溶解系統的製作方法
2023-10-11 17:56:34
專利名稱：溶解系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及反應物溶解設備技術領域，特別涉及一種溶解系統。
背景技術：
目前，通常採用溶膠凝膠法製備陶瓷微球，該工藝應用於製備高溫氣冷堆球形燃料元件的二氧化鈾核芯。該二氧化鈾燃料核芯要求直徑500微米左右，要求尺寸極其嚴格。 其中，溶膠凝膠法製備二氧化鈾核芯主要有以下步驟(1)溶解，將八氧化三鈾(U3O8)粉末溶於硝酸中，配置成有一定鈾原子濃度的硝酸鈾醯溶液；(2)煮膠，在硝酸鈾醯溶液中按一定計量比加入尿素，在一定溫度下蒸發濃縮一定時間，冷卻後加入增稠劑調整粘度，即獲得膠液；(3)分散造粒，將備好的膠液移入壓力罐中，用一定的壓力推動膠液沿管道流動， 膠液最終被送入具有一定頻率振動的振動噴嘴，從振動噴嘴流出後分散成為有一定尺寸的液滴。(4)膠凝成球，液滴形成之後先經過空氣區，依靠自身的表面張力形成球形，球形液滴再通過氨氣區，液滴與氨氣發生膠凝反應使表面預固化而具有一定的強度，之後進入氨水區進行進一步的膠凝反應成為凝膠球；(5)陳化，凝膠球剛剛形成時，膠凝反應只在凝膠球表面附近完成，凝膠球內部反應需要一定的時間和溫度，因此需要將凝膠球置於氨水中加熱陳化1 3小時，使凝膠球反應完全，成為均勻的有一定強度的球形顆粒；之後還要按照工藝要求經過洗滌、乾燥、焙燒、 還原和燒結形成二氧化鈾核芯，最後經過經篩分和分選步驟，可以獲得尺寸均一、球形度滿足要求的二氧化鈾核芯。在上述製備二氧化鈾核芯的步驟中，步驟(1)溶解工序是整個工藝的第一步，溶解獲得的硝酸鈾醯溶液是製備溶膠的重要原料，溶解工序是否滿足工藝要求，溶解產物是否達到設計要求對於整個工藝過程來說至關重要。因此，適用於該工藝的溶解裝置對製備高溫堆燃料元件核芯有非常重要的意義。用於溶膠凝膠法製備二氧化鈾核芯工藝的溶解工藝要求欠酸溶解，溶解獲得的硝酸鈾醯溶液應為欠酸硝酸鈾醯溶液(ADUN)，即溶液中硝酸根與U的摩爾比小於化學計量比 2，實際工藝中要求該比值為1.6 1.8。由於U3O8粉屬於核材料，涉及輻射防護和核擴散問題，並且溶膠凝膠工藝對溶解的要求非常嚴格，該溶解工序在使用簡單的燒杯並用手工操作的條件下尚能實現小批量生產，使用大型機械化溶解設備進行大批量生產較難實現。
發明內容
(一)要解決的技術問題本發明要解決的技術問題是如何提供一種既能滿足溶膠凝膠法製備二氧化鈾核芯工藝要求的欠酸硝酸鈾醯溶液，又適合大批量生產的溶解系統。(二)技術方案為了解決上述問題，本發明提供一種溶解系統，包括反應罐、與反應罐連接的給料器、進液管道、循環攪拌系統、氣流攪拌裝置；所述反應罐，用於存儲反應物並提供反應場所，其底部安裝用於卸料的卸料管；循環攪拌裝置和氣流攪拌裝置，用於加速反應罐中反應物的溶解速度；給料器和進液管道，用於反應物的加入。進一步地，還包括加熱套，所述加熱套安裝在反應罐的外壁上，其連接外部加熱系統或冷卻水系統，用於提供反應所需的溫度條件。進一步地，所述給料器為螺旋給料器，所述螺旋給料器上安裝料倉，所述螺旋給料器連接電機。進一步地，所述進液管道位於反應罐的上方，其包括具有液位計的去離子水高位槽和硝酸高位槽，所述去離子水高位槽連接控制閥，所述硝酸高位槽連接硝酸導管和控制閥。進一步地，所述氣流攪拌裝置包括與反應罐連接的氣流攪拌控制閥，所述氣流攪拌控制閥連接外部壓縮空氣系統，為反應罐提供空氣氣流攪拌。進一步地，所述循環攪拌系統包括磁力泵，所述磁力泵連接循環攪拌通道；所述循環攪拌通道包括位於反應罐上方的攪拌入口和位於反應罐下方的攪拌出口管道，所述攪拌出口管道上安裝控制閥。進一步地，還包括與反應罐連接的尾氣管，所述尾氣管上安裝尾氣閥，用於排放尾氣。進一步地，所述反應罐內安裝隔網。進一步地，所述卸料管連接用於控制卸料量和速度的卸料閥。進一步地，還包括取樣閥，所述取樣閥連接在攪拌出口管道上。(三)有益效果本發明提供的溶解系統，結構簡單、操作方便、運行穩定、產量大，可以滿足大批量生產的要求，可有效使得U3O8粉快速、充分溶解，並且可以達到欠酸溶解，獲得欠酸硝酸鈾醯溶液。
