本發(fā)明屬于天然六氟化鈾氣相轉(zhuǎn)移技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種天然六氟化鈾氣相轉(zhuǎn)移系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在天然鈾轉(zhuǎn)化生產(chǎn)過(guò)程中，為提高產(chǎn)品六氟化鈾捕集效率，采取二、三級(jí)冷凝器作為輔助冷阱，當(dāng)輔助冷阱中的六氟化鈾產(chǎn)品捕集至規(guī)定值時(shí)，需進(jìn)行純化和轉(zhuǎn)移。純化和轉(zhuǎn)移過(guò)程中，六氟化鈾氣相轉(zhuǎn)移是一項(xiàng)重要技術(shù)。

國(guó)際上對(duì)于作為輔助冷阱的二、三級(jí)冷凝器內(nèi)部的六氟化鈾產(chǎn)品，大部分采取以液態(tài)的形式轉(zhuǎn)移至對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品容器中。例如：美國(guó)的哥爾轉(zhuǎn)化廠采用冷凝固化法，以二、三級(jí)冷凝器作為輔助冷阱進(jìn)行uf6產(chǎn)品的深度捕集，當(dāng)輔助冷阱的裝填量達(dá)到規(guī)定之后，通過(guò)凈化、液化、均勻化等操作，以液相形式轉(zhuǎn)移至對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品容器中；法國(guó)的皮埃爾拉特廠同樣采用冷凝固化法，僅以二級(jí)冷凝器作為輔助冷阱進(jìn)行uf6產(chǎn)品的深度捕集，之后，同樣以液態(tài)的形式轉(zhuǎn)移至對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品容器；英國(guó)的施普林費(fèi)爾德廠采用冷凝液化法進(jìn)行uf6產(chǎn)品的捕集，以二級(jí)冷凝器作為輔助冷阱，在加壓的情況下，塔式冷凝器可直接將uf6液化，液化后的uf6經(jīng)取樣分析確認(rèn)合格后，可直接進(jìn)行產(chǎn)品包裝。綜上所述，國(guó)際上對(duì)二、三級(jí)冷凝器的純化和集中處理主要以冷凝液化和冷凝固化的方法，氣相轉(zhuǎn)移技術(shù)用于輔助冷阱內(nèi)uf6產(chǎn)品的純化與轉(zhuǎn)移尚無(wú)應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種天然六氟化鈾氣相轉(zhuǎn)移系統(tǒng)及方法，以實(shí)現(xiàn)輔助冷阱內(nèi)uf6產(chǎn)品的釋壓純化、氣相轉(zhuǎn)移，增加天然uf6產(chǎn)品的純化程度，提 高金屬直收率，降低轉(zhuǎn)移過(guò)程的安全風(fēng)險(xiǎn)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：

一種天然六氟化鈾氣相轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，二級(jí)冷凝器和三級(jí)冷凝器分別放置于兩臺(tái)電子秤上方，乙二醇及蒸汽作為冷熱媒；二級(jí)冷凝器有兩個(gè)出口，一個(gè)出口通過(guò)閥門j1連接至一級(jí)冷凝器入口，另一出口通過(guò)閥門j2、閥門j3、閥門j4、閥門j5連接至三級(jí)冷凝器進(jìn)口；三級(jí)冷凝器設(shè)置兩個(gè)出口，一個(gè)出口通過(guò)閥門j5、閥門j7連接至一級(jí)冷凝器入口，另一出口通過(guò)閥門j6、閥門j8連接至外部尾氣處理工藝系統(tǒng)。

一種基于天然六氟化鈾氣相轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的氣相轉(zhuǎn)移方法，包括如下步驟：

步驟一：開(kāi)啟二級(jí)冷凝器和三級(jí)冷凝器的進(jìn)出口閥門j1、j2、j3、j4、j5，開(kāi)啟相應(yīng)冷卻介質(zhì)進(jìn)出口閥門，深度捕集一級(jí)冷凝器未完全凝華捕集下來(lái)的六氟化鈾產(chǎn)品；

