[发明专利]不经混合和高温，而经感应来加热和捏合使两种不互溶的液体接触的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及不经混合和高温，而经感应来加热和捏合（kneading）使两种不互溶的液体进行接触的方法和装置。具体地，本发明涉及在高温下，例如高达约1100K下使熔融金属和盐进行接触的方法和装置。

通常，本发明的技术领域可被限定为材料的转移领域；并且更具体地，被限定为高温化学品接触和分离技术的领域；并且更具体地，被限定为涉及不互溶的液体的提取的领域。

更确切地，但不唯一地，本发明的技术领域为高温液/液提取系统的领域，该高温液/液提取系统也被称为高温接触器（pyrocontactor），在该高温液/液提取系统中，使液体盐相与熔融金属相进行接触。特别地，本发明的技术领域是冶金工艺的领域，其中，在高温下，通常约800K以及高达1200K的温度下提取或反提取（back-extract）锕系元素。

这些工艺是基于使熔融状态的金属提取剂（例如铝）与两种熔融盐相进行接触[1][2]。

背景技术

通过具有高燃烧率的核燃料的“湿法冶金”的传统再加工需要数年的冷却时间以降低引起辐解现象的放射性元素的含量。通过热冶金学工艺的高温再加工具有的优点是：对辐解现象的低灵敏度，以及仅数月的燃料冷却时间。

热冶金学工艺的化学原理是基于被用作锕系元素提取剂介质的铝相的熔化[16]。

因此，在文献[3]、[4]、[5]、[6]和[7]中描述了通过液/液提取进行热冶金再加工的高温接触器装置。在这些装置中，通常使液体和熔融金属相进行连续的接触。

文献[3-4]描述了使用熔融氯化物/铋体系的散装填料塔或板式塔。

这些文献中所述的提取塔的使用受限于交换动力学。这些塔的HETP（理论塔板等效高度）通常在1m和2m之间。

具体地，文献[5]描述了用于使含钚的熔融氯化钾-氯化铝盐相与铀-铝合金进行接触的旋转填料塔。

文献[6]描述了特别适用于热冶金领域的源自于湿法冶金技术的混合沉降器。

这些混合沉降器的使用受限于相似比重的两相的沉降效率。这类设备中较大的死体积还需要使用大量的反应物。

文献[7]描述了用于使不互溶的液体盐和液体金属混合且分离的离心高温接触器。液体被引入至环形混合区并且利用附接至结合有偏转器的转子上的立式叶片使其剧烈混合。液体在1000K～1100K的温度下被引入至该装置，并且在转子中被分离为将从装置中排出的密相和轻相。

该装置被用于处理源自电解精炼工艺的熔融氯化物浴。

在该文献中所述的离心提取器是一种有效装置，但该装置在熔融氯化物介质中仅在不超过数百小时的短时段内测试过。因此，其可靠性并未在足够的时间范围内得到证实。这些装置的使用还受限于腐蚀问题的出现，该腐蚀问题急速地损坏该装置的运行。

此外，在高温接触器和核工业的领域之外，文献[8]和文献[9]描述了不互溶液体的分离，尤其是在提取水中所含的油的情况下。

这些技术采用了安装有金属滤网和泵系统的复杂装置，其目标是完成两种流体的简单物理分离，而不以选择性提取所溶解的化合物为目的。

为了改善在上述提到的文献[1]～[7]中所述的方法和装置中的缺点，开发了文献[10]的装置和方法。

文献[10]涉及一种具有透孔壁（openwork wall）的接触器，其允许两种不互溶的液相，例如熔融碱金属氟化物相和液体铝相进行接触而不引起两者的混合。

因此，在该装置中，凭借透孔壁，熔融铝的界面张力性质允许使得含有该金属。

特别地，该装置可被用于使金属提取剂（例如熔融铝）与熔融盐的两相进行接触，并且通过该方式能够容易地提取和反提取锕系元素。

然而，分离两种介质的透孔壁的存在限制并且极大地减慢了材料的转移速度。

该限制主要涉及化学核素穿过透孔壁的扩散。如此，通常，在两相接触后的12小时后，在两相之间达到热力学平衡。

换句话说，在文献[10]中描述的装置具有材料转移动力学，特别是提取动力学，其极大地受限于穿过透孔壁的扩散现象。

文献[10]中描述的透孔壁与“常规的”电阻加热系统相匹配，其能够在经控制的氧气含量和经控制的湿度的气氛中，在接近1200K的温度下完成工作。该设计允许液体在熔融盐侧通过对流而以1mm/min量级的速度移动。

在铝侧，液体铝的非常高的热导率防止了在该熔融金属内的温度梯度。因此，该熔融铝相在坩埚中的所有的点处具有恒定的比重，这就防止了在该相中通过自由对流的任何的捏合。