CN102534270A - 多功能co2浸铀装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超临界浸取和高压碳酸根络合多功能浸铀试验装置，包括CO₂提供系统、携带剂提供系统、O₂提供系统、混合浸取系统、分离净化再循环系统。经磨碎的铀矿石矿样放在浸取釜内腔中，放入浸取釜中；钢瓶中的CO₂-净化-制冷液化-加压-混合器，在混合器里与携带剂泵提升的携带剂混合进入浸取釜；钢瓶中的O₂-冷凝液化-加压-浸取釜，在浸取釜与CO₂和携带剂流体混合，共同作用下浸取铀矿石。

Description

多功能CO2浸铀装置

技术领域

本发明涉及一种超临界浸取和高压碳酸根络合多功能浸铀研究装置，主要应用于砂岩铀矿石等多孔介质中金属铀的浸出。

背景技术

超临界萃取迹量金属离子技术以其环保、安全、选择性好等优点已广泛应用于食品、香料、环境等行业，能否用超临界流体浸取多孔介质中的金属(特别是砂岩铀矿)是值得研究的方向。

O₂、H₂O₂、Fe³⁺等氧化剂在一定条件下可以将U⁴⁺氧化为U⁶⁺，且在一定PH值下，U⁶⁺能和CO₃ ^2-生成UO₂(CO₃)₂ ^2-和UO₂(CO₃)₃ ^4-配合物，此配合物可溶于水等流体，从而可实现铀的迁移。

发明内容

针对上述情况，特提出一种多功能CO₂浸铀装置。

该多功能CO₂浸铀装置包括CO₂提供系统、携带剂提供系统、O₂提供系统、混合浸取系统和分离净化再循环系统，其中，钢瓶1、净化器2、制冷装置3、高压注射泵4和单向阀K_A依次连接，构成CO₂提供系统，CO₂提供系统连接到混合器5上；携带剂储槽11、流量计9、携带剂泵10，携带剂泵10和单向阀K_B依次连接，构成携带剂提供系统，携带剂提供系统连接到混合器5上；O₂钢瓶8、制冷系统7、流量计12、高压泵13、预热线圈14和单向阀K_C依次连接，构成O₂提供系统，O₂提供系统连接到浸取釜20；混合器5、流量计6、单向阀K_D和浸取釜20依次连接，构成混合浸取系统，混合浸取系统接到分离釜19上；分离釜19、流量计18和净化器2依次连接，构成分离净化再循环系统；分离釜19还可与气体流量计17连接，构成不循环的路线。

其中，携带剂提供系统不仅可以提供水、乙醇、乙酸等携带剂，也可提供H₂O₂、Fe³⁺氧化剂和冠醚、β-二酮、二乙基二硫代氨基甲酸盐螯合剂；O₂提供系统不仅可以提供氧化剂O₂，也可以用于提供N₂、NH₃，研究不同分压或者不同PH值下CO₂在携带剂中赋存状态和金属铀的浸出，实现不同氧化剂作用效果的比较。

其中，浸取釜有内腔和外腔构成，内腔用于装砂岩铀矿石矿样，两端用不锈钢粉末烧结板封口，外腔为携带剂提供更大的空间，有利于浸取砂岩铀矿矿样反应的进行；浸取釜不仅可以用于超临界状态浸取金属等物质，也可以在浸取釜加入水，研究高压状态CO₃ ^2-络合金属；混合器5、预热线圈14和浸取釜20在同一个恒温水浴锅15中。

其中，CO₂提供系统、携带剂提供系统和O₂提供系统中，只有CO₂提供系统为主系统，携带剂提供系统和O₂提供系统是辅助系统，根据实验需要全部启动、全部不启动或者启动其中一个。

本装置即可以在超临界条件下操作，直接运用超临界CO₂流体浸取砂岩铀矿，也可以在非超临界状态，高压水环境中用CO₃ ^2-络合铀等金属离子。

本装置实现超临界浸取实验CO₂的循环利用。浸出釜是在高压水环境中用CO₃ ^2-络合铀离子时，分离釜可截取从浸取釜带出的大部分水分，极少部分未截下的水分在回流循环过程中被净化器中的浓硫酸吸收。

附图说明

图1为多功能CO₂浸取装置的工艺流程图

图2为多功能CO₂浸取装置主设备——浸取釜的剖面图

图3为多功能CO₂浸取装置主设备——分离釜的剖面图

具体实施方式

CO₂从CO₂钢瓶1出来，经净化器2净化，制冷装置3冷凝液化，高压注射泵4加压为超临界流体送至混合器5；携带剂从携带剂储槽11流出，经玻璃流量计9计量，携带剂泵10提升，在混合器里与超临界CO₂流体混合；从混合器出来的超临界流体经质量流量计6计量进入浸取釜20。O₂从O₂储罐8流出经制冷装置7冷凝液化，流量计12计量、高压注射泵13加压和预热线圈14预热后流入浸取釜，在浸取釜里与混有携带剂的超临界流体相互作用，浸取砂岩铀矿矿样。从浸取釜出来的流体在分离釜恒温装置16里减压降温后，带出的大部分携带剂在分离釜底部聚集，上部的流体可经气体流量计17放空也可经转子流量计18计量，净化器净化循环利用。