步驟二：二級(jí)冷凝器中uf6的氣相轉(zhuǎn)移，包括uf6自然解凍、釋壓純化、氣相轉(zhuǎn)移、降溫備用四個(gè)階段：

(a)uf6自然解凍：當(dāng)二級(jí)冷凝器的產(chǎn)品裝填量達(dá)到一定值時(shí)，關(guān)閉二級(jí)冷凝器的進(jìn)口閥門j1，確保出口閥門j2、j3、j4、j5處于開(kāi)啟狀態(tài)，停止冷卻介質(zhì)循環(huán)，使uf6自然解凍至室溫；當(dāng)三級(jí)冷凝器的產(chǎn)品裝填量達(dá)到一定值時(shí)，關(guān)閉三級(jí)冷凝器的進(jìn)口閥門j5，確保出口閥門j6、j8處于開(kāi)啟狀態(tài)，停止冷卻介質(zhì)循環(huán)，使uf6自然解凍至室溫；

(b)uf6的釋壓純化：當(dāng)輔助冷阱的溫度達(dá)到室溫時(shí)，使用較熱溫度的加熱介質(zhì)對(duì)輔助冷阱內(nèi)的uf6進(jìn)行加熱；調(diào)節(jié)加熱介質(zhì)流量，控制輔助冷阱內(nèi)溫度為45±5℃；當(dāng)大于氟化氫沸點(diǎn)19.5℃而小于uf6升華點(diǎn)56.4℃時(shí)，氟化氫及uf6分別為氣態(tài)及固態(tài)形式，最終實(shí)現(xiàn)輔助冷阱中氟化氫與uf6的分離；

(c)uf6的氣相轉(zhuǎn)移：當(dāng)二級(jí)冷凝器的電子秤開(kāi)始出現(xiàn)減秤現(xiàn)象時(shí)，視為釋壓純化結(jié)束；關(guān)閉出口閥門j2，開(kāi)啟閥門j1及一級(jí)冷凝器進(jìn)口閥門，使用95℃乙二醇進(jìn)一步對(duì)二級(jí)冷凝器內(nèi)的uf6進(jìn)行加熱，控制溫度為(95±5℃)；uf6完全升華轉(zhuǎn)移至一級(jí)冷凝器中，當(dāng)一級(jí)冷凝器內(nèi)的uf6達(dá)到一定值后，集中升溫液化、釋壓凈化、液相轉(zhuǎn)移以及包裝；當(dāng)三級(jí)冷凝器的電子秤開(kāi)始出現(xiàn)減秤現(xiàn)象時(shí)，視為釋壓純化結(jié)束；關(guān)閉出口閥門j6，開(kāi)啟閥門j5、j7及一級(jí)冷凝器進(jìn)口閥門，使用高溫度的加熱蒸汽進(jìn)一步對(duì)三級(jí)冷凝器內(nèi)的uf6進(jìn)行加熱，控制溫度為95±5℃；uf6完全升華轉(zhuǎn)移至一級(jí)冷凝器中，當(dāng)一級(jí)冷凝器內(nèi)的uf6達(dá)到一定值后，集中升溫液化、釋壓凈化、液相轉(zhuǎn)移以及包裝；

(d)輔助冷阱的降溫備用：輔助冷阱包括二級(jí)冷凝器和三級(jí)冷凝器，當(dāng)輔助冷阱的電子秤持續(xù)2h不減秤，視為氣相轉(zhuǎn)移完全；停止加熱介質(zhì)循環(huán)，關(guān)閉閥門j1、j5、j7，輔助冷阱自然降溫，備用。

所述二級(jí)冷凝器采用-25℃乙二醇水溶液作為冷卻介質(zhì)，三級(jí)冷凝器采用-35℃的氯化鈣鹽水作為冷卻介質(zhì)。

本發(fā)明所取得的有益效果為：

本發(fā)明涉及到在串聯(lián)式的uf6捕集流程中，二、三級(jí)冷凝器對(duì)uf6產(chǎn)品進(jìn)行深度捕集達(dá)到規(guī)定值或當(dāng)uf6產(chǎn)品純度達(dá)不到要求時(shí)，對(duì)uf6產(chǎn)品進(jìn)行必要的純化或集中處理，通過(guò)氣相轉(zhuǎn)移系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至一級(jí)冷凝器中再次被凝華捕集，最終實(shí)現(xiàn)uf6產(chǎn)品的集中升溫液化、液相轉(zhuǎn)移及包裝的技術(shù)。本發(fā)明通過(guò)氣相轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，采用長(zhǎng)期摸索確定的氣相轉(zhuǎn)移技術(shù)控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輔助冷阱內(nèi)的uf6產(chǎn)品的純化，確保輔助冷阱深度捕集的天然uf6產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)將輔助冷阱內(nèi)的uf6以氣相形式轉(zhuǎn)移至主冷阱內(nèi)，最后在主冷阱內(nèi)集中進(jìn)行液相轉(zhuǎn)移及包裝，簡(jiǎn)化工藝流程，提高了金屬鈾的直收率，降低液相轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)。該技術(shù) 方法具有：設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便快捷、控制條件易于實(shí)現(xiàn)、安全系數(shù)較高，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高金屬鈾的直收率等優(yōu)點(diǎn)。具體優(yōu)點(diǎn)如下所述：

