[发明专利]溶解系统

说明书

技术领域

本发明涉及反应物溶解设备技术领域，特别涉及一种溶解系统。

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如何提供一种既能满足溶胶凝胶法制备二氧化铀核芯工艺要求的欠酸硝酸铀酰溶液，又适合大批量生产的溶解系统。

(二)技术方案

为了解决上述问题，本发明提供一种溶解系统，包括反应罐、与反应罐连接的给料器、进液管道、循环搅拌系统、气流搅拌装置；

所述反应罐，用于存储反应物并提供反应场所，其底部安装用于卸料的卸料管；

循环搅拌装置和气流搅拌装置，用于加速反应罐中反应物的溶解速度；

给料器和进液管道，用于反应物的加入。

进一步地，还包括加热套，所述加热套安装在反应罐的外壁上，其连接外部加热系统或冷却水系统，用于提供反应所需的温度条件。

进一步地，所述给料器为螺旋给料器，所述螺旋给料器上安装料仓，所述螺旋给料器连接电机。

进一步地，所述进液管道位于反应罐的上方，其包括具有液位计的去离子水高位槽和硝酸高位槽，所述去离子水高位槽连接控制阀，所述硝酸高位槽连接硝酸导管和控制阀。

进一步地，所述气流搅拌装置包括与反应罐连接的气流搅拌控制阀，所述气流搅拌控制阀连接外部压缩空气系统，为反应罐提供空气气流搅拌。

进一步地，所述循环搅拌系统包括磁力泵，所述磁力泵连接循环搅拌通道；所述循环搅拌通道包括位于反应罐上方的搅拌入口和位于反应罐下方的搅拌出口管道，所述搅拌出口管道上安装控制阀。

进一步地，还包括与反应罐连接的尾气管，所述尾气管上安装尾气阀，用于排放尾气。

进一步地，所述反应罐内安装隔网。

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，还包括取样阀，所述取样阀连接在搅拌出口管道上。

(三)有益效果

本发明提供的溶解系统，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。