CN103157395B - 搅拌器、搅拌装置及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于混合研磨材料（16）的搅拌器（12、14），其中，该搅拌器的表面的至少一部分用由聚醚‑醚‑酮（PEEK）构成的保护层进行涂层。本发明还涉及一种搅拌装置和该搅拌器（12、14）或搅拌装置的用途。

Description

搅拌器、搅拌装置及其用途
技术领域
本发明涉及一种用于混合研磨料的搅拌器。本发明还涉及搅拌装置和该搅拌器或搅拌装置的用途。
背景技术
一般已知，在核设施中，例如在核电站中，根据运行情况除了高放射活性的灼烧后的燃烧部件还有放射活性较弱的废料，其同样需要清除。该废料可以是维护和改造工作期间产生的废料或其它材料，其此前在它的运行时间内暴露于强烈的放射中，或者自身包含放射活性材料。在此的实例是蒸发浓缩物、具有腐蚀性的在维护范围内待从水盆中清除的沉淀物或其它污泥。根据不同的反应堆大小每年产生数个10m3大小的这类废料。为了安全地存放这类放射活性废料，这类废料通常在水泥-水混合物中进行混合。此后，具有放射活性的水泥混合物例如凝固成各个形状，以该形状变硬。如此生成的放射活性水泥或混凝土块然后用于存放。
出于此原因，核电站通常具有所谓的灌水泥设备，在其中进行此前所述的过程，特别是放射活性废料与水泥和水混合的过程。为此，混合物引入搅拌容器并在那里通过搅拌装置混合。搅拌装置通常具有螺旋状搅拌器，其伸入待搅拌的混合物中并通过旋转运动搅拌该混合物。作为磨损保护，在工业水泥混合器中或搅拌器中有时使用PU（聚氨酯）保护层。
商业上常用的用于混合研磨料的搅拌器的缺陷在于，尽管有PU保护层，还是会发生强烈磨损，而且在清洁时通常会产生大量的废料。特别是在放射活性区域使用时，各种垃圾材料应当作为放射性废料加以清除。受到磨损的搅拌器同样作为放射性废料被清除。
发明内容
从现有技术出发本发明的目的在于，提供一种搅拌装置，其优点在于混合研磨料和放射活性负载材料时磨损特别小，其可以特别简单地以尽可能小的废料产生量加以清洁。本发明的目的还在于，提供相应的搅拌装置和相应的用途。
通过前述类型的搅拌器实现了本发明的目的。该搅拌器的特征在于，其表面的至少一部分用由聚醚-醚-酮构成的保护层进行涂层。
本发明的基本思路一方面在于，用高效抗粘附保护层对用于研磨料的搅拌器进行涂层，从而降低粘附的以及在清洁情况下待清除的废料。尽管如此，粘附的材料，例如凝固的或还湿润的混凝土在清洁循环中去除，并接着由于受到污染而作为污染的废料而必须清除。
由于材料在搅拌器上的粘附降低，由此有利地降低了待清除的废料的出现。此外，抗粘附保护层简化了在搅拌器上已经硬化的沉积物的自动脱落。
通过保护层的特别高的机械强度，搅拌器的使用寿命此外有利地得到了提高，这是因为，由此显著降低了机械磨损。此外，通过选择特别抗辐射的材料，搅拌器的使用寿命进一步有利地得以延长，搅拌器使用期满后同样应作为放射活性物质加以清除。由此显著降低的维护周期特别有利地降低了维护人员手动介入的必要性，在进行维护的情况下，维护人员尽管有最高级的保护措施还是暴露于残余放射负载之下。此外，在清洁周期数量降低时，在用水进行清洁的情况下，降低了水消耗，在此，水在清洁后同样受到污染。
PEEK是聚醚-醚-酮族的化合物，其对许多有机和无机的化合物有耐受力。PEEK通常用于汽车工业，作为高压技术中的绝缘材料，作为半导体技术中的晶圆载具，或者用作电子技术中的挠性电路载体。PEEK还用作乐器弦线和网球线的核心材料。然而，其用作工具涂层的用途还是未知的。PEEK具有另外的分支族，例如PEK、PEKK或PEEKEK，这些材料证明特别适用于本发明的用途。
还显示了，PEEK除了出色的化学和力学耐受力和相应的表面涂层的很小的摩擦因数，还有高的放射耐受力。PEEK出色地适用于用于混合受到放射活性污染的研磨材料的搅拌器的涂层。
