CN102513001A

CN102513001A - 一种溶解装置

Info

Publication number: CN102513001A
Application number: CN201110393908XA
Authority: CN
Inventors: 郝少昌; 马景陶; 赵兴宇; 王阳; 邓长生; 周湘文; 刘兵; 唐亚平; 梁彤祥; 郭文利
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明涉及溶解反应物装置技术领域，特别涉及一种溶解装置。该溶解装置，包括密封反应罐、插入反应罐内的搅拌装置以及与反应罐连接的给料器；反应罐，用于存储反应物并提供反应场所，其外壁上安装用于提供反应所需温度条件的加热套，所述反应罐的底部安装用于卸料的卸料管；搅拌装置，用于加速反应罐中反应物的溶解速度；给料器，用于反应物的加入。本发明提供的溶解装置，结构简单、操作方便、运行稳定、产量大，可以满足大批量生产的要求，可有效使得U₃O₈粉快速、充分溶解，并且可以达到欠酸溶解，获得欠酸硝酸铀酰溶液。

Description

一种溶解装置

技术领域

本发明涉及溶解反应物装置技术领域，特别涉及一种溶解装置。

背景技术

目前，通常采用溶胶凝胶法制备陶瓷微球，该工艺应用于制备高温气冷堆球形燃料元件的二氧化铀核芯。该二氧化铀燃料核芯要求直径500微米左右，要求尺寸极其严格。其中，溶胶凝胶法制备二氧化铀核芯主要有以下步骤：

(1)溶解，将八氧化三铀(U₃O₈)粉末溶于硝酸中，配置成有一定铀原子浓度的硝酸铀酰溶液；

(2)煮胶，在硝酸铀酰溶液中按一定计量比加入尿素，在一定温度下蒸发浓缩一定时间，冷却后加入增稠剂调整粘度，即获得胶液；

(3)分散造粒，将备好的胶液移入压力罐中，用一定的压力推动胶液沿管道流动，胶液最终被送入具有一定频率振动的振动喷嘴，从振动喷嘴流出后分散成为有一定尺寸的液滴。

(4)胶凝成球，液滴形成之后先经过空气区，依靠自身的表面张力形成球形，球形液滴再通过氨气区，液滴与氨气发生胶凝反应使表面预固化而具有一定的强度，之后进入氨水区进行进一步的胶凝反应成为凝胶球；

(5)陈化，凝胶球刚刚形成时，胶凝反应只在凝胶球表面附近完成，凝胶球内部反应需要一定的时间和温度，因此需要将凝胶球置于氨水中加热陈化1～3小时，使凝胶球反应完全，成为均匀的有一定强度的球形颗粒；之后还要按照工艺要求经过洗涤、干燥、焙烧、还原和烧结形成二氧化铀核芯，最后经过经筛分和分选步骤，可以获得尺寸均一、球形度满足要求的二氧化铀核芯。

在上述制备二氧化铀核芯的步骤中，步骤(1)溶解工序是整个工艺的第一步，溶解获得的硝酸铀酰溶液是制备溶胶的重要原料，溶解工序是否满足工艺要求，溶解产物是否达到设计要求对于整个工艺过程来说至关重要。因此，适用于该工艺的溶解装置对制备高温堆燃料元件核芯有非常重要的意义。

用于溶胶凝胶法制备二氧化铀核芯工艺的溶解工艺要求欠酸溶解，溶解获得的硝酸铀酰溶液应为欠酸硝酸铀酰溶液(ADUN)，即溶液中硝酸根与U的摩尔比小于化学计量比2，实际工艺中要求该比值为1.6～1.8。

由于U₃O₈粉属于核材料，涉及辐射防护和核扩散问题，并且溶胶凝胶工艺对溶解的要求非常严格，该溶解工序在使用简单的烧杯并用手工操作的条件下尚能实现小批量生产，使用大型机械化溶解设备进行大批量生产较难实现。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种溶解装置，克服现有的溶解装置溶解材料不完全，使得目标溶液酸度存在过高以及产量小不能满足大批量生产需求等缺陷。

