脫硝三氧化鈾水合活化工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鈾轉(zhuǎn)化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及鈾轉(zhuǎn)化領(lǐng)域中一種利用去離子與脫硝三氧化鈾反應(yīng)生成三氧化鈾二水化合物，然后經(jīng)干燥-脫水制備無定形三氧化鈾，以提高三氧化鈾活性的工藝。本發(fā)明設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，流程簡(jiǎn)單、工藝路線切實(shí)可行，活化的UO3物料可直接用于流化床還原制備UO2的工序，且制備出的UO2具有較高的氫氟化活性等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】脫硝三氧化鈾水合活化工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鈾轉(zhuǎn)化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及鈾轉(zhuǎn)化領(lǐng)域中一種利用去離子與脫硝三氧化鈾反應(yīng)生成三氧化鈾二水化合物，然后經(jīng)干燥-脫水制備無定形三氧化鈾，以提高三氧化鈾活性的工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國從鈾礦濃縮物(黃餅)到六氟化鈾的鈾轉(zhuǎn)化生產(chǎn)現(xiàn)采用AUC裂解還原制取U02，再經(jīng)兩級(jí)串聯(lián)逆流流化床氫氟化制備UF4,然后在新型氟化反應(yīng)器內(nèi)氟化制備UF6的路線。該工藝前端設(shè)備生產(chǎn)能力小，廢液廢氣量大，對(duì)環(huán)境的影響比較嚴(yán)重，這與現(xiàn)代核化工的發(fā)展要求不符。就UO2制備而言，采用以精制UNH為原料直接脫硝生產(chǎn)UO3,再經(jīng)還原制備UO2的工藝，無需經(jīng)由沉淀步驟，具有流程短、不產(chǎn)生液體廢物等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為符合產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展方向的代表性工藝路線。例如，目前法國AREVA公司的Comurhex II就采用該方法來替代其在ComurhexI中的ADU煅燒制備UO3, UO3在L.C爐還原制備UO2的工藝，具體工藝路線為先將UNH溶液閃蒸脫硝，然后在流化床內(nèi)進(jìn)行脫硝UO3的氫還原，生產(chǎn)能力約達(dá)到4500tU/a。而加拿大Cameco公司采用的UNH脫硝-還原工藝路線是先將UNH溶液在多級(jí)攪拌罐內(nèi)脫硝，然后同樣采用流化床還原脫硝UO3來制備UO2。英國采用的是將UNH溶液脫硝制備UO3,再水合活化，氫還原來制備UO2。
[0003]但脫硝UO3的化學(xué)反應(yīng)活性較差，影響后續(xù)氫氟化工序轉(zhuǎn)化率，因而提高其化學(xué)反應(yīng)性，在其后續(xù)轉(zhuǎn)化過程中，具有重要意義。目前，提高脫硝產(chǎn)品UO3活性的方法主要有磨粉-篩分、添加硫酸鹽、水合活化及氧化還原等方法。磨粉-篩分法是一種物理化學(xué)方法，通過UO3顆粒的機(jī)械磨粉、篩分選出粒徑在規(guī)定范圍內(nèi)的UO3物料。UO3物料的粒徑減小導(dǎo)致其比表面積增大，可在一定程度上提高UO3的化學(xué)反應(yīng)性；但該工藝比較繁瑣，流程復(fù)雜，目前工業(yè)很少采用。