高至2%~5%的过程。
这一过程是利用铀-235与铀-238的物理性质的差异，通过扩散、离心或激光等技术手段实现的。
铀浓缩是核燃料循环中的关键环节，它直接影响到核燃料的制造和核反应堆的运行。
四、核燃料制造核燃料制造是将铀浓缩物与其他元素（如钚）混合，制成可放入核反应堆中使用的燃料棒。
核燃料制造过程需要在高度洁净的环境中进行，以防止燃料棒受到污染。
五、核反应堆中的燃料使用核反应堆中的燃料使用是指将核燃料棒放入核反应堆中，进行核反应，释放能量的过程。
核反应堆中的燃料使用会消耗掉部分铀-235，形成乏燃料。
六、乏燃料处理乏燃料处理是指对核反应堆中使用过的燃料棒进行处理，提取其中有用的铀和钚，以及去除放射性废料的过程。
乏燃料处理包括乏燃料冷却、乏燃料拆卸、铀钚提取、废料处理等步骤。
七、核燃料循环对环境的影响核燃料循环对环境的影响主要体现在铀矿开采、核反应堆运行和乏燃料处理等环节。
化学工程中的核燃料循环技术研究
化学工程中的核燃料循环技术研究核燃料的循环利用是当今世界核能发展的重要方向之一，其核心是将铀、钍等轻化合物及其衍生物中使用后仍含有大量未燃尽的核燃料、钚等可成核材料进行再分离和再加工，形成可再利用的核燃料、埋地量小的放射性废物以及再分离后形成的核材料。
核燃料循环技术是现代化工技术的重要组成部分，具有重要的应用价值和战略意义。
I. 核燃料循环技术的发展历程核燃料循环技术的研究始于20世纪50年代。
当时主要关注的是利用核燃料中所含的钚-239，并对其进行再利用。
在此基础上形成了核燃料循环研究的第一阶段。
到了20世纪70年代，考虑到核燃料循环中既要去除核燃料残留物中的钚-239，同时又想利用这些残留物来发电。
因此，进行了核燃料循环示范工程的建设和开展。
到了20世纪80年代，由于核燃料中的钚-239已经得到了充分的利用，且高中子吸收截面大的钍-232在循环中发挥了重要的作用，核燃料循环技术的研究重心逐渐转向了这一方面。
到了21世纪初，核燃料循环技术已经逐步实现了从单纯的钚利用向多元化的核燃料循环发展。
II. 核燃料循环技术的基本原理核燃料循环技术的基本原理是对燃料进行再利用，将残留燃料中的核物质进行分离或转化，得到可再利用的核燃料以及少量的放射性废物。
核燃料循环的主要步骤包括：1. 前端燃料生产：针对核电站所需的三种燃料（浓缩铀、天然铀、铀碳化物），通过多种生产方式获得合格的燃料。
2. 软化：将U235等轻化合物富集一定的浓缩铀，达到铀浓缩的目的。
3. 循环使用：可将富集程度较低的钍燃料或富含U238的核废料等进行转化，形成U233和Pu239等可再利用的核燃料，达到最大限度的利用。
4. 后处理：将核燃料循环后产生的固体、液态、气态废物、副产物或转化后的残留物进行处理，使其达到国家排放标准，实现循环的可持续发展。
III. 核燃料循环技术的应用前景核燃料循环技术是现代化工技术的重要组成部分，目前国内外核燃料循环技术处于高速发展的阶段。
核反应堆的核燃料及其循环利用
核反应堆的核燃料及其循环利用核反应堆是一种利用核裂变或核聚变反应产生能量的装置。
核燃料是核反应堆中产生核能的关键物质，它的循环利用对于提高核能利用效率、减少核废料的产生具有重要意义。
本文将介绍核反应堆的核燃料及其循环利用的相关内容。
一、核燃料的种类核燃料主要分为两类：裂变燃料和聚变燃料。
1. 裂变燃料裂变燃料是指能够进行核裂变反应的物质，常见的裂变燃料是铀-235和钚-239。
铀-235是自然界中存在的铀的一种同位素，它具有较高的裂变截面和适中的临界质量，是目前最常用的裂变燃料。
钚-239是通过中子俘获反应产生的，它的裂变截面较大，可以用于制造核武器或者作为核燃料。
2. 聚变燃料聚变燃料是指能够进行核聚变反应的物质，常见的聚变燃料是氘和氚。
