CN201737713U

CN201737713U - 一种超导磁分离海水提铀装置

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Publication number: CN201737713U
Application number: CN2010202692589U
Authority: CN
Inventors: 张�浩; 李来风; 赵正权; 杨慧慧; 黄荣进
Original assignee: Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Current assignee: Hangzhou Zhongkai Ling Technology Co., Ltd.
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2020-07-21

Abstract

本实用新型提供一种超导磁分离海水提铀装置，包括用于将磁种和吸附剂投入海水中的投放器；用于将磁种和吸附剂与海水充分混合的混合器；以及用于将铀盐与海水分离的超导磁分离器；所述磁分离器包括制冷机、超导磁体和置于磁场中的海水处理管道，所述海水处理管道中放置铁素体不锈钢材料制作的磁过滤器；所述混合器接有入水管；所述磁分离器的海水处理管道一端与所述混合器连接，另一端接出水管。本实用新型可实现超导磁分离海水提铀处理，并且成本低、效率高，可实现无人值守自动运行，不需经常维护。

Description

一种超导磁分离海水提铀装置

技术领域

本实用新型属于化学冶金领域，具体地说，本实用新型涉及一种用于从海水中提取铀盐的超导磁分离装置。

背景技术

众所周知，石油、天然气等化石能源正逐渐枯竭，受控热核聚变的研究前景尚不明朗，铀在未来几十年内将成为越来越重要的战略资源。中国属于贫铀国家，目前探明的铀矿储量仅排在世界第9位，并且品位不高，预计到2020年国内铀矿只能满足1/3的核电需要。海水中铀的总含量估计为45亿吨，是陆上铀矿总储量的数千倍，但浓度仅有3.3μg·L^-1，因此从海水中提取铀的成本很高。日本在80年代已建成10kg级的海水提铀工厂，印度在2003年也建成了年产100g铀的实验装置，均为不计成本的做法。目前迫切需要一种能够大规模、低成本地从海水中提取铀的新方法。

磁分离是一种通过磁体提供的磁场来实现物质分离的技术，属于物理分离法。高梯度磁分离(High gradient magnetic separation，简称HGMS)是20世纪70年代初在美国发展起来的一种新的磁分离技术。它能快速地分离混合物中的磁性杂质。磁场强度是影响磁分离的效率的主要参数，以往的磁体大多为普通电磁体或永久磁体，所提供的磁场在1特斯拉左右，磁分离效果不是很明显，随着超导技术的发展，超导磁体可提供高磁场，磁场强度可达14T(特斯拉)甚至更高，它能在较大的空间范围内提供强磁场及高梯度磁场，因而可提高处理量。采用超导磁体用于分离矿石、煤、高岭土等固体物质中磁性杂质在国内外已得到广泛应用，近几年有人采用超导磁分离技术分离净化钢厂、铝厂等海水中磁性金属杂质颗粒，分离效果明显，但对于海水中的铀盐，由于它本身没有磁性，靠磁场产生的磁吸引力无法分离；如采用预先添加磁种与铀盐结合，普通电磁体因磁场强度太低，只有1T左右，分离效果不明显，一直未得到应用。超导磁分离法与传统的化学法、生物法以及普通电磁体磁分离不同，不仅具有投资小、占地少、处理周期短、处理效果好等优点，还可以达到普通电磁体3倍以上的磁场强度，从而提高磁分离能力，是未来极具潜在应用价值的技术。因此，当前迫切需要一种针对海水中铀盐低含量、无磁性的特点而设计的可以从海水中提取铀盐的超导磁分离装置。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能够用于从海水中提取铀盐的超导磁分离海水提铀装置。