向UNH料液中添加硫酸鹽，可以改善脫硝UO3產(chǎn)物的宏觀結(jié)構(gòu)(如粒徑減小等)，使UO3的活性得到一定的提高。這種方法無需增加任何設(shè)備，也不改變工藝參數(shù)，在工藝上易實(shí)現(xiàn)。但向硝酸鈾酰溶液中添加硫酸鹽提高UO3產(chǎn)物的活性是有限度的，因?yàn)檫@種方法并未改變UO3晶體結(jié)構(gòu)和噴霧脫硝的顆粒長大機(jī)理，不能從根本上克服脫硝UO3反應(yīng)性差的缺點(diǎn)。為從根本上提高UNH脫硝產(chǎn)品的活性問題，必須對(duì)脫硝UO3進(jìn)行化學(xué)處理，以徹底破壞原顆粒的晶體結(jié)構(gòu)，使其轉(zhuǎn)化為活性UO3，研究比較充分的活化方法有氧化-還原法和水化_脫水法。但氧化_還原法，需要將UO3還原成UO2,然后再氧化成U3O8,工藝過程較復(fù)雜，工業(yè)上尚未有應(yīng)用的實(shí)例。而水化-脫水法僅需加入適量的水，與UO3形成二水化合物，然后經(jīng)干燥-脫水即可改善其活性，目前英國已付諸于工藝應(yīng)用，但其水合后的物料用于回轉(zhuǎn)爐的還原用料。
[0004] 為適應(yīng)未來核電對(duì)燃料的需求，我國擬建的9000tu/a鈾純化及6000tU/a鈾轉(zhuǎn)化工程項(xiàng)目中，其前端也采用硝酸鈾酰脫硝制備UO3的路線。為解決脫硝UO3活性問題，中核四〇四有限公司開展了 UO3水合活化實(shí)驗(yàn)室規(guī)模技術(shù)研究，通過試驗(yàn)確定了 UO3水合及UO3水合物干燥-脫水的最佳工藝條件。經(jīng)水合活化處理后的UO3物料，其在后續(xù)氫氟化反應(yīng)中具有較高的活性，接近AUC裂解還原制取UO2的活性。為此，結(jié)合前期開展相關(guān)試驗(yàn)取得的成果，在對(duì)國外UO3水合活化技術(shù)方案調(diào)研和論證的基礎(chǔ)上，確定了 UO3水合活化的工藝路線，掌握了水合活化工藝關(guān)鍵技術(shù)，最大限度的提高了脫硝UO3反應(yīng)活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種能有效的改善UO3活性，降低后續(xù)的UF4及UF6制備過程中HF及F2的用量的脫硝三氧化鈾水合活化工藝。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為，一種脫硝三氧化鈾水合活化工藝，包括以下步驟:
[0007]步驟I,搭建水合活化試驗(yàn)平臺(tái)；
[0008]步驟2，脫硝UO3進(jìn)入水合反應(yīng)器，控制水合反應(yīng)器溫度為45~50°C，停留時(shí)間為1.5~2.5h，自去離子水儲(chǔ)槽出來的去離子水通過計(jì)量泵計(jì)量，經(jīng)霧化裝置霧化后噴淋至水合反應(yīng)器內(nèi)，與脫硝UO3物料反應(yīng)，反應(yīng)生成的UO3.2H20 ；
[0009]步驟3，步驟2反應(yīng)生成的UO3.2H20輸送至干燥脫水器內(nèi)進(jìn)行干燥和脫水，脫水后形成的無定形UO3送入到中間料倉中，干燥脫水器干燥段溫度為180~200°C，脫水段溫度為350~400°C，干燥-脫水時(shí)間0.5~1.5h ;
[0010]步驟4，經(jīng)步驟3干燥、脫水后的尾氣經(jīng)除塵器除塵后，進(jìn)入冷凝器，冷凝下來的液態(tài)水通過管道流入去離子水儲(chǔ)槽，從而實(shí)現(xiàn)去離子水的循環(huán)利用，不冷凝氣體通過氣體管道排空。
[0011]所述水合反應(yīng)器、干燥脫水器均為臥式攪拌床。