氘是氢的同位素，它具有一个质子和一个中子，是目前最常用的聚变燃料。
氚是氢的同位素，它具有一个质子和两个中子，是目前最理想的聚变燃料，但是氚在自然界中非常稀少，需要通过核反应堆产生。
二、核燃料的循环利用核燃料的循环利用是指将已经使用过的核燃料进行处理和再利用的过程。
核燃料的循环利用可以分为以下几个步骤：1. 燃料装卸核反应堆中的核燃料在使用一段时间后会逐渐耗尽，需要进行更换。
燃料装卸是指将已经使用过的核燃料从反应堆中取出，并进行初步的处理。
2. 燃料后处理燃料后处理是指对已经使用过的核燃料进行化学处理，将其中的有用物质分离出来。
燃料后处理的目的是将核燃料中的可再利用物质分离出来，同时将产生的废物进行处理和处置。
3. 燃料再加工燃料再加工是指对燃料后处理得到的物质进行进一步的处理，使其达到再利用的要求。
燃料再加工的目的是将燃料后处理得到的物质转化为新的核燃料，以便再次使用。
4. 燃料制备燃料制备是指将经过燃料再加工的物质进行加工和制备，使其成为适合于再次使用的核燃料。
燃料制备的过程包括粉末冶金、成型、烧结等工艺。
5. 燃料再循环燃料再循环是指将制备好的核燃料再次装入核反应堆中进行使用。
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铀同位素分离扩散机群
铀同位素离心机联
铀的浓缩
--因为同位素有几乎相同的化学特性，不易用化 学分离因此铀的浓缩是精炼油的物理过程
--利用微小质量差分离U238和U235 --浓缩厂的最终产品为UF6
铀浓缩厂
铀的浓缩
1.气体扩散法 最成功、最经典的方法、商业开发的第一个浓缩方法，利用不同质量 的铀同位素在转化为气态时运动速率的差异。 轻同位素气态时移动较快，更快通过多孔分离膜抽取，通过的气体被 送到下一级 ，达到反应堆,需要1000级以上 美国、法国等使用 2.气体离心法 通过重力和离心场分离，重的在外，近轴处的气体被导出送入下一台 离心机，单位分离功耗电只是气体扩散法的5%，成本下降了75% 日本、欧洲等使用 美国当年在日本广岛投放的原子弹就是通过这种技术制成的。 3.气体喷嘴法 高速吹向凹型壁，惯性和离心力使重物近壁 面 喷嘴法的单级分离系数介于气体扩散法和离 心法之间，比能耗和比投资与气体扩散法相当 或略大。由于气体动力学法的比能耗和比投资 都很高，已经成功应用扩散法的国家一般都不 再研制气体动力学方法。
铀矿冶是指从铀矿石中提出、 浓缩和纯化精制天然铀产品的过程。 铀矿冶是核工业的基础。
目的是将具有工业品味的矿石， 加工成有一定质量要求的固态铀化 学浓缩物， 以作为铀化工转换的原 料。
在铀矿冶中，由于铀含量低、 杂质含量高、腐蚀性强，又具有放 射性， 铀的冶炼工艺比较复杂，需 经多次改变形态，不断进行铀化合 物的浓缩与纯化。
图1-3 轻水堆电站、铀-钚燃料循环示意图
黄 华
前言
核燃料循环，为核动力反应堆供应燃料和其后的所有 核燃料循环 处理和处置过程的各个阶段。它包括铀的 采矿，加工提纯，化学转化，同位素浓缩，燃料元件 制造，元件在反应堆中使用，核燃料后处理，废物处 理和处置等。
主要内容
核燃料循环前段 • 铀矿的开采 • 铀矿的加工冶炼 • 铀的转化 • 铀的浓缩 • 燃料元件的制备
核燃料的制造
六氟化铀 加工
转化
矿石
黄饼
浓 缩 烧结
组装
燃料 组件
芯快
我国的铀资源
1.中国是铀矿资源不甚丰富 2.我国铀矿探明储量居世界第10位之后，不能 适应发展核电的长远需要 3.矿床规模以中小为主 4.矿石品位偏低
一般在千分之一含量就要开采，成本较高 开发堆浸、地浸技术，可降低成本 5.我国逐步发现了花岗岩型38%、火山岩型22% 北方铀矿区以火山岩型、砂岩型为主地浸 南方铀矿区以花岗岩型为主堆浸