为实现上述发明目的，本实用新型提供一种超导磁分离海水提铀装置，包括

磁种和吸附剂投放器，用于将磁种和吸附剂投入海水中；

混合器，用于将磁种和吸附剂与海水充分混合；以及

超导磁分离器，用于将铀盐与海水分离；

所述磁分离器包括制冷机、超导磁体和置于磁场中的海水处理管道，所述海水处理管道中放置铁素体不锈钢材料制作的磁过滤器；

所述混合器接有入水管；所述磁分离器的海水处理管道一端与所述混合器连接，另一端接出水管。

上述技术方案中，所述磁分离海水提铀装置还包括与所述磁分离器连接的回收器，用于将磁种从污泥中分离并回收磁种供循环使用。

上述技术方案中，所述磁过滤器是筛板。

上述技术方案中，所述筛板为盘状，所述筛板的孔径从中心到边缘逐步减小。

上述技术方案中，所述筛板中心处孔径是20目到50目，所述筛板边缘处孔径是150目到300目。

上述技术方案中，所述海水处理管道中平行地放置多个筛板。

上述技术方案中，磁过滤器为钢毛，所述钢毛由铁素体不锈钢材料的钢丝扭曲缠绕而成。

上述技术方案中，所述钢毛的钢丝直径为0.05～1毫米。

上述技术方案中，磁分离器还包括用于将筛板或钢毛不断传送进磁分离器，并且将吸附了铀盐的筛板或钢毛不断从磁分离器中取出的传送机构和用于将筛板或钢毛上的铀盐洗下的清洗机构。。

上述技术方案中，所述海水处理管道的截面面积与长度的比值为0.03m到0.1m。

上述技术方案中，所述磁种为经过表面覆膜的Fe₃O₄或γ-Fe₂O₃，粒径10～1000nm。

上述技术方案中，所述吸附剂为水合氧化钛、钛酸、活性炭、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、碱式碳酸锌、氢氧化铝、AHP离子交换树脂等。

与现有技术相比，本实用新型具有如下技术效果：

本实用新型预先加入磁种和吸附剂，使海水中本身无磁性的铀盐与磁种充分结合，从而实现超导磁分离从海水中提取铀盐。

本实用新型成本低、效率高。通过本实用新型处理海水，可将海水中铀含量从3.3μg·L^-1提高到3g·L^-1，再将其蒸干即可得到铀盐产品；日处理海水300-1000t，相当于日产铀盐1～3g，年产铀盐300g～1kg；占地面积30m²以内；耗电量小于100kW；可实现无人值守自动运行，不需经常维护。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本实用新型的实施例，其中：

图1是本实用新型一个实施例的总体装置图(水平放置超导磁体，使用筛板)；

图2是本实用新型第二个实施例的总体装置图(水平放置超导磁体，使用钢毛)；

图3是本实用新型第三个实施例的总体装置图(立式放置超导磁体，使用钢毛)；

图4是本实用新型某些实施例中的筛板的正面示意图。

图面说明

1-海水池，2-水泵，3-磁种和吸附剂投放器，4-混合器，5-搅拌桨，6-制冷机，7-超导磁分离器，8-筛板/钢毛，9-超导磁体，10-回收器，11-浓缩铀盐溶液，12-回收磁种，13-出水口，14-超声波清洗器，15-导轨，16-滑台，17-吊索

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地描述。

实施例1

如图1所示，根据本发明的一个实施例，提供了一种磁分离海水提铀装置，该海水提铀装置包括磁种和吸附剂投放器3、混合器4、超导磁分离器7和回收器10。所述磁种和吸附剂投放器3用于以一定速率向混合器投放磁种和吸附剂。所述混合器4接有入水管，用于将所述磁种和吸附剂与海水充分混合，所述混合器4中具有搅拌桨5。所述混合器4的入水管可以连接水泵2，用于将海水从海水池1中抽至混合器4中。所述磁分离器的一端与所述混合器4通过管道连接，另一端接出水管，出水管具有出水口13。所述超导磁分离器7包括制冷机6、超导磁体9、置于磁场内的海水处理管道。所述海水处理管道与所述混合器内的管道连通。所述海水处理管道内放置多个筛板8，形成多层过滤网。实施例中，各筛板8等距平行放置，相邻两个筛板8的间距为筛板厚度的5～10倍。所述筛板8由铁素体不锈钢材料制作成圆盘状(平面图见图4)，铁素体不锈钢材料可以保证足够的磁化力和耐腐蚀性。所述筛板的孔径从中心到边缘逐步减小。本实施例中所述筛板孔径从中心到边缘变化的范围是从30目到180目，即中心处孔径为30目，边缘处孔径为180目。目是衡量孔径大小的常用单位，表征一平方英寸所具有的孔数，目数小则孔径大。由于超导磁体中心磁场较强，因此对污染物颗粒的捕捉力也较强。本实施例中筛板孔径从中心到边缘逐步减小，可以在保证磁分离处理能力的前提下，最大程度地减小海水处理管道的阻力，使得水流较多地从中心通过，保证了海水处理的速率。另外，本实施例的海水处理管道长2m，截面面积为0.1m²。值得说明的是，相对于其它的磁分离装置(如用于污水处理的超导磁分离装置)，本实用新型的海水处理管道相对较细，筛板的网格较密(即孔径较小)。具体地，本实用新型的海水处理管道的截面面积与长度的比值优选范围是0.03m到0.1m(此处量纲为m²/m，缩写为m)。本实用新型的筛板中心处孔径优选范围是20目到50目，边缘处孔径优选范围是150目到300目。