(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。該氣相轉(zhuǎn)移系統(tǒng)主要包括輔助冷阱(二、三級(jí)冷凝器)、主冷阱(一級(jí)冷凝器)、電子秤、氣相轉(zhuǎn)移管道及閥門、壓力溫度儀表和保溫設(shè)備。

(2)操作方便快捷。在輔助冷阱中的uf6產(chǎn)品達(dá)到一定量時(shí)，通過(guò)控制少量相關(guān)閥門的開(kāi)啟/關(guān)閉狀態(tài)，在微正壓狀態(tài)下，uf6以氣態(tài)形式轉(zhuǎn)移至主冷阱中。

(3)控制條件易于實(shí)現(xiàn)。在該過(guò)程中主要控制輔助冷阱的溫度、熱媒的溫度、氣相轉(zhuǎn)移管道的溫度以及氣相轉(zhuǎn)移的速率。輔助冷阱的溫度(80℃～100℃)可通過(guò)熱媒進(jìn)行調(diào)節(jié)；熱媒的溫度分別通過(guò)95℃乙二醇溶液、加熱蒸汽流量進(jìn)行控制；氣相轉(zhuǎn)移管道的溫度(≥85℃)通過(guò)蒸汽伴管即可滿足；氣相轉(zhuǎn)移的速率通過(guò)氣相轉(zhuǎn)移閥門開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(4)安全系數(shù)較高。整個(gè)uf6氣相轉(zhuǎn)移過(guò)程中，輔助冷阱的壓力一直保持微正壓甚至平壓，溫度較低且可控，安全系數(shù)較高。同時(shí)通過(guò)氣相轉(zhuǎn)移將純化后的產(chǎn)品集中轉(zhuǎn)移至主冷阱中進(jìn)行液態(tài)包裝，減少了輔助冷凝器中產(chǎn)品的升溫液化及轉(zhuǎn)移包裝過(guò)程，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

(5)保證產(chǎn)品質(zhì)量。在氣相轉(zhuǎn)移過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了輔助冷阱中uf6的純化，降低了產(chǎn)品中氟化氫、難揮發(fā)性雜質(zhì)的含量，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。

(6)提高金屬鈾的直收率。采用二、三級(jí)冷凝器作為輔助冷阱，深度捕集uf6產(chǎn)品，在經(jīng)氣相轉(zhuǎn)移方式轉(zhuǎn)移至一級(jí)冷凝器中再次凝華捕集、液態(tài)包裝，提高金屬鈾的直收率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述天然六氟化鈾氣相轉(zhuǎn)移系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