磨矿
浸出的矿浆 经固液分离得到含铀的清液或稀矿浆
矿石浸出形成矿浆
铀的加工冶炼
铀的提取和沉淀产出； 1.目的 将浸出液中的铀与杂质分离使 铀得到部分浓缩 2.提取和沉淀方式 （1）离子交换法 （2）溶液萃取法 （3）加入沉淀剂使铀化学浓缩 物沉淀 （4）将沉淀物洗涤、压滤、干 燥 3.产品 铀化学浓缩物(黄饼) （1）重铀酸钠 （1）重铀酸氨 含铀量40%-70%仍含大量杂质
提取铀
黄饼
铀的加工冶炼
铀的精制： 1.目的 精制盐过程，生成核纯度的铀 将铀化学浓缩物(重铀酸钠、重铀酸氨) 转化成 易于氢氟化的铀氧化物 2.精制方式 （1）离子交换法 （2）溶液萃取法 （3）分布结晶法 3.产品 铀氧化物(U3O8、UO2等)、四氟化铀（UF4）等 4.煅烧 制取U3O8或UO2陶瓷
燃料元件的制备
1.燃料元件的种类 陶瓷型 UO2，轻水堆动力反应堆 UO2-PuO2,混合燃料（MOX燃料），
液态金属冷却快中子反应堆
铀金属（生产裂变Pu-239的堆） 弥散型 2.几何形状：棒状、板状、球状、 柱状 3.制造工艺 (1)化工过程：将UF6转化为UO2，有干法、湿法，为主要经济过 程之一 (2)压制过程：将UO2制成粉末、压制并烧结成芯块，研磨、成品 检查 (3)总装：将芯块组合成套，组装成燃料元件
郴州铀矿
根据我国铀矿床的特点，地 下采矿使用最多的为充填采矿法。 郴州，仁化和抚州铀矿就是使用 的充填采矿法。
原地浸出采铀
原地浸出采铀简称地浸采铀，是在矿床天然产状条件下， 通过从地表钻进至矿层的注液钻孔将配制好的化学试剂 注入矿层，与矿物发生化学反应，溶解矿石中的铀，随 后将含铀的溶液抽至地表，送进回收车间进行离子交换、 淋洗、沉淀、压滤，干燥，最终得到合格产品。这种铀 矿开采方法不移动矿石和 围岩，将矿石的开采、选 矿、水冶集于一体。这种 采铀方法与常规采矿相比， 生产成本低，劳动强度小， 但其应用有一定的局限性， 只适用于具有一定地质、 水文地质条件的矿床。 地浸采铀
、 砂岩型19.5%和碳硅泥岩型16%四大类型的铀矿床
铀矿开采是生产铀的第一步。它的任务是把工业 品位的铀矿厂从地下矿床中开采出来，或将铀经 化学溶浸，生产出液体铀化合物。铀矿的开采与 其它金属矿的开采基本相同，但是由于铀矿有放 射性，能放出放射性气体（氡气），品位较低， 矿体分散（单个矿体的体积小）和形态复杂，所 以铀矿开采又有一些特殊的地方。铀矿床开采方 法可归纳如下几种：
核燃料循环
前 段 ≈3% 铀元件 元件制造 后 反应堆 乏燃料 中间储存 乏燃料
钚产品
段 暂时储存 放 射 性 废 物
≈0.72% 235U 天然铀
铀矿开采
处理处置
UO2 前处理
化工转化 UF6 铀的转化
≈
后处理
长期储存库
堆后铀
铀的浓缩 UF6 ~0.85% 铀的转化 最终处置库
0.72% 235U UF6
原地爆破浸出采铀
原地爆破浸出是通过爆破手段，将天然埋藏下的铀矿 体原地破碎到一定块度，形成矿堆，再用化学试剂与 矿堆接触并发生化学反应，有选择地浸出铀至溶液中， 最终将含铀溶液收集并输送至水冶厂处理，得到铀产 品的一种采矿方法。这种方法大大减少了矿石运输量 和尾矿库的容积，有利于环境保护。
铀的加工冶炼
堆浸采铀
堆浸采铀方法又分为地表堆浸采铀和地下堆浸采铀两 种。地表堆浸采铀是通过常规的井下或露天方法将采 出的矿石破碎至一定粒度，在地表筑起一定高度的梯 形矿堆，通过布置在堆顶面的布液系统将化学试剂均 匀地喷洒，化学试剂在渗滤过程中与铀矿物反应，形 成的含铀溶液经底部集液系统收集，送水冶厂处理， 得到最终产品。 地下堆浸与 地表堆浸不同之处是将矿堆 建在井下。与常规采矿方法 相比，堆浸采铀省去了磨矿 工艺。主要以北方可地浸砂 岩型矿床为主（新疆、东北、 核纯级铀金属或六氟化 物(UF6)的全部物理－化学 过程
