1、引 言
    目前國際上對原子能反應堆的安全性提出了越來越高的要求。高溫氣冷堆作為固有安全性好、熱效率高、經濟性好的新型反應堆正受到廣泛的關注。包
覆燃料顆粒是高溫氣冷燃料元件中最重要的組成部分。包覆燃料顆粒的鍍層是阻擋反應堆中裂變產物逸出的最主的屏障，對保證反應堆的安全起著至關重要的作用。
    包覆燃料顆粒由二氧化鈾核心和四層包覆鍍層組成。包覆燃料顆粒彌散到石墨基體里，經過壓制、成形、加工、熱處理等多道工序，最后制成核反應堆的燃料元件。為保證燃料元件的質量，在制造燃料元件時要求每個元件的含鈾量滿足設計要求，這樣不僅對包覆燃料顆粒各鍍層的密度等物性有明確的設計指標，對鍍層厚度和顆粒的尺寸也有極嚴格的要求．刊。因此包覆燃料顆粒在生產中要進行篩分，這是提高燃料元件質量的重要工序之一。作者對包覆燃料顆粒的篩分設備和工藝進行了研究。
2、顆粒篩分的要求
    包覆燃料顆粒的二氧化鈾核芯是用溶膠凝膠方法制造的，因此，生產出的燃料核芯顆粒直徑大小不同，也不是絕對的圓球型。用這樣的燃料核芯在流化床沉積爐中用化學氣相沉積方法制造包覆燃料顆粒時．幾百萬個顆粒在流化床沉積爐中噴動并依次沉積上4層鍍層，每個顆粒鍍層的厚度不會完全一致，因而生產出的包覆燃料顆粒的直徑就有差別。每爐生產的包覆燃料顆粒中除符合設計要求的產品外，還有尺寸偏大或偏小的次品。顆粒直徑過小，通常是碎片、芯球直徑小或鍍層過薄造成的，這樣的顆粒極易破損或已經破損；顆粒直徑過大，可能是芯球直徑大或鍍層過厚造成的。包覆燃料顆粒生產過程中由于機械損傷會造成極少量顆粒的破碎，也會產生～些粉末及片狀沉積物，并混有脫落下的流化床壁上的沉積碎片。這樣的次品顆粒如混^燃料元件的壓制生產線中，不僅影響燃料元件中含鈾量的準確性．而且易在壓制生產時造成包覆燃料顆粒的破損，影響燃料元件的質量，必須篩選除去。
    根據高溫氣冷堆包覆燃料顆粒的設計規范，應篩選出直徑在0.8mm～l*o mm之間的包覆燃料顆粒產品，除去不符合設計要求的次品包覆燃料顆粒、粉末及片狀沉積物，在篩分時還要盡量減少顆粒的沖擊及磨損，盡可能地降低顆粒損失，提高回收率，以便減少鈾的損失。在保持較高的篩分效率的前提-下，要努力提高篩分工序的生產率。
    篩分過程一般用篩分效率來評價。篩分效率是反映篩分過程質量的一個重要的綜合指標，通常影響篩分效率的因素有物料性質、篩分設備性能及篩分操作的工藝條件。因此，為了提高篩分效率，要選擇合適的篩分設備并優化操作的工藝。
3、包覆燃料顆粒性質
    包覆的工藝條件決定包覆燃料顆粒的形狀不可能是標準的球形。如果顆粒的長短軸相差過大，就有可能一些顆粒以短軸尺寸擠出透到篩下，而一些顆粒由于長軸尺寸大干篩孔尺寸而留在篩上。這樣篩分成品中會夾有偏大或偏小的次品顆粒，而次品顆粒中也會混入少量合格的產品，各種情況都可能出現，這些都會影響篩分效率。
    流化床包覆爐生產出的包覆燃料顆粒直徑尺寸呈現正態分布，如物料中較多的顆粒直徑尺寸接近篩網尺寸時，顆粒會堵塞篩孔，使篩子的有效篩分面積降低，篩分效率會明顯降低。包覆燃料顆粒的性質直接影響篩分效率。因而，要不斷改進包覆工藝，盡量減少包覆燃料顆粒直徑尺寸的偏差，制備出尺寸均勻、球型度好的高質量的包覆燃料顆粒。
    經過對包覆工藝的研究，嚴格控制各工藝參數，現生產的包覆燃料顆粒的球形度已達到0.86以上，其直徑尺寸的偏差小于72μm。
4、篩分機的選擇
    篩分機可分為固定篩和運動篩2大類，固定篩的篩面按一定傾角放置，物料在重力作用下通過篩面，傾角越大，處理量越高，篩分效率越低。固定篩對顆粒作用力最小，但篩分效率很難提高，且物料易堵塞。
    運動篩又可以分為圓筒篩、搖動篩、振動篩、共振篩等等。實驗室中常用的振動分級篩對顆粒的作用力大，生產率低，而且篩面易被物料堵塞，不易清理。圓筒篩對顆粒有磨損，但振動小，顆粒受外力小，而且筒外裝滾刷，篩面可在篩分的同時清掃，不易堵塞，篩分效率高，機械裝置簡單，占地小，適合于在放射性工作場所使用。
