專利名稱：溶解系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及反應(yīng)物溶解設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種溶解系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，通常采用溶膠凝膠法制備陶瓷微球，該工藝應(yīng)用于制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(yán)格。 其中，溶膠凝膠法制備二氧化鈾核芯主要有以下步驟(1)溶解，將八氧化三鈾(U3O8)粉末溶于硝酸中，配置成有一定鈾原子濃度的硝酸鈾酰溶液；(2)煮膠，在硝酸鈾酰溶液中按一定計(jì)量比加入尿素，在一定溫度下蒸發(fā)濃縮一定時間，冷卻后加入增稠劑調(diào)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，從振動噴嘴流出后分散成為有一定尺寸的液滴。(4)膠凝成球，液滴形成之后先經(jīng)過空氣區(qū)，依靠自身的表面張力形成球形，球形液滴再通過氨氣區(qū)，液滴與氨氣發(fā)生膠凝反應(yīng)使表面預(yù)固化而具有一定的強(qiáng)度，之后進(jìn)入氨水區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步的膠凝反應(yīng)成為凝膠球；(5)陳化，凝膠球剛剛形成時，膠凝反應(yīng)只在凝膠球表面附近完成，凝膠球內(nèi)部反應(yīng)需要一定的時間和溫度，因此需要將凝膠球置于氨水中加熱陳化1 3小時，使凝膠球反應(yīng)完全，成為均勻的有一定強(qiáng)度的球形顆粒；之后還要按照工藝要求經(jīng)過洗滌、干燥、焙燒、 還原和燒結(jié)形成二氧化鈾核芯，最后經(jīng)過經(jīng)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。在上述制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，溶解獲得的硝酸鈾酰溶液是制備溶膠的重要原料，溶解工序是否滿足工藝要求，溶解產(chǎn)物是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求對于整個工藝過程來說至關(guān)重要。因此，適用于該工藝的溶解裝置對制備高溫堆燃料元件核芯有非常重要的意義。用于溶膠凝膠法制備二氧化鈾核芯工藝的溶解工藝要求欠酸溶解，溶解獲得的硝酸鈾酰溶液應(yīng)為欠酸硝酸鈾酰溶液(ADUN)，即溶液中硝酸根與U的摩爾比小于化學(xué)計(jì)量比 2，實(shí)際工藝中要求該比值為1.6 1.8。由于U3O8粉屬于核材料，涉及輻射防護(hù)和核擴(kuò)散問題，并且溶膠凝膠工藝對溶解的要求非常嚴(yán)格，該溶解工序在使用簡單的燒杯并用手工操作的條件下尚能實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)，使用大型機(jī)械化溶解設(shè)備進(jìn)行大批量生產(chǎn)較難實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提供一種既能滿足溶膠凝膠法制備二氧化鈾核芯工藝要求的欠酸硝酸鈾酰溶液，又適合大批量生產(chǎn)的溶解系統(tǒng)。(二)技術(shù)方案為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種溶解系統(tǒng)，包括反應(yīng)罐、與反應(yīng)罐連接的給料器、進(jìn)液管道、循環(huán)攪拌系統(tǒng)、氣流攪拌裝置；所述反應(yīng)罐，用于存儲反應(yīng)物并提供反應(yīng)場所，其底部安裝用于卸料的卸料管；循環(huán)攪拌裝置和氣流攪拌裝置，用于加速反應(yīng)罐中反應(yīng)物的溶解速度；給料器和進(jìn)液管道，用于反應(yīng)物的加入。進(jìn)一步地，還包括加熱套，所述加熱套安裝在反應(yīng)罐的外壁上，其連接外部加熱系統(tǒng)或冷卻水系統(tǒng)，用于提供反應(yīng)所需的溫度條件。進(jìn)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(jī)。進(jìn)一步地，所述進(jìn)液管道位于反應(yīng)罐的上方，其包括具有液位計(jì)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(dǎo)管和控制閥。進(jìn)一步地，所述氣流攪拌裝置包括與反應(yīng)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(tǒng)，為反應(yīng)罐提供空氣氣流攪拌。進(jìn)一步地，所述循環(huán)攪拌系統(tǒng)包括磁力泵，所述磁力泵連接循環(huán)攪拌通道；所述循環(huán)攪拌通道包括位于反應(yīng)罐上方的攪拌入口和位于反應(yīng)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(jìn)一步地，還包括與反應(yīng)罐連接的尾氣管，所述尾氣管上安裝尾氣閥，用于排放尾氣。進(jìn)一步地，所述反應(yīng)罐內(nèi)安裝隔網(wǎng)。進(jìn)一步地，所述卸料管連接用于控制卸料量和速度的卸料閥。進(jìn)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(fā)明提供的溶解系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、運(yùn)行穩(wěn)定、產(chǎn)量大，可以滿足大批量生產(chǎn)的要求，可有效使得U3O8粉快速、充分溶解，并且可以達(dá)到欠酸溶解，獲得欠酸硝酸鈾酰溶液。


