MOX粉末の乾式リサイクルのための衝突板式ジェットミルの特性評価

摘要

核燃料物質の有効利用のために，規格外ペレツトのリワークが必要である。日本原子力研究開発機構の高速炉用混合酸化物(MOX)燃料製造における乾式リサイクルプロセスでは，割れ·欠けなどの外観検査における規格外ペレットは粒子径数吨に微粉砕して再利用される。燃料ペレットの製造にあたっては，原料粉に密度降下剤を添加して燃料べレットの焼結密度が所定の値になるようにコントロールしている。密度降下剤の熱分解ガスがペレツト内部に気孔を形成することで，焼結による密度上昇を抑制している。しかしながら，資源有効利用や環境負荷低減のために長期保管した燃料粉末やマイナーアクチニドを含有する燃料粉末を原料に燃料製造する場合，燃料の崩壊熱や放射線による密度降下剤の劣化が懸念される。これまでの研究で，回収粉の粒子径を100〜250μmにすることで，回収粉の粒子径および添加率に応じて密度降下剤なしでペレツトの焼結密度をコントロールできることがわかっている。一方で，粒子径10μm未満の回収粉は添加率によらず焼結密度に影響しないことも明らかになつており,焼結密度をコントロールするためには，この粒子径は好ましくない。また，粉碎粉の粒子径を調整可能な粉砕機として石臼式粉砕機と衝突板式ジエツトミルについて模擬解碎粉を用いた試験を行い，どちらの粉碎機も粉碎粉の粒子径の調整が可能であるが、特に衝突板式粉碎機では分級ゾーンの運転パラメータを変えることで粉碎粉の粒子径の細かい調整が可能と評価している。衝突板式ジェットミルは，遠心式分級機である分級ゾーンとジェット気流で加速した粉体粒子を衝突板に衝突させて粉砕する粉砕室で構成される。原料粉は初めに分級ゾーンで分級され，粗粒だけが粉砕室で粉砕され，分級ゾーンに戻される。そのため，分級ゾーンの設定に応じた細粒はさらなる粉砕を受けることなく粉砕粉として回収され，粗粒は設定された粒子径以下になるまで粉砕を橾り返す。分級ゾーンについてはさまざまなパラメータ試験が行われた一方で，粉砕室における粒子の粉砕挙動については，あまり検討されていなかった。仮に，粗粒が粉砕室をー回通過するだけで10μm以下の微細粒子に完全に破壊されてしまうなら，焼結密度調整のためのリサイクル粉調製という目的では，分級ゾーンのみが寄与しており,粗粒の粉碎は別の方法が適していることになる。本報告では，粉砕室における粉砕挙動に着目した試験を実施し，粉砕前後の粒子径分布を比較し，粒子径調整可能な粉砕機としての衝突板式ジェットミルの適用性を評価した。