圖1為發明實施例溶解裝置結構示意圖。圖中1 反應罐；2 加熱套；3 隔網；4 氣流攪拌控制閥；5、8 循環攪拌控制閥； 6 :取樣閥；7 卸料閥；9 螺旋加料器；10 料倉；11 去離子水高位槽；12 去離子水控制閥；13 硝酸高位槽；14 硝酸控制閥；15 硝酸導管；16、循環攪拌入口 ；17 尾氣閥；Ml 磁力泵；M2 電機。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
如圖1所示，本發明實施例溶解裝置包括密封反應罐1、與反應罐2連接的給料器9、進液管道、循環攪拌系統、氣流攪拌裝置和尾氣管。其中，該反應罐1，採用不鏽鋼材料製造，為圓筒狀，用於存儲反應物並提供反應場所，圓筒直徑經過和材料的臨界安全計算，在最大生產能力下滿足臨界安全，其底部安裝用於卸料的卸料管7。該反應罐7的外壁上安裝加熱套2，其連接外部加熱系統或冷卻水系統， 用於提供反應所需的溫度條件。循環攪拌裝置和氣流攪拌裝置，用於加速反應罐中反應物的溶解速度。其中，氣流攪拌裝置包括與反應罐1連接的氣流攪拌控制閥4，氣流攪拌控制閥4連接外部壓縮空氣系統，為反應罐1提供空氣氣流攪拌。循環攪拌系統包括磁力泵Ml，磁力泵Ml連接循環攪拌通道；循環攪拌通道包括位於反應罐1上方的循環攪拌入口 16和位於反應罐下方的攪拌出口管道，攪拌出口管道上安裝控制閥5和8，用於循環攪拌該反應罐1中的反應物。該循環攪拌入口 16的出口處採用傘狀設計，其中磁力泵Ml採用不鏽鋼材料製成，耐熱酸腐蝕。該循環攪拌控制閥5和8採用不鏽鋼球閥，內襯為聚四氟乙烯材料，用於切換攪拌方式，並且控制循環攪拌烈度。給料器採用螺旋給料器9，其上安裝錐形料倉10，該螺旋給料器9 一端連接電機 M2，一端神入反應罐1中，該電機M2由變頻器控制用於控制加料速度。進液管道，具體包括去離子水高位槽11和硝酸高位槽13，該去離子水高位槽11為圓筒狀，位於反應罐1的上方，其豎直方向上裝有液位計，用去向反應罐1中注入去離子水。 該去離子水高位槽11連接去離子水控制閥12，該去離子水控制閥12為不鏽鋼針閥。該硝酸高位槽13為圓筒狀，其位於反應罐1的上方，其豎直方向上裝有液位計，用於向反應罐1 中注入硝酸。該硝酸高位槽13連接硝酸導管15和硝酸控制閥14，該硝酸導管15伸入反應罐1內部，且出口豎直向下，其長度應使出口保持在液面以下，其中硝酸控制閥14為不鏽鋼針閥。該尾氣管上安裝尾氣閥17，用於排放尾氣，該尾氣閥17為不鏽鋼球閥，內襯由聚四氟乙烯材料製成。反應罐1內安裝隔網3，用於阻止大顆粒物料進入循環攪拌系統中，隔網3採用耐熱酸腐蝕，網孔直徑可根據反應物顆粒的精細程度選取。卸料管，該卸料管安裝在反應罐1的底部，連其接用於控制卸料量和速度的卸料閥7，該卸料閥7採用不鏽鋼球閥，內襯為聚四氟乙烯材料，用於卸料。取樣閥6，安裝在攪拌出口管道上，該取樣閥6為不鏽鋼球閥，內襯為聚四氟乙烯材料，用於在線取樣，隨時監控內部反應物的溶解狀態。本發明實施例溶解系統，結構簡單、操作方便、運行穩定、產量大，可以滿足大批量生產的要求，可有效使得U3O8粉快速、充分溶解，並且可以達到欠酸溶解，獲得欠酸硝酸鈾醯溶液，同時滿足大批量生產的需求。下面具體說明本實施例溶解系統具體操作方法。首先，試驗前分別用清水和去離子水清洗反應罐1、螺旋給料器9、料倉10、去離子水高位槽11、硝酸高位槽13、硝酸導管15，清洗後關閉所有控制閥；分別在去離子水高位槽 11和硝酸高位槽13加入適量的去離子水和濃硝酸；然後，打開尾氣閥17，通過去離子水控制閥12加入反應所需的去離子水，加入量用去離子水高位槽11的液位計計算；加入後打開水浴的加熱系統，設定合適溫度進行加執.