[0012]所述步驟2中控制水合反應(yīng)器溫度優(yōu)選為50°C，脫硝而3在水合反應(yīng)器的停留時(shí)間優(yōu)選為2h。
[0013]所述步驟2中霧化水與脫硝三氧化鈾的摩爾比為1.9~2.3:1。
[0014]所述步驟2中霧化水與脫硝三氧化鈾的摩爾比優(yōu)選為2.3:1。
[0015]所述步驟3中干燥脫水器干燥段溫度優(yōu)選為200°C，脫水段溫度優(yōu)選為400°C，脫水時(shí)間優(yōu)選lh。
[0016]本發(fā)明具有:設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，流程簡(jiǎn)單、工藝路線切實(shí)可行，活化的UO3物料可直接用于流化床還原制備UO2的工序，且制備出的UO2具有較高的氫氟化活性等優(yōu)點(diǎn)。其具體特點(diǎn)如下所述:
[0017]I)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，該系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備僅有臥式攪拌床水合反應(yīng)器及臥式攪拌床干燥脫水器，輔助設(shè)備僅有去離子水儲(chǔ)槽、冷凝器、尾氣除塵器、計(jì)量泵、霧化噴淋裝置等。
[0018]2 )該工藝中，水合反應(yīng)器采用臥式攪拌床的形式，其對(duì)物料不僅具有輸送能力，還具有攪拌能力，保證了物料與去離子水的均勻混合，避免了因局部物料與去離子水過多接觸，導(dǎo)致物料結(jié)塊，影響水合的效果。另外，在水合反應(yīng)器的上部設(shè)置霧化噴淋裝置，將液態(tài)水霧化后噴淋至水合反應(yīng)器內(nèi)，也確保了物料與去離子水充分混合。
[0019]3)干燥脫水器亦采用臥式攪拌床的形式，其在干燥-脫水過程中，可對(duì)水合反應(yīng)器中可能形成的少量結(jié)塊物料進(jìn)行破碎，從而確保水合活化后的UO3物料滿足流化床制備UO2的原料要求。
[0020]4)在去離子水儲(chǔ)槽與霧化噴淋裝置之間設(shè)置了計(jì)量泵，其不僅可以精確計(jì)量去離子水的流量，還可以保證霧化噴淋裝置所需要噴淋出霧化水的壓力。
[0021]5)尾氣除塵后，設(shè)置冷凝器，其可有效的回收水合反應(yīng)所消耗的去離子水，實(shí)現(xiàn)其循環(huán)利用。
[0022]6)確定的最佳技術(shù)條件相對(duì)寬松，易于實(shí)現(xiàn)。水合反應(yīng)器的控制溫度為45~50°C，干燥脫水器干燥段控制溫度為180~200°C，脫水段控制溫度為350~400°C.[0023]7)具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。水合活化處理后的UO3,經(jīng)還原后制備的UO2具有較高氫氟化及氟化的反應(yīng)活性，降低后續(xù)的四氟化鈾及六氟化鈾制備過程中氟化氫及氟氣的用量。
[0024]8)國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)脫硝UO3水合活化工藝技術(shù)路線，有效的改善了脫硝UO3的活性。【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述。
[0027]本發(fā)明的原理為:脫硝UO3在一定的條件下，與水發(fā)生反應(yīng)生成UO3.2H20，UO3.2H20經(jīng)干燥-脫水后可形成無定形U03。據(jù)此特點(diǎn)，本發(fā)明以臥式攪拌床為水合反應(yīng)器，通過控制霧化水的流量、UO3的輸入量及反應(yīng)器的溫度，在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行水合反應(yīng)，生成UO3.2H20，然后對(duì)UO3.2H20，進(jìn)行干燥-脫水，干燥脫水器亦采用臥式攪拌床方式，通過控制溫度來實(shí)現(xiàn)。