(二)技术方案

为了解决上述问题，本发明提供一种溶解装置，其包括：密封反应罐、插入反应罐内的搅拌装置以及与反应罐连接的给料器；

所述反应罐，用于存储反应物并提供反应场所，其外壁上安装用于提供反应所需温度条件的加热套，所述反应罐的底部安装用于卸料的卸料管；

搅拌装置，用于加速反应罐中反应物的溶解速度；

给料器，用于反应物的加入。

进一步地，还包括与反应罐连接的排气管，所述排气管用于控制反应罐内的压力，以及部分反应生成的气体排放。

进一步地，所述排气管连接排气阀，其另一端连接通风装置或尾气收集装置。

进一步地，所述搅拌装置包括连接杆，所述连接杆连接多个直径依次减少的搅拌浆。

进一步地，所述连接杆连接搅拌电机。

进一步地，所述连接杆的底端安装毛刷。

进一步地，所述加热套采用水浴或油浴加热。

进一步地，所述给料器为螺旋给料器，包括螺杆和螺旋套筒，所述螺杆连接电机，所述螺旋套筒连接料仓。

进一步地，所述卸料管连接用于控制卸料量和速度的卸料阀。

进一步地，所述反应罐为锥形体。

进一步地，所述反应罐、排气管和卸料管由耐酸不锈钢材料制成。

(三)有益效果

本发明提供的溶解装置，结构简单、操作方便、运行稳定、产量大，可以满足大批量生产的要求，可有效使得U₃O₈粉快速、充分溶解，并且可以达到欠酸溶解，获得欠酸硝酸铀酰溶液。

附图说明

图1为发明实施例溶解装置结构示意图。

图中：1：加热套；2：反应罐；3：搅拌装置；31：连接杆；32、搅拌桨；33、毛刷；4：螺旋给料器；5：料仓；6：排气管；61：排气阀；7：卸料管；71：卸料阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例溶解装置包括：密封反应罐2、与反应罐2连接的搅拌装置3、给料器、排气管6和卸料管7。

其中，该反应罐2用于存储反应物并提供反应场所，为了方便装卸料，将反应罐2设置为锥形体，由耐酸不锈钢材料制成。

该反应罐2的外壁上安装用于提供反应所需温度条件的加热套1，该加热套1为环形，采用水浴加热或油浴加热方式为反应罐2提供反应热源，可精确稳定的控制反应温度。

其中，搅拌装置3，插入反应罐2的内部，用于加速反应罐2中反应物的溶解速度。该搅拌装置3包括连接杆31，与连接杆31连接的三个直径依次减小的搅拌桨32，该搅拌桨32的数量并局限于三个，其具体数量可根据实际需求而定。该连接杆31底端安装不锈钢毛刷33。该连接杆31与搅拌电机连接，搅拌速度可调。该搅拌浆32由耐酸不锈钢材料制成。该毛刷33用于搅拌卸料阀上方的部分卸料管中的反应物。采用多级搅拌浆32可确保反应顺利进行，使得反应度浓度和温度均匀，取得较优的溶解效果。

其中，给料器为螺旋给料器4，用于液态或固态反应物的加入，该螺旋给料器4，包括螺杆和螺旋套筒，该螺杆连接电机，螺旋套筒连接料仓5，该料仓5为锥形体，采用耐酸不锈钢材料制成，用于暂存使用螺旋给料器4向反应罐2中加入的反应物。采用螺旋给料器4进行加料，可有效减少人工操作，降低工作人员接触放射性物质的机会，有利于辐射防护，并且该螺旋给料器4可有效控制进料速度，操作方便。