圖1為發(fā)明實(shí)施例溶解裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1 反應(yīng)罐；2 加熱套；3 隔網(wǎng)；4 氣流攪拌控制閥；5、8 循環(huán)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(dǎo)管；16、循環(huán)攪拌入口 ；17 尾氣閥；Ml 磁力泵；M2 電機(jī)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例溶解裝置包括密封反應(yīng)罐1、與反應(yīng)罐2連接的給料器9、進(jìn)液管道、循環(huán)攪拌系統(tǒng)、氣流攪拌裝置和尾氣管。其中，該反應(yīng)罐1，采用不銹鋼材料制造，為圓筒狀，用于存儲反應(yīng)物并提供反應(yīng)場所，圓筒直徑經(jīng)過和材料的臨界安全計(jì)算，在最大生產(chǎn)能力下滿足臨界安全，其底部安裝用于卸料的卸料管7。該反應(yīng)罐7的外壁上安裝加熱套2，其連接外部加熱系統(tǒng)或冷卻水系統(tǒng)， 用于提供反應(yīng)所需的溫度條件。循環(huán)攪拌裝置和氣流攪拌裝置，用于加速反應(yīng)罐中反應(yīng)物的溶解速度。其中，氣流攪拌裝置包括與反應(yīng)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(tǒng)，為反應(yīng)罐1提供空氣氣流攪拌。循環(huán)攪拌系統(tǒng)包括磁力泵Ml，磁力泵Ml連接循環(huán)攪拌通道；循環(huán)攪拌通道包括位于反應(yīng)罐1上方的循環(huán)攪拌入口 16和位于反應(yīng)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，用于循環(huán)攪拌該反應(yīng)罐1中的反應(yīng)物。該循環(huán)攪拌入口 16的出口處采用傘狀設(shè)計(jì)，其中磁力泵Ml采用不銹鋼材料制成，耐熱酸腐蝕。該循環(huán)攪拌控制閥5和8采用不銹鋼球閥，內(nèi)襯為聚四氟乙烯材料，用于切換攪拌方式，并且控制循環(huán)攪拌烈度。給料器采用螺旋給料器9，其上安裝錐形料倉10，該螺旋給料器9 一端連接電機(jī) M2，一端神入反應(yīng)罐1中，該電機(jī)M2由變頻器控制用于控制加料速度。進(jìn)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，位于反應(yīng)罐1的上方，其豎直方向上裝有液位計(jì)，用去向反應(yīng)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為不銹鋼針閥。該硝酸高位槽13為圓筒狀，其位于反應(yīng)罐1的上方，其豎直方向上裝有液位計(jì)，用于向反應(yīng)罐1 中注入硝酸。該硝酸高位槽13連接硝酸導(dǎo)管15和硝酸控制閥14，該硝酸導(dǎo)管15伸入反應(yīng)罐1內(nèi)部，且出口豎直向下，其長度應(yīng)使出口保持在液面以下，其中硝酸控制閥14為不銹鋼針閥。該尾氣管上安裝尾氣閥17，用于排放尾氣，該尾氣閥17為不銹鋼球閥，內(nèi)襯由聚四氟乙烯材料制成。反應(yīng)罐1內(nèi)安裝隔網(wǎng)3，用于阻止大顆粒物料進(jìn)入循環(huán)攪拌系統(tǒng)中，隔網(wǎng)3采用耐熱酸腐蝕，網(wǎng)孔直徑可根據(jù)反應(yīng)物顆粒的精細(xì)程度選取。卸料管，該卸料管安裝在反應(yīng)罐1的底部，連其接用于控制卸料量和速度的卸料閥7，該卸料閥7采用不銹鋼球閥，內(nèi)襯為聚四氟乙烯材料，用于卸料。取樣閥6，安裝在攪拌出口管道上，該取樣閥6為不銹鋼球閥，內(nèi)襯為聚四氟乙烯材料，用于在線取樣，隨時監(jiān)控內(nèi)部反應(yīng)物的溶解狀態(tài)。本發(fā)明實(shí)施例溶解系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、運(yùn)行穩(wěn)定、產(chǎn)量大，可以滿足大批量生產(chǎn)的要求，可有效使得U3O8粉快速、充分溶解，并且可以達(dá)到欠酸溶解，獲得欠酸硝酸鈾酰溶液，同時滿足大批量生產(chǎn)的需求。下面具體說明本實(shí)施例溶解系統(tǒng)具體操作方法。首先，試驗(yàn)前分別用清水和去離子水清洗反應(yīng)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(dǎo)管15，清洗后關(guān)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；然后，打開尾氣閥17，通過去離子水控制閥12加入反應(yīng)所需的去離子水，加入量用去離子水高位槽11的液位計(jì)計(jì)算；加入后打開水浴的加熱系統(tǒng)，設(shè)定合適溫度進(jìn)行加執(zhí).