[0028]一種脫硝三氧化鈾水合活化工藝，如圖1所示，包括以下步驟:
[0029]步驟1，搭建水合活化試驗(yàn)平臺(tái):脫硝三氧化鈾水合活化工藝研究的試驗(yàn)系統(tǒng)主要由螺旋進(jìn)料裝置、水合反應(yīng)器、干燥脫水器、接收料倉、去離子水儲(chǔ)槽、計(jì)量泵、霧化噴淋裝置、冷凝器、除塵器、接料料倉等組成；試驗(yàn)的主體設(shè)備為水合反應(yīng)器及干燥脫水器，均為臥式攪拌床；水合反應(yīng)器放置于干燥脫水器的上方，其卸料口位于干燥脫水器進(jìn)料口正上方，中間通過管道連接。水合反應(yīng)器上方設(shè)有螺旋進(jìn)料裝置，固體物料UO3通過螺旋輸送器輸送至水合反應(yīng)器，通過控制螺旋輸送器的轉(zhuǎn)速控制UO3的輸入量；螺旋進(jìn)料裝置螺旋軸出口設(shè)置管道，管道下方與水合反應(yīng)器的進(jìn)料口相連；水合反應(yīng)器設(shè)置三段噴淋區(qū)，每段噴淋區(qū)設(shè)置一個(gè)霧化噴頭，將去離子霧化，噴淋區(qū)后相應(yīng)的留有反應(yīng)區(qū)，確保物料充分反應(yīng)；水合反應(yīng)器筒體為U型，上端用蓋板密封，蓋板上設(shè)有多個(gè)霧化噴淋裝置，位于攪拌軸正上方；霧化噴淋裝置入口經(jīng)管道連接計(jì)量泵出口，計(jì)量泵進(jìn)口端由軟管連接去離子水儲(chǔ)槽位出口 ；干燥脫水器上方設(shè)置水蒸氣出口管道，蒸汽管道連接至尾氣除塵裝置的入口，尾氣除塵裝置出口連接至冷凝器氣體入口，冷凝器下端設(shè)置冷凝水出口管道，冷凝水管道連接至下方的去離子儲(chǔ)槽；試驗(yàn)采用固體原料為流化床脫硝制備的UO3，活化劑采用的水為去離子水；去離子儲(chǔ)存于去離子水儲(chǔ)槽，經(jīng)由計(jì)量泵打入霧化噴頭，保證霧化壓力，同時(shí)精確計(jì)量霧化水流量。
[0030]步驟2，脫硝UO3物料經(jīng)料桶、加料料斗，在螺旋輸送器的作用下，進(jìn)入水合反應(yīng)器，控制水合反應(yīng)器溫度為50°C，脫硝UO3在水合反應(yīng)器的停留時(shí)間為2h，自去離子水儲(chǔ)槽出來的去離子水通過計(jì)量泵計(jì)量，經(jīng)霧化裝置霧化后噴淋至水合反應(yīng)器內(nèi)，與脫硝UO3物料反應(yīng)，反應(yīng)生成的UO3.2Η20 ;霧化水與脫硝三氧化鈾的摩爾比為1.9~2.3:1，優(yōu)選為2.3:1。
[0031]步驟3，步驟2反應(yīng)生成的UO3.2Η20經(jīng)水合反應(yīng)器內(nèi)的螺旋攪拌軸輸送至干燥脫水器內(nèi)進(jìn)行干燥和脫水，脫水后形成的無定形UO3經(jīng)螺旋攪拌軸輸送，經(jīng)下料管送入到接收料倉中，然后在螺旋輸送器的作用下送入到中間料倉中，干燥脫水器干燥段溫度為200°c，脫水段溫度為400°C，干燥-脫水時(shí)間Ih ；
[0032]步驟4，經(jīng)步驟3干燥、脫水后的尾氣經(jīng)除塵器除塵后，進(jìn)入冷凝器，冷凝下來的液態(tài)水通過管道流入去離子水儲(chǔ)槽，從而實(shí)現(xiàn)去離子水的循環(huán)利用，不冷凝氣體通過氣體管道排空。