由其它应用领域已知的涂层材料PTFE（聚四氟乙烯,其用于平底锅的特氟龙涂层）不适用于核能领域，因为放射活性材料的离子化放射会导致PTFE塑料的分解，并使经过如此涂层的搅拌器在短时间内就不能使用。相应的信息可以在下文中找到：Domininghaus,H;Elsner,P.;Eyerer,P.;Hirth,T.:塑料——特性和应用（2008）；Springer Verlag Berlin,Heidelberg。
所述发明当然不限于搅拌器，而是可以扩展至所有与研磨料和放射活性负载材料直接接触的工具。搅拌器的涂层这样设计，即，在混合过程中与待混合材料相接触的区域完全地经过涂层。由此例如在搅拌器的上部区域（在此设置有与驱动装置的连接位置）在必要时取消涂层。
作为用PEEK进行涂层的替代，用多芳基化合物、聚亚苯基砜、聚苯硫醚进行涂层证明是有利的。多芳基化合物、聚亚苯基砜、聚苯硫醚是这样的热塑性缩聚物的族，其在它的组成部分的主链中包含硫（S）或砜（SO2）形式的硫原子。该族的特征在于，硫原子一直位于主链内的芳香基上，例如在联苯砜或硫基团上。这些热塑性塑料对于许多有机和无机的化合物有耐受性，并对离子化放射有高耐受性。多芳基砜或多芳基硫的族在汽车工业、电子工业、医学技术和一般设备制造领域有广泛应用。这样的塑料在此加工成插座、外壳体、支架或轴承保持架。常见的和根据本发明适宜的是由多芳基化合物、聚亚苯基砜、聚苯硫醚的族构成的塑料例如为聚磺（PSU）、聚醚砜（PESU）或聚苯硫醚（PPS）。
还示出了多芳基化合物、聚亚苯基砜或聚苯硫醚的族除了出色的化学和机械耐受力还具有高的放射学耐受力。此外，多芳基化合物、聚亚苯基砜或聚苯硫醚的族的摩擦行为和磨损行为可以很好地进行修正。为修正摩擦行为和磨损行为典型地使用诸如玻璃纤维或石墨的材料。
根据本发明特别优选的实施方式，保护层具有100μm-250μm的层厚。这样的层厚相对于已知的层厚得到了提高并且导致（以适应于运行的磨损为前提）本发明的搅拌器的使用寿命明显提高。给定的涂层区域可以以单一涂层过程进行涂覆，从而可以特别均匀地制造这样的保护层。
根据本发明特别优选的实施方式，保护层优选具有500μm-750μm的层厚。这样的层厚相对于已知的其他保护层的层厚证明是呈比例的厚度，然而，这是以待取得的、搅拌器的尽量长的使用寿命为背景而言的。因此，经长时间的、例如数年的保护层的边缘磨损通过相应的保护层厚度得以补偿，而不会失去保护效果。必要时，根据使用情况，直至1000μm的层厚也是有意义的。然而对于这样的层厚应当注意，相应的保护层通常在数个涂层过程中完成，从而导致一定程度的不均一性，该不均一性有时候抵消了层厚提高的优点。因此多个涂层过程，优选用于明显高于单一涂层所能达到的层厚的总层厚。
根据本发明的另一变体，通过静电粉末涂层和后继的烧灼处理生成保护层。涉及这样的方法，使用该方法，实现对搅拌器非常均匀的涂层，同时实现保护层的良好的机械性能，特别是小的摩擦系数和较高的表面硬度。烧灼温度位于380℃至420℃范围内。还可以使用诸如分散涂层或火焰喷涂的涂层方法。
对应于本发明的另一变体，搅拌器在它的核心部由具有阻抗的材料构成，例如不锈钢。根据本发明的另一变体，相邻设置有两个可转动的单个搅拌器。以此方式，确保了特别有效的混合过程。
通过这样的搅拌装置实现了本发明的目的，即，其具有至少一个搅拌器和一个用于旋转该至少一个搅拌器的驱动装置，而且其设计有至少一个根据本发明的搅拌器。根据本发明的搅拌器的所述优势也延续至此类搅拌装置。除了用于至少一个搅拌器的驱动装置，搅拌装置的组件例如还有用于水泥、水和有放射活性废料的混合容器和引入装置，以及用于混合材料的排出装置。
搅拌装置根据本发明的另一设计方案包括核安全外壳，搅拌装置设置在该外壳内。该类安全外壳作用为限定一个空间，在该空间内对有放射活性的材料进行处理。该空间典型地维持有最严格的安全措施，仅能通过阀门进入到该空间，其中，在一般情况下对每个过程进行遥控而不进行局部的手动介入。由此改善了设备和人员的安全性。