其次，在料倉10中加入稱量好的U3O8粉，打開電機M2，調節加入速度將粉料加入反應罐1 ；同時打開氣流攪拌控制閥4進行氣流攪拌；溫度達到設定溫度，且粉料加入完畢後開始通過硝酸控制閥14加入硝酸，反應隨即開始，硝酸的加入量用硝酸高位槽13的液位計計算；反應一段時間後，關閉氣流攪拌控制閥4同時打開循環攪拌控制閥5和8、磁力泵Ml 進行循環攪拌；最後，反應完成後，關閉加熱系統，並轉換為冷卻水系統，將物料冷卻至室溫，然後通過卸料閥7卸料。需要說明的是，本發明實施例提供的溶解系統，並不局限於溶解八氧化三鈾(U3O8) 粉，同樣適用於其他液態或固態核材料反應物的溶解，同時該溶解裝置除了適用於核材料的溶解，同樣適用於其他行業生產或試驗所需材料的溶解。以上實施方式僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本發明的範疇，本發明的專利保護範圍應由權利要求限定。
權利要求
1.一種溶解系統，其特徵在於，包括反應罐、與反應罐連接的給料器、進液管道、循環攪拌系統、氣流攪拌裝置；所述反應罐，用於存儲反應物並提供反應場所，其底部安裝用於卸料的卸料管；循環攪拌裝置和氣流攪拌裝置，用於加速反應罐中反應物的溶解速度；給料器和進液管道，用於反應物的加入。
2.如權利要求1所述的溶解系統，其特徵在於，還包括加熱套，所述加熱套安裝在反應罐的外壁上，其連接外部加熱系統或冷卻水系統，用於提供反應所需的溫度條件。
3.如權利要求1所述的溶解系統，其特徵在於，所述給料器為螺旋給料器，所述螺旋給料器上安裝料倉，所述螺旋給料器連接電機。
4.如權利要求1所述的溶解系統，其特徵在於，所述進液管道位於反應罐的上方，其包括具有液位計的去離子水高位槽和硝酸高位槽，所述去離子水高位槽連接控制閥，所述硝酸高位槽連接硝酸導管和控制閥。
5.如權利要求1所述的溶解系統，其特徵在於，所述氣流攪拌裝置包括與反應罐連接的氣流攪拌控制閥，所述氣流攪拌控制閥連接外部壓縮空氣系統，為反應罐提供空氣氣流攪拌。
6.如權利要求1所述的溶解系統，其特徵在於，所述循環攪拌系統包括磁力泵，所述磁力泵連接循環攪拌通道；所述循環攪拌通道包括位於反應罐上方的攪拌入口和位於反應罐下方的攪拌出口管道，所述攪拌出口管道上安裝控制閥。
7.如權利要求1所述的溶解系統，其特徵在於，還包括與反應罐連接的尾氣管，所述尾氣管上安裝尾氣閥，用於排放尾氣。
8.如權利要求1所述的溶解系統，其特徵在於，所述反應罐內安裝隔網。
9.如權利要求1所述的溶解系統，其特徵在於，所述卸料管連接用於控制卸料量和速度的卸料閥。
10.如權利要求1所述的溶解系統，其特徵在於，還包括取樣閥，所述取樣閥連接在攪拌出口管道上。
全文摘要
本發明涉及溶解反應物設備技術領域，特別涉及一種溶解系統。該溶解系統，包括反應罐、與反應罐連接的給料器、進液管道、循環攪拌系統、氣流攪拌裝置；反應罐，用於存儲反應物並提供反應場所，其底部安裝用於卸料的卸料管；循環攪拌裝置和氣流攪拌裝置，用於加速反應罐中反應物的溶解速度；給料器和進液管道，用於反應物的加入。本發明提供的溶解系統，結構簡單、操作方便、運行穩定、產量大，可以滿足大批量生產的要求，可有效使得U3O8粉快速、充分溶解，並且可以達到欠酸溶解，獲得欠酸硝酸鈾醯溶液。
文檔編號B01F15/06GK102513000SQ201110393840
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月1日 優先權日2011年12月1日
發明者劉兵, 周湘文, 唐亞平, 梁彤祥, 王陽, 趙興宇, 鄧長生, 郝少昌, 郭文利, 馬景陶 申請人:清華大學