本实施例中，所述回收器10用于将磁种从铀盐浓缩溶液中分离并回收磁种。回收器由机械振动筛板和超声波清洗槽组成，机械振动工序可将磁种颗粒上大部分铀盐浓缩溶液去掉，然后磁种进入超声波清洗槽进一步去除表面残留铀盐溶液。回收器10具有两个出口，分别用于排出铀盐浓缩溶液11和回收磁种12。

本实施例中，所述制冷机为G-M制冷机或脉管制冷机，制冷能力可达4K有1W冷量。

本实施例中，所述磁种为经过表面有机覆膜活化的Fe₃O₄或γ-Fe₂O₃，粒径10～1000nm。

本实施例中，所述吸附剂为水合氧化钛、钛酸、活性炭、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、碱式碳酸锌、氢氧化铝、AHP离子交换树脂等。

本实施例中，所述超导磁分离器7还包括传送机构和清洗机构。所述传送机构用于将清洁筛板/钢毛不断传送进磁分离器(实施例3、4中采用钢毛替换筛板，具体内容在下文中叙述)，并且将吸附了铀盐的筛板/钢毛不断从磁分离器中取出。所述清洗机构用于采用超声振动并辅以少量出水冲刷的方法将筛板/钢毛上的铀盐溶液洗下。所述传送机构的移动速率可调，一般为0.2～1m/s。若流道长度以2m计，筛板厚度以10mm计，则每个筛板每次在流道中的工作时间为2～10s。所述海水处理管道可以完全敞口(即形成槽路)或部分敞口，这样方便传送机构将筛板从槽中取出并送入清洗机构，进而实现筛板的循环利用。具体地，传送机构包括导轨15、滑台16和吊索17，导轨15固定于磁分离器7上方；滑台16可在导轨15上沿水平方向运动；吊索17用于从磁分离器7中将吸附了铀盐的筛板吊出，在滑台16的带动下移至超声波清洗器14中，洗脱后再将其吊起、运回到磁分离器7中。

本实施例中，所述磁分离器水平放置，即水进出口为水平方向，该结构为卧式结构。

本实施例中，海水处理流程如下：将海水从入水口引入装置，在搅拌的同时加入磁种和吸附剂，然后流入磁分离器。磁种和吸附剂形成絮团后，在超导磁体的磁化下吸附在磁分离器内的筛板上；筛板上的絮团被洗脱，在回收器内回收磁种后，排出浓缩的铀盐溶液。