通过根据本发明的搅拌器或根据本发明的搅拌装置用于搅拌放射活性预负载的研磨料，例如水泥-水混合物、混凝土或类似材料的用途实现了本发明的目的。放射活性预负载的材料或废料可以是结晶、泥状或凝结形式。然而，在核能装置中通常采用的离子交换树脂在使用期满之后，也要作为放射活性废料加以清除。离子交换树脂是球状或粉末形式的基于塑料的固体，并可以很好地与水泥-水混合物搅拌在一起。对受到污染的材料进行混合的相应优点此前已经阐述。
特别在优选的用途变体中，根据本发明的搅拌器或根据本发明的搅拌装置用于核能装置内，特别用于核电厂中。在此，根据运行情况，生成待清除的放射活性废料，具有优势地，其通过使用各个搅拌装置或搅拌器与水泥-水混合物相混合。在根据本发明的很少进行的清洁周期内，产生少量待清除废料，其中，根据本发明的搅拌器特别耐用。
在从属权利要求中给出了进一步有利的设计方案。
附图说明
凭借示出附图的实施例进一步阐明了本发明、进一步的实施方式和进一步的优势。附图中：
图1实例性地示出了搅拌容器内的搅拌器。
附图标记说明
10 搅拌容器中的示例性的搅拌器
12 第一搅拌器
14 第二搅拌器
16 受到污染的水泥-水混合物
18 放射活性辐射
20 搅拌容器
具体实施方式
图1在图示10中示出了搅拌容器20中的两个相向驱动的搅拌器12、14。该搅拌容器填充有待搅拌的水泥-水混合物，该混合物具有放射活性，如附图标记18所示出。放射活性负载通过混合放射活性废料而实现，该废料安全地存放于迟些凝固的水泥中。在各个混合或搅拌过程结束之后，优选对与水泥-水混合物16发生接触的搅拌器12、14进行清洁处理。然而，理想地就尽可能延迟该清洁周期，即，不是在每个混合过程之后都进行。
通过根据本发明的用PEEK对搅拌器进行的涂层处理，水泥或类似的待混合材料在搅拌工具12、14上的粘附有利地得到了降低，从而延长了维护间隔。在各个清洁周期产生的粘附在搅拌器上的水泥残余物（其应当作为具有放射活性的废料被清除）的总量由此有利地得到了降低。特别是由于PEEK涂层的高放射耐受力，如此经过涂层的搅拌器12、14证明适用于长期使用于放射负载区域或适用于混合受放射活性18负载的材料16。此外，PEEK具有出色的机械性能，从而使PEEK保护层在混合过程中能经受水泥混合物16的材料颗粒的高研磨负载。此外，PEEK保护层证明在化学上有高耐受力，从而使其在与含酸的组分接触时不受到降低保护层使用寿命的负面影响。

Claims (7)

1.一种搅拌装置，包括：用于混合放射活性预负载的研磨料的至少一个搅拌器(12、14)；用于旋转所述至少一个搅拌器(12、14)的驱动装置；以及用于水泥、水和有放射活性废料的引入及排出装置，其特征在于，
所述搅拌器(12、14)的表面的至少一部分用由PEEK构成的保护层进行涂层并且所述保护层具有500μm-750μm范围的层厚。
2.一种搅拌装置，包括：用于混合放射活性预负载的研磨料的至少一个搅拌器(12、14)；用于旋转所述至少一个搅拌器(12、14)的驱动装置；以及用于水泥、水和有放射活性废料的引入及排出装置，其特征在于，
所述搅拌器(12、14)的表面的至少一部分用由多芳基化合物、聚亚苯基砜、聚苯硫醚组成的族的聚合物构成的保护层进行涂层并且所述保护层具有500μm-750μm范围的层厚。
3.根据权利要求1或2所述的搅拌装置，其特征在于，所述搅拌器用于混合水泥(16)。
4.根据权利要求1或2所述的搅拌装置，其特征在于，所述搅拌装置具有一个核安全外壳，在所述核安全外壳内设置所述搅拌装置。
5.根据权利要求1或2所述的搅拌装置，其特征在于，所述搅拌器(12、14)的保护层通过静电粉末涂层和后继的灼烧处理生成。
6.根据权利要求1或2所述的搅拌装置，其特征在于，所述搅拌器(12、14)主要由不锈钢构成。
7.根据权利要求1或2所述的搅拌装置，其特征在于，两个相向(12、14)旋转的单个搅拌器相邻设置。
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