在101.325kpa下，uf6加熱到56.4℃時(shí)可不經(jīng)熔化而直接升華，因此，只要將輔助冷阱的溫度控制在升華點(diǎn)以上，就能實(shí)現(xiàn)uf6的氣相轉(zhuǎn)移。另外，在采用中溫電解制取的氟氣中，氟化氫的含量一般為4％～10％，該部分氟化氫會(huì)隨爐氣進(jìn)入產(chǎn)品冷阱中，而氟化氫的沸點(diǎn)(19.5℃)和uf6的升華點(diǎn)(56.4℃)之間有較大的差值，因此，將輔助冷阱的溫度控制在氟化氫的沸點(diǎn)和uf6的升華點(diǎn)之間，能有效的將uf6中的氟化氫去除。在uf6制備過(guò)程中，多數(shù)難揮發(fā)性的金屬氟化物雜質(zhì)隨氟化渣進(jìn)入渣罐收集器中，但仍有一部分在氟化反應(yīng)溫度的影響下，隨成品混合氣進(jìn)入冷阱中，因此，利用uf6易升華的特點(diǎn)，采用氣相轉(zhuǎn)移方式，控制適當(dāng)?shù)膲毫εc溫度，使輔助冷阱內(nèi)的uf6升華并轉(zhuǎn)移至主冷阱內(nèi)進(jìn)行再次凝華捕集，將產(chǎn)品與金屬雜質(zhì)分離，得到純度較高的天然六氟化產(chǎn)品，提高金屬鈾的直收率。對(duì)于輔助冷阱內(nèi)天然uf6產(chǎn)品的氣相轉(zhuǎn)移過(guò)程，主要分為uf6自然解凍、釋壓純化、氣相轉(zhuǎn)移、降溫備用四個(gè)階段，具體為：采用二、三級(jí)冷凝器作為輔助冷阱，深度捕集主冷阱(一級(jí)冷凝器)未完全凝華的uf6產(chǎn)品。當(dāng)輔助冷阱的uf6裝填量達(dá)到一定值時(shí)，關(guān)閉其進(jìn)口閥門，脫離uf6捕集系統(tǒng)，停止冷阱的冷媒供給，使uf6自然解凍。當(dāng)冷阱內(nèi)溫度達(dá)到室溫時(shí)，在冷阱的內(nèi)盤(pán)管通入較低溫度的熱媒對(duì)產(chǎn)品升溫，控制適宜溫度，進(jìn)行釋壓純化。當(dāng)電子秤出現(xiàn)減秤現(xiàn)象后，關(guān)閉出口閥門，并開(kāi)啟氣相轉(zhuǎn)移系統(tǒng)相應(yīng)閥門，在冷凝器內(nèi)盤(pán)管通入較高溫度的熱媒，進(jìn)一步加熱，使uf6完全升華，并以氣態(tài)形式轉(zhuǎn)移至主冷阱(一級(jí)冷凝器)中，當(dāng)電子秤持續(xù)2h不減秤后，視為氣相轉(zhuǎn)移結(jié)束，關(guān)閉相應(yīng)閥門，自然降溫備用。

如圖1所示，本發(fā)明所述天然六氟化鈾氣相轉(zhuǎn)移系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：輔助冷阱包括二級(jí)冷凝器和三級(jí)冷凝器，二級(jí)冷凝器和三級(jí)冷凝器分別放置于兩臺(tái)電子秤上方，以乙二醇及蒸汽作為冷熱媒；二級(jí)冷凝器有兩個(gè)出口，一個(gè)出口通過(guò)閥門j1連接至一級(jí)冷凝器入口(其也可作為一級(jí)冷凝器未冷凝氣體進(jìn)入二級(jí)冷凝器的入口)，另一出口通過(guò)閥門j2、閥門j3、閥門j4、閥門j5連接至三級(jí)冷凝器進(jìn)口；三級(jí)冷凝器同樣設(shè)置兩個(gè)出口，一個(gè)通過(guò)閥門j5、閥門j7連接至一級(jí)冷凝器入口(其也可作為二級(jí)冷凝器未冷凝氣體進(jìn)入三級(jí)冷凝器的入口)，另一出口通過(guò)閥門j6、閥門j8連接至外部尾氣處理工藝系統(tǒng)；冷卻加熱介質(zhì)通過(guò)冷凝器內(nèi)部的循環(huán)盤(pán)管對(duì)冷凝器進(jìn)行冷卻加熱。

本發(fā)明所述天然六氟化鈾氣相轉(zhuǎn)移方法如下：

(1)建立uf6氣相轉(zhuǎn)移系統(tǒng)。該裝置由輔助冷阱(二、三級(jí)冷凝器)、主冷阱(一級(jí)冷凝器)、電子秤、氣相轉(zhuǎn)移管道及閥門、溫度儀表和保溫設(shè)備組成。

(2)uf6的深度捕集。開(kāi)啟輔助冷阱(二、三級(jí)冷凝器)的進(jìn)、出口閥j1、j2、j3、j4、j5，開(kāi)啟相應(yīng)冷卻介質(zhì)(二級(jí)冷凝器采用-25℃乙二醇水溶液作為冷卻介質(zhì)、三級(jí)冷凝器采用-35℃的氯化鈣鹽水作為冷卻介質(zhì))進(jìn)、出口閥門，深度捕集主冷阱(一級(jí)冷凝器)未完全凝華捕集下來(lái)的六氟化鈾產(chǎn)品。