六氟化铀
中国有三座铀转化厂，主 要集中在中国的西北地区
即将建成在四零四厂的中 国最大的集中铀转化厂， 是我国规模最大的六氟化 铀生产厂
铀转化工厂
铀的转化
U3O8 硝酸铀酰
硝酸 溶解 氟化 工艺 重铀酸 工艺 氢氟化 工艺
UO3
还原 工艺
UF6
UF4
UO2
得到的UF6经过冷凝与不凝性气体分开， 再经过液化释压得到UF6原料
铀的浓缩
铀浓缩
自然界中的铀：--234U（0.0057%） -235U（0.7115 % ） - 238U（99.28%）
235U
--同位素分离 -- 235U丰度
天然铀（0.7%U235）
低浓缩铀 （3~5%U235）
铀的加工冶炼
矿石开采后运至处理厂磨矿 后采用堆浸浸出。 堆浸是堆置浸出法的 简称，是通过将稀的化学 溶剂喷洒到预先堆置好的 矿石堆上，选择性地溶解 （浸出）矿石中的目标成分，形 成离子或络合离子并使之转入溶 液，以便进行进一步的提取或回 收的浸出方法；堆浸的矿石仅需 粗碎即可，溶液在矿堆中处于非 饱和流状态。
燃料元件的制备
化工过程(将UF6转化为UO2)压制过程(陶瓷)元件 总装组件组装
燃料芯块
压水堆燃料组件 重水堆燃料组件
燃料元件的制备
核燃料特性: 1.高热导率 2.抗辐照能力 避免肿胀、开裂、蠕变引起的变形 3.化学稳定性 防止与冷却剂的化学反应 4.高的熔点 5.易加工的物理、力学性能 6.低膨胀系数 7.含较高浓度易裂变物资 8.不含中子吸收截面大的其它物质
铀的加工冶炼
常规的铀提取工艺一段包括，铀矿石的破碎和磨细、 铀矿石的浸取、矿浆的固液分离、离子交换和溶剂萃取法 提取铀浓缩物、溶剂萃取法纯化铀浓缩物。 提炼方式 铀的选矿 重力选矿、磁选选矿、放射性选矿 铀的水冶 将铀溶解的化学反应过程（用酸或碱的水溶液） 铀的纯化 从纯净的溶液中提取铀（浓缩和纯化使铀和杂质分开） 达到较高和核纯级要求的产品 产品 固态铀化学浓缩物 铀水冶 重铀酸铵（黄饼）、三碳酸铀铵 纯化精制 核纯度的铀氧化物（ U3O8黄饼）
6.等离子体法
在该法中，利用离子回旋共振原理有选择性地激发235U和238U离子中等离子体 235U同位素的能量。当等离子体通过一个由密式分隔的平行板组成的收集器时， 具有大轨道的235U离子会更多地沉积在平行板上，而其余的235U等离子体贫化离子 则积聚在收集器的端板上。已知拥有实际的等离子体实验计划的国家只有美国和 法国。
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铀矿的开采
采矿
露天开采 地下开采 原地浸出采铀
常规采铀 采铀 溶浸采铀
堆浸采铀
原地爆破浸出采铀
露天开采
露天开采是按一定程序先剥离表土和覆盖岩石，使 矿石出露，然后进行采矿，这种方法一般用于埋藏 较浅的矿体。
阿尔利特的露天铀矿开采场
地下开采
地下开采是通过掘进联系地 表与矿体的一系列井巷，从矿体 中采出矿石，地下开采的工艺过 程比较复杂。一般在矿床离地表 较深的条件下采用这种方法。
4.激光分离法
铀的浓缩
利用吸收光的能级不同，用激光进行选择性的激发，并使其离子化，几乎可 以达到同位素完全分离，是最有希望的分离方法。 商业上尚未得到试验验证 美国、日本在研究
5.电磁分离法
利用带电原子在磁场作圆周运动时其质量不同的离子由于旋转半径不同而被 分离的方法。轻同位素由于其圆周运动的半径与重同位素不同而被分离出来。这 是在20世纪40年代初期使用的一项老技术。正如伊拉克在20世纪80年代曾尝试的 那样，该技术与当代电子学结合能够用于生产武器级材料。