    根據包覆燃料顆粒設計技術要求，在生產中選用WTS250型圓筒篩，兩個篩筒的網孔尺寸分別選為0.8 mm和1.0mm。篩網是用不銹鋼絲編織而成，金屬絲有一定的彈性，在運動過程中會產生微小的顫動，顆粒不易卡住，減少了堵塞網孔現象。圓筒篩內加裝螺旋導流板，改善顆粒在篩面的分布并可延長顆粒通過篩面的時間，提高篩分效率。篩分時，包覆燃料顆粒由中心均勻進入0.8 mm篩筒中，先篩出直徑偏小的次品顆粒，篩上顆粒再通過1.0 mm的篩筒透篩出成品顆粒，未透過篩面被排出的顆粒就是直徑偏大的出品顆粒。
5、篩分工藝
    正確地選擇篩分操作工藝條件是提高篩分效率的關鍵。理論上小于篩孔的物料應能全部通過篩孔，但由于顆粒尺寸的不規則及篩孔的偏差，篩下產物中．會混有大于篩孔尺寸的顆粒。篩上產物中，也會混有小于篩孔尺寸的顆粒。因此測定篩分效率時，需要分別測定篩下產物中小于篩孔粒級的產物的質量分數，和篩上產物中小于篩孔粒級產物的質量分數，然后和篩分的物料中實際小于篩孔粒級產物的質量分數做比較和計算得出。測定篩分效率是很復雜和煩瑣的。在對包覆燃料顆粒篩分的操作工藝進行研究時，鑒于包覆工藝比較穩定，產品顆粒的尺寸分布也相對接近。經反復研究測定得出，在成品率很高的情況下，篩分效率和包覆燃料顆粒的篩分產率數值接近。而篩分工藝中測定和計算包覆燃料顆粒的篩分產率比較方便，因此，可用篩出的包覆燃料顆粒成品的篩分產率來評價包覆燃料顆粒的篩分工藝。成品顆粒的篩分產率即成品顆粒的重量對篩分顆粒的總重量的比值。
    采用相同工藝條件下生產的包覆燃料顆粒．在顆粒的給料速率為7.5 kg/h～l00 kg/h和篩分機的滾筒轉速為15 r/min～40 r/min的條件下進行篩分工藝參數試驗。篩分后的包覆燃料顆粒分為成品顆粒(0.8mm～1.O mm)，偏大顆粒(>1.0mm)和偏小顆粒《0.8 mm)3類，分別用天平稱重，計算出各類顆粒的篩分產率，并用光電測長儀檢驗各類顆粒的尺寸。試驗結果如圖1所示。
    由圖1可知，滾筒轉速及給料速率會影響成品顆粒的篩分產率。隨著滾筒轉速升高，篩分出的成品顆粒篩分產率降低。滾筒轉速高時，顆粒在滾筒內受到較大的切向力，影響顆粒從篩孔中透篩落下，而且顆粒通過滾筒的速度較快，臺格的顆粒會混入偏大的顆粒中，因此成品顆粒的篩分產率較低。當滾筒轉速低于15r/min，同時給料速率又大于66kg/h時，成品顆粒的篩分產率高達99%。經用光電測長儀測定，成品顆粒中有一些偏小的顆粒沒有篩出。由于紿料速率過大，轉速又低，顆粒在滾筒中運動慢，分散不開，堆積較厚，偏小的顆粒沒有全透篩出來，顆粒的篩分產高，但混有偏小的次品顆粒，篩分的效率實際上并不高，而且成品中混人偏小的包覆燃料顆粒時，會造成包覆燃料顆粒的破損率偏高。總之，篩分的顆粒在滾筒中的運動以及受力的狀態是很復雜的，和滾筒轉速、給料速率及顆粒的性質都有關。
    為了選定篩分工藝參數，不僅要使成品顆粒的篩分產率高，而且要分別測定成品顆粒、偏大顆粒和偏小顆粒的尺寸，確認絕大多數的合格顆粒在成品顆粒內，使鈾的損失減到最小；同時為減少顆粒破損的概率，篩分的工藝參數要盡量使成品顆粒中不混入偏小的顆粒，而且要減輕顆粒相互的碰撞，減少篩分工序中造成的顆粒破損。在一定意義上來說，包覆燃料顆粒篩分的質量最終要由測定包覆燃料顆粒的破損率來判別。
    經反復試驗，包覆燃料顆粒的最佳篩分工藝參數為：篩筒轉速15r／min，給料速率30  kg/h～40kg/h，其成品顆粒篩分產率高達98%以上，篩分效率也高，且破損率低達10-6數量級。滿足了包覆燃料顆粒設計技術要求。
6、結束語
    經過篩分工藝試驗，分析研究了包覆燃料顆粒篩分過程的各影響因素，得出了最佳的篩分工藝參數，篩選出合格的包覆燃料顆粒，破損率均在10 -數量級以下，篩選后的包覆顆粒成品篩分產率達98%以上．減少了鈾的損失。
    三門峽富通新能源生產銷售的木屑滾筒篩主要和木屑顆粒機生產線配套使用。