其中，排气管6，用于控制反应罐2内的压力，以及部分反应生成的气体排放。该排气管6连接排气阀61，其另一端连接通风装置或尾气收集装置。排气管6由耐酸不锈钢材料制成，该排气阀61为不锈钢钢阀，阀的内衬为聚四氟乙烯材料，可以耐反应尾气的腐蚀，排气阀61的开度由实际需求而确定。该排气管6和排气阀61一方面可以控制反应罐2中的压力，另一方面可以使得尾气经限定通道排除，有利于操作环境的改善。

其中，该卸料管7位于反应罐2的底部，其连接控制卸料量和速度的卸料阀71。卸料管7由耐酸不锈钢材料制成，卸料阀71为不锈钢球阀，阀的内衬为聚四氟乙烯材料，可以耐反应物和生成物的腐蚀。卸料阀71与反应罐2下出口的距离不应太长，以使搅拌桨32下部的毛刷33能够充分搅拌卸料阀71上端的部分卸料管中的物料。

本发明实施例溶解装置，结构简单、操作方便、运行稳定、产量大，可以满足大批量生产的要求，可有效使得U₃O₈粉快速、充分溶解，并且可以达到欠酸溶解，获得欠酸硝酸铀酰溶液，同时满足大批量生产的需求。

下面具体说明本实施例溶解装置具体操作方法。

试验前分别用清水和去离子水清洗锥型反应罐2，搅拌装置3，螺旋给料器4和锥形料仓5，卸料管7和卸料阀71，清洗完毕后关闭卸料阀71。

首先，在锥形料仓5中加入一定量的去离子水和浓硝酸，去离子水和浓硝酸经由螺旋给料器4自然流下进入反应罐2中；加入后打开水浴加热设备加热至实验所需温度；

然后，在锥形料仓5中加入实验所需的U₃O₈粉，打开螺旋给料器4的驱动电机，调节适当的加料速度开始加料，反应从物料进入反应罐2开始；反应过程中根据U3O8溶解的特点，适当调节水浴温度和排气阀61开度，以达到溶解工序的限定条件。

最后，溶解完成后物料经由卸料管7和卸料阀71卸出。

需要说明的是，本发明实施例提供的溶解装置，并不局限于溶解八氧化三铀(U₃O₈)粉，同样适用于其他液态或固态核材料反应物的溶解，同时该溶解装置除了适用于核材料的溶解，同样适用于其他行业生产或试验所需材料的溶解。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种溶解装置，其特征在于，包括密封反应罐、插入反应罐内的搅拌装置以及与反应罐连接的给料器；

搅拌装置，用于加速反应罐中反应物的溶解速度；

给料器，用于反应物的加入。

2.如权利要求1所述的溶解装置，其特征在于，还包括与反应罐连接的排气管，所述排气管用于控制反应罐内的压力，以及部分反应生成的气体排放。

3.如权利要求2所述的溶解装置，其特征在于，所述排气管连接排气阀，其另一端连接通风装置或尾气收集装置。

4.如权利要求1所述的溶解装置，其特征在于，所述搅拌装置包括连接杆，所述连接杆连接多个直径依次减少的搅拌浆。

5.如权利要求3所述的溶解装置，其特征在于，所述连接杆连接搅拌电机。

6.如权利要求1所述的溶解装置，其特征在于，所述连接杆的底端安装毛刷。

7.如权利要求1所述的溶解装置，其特征在于，所述加热套采用水浴或油浴加热。

8.如权利要求1所述的溶解装置，其特征在于，所述给料器为螺旋给料器，包括螺杆和螺旋套筒，所述螺杆连接电机，所述螺旋套筒连接料仓。

9.如权利要求1所述的溶解装置，其特征在于，所述卸料管连接用于控制卸料量和速度的卸料阀。

10.如权利要求1所述的溶解装置，其特征在于，所述反应罐为锥形体。

11.如权利要求1所述的溶解装置，其特征在于，所述反应罐、排气管和卸料管由耐酸不锈钢材料制成。