其次，在料倉10中加入稱量好的U3O8粉，打開電機(jī)M2，調(diào)節(jié)加入速度將粉料加入反應(yīng)罐1 ；同時打開氣流攪拌控制閥4進(jìn)行氣流攪拌；溫度達(dá)到設(shè)定溫度，且粉料加入完畢后開始通過硝酸控制閥14加入硝酸，反應(yīng)隨即開始，硝酸的加入量用硝酸高位槽13的液位計(jì)計(jì)算；反應(yīng)一段時間后，關(guān)閉氣流攪拌控制閥4同時打開循環(huán)攪拌控制閥5和8、磁力泵Ml 進(jìn)行循環(huán)攪拌；最后，反應(yīng)完成后，關(guān)閉加熱系統(tǒng)，并轉(zhuǎn)換為冷卻水系統(tǒng)，將物料冷卻至室溫，然后通過卸料閥7卸料。需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例提供的溶解系統(tǒng)，并不局限于溶解八氧化三鈾(U3O8) 粉，同樣適用于其他液態(tài)或固態(tài)核材料反應(yīng)物的溶解，同時該溶解裝置除了適用于核材料的溶解，同樣適用于其他行業(yè)生產(chǎn)或試驗(yàn)所需材料的溶解。以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種溶解系統(tǒng)，其特征在于，包括反應(yīng)罐、與反應(yīng)罐連接的給料器、進(jìn)液管道、循環(huán)攪拌系統(tǒng)、氣流攪拌裝置；所述反應(yīng)罐，用于存儲反應(yīng)物并提供反應(yīng)場所，其底部安裝用于卸料的卸料管；循環(huán)攪拌裝置和氣流攪拌裝置，用于加速反應(yīng)罐中反應(yīng)物的溶解速度；給料器和進(jìn)液管道，用于反應(yīng)物的加入。
2.如權(quán)利要求1所述的溶解系統(tǒng)，其特征在于，還包括加熱套，所述加熱套安裝在反應(yīng)罐的外壁上，其連接外部加熱系統(tǒng)或冷卻水系統(tǒng)，用于提供反應(yīng)所需的溫度條件。
3.如權(quán)利要求1所述的溶解系統(tǒng)，其特征在于，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(jī)。
4.如權(quán)利要求1所述的溶解系統(tǒng)，其特征在于，所述進(jìn)液管道位于反應(yīng)罐的上方，其包括具有液位計(jì)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(dǎo)管和控制閥。
5.如權(quán)利要求1所述的溶解系統(tǒng)，其特征在于，所述氣流攪拌裝置包括與反應(yīng)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(tǒng)，為反應(yīng)罐提供空氣氣流攪拌。
6.如權(quán)利要求1所述的溶解系統(tǒng)，其特征在于，所述循環(huán)攪拌系統(tǒng)包括磁力泵，所述磁力泵連接循環(huán)攪拌通道；所述循環(huán)攪拌通道包括位于反應(yīng)罐上方的攪拌入口和位于反應(yīng)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(quán)利要求1所述的溶解系統(tǒng)，其特征在于，還包括與反應(yīng)罐連接的尾氣管，所述尾氣管上安裝尾氣閥，用于排放尾氣。
8.如權(quán)利要求1所述的溶解系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)罐內(nèi)安裝隔網(wǎng)。
9.如權(quán)利要求1所述的溶解系統(tǒng)，其特征在于，所述卸料管連接用于控制卸料量和速度的卸料閥。
10.如權(quán)利要求1所述的溶解系統(tǒng)，其特征在于，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(fā)明涉及溶解反應(yīng)物設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種溶解系統(tǒng)。該溶解系統(tǒng)，包括反應(yīng)罐、與反應(yīng)罐連接的給料器、進(jìn)液管道、循環(huán)攪拌系統(tǒng)、氣流攪拌裝置；反應(yīng)罐，用于存儲反應(yīng)物并提供反應(yīng)場所，其底部安裝用于卸料的卸料管；循環(huán)攪拌裝置和氣流攪拌裝置，用于加速反應(yīng)罐中反應(yīng)物的溶解速度；給料器和進(jìn)液管道，用于反應(yīng)物的加入。本發(fā)明提供的溶解系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、運(yùn)行穩(wěn)定、產(chǎn)量大，可以滿足大批量生產(chǎn)的要求，可有效使得U3O8粉快速、充分溶解，并且可以達(dá)到欠酸溶解，獲得欠酸硝酸鈾酰溶液。
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(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)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(xué)