本实施例的装置启动步骤如下：

1)从混合器4向整个装置内灌满海水。

2)启动水泵2，以较小的流量(如0.5m³/h)抽取海水。

3)启动投放器3，以较低的速率向混合器3内投入磁种和吸附剂(如5g/h)。

4)启动搅拌桨5。

5)启动回收器9。

6)启动磁分离器7，使筛板开始移动。

7)启动制冷机，使超导磁体冷却到4.5K以下。

8)启动立式超导磁体8，设定较小的励磁电流(磁场0.1T)。

9)待装置工作稳定后，加大励磁电流(磁场达3T以上)，逐步调大流量(如5m³/h)、磁种/吸附剂投加速率至(50g/h)。

按以上实施方案我们对晒盐场卤水进行了实际实验，入口海水铀盐含量为10mg·L^-1，经过磁分离器处理，含量增加到3g·L^-1。

实施例1的特点是使用筛板吸附铀盐，磁分离器内阻力较小，适合处理较大流量海水、或者是粘度、悬浮物较高的海水淡化厂、晒盐场卤水，或者将装置由船只拖拽在海上航行。

实施例2

如图2所示，根据本发明的另一个实施例，提供了一种磁分离海水提铀装置。本实施例的磁分离处理装置与实施例1基本一致，区别在于本实施例的磁分离器中使用钢毛代替筛板进行过滤。所述钢毛填充在所述磁分离器的处理管道中，所述钢毛由铁素体不锈钢材料制成的钢丝扭曲缠绕而成。所述钢毛的钢丝直径为0.05～1毫米。本实施例可以具有多段钢毛，两段相邻钢毛间距为每段钢毛长度的1/3～1/2。本实施例中，传动机构8使用钢丝绳和滑轮的组合，将钢毛疏松地缠绕在钢丝绳上。

本实施例为卧式结构，海水进出口为水平方向，适于处理较小量的海水。

本实施例的处理流程与实施例1基本一致。

本实施例的装置启动步骤如下：

1)从混合器4向整个装置内灌满海水。

2)启动水泵2，以较小的流量(如0.2m³/h)抽取海水。

3)启动投放器3，以较低的速率向混合器3内投入磁种和絮凝剂(如2g/h)。

4)启动搅拌桨5。

5)启动回收器9。

6)启动磁分离器7，使筛板开始移动。

7)启动制冷机，使超导磁体冷却到4.5K以下。

8)启动立式超导磁体8，设定较小的励磁电流(磁场0.1T)。

9)待装置工作稳定后，加大励磁电流(磁场达2T以上)，逐步调大流量(如2m³/h)、磁种/絮凝剂投加速率至(20g/h)。

采用本实施例方法，对海水进行了实验，入口铀盐含量值为2.6μg/L，经处理后铀盐浓度为750mg/L。

实施例3

如图3所示，根据本发明的又一个实施例，提供了一种磁分离海水提铀装置。本实施例的磁分离处理装置与实施例2基本一致，区别在于本实施例中，磁分离器内采用U型的海水管道，这使得海水管道在磁场内行程较长，因此利用磁场的效率更高，适合处理较小流量的海水。而前两个实施例中，可以使用较粗的管道，这样阻力小，单位时间内处理海水的量较大，但是利用磁场的效率不如本实施例。

实施例2和3具有一些共同特点。由于二者都使用钢毛，处理效率更高，但磁分离器内阻力较大，适用于处理较小流量、粘度和悬浮物含量较低的海水。

本实施例的磁分离废水处理装置的启动步骤和处理流程与实施例2一致。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1.一种超导磁分离海水提铀装置，其特征在于，包括

磁种和吸附剂投放器，用于将磁种和吸附剂投入海水中；

混合器，用于将所述磁种和吸附剂与海水充分混合；以及

超导磁分离器，用于将铀盐与海水分离；

2.根据权利要求1所述的磁分离海水提铀装置，其特征在于，所述磁分离海水提铀装置还包括与所述磁分离器连接的回收器，用于将磁种从污泥中分离并回收磁种供循环使用。

3.根据权利要求1所述的磁分离海水提铀装置，其特征在于，所述磁过滤器是筛板。

4.根据权利要求3所述的磁分离海水提铀装置，其特征在于，所述筛板为盘状，所述筛板的孔径从中心到边缘逐步减小。

5.根据权利要求4所述的磁分离海水提铀装置，其特征在于，所述筛板中心处孔径是20目到50目，所述筛板边缘处孔径是150目到300目。

6.根据权利要求4所述的磁分离海水提铀装置，其特征在于，所述海水处理管道中平行地放置多个筛板。

7.根据权利要求1所述的磁分离海水提铀装置，其特征在于，磁过滤器为钢毛，所述钢毛由铁素体不锈钢材料的钢丝扭曲缠绕而成。

8.根据权利要求7所述的磁分离海水提铀装置，其特征在于，所述钢毛的钢丝直径为0.05～1毫米。

9.根据权利要求3或7所述的磁分离海水提铀装置，其特征在于，磁分离器还包括用于将筛板或钢毛不断传送进磁分离器，并且将吸附了铀盐的筛板或钢毛不断从磁分离器中取出的传送机构和用于将筛板或钢毛上的铀盐洗下的清洗机构。。

10.根据权利要求1所述的磁分离海水提铀装置，其特征在于，所述海水处理管道的截面面积与长度的比值为0.03m到0.1m。