[0033]水合反應(yīng)生成的UO3.2Η20由水合反應(yīng)器的卸料口經(jīng)管道自流至干燥脫水器，干燥脫水器的干燥段及脫水段均由電加熱器進(jìn)行加熱，以保證干燥脫水的溫度，確保UO3.2Η20完全脫水形成干燥的無定形U03。干燥脫水的形成的水蒸氣經(jīng)由干燥脫水器卸料端的上部排氣管道排出，排出的水蒸氣經(jīng)由擋板除塵器，以除去水蒸氣夾帶的鈾塵，除塵后的水蒸氣進(jìn)入蛇管冷凝器，進(jìn)行冷凝，選擇軟化水作為冷卻介質(zhì)，冷凝下來的液態(tài)水經(jīng)由管道自流至去離子水儲(chǔ)槽，以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。
[0034]依據(jù)上述試驗(yàn)系統(tǒng)，保證水合反應(yīng)器的溫度為50°C，物料在水合反應(yīng)器的停留時(shí)間為2h，干燥脫水器的干燥溫度為200°C，脫水段溫度為400°C，干燥脫水時(shí)間為Ih下，分別進(jìn)行了霧化水與脫硝三氧化鈾的摩爾比為1.9:1，2.0:1，2.1:1，2.2:1，2.3:1，2.4:1試驗(yàn)，經(jīng)試驗(yàn)后物料顏色均由開始的橙黃色變?yōu)榇u紅色，表明均形成了無定形U03。取出各條件下的一定量的UO3產(chǎn)品與脫硝UO3原料，進(jìn)行比表面積分析，其分析結(jié)果如表1。
[0035]表1脫硝UO3與六種樣品比表面積數(shù)據(jù)一覽表
[0036]
【權(quán)利要求】
1.一種脫硝三氧化鈾水合活化工藝，其特征在于包括以下步驟: 步驟I，搭建水合活化試驗(yàn)平臺(tái)； 步驟2，脫硝UO3進(jìn)入水合反應(yīng)器，控制水合反應(yīng)器溫度為45~50°C，停留時(shí)間為.1.5~2.5h，自去離子水儲(chǔ)槽出來的去離子水通過計(jì)量泵計(jì)量，經(jīng)霧化裝置霧化后噴淋至水合反應(yīng)器內(nèi)，與脫硝UO3物料反應(yīng)，反應(yīng)生成的UO3.2H20 ； 步驟3，步驟2反應(yīng)生成的UO3.2H20輸送至干燥脫水器內(nèi)進(jìn)行干燥和脫水，脫水后形成的無定形UO3送入到中間料倉中，干燥脫水器干燥段溫度為180~200°C，脫水段溫度為.350~4000C，干燥-脫水時(shí)間0.5~1.5h ; 步驟4，經(jīng)步驟3干燥、脫水后的尾氣經(jīng)除塵器除塵后，進(jìn)入冷凝器，冷凝下來的液態(tài)水通過管道流入去離子水儲(chǔ)槽，從而實(shí)現(xiàn)去離子水的循環(huán)利用，不冷凝氣體通過氣體管道排空。
2.如權(quán)利要求1所述的一種脫硝三氧化鈾水合活化工藝，其特征在于水合反應(yīng)器、干燥脫水器均為臥式攪拌床。
3.如權(quán)利要求1所述的一種脫硝三氧化鈾水合活化工藝，其特征在于步驟2中控制水合反應(yīng)器溫度優(yōu)選為50°C，脫硝UO3在水合反應(yīng)器的停留時(shí)間為優(yōu)選2h。
4.如權(quán)利要求1所述的一種脫硝三氧化鈾水合活化工藝，其特征在于步驟2中霧化水與脫硝三氧化鈾的摩爾比為1.9~2.3:1。
5.如權(quán)利要求4所述的一種脫硝三氧化鈾水合活化工藝，其特征在于步驟2中霧化水與脫硝三氧化鈾的摩爾比優(yōu)選為2.3:1。
6.如權(quán)利要求1所述的一種脫硝三氧化鈾水合活化工藝，其特征在于步驟3中干燥脫水器干燥段溫度優(yōu)選為200°C，脫水段溫度優(yōu)選為400°C，脫水時(shí)間優(yōu)選lh。
【文檔編號(hào)】C01G43/01GK103910385SQ201310005550
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月8日
【發(fā)明者】魏剛, 王偉, 王俊, 張慧忠, 李永明, 嚴(yán)輝, 許云生, 張龍 申請(qǐng)人:中核四0四有限公司