钢瓶1中的CO₂经阀门K₁进入净化器2净化，净化后的CO₂经阀门K₂进入制冷装置3，在0℃左右将CO₂液化。液化后的CO₂经阀门K₃进入高压注射泵4，高压注射泵将液态CO₂加压到40-50MPa，再经单向阀K_A和阀门K₅进入混合器5。携带剂储槽11中的携带剂经玻璃流量计9计量，携带剂泵10提升，再经过单向阀K_B和阀门K₈送至混合器5与超临界CO₂混合，混合器达到一定压强后打开阀门K₆，带有携带剂的超临界流体通过单向阀K_D进入浸取釜20。O₂钢瓶8中的氧化剂O₂通过阀门K₉进入制冷装置7冷凝液化，再由阀门K₁₀经质量流量计12计量后送入高压泵13加压，加压后的O₂流体后通过阀门K₁₁、预热线圈14预热、单向阀K_C进入浸取釜20，与超临界流体CO₂和携带剂共同作用浸取砂岩铀矿石。

浸取釜、混合器和O₂预热线圈在同一个恒温水浴锅15中。浸取釜在做静态实验时，由于CO₂高压注射泵源源不断输入，使浸取釜压强超过所设压强时，浸取釜可自动通过安全阀K₁₄放气，以保安全。浸取反应完成后，大部分携带剂留在浸取釜底部，可通过阀门K₁₂放出，也有一小部分携带剂随流体通过阀门K₁₅，再经减压阀K₁₆(可以微调，稳定浸取釜的压强)调节后由K₁₇送入分离釜19进行减压降温分离。分离器分离出来的物质可通过阀门K₁₈放出，其余流体可由阀门K₂₁流出，通过K₂₂和气体流量计17计量后放出，也可通过阀门K₂₃和转自流量计18计量后再由K₂₄送至净化器净化后循环利用。

经磨碎的铀矿石矿样放在浸取釜内腔中，放入浸取釜中；钢瓶中的CO₂-净化-制冷液化-加压-混合器，在混合器里与携带剂泵提升的携带剂混合进入浸取釜；钢瓶中的O₂-冷凝液化-加压-浸取釜，在浸取釜与CO₂和携带剂流体混合，共同作用下浸取铀矿石。

Claims (4)

1.多功能CO₂浸铀装置，包括CO₂提供系统、携带剂提供系统、O₂提供系统、混合浸取系统、分离净化再循环系统，其特征在于，钢瓶（1）、净化器（2）、制冷装置（3）、高压注射泵（4）和单向阀K_A，依次连接，构成CO₂提供系统，CO₂提供系统连接到混合器（5）上；携带剂储槽（11）、流量计(9)、携带剂泵(10)和单向阀K_B依次连接，构成携带剂提供系统，携带剂提供系统连接到混合器（5）上；O₂钢瓶（8）、制冷系统（7）、流量计（12）、高压泵（13）、预热线圈（14）和单向阀K_C依次连接，构成O₂提供系统，O₂提供系统连接到浸取釜(20)；混合器(5)、流量计(6)、单向阀K_D和浸取釜（20）依次连接，构成混合浸取系统，混合浸取系统接到分离釜（19）上；分离釜（19）、流量计(18)和净化器(2)依次连接，构成分离净化再循环系统；分离釜(19)还可与气体流量计(17)连接，构成不循环的路线。

2.根据权利要求1所述的多功能CO₂浸铀装置，其特征在于，携带剂提供系统不仅可以提供各种携带剂，也可以提供各种络合剂、氧化剂，以及络合金属铀离子的配位基；O₂提供系统不仅可以提供氧化剂O₂，也可以用于提供N₂、NH₃等，研究不同分压或者不同PH值下CO₂在携带剂中赋存状态和金属铀的浸出。

3.根据权利要求1所述的多功能CO₂浸铀装置，其特征在于，浸取釜有内腔和外腔构成，内腔用于装砂岩铀矿石矿样，两端用不锈钢粉末烧结板封口，外腔是为携带剂提供更大的空间，有利于浸取砂岩铀矿矿样反应的进行；浸取釜不仅可以用于超临界状态浸取金属等物质，也可以在浸取釜加入水，研究高压状态CO₃ ^2-络合金属；混合器、O₂预热线圈和浸取釜在同一个恒温水浴锅 (15)中。

4.根据权利要求1所述的多功能CO₂浸铀装置，其特征在于，CO₂提供系统、携带剂提供系统和O₂提供系统，三个系统中只有CO₂提供系统为主系统，携带剂提供系统和O₂提供系统是相对独立的辅助系统，可根据实验需要全部启动、不启动或者启动其中一个。

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