(3)二級(jí)冷凝器中uf6的氣相轉(zhuǎn)移。包括uf6自然解凍、釋壓純化、氣相轉(zhuǎn)移、降溫備用四個(gè)階段

(a)uf6自然解凍。當(dāng)輔助冷阱(二級(jí)冷凝器)的產(chǎn)品裝填量達(dá)到一定值時(shí)，關(guān)閉輔助冷阱(二級(jí)冷凝器)的進(jìn)口閥門j1，確保出口閥門j2、j3、j4、j5處于開(kāi)啟狀態(tài)，停止冷卻介質(zhì)循環(huán)，使uf6自然解凍至室溫；當(dāng)輔助冷阱(三級(jí)冷凝器)的產(chǎn)品裝填量達(dá)到一定值時(shí)，關(guān)閉輔助冷阱(三級(jí)冷凝器)的進(jìn)口閥門j5，確保出口閥門j6、j8處于開(kāi)啟狀態(tài)，停止冷卻介質(zhì)循環(huán)，使uf6自然 解凍至室溫

(b)uf6的釋壓純化。當(dāng)輔助冷阱的溫度達(dá)到室溫時(shí)，使用較熱溫度的加熱介質(zhì)(二級(jí)冷凝器采用45℃乙二醇水溶液作為加熱介質(zhì)、三級(jí)冷凝器采用蒸汽作為加熱介質(zhì))對(duì)輔助冷阱內(nèi)的uf6進(jìn)行加熱。調(diào)節(jié)加熱介質(zhì)流量，控制輔助冷阱內(nèi)溫度為(45±5℃)。如此，當(dāng)大于氟化氫沸點(diǎn)(19.5℃)而小于uf6升華點(diǎn)(56.4℃)時(shí)，氟化氫及uf6分別為氣態(tài)及固態(tài)形式。最終實(shí)現(xiàn)輔助冷阱中氟化氫與uf6的分離，達(dá)到除去氟化氫的效果。

(c)uf6的氣相轉(zhuǎn)移。當(dāng)輔助冷阱(二級(jí)冷凝器)的電子秤開(kāi)始出現(xiàn)減秤現(xiàn)象時(shí)，視為釋壓純化結(jié)束。關(guān)閉出口閥門j2，開(kāi)啟氣相轉(zhuǎn)移系統(tǒng)相應(yīng)閥門j1及一級(jí)冷凝器進(jìn)口閥門，使用高溫度的加熱介質(zhì)(95℃乙二醇)，進(jìn)一步對(duì)輔助冷阱(二級(jí)冷凝器)內(nèi)的uf6進(jìn)行加熱?？刂戚o助冷阱內(nèi)溫度為(95±5℃)。如此，uf6完全升華并通過(guò)氣相轉(zhuǎn)移系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至的主冷阱(一級(jí)冷凝器)中，當(dāng)主冷阱內(nèi)的uf6達(dá)到一定值后，集中升溫液化、釋壓凈化、液相轉(zhuǎn)移以及包裝；當(dāng)輔助冷阱(三級(jí)冷凝器)的電子秤開(kāi)始出現(xiàn)減秤現(xiàn)象時(shí)，視為釋壓純化結(jié)束。關(guān)閉出口閥門j6，開(kāi)啟氣相轉(zhuǎn)移系統(tǒng)相應(yīng)閥門j5、j7及一級(jí)冷凝器進(jìn)口閥門，使用高溫度的加熱介質(zhì)(蒸汽)，進(jìn)一步對(duì)輔助冷阱(三級(jí)冷凝器)內(nèi)的uf6進(jìn)行加熱?？刂戚o助冷阱內(nèi)溫度為(95±5℃)。如此，uf6完全升華并通過(guò)氣相轉(zhuǎn)移系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至的主冷阱(一級(jí)冷凝器)中，當(dāng)主冷阱內(nèi)的uf6達(dá)到一定值后，集中升溫液化、釋壓凈化、液相轉(zhuǎn)移以及包裝。

(d)輔助冷阱的降溫備用。當(dāng)輔助冷阱的電子秤持續(xù)2h不減秤，視為氣相轉(zhuǎn)移完全。停止加熱介質(zhì)循環(huán)，關(guān)閉氣相轉(zhuǎn)移系統(tǒng)閥門j1、j5、j7，輔助冷阱自然降溫，備用。