溶解系统 【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。
附图说明 图 1 为发明实施例溶解装置结构示意图。
图中 ： 1： 反应罐 ； 2： 加热套 ； 3： 隔网 ； 4： 气流搅拌控制阀 ； 5、 8： 循环搅拌控制阀 ； 6： 取样阀 ； 7： 卸料阀 ； 9： 螺旋加料器 ； 10 ： 料仓 ； 11 ： 去离子水高位槽 ； 12 ： 去离子水控制 阀； 13 ： 硝酸高位槽 ； 14 ： 硝酸控制阀 ； 15 ： 硝酸导管 ； 16、 循环搅拌入口 ； 17 ： 尾气阀 ； M1 ： 磁 力泵 ； M2 ： 电机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例， 对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明， 但不用来限制本发明的范围。如图 1 所示， 本发明实施例溶解装置包括 ： 密封反应罐 1、 与反应罐 2 连接的给料 器 9、 进液管道、 循环搅拌系统、 气流搅拌装置和尾气管。
其中， 该反应罐 1， 采用不锈钢材料制造， 为圆筒状， 用于存储反应物并提供反应场 所， 圆筒直径经过和材料的临界安全计算， 在最大生产能力下满足临界安全， 其底部安装用 于卸料的卸料管 7。 该反应罐 7 的外壁上安装加热套 2， 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。
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。 其中， 气流 搅拌装置包括与反应罐 1 连接的气流搅拌控制阀 4， 气流搅拌控制阀 4 连接外部压缩空气系 统， 为反应罐 1 提供空气气流搅拌。
循环搅拌系统包括磁力泵 M1， 磁力泵 M1 连接循环搅拌通道 ； 循环搅拌通道包括位 于反应罐 1 上方的循环搅拌入口 16 和位于反应罐下方的搅拌出口管道， 搅拌出口管道上安 装控制阀 5 和 8， 用于循环搅拌该反应罐 1 中的反应物。该循环搅拌入口 16 的出口处采用 伞状设计， 其中磁力泵 M1 采用不锈钢材料制成， 耐热酸腐蚀。该循环搅拌控制阀 5 和 8 采 用不锈钢球阀， 内衬为聚四氟乙烯材料， 用于切换搅拌方式， 并且控制循环搅拌烈度。
给料器采用螺旋给料器 9， 其上安装锥形料仓 10， 该螺旋给料器 9 一端连接电机 M2， 一端神入反应罐 1 中， 该电机 M2 由变频器控制用于控制加料速度。 进液管道， 具体包括去离子水高位槽 11 和硝酸高位槽 13， 该去离子水高位槽 11 为 圆筒状， 位于反应罐 1 的上方， 其竖直方向上装有液位计， 用去向反应罐 1 中注入去离子水。 该去离子水高位槽 11 连接去离子水控制阀 12， 该去离子水控制阀 12 为不锈钢针阀。该硝 酸高位槽 13 为圆筒状， 其位于反应罐 1 的上方， 其竖直方向上装有液位计， 用于向反应罐 1 中注入硝酸。该硝酸高位槽 13 连接硝酸导管 15 和硝酸控制阀 14， 该硝酸导管 15 伸入反应 罐 1 内部， 且出口竖直向下， 其长度应使出口保持在液面以下， 其中硝酸控制阀 14 为不锈钢 针阀。
该尾气管上安装尾气阀 17， 用于排放尾气， 该尾气阀 17 为不锈钢球阀， 内衬由聚 四氟乙烯材料制成。
反应罐 1 内安装隔网 3， 用于阻止大颗粒物料进入循环搅拌系统中， 隔网 3 采用耐 热酸腐蚀， 网孔直径可根据反应物颗粒的精细程度选取。
卸料管， 该卸料管安装在反应罐 1 的底部， 连其接用于控制卸料量和速度的卸料 阀 7， 该卸料阀 7 采用不锈钢球阀， 内衬为聚四氟乙烯材料， 用于卸料。
取样阀 6， 安装在搅拌出口管道上， 该取样阀 6 为不锈钢球阀， 内衬为聚四氟乙烯 材料， 用于在线取样， 随时监控内部反应物的溶解状态。
本发明实施例溶解系统， 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， 同时满足大批量生产的需求。
下面具体说明本实施例溶解系统具体操作方法。
首先， 试验前分别用清水和去离子水清洗反应罐 1、 螺旋给料器 9、 料仓 10、 去离子 水高位槽 11、 硝酸高位槽 13、 硝酸导管 15， 清洗后关闭所有控制阀 ； 分别在去离子水高位槽 11 和硝酸高位槽 13 加入适量的去离子水和浓硝酸 ；
然后， 打开尾气阀 17， 通过去离子水控制阀 12 加入反应所需的去离子水， 加入量
用去离子水高位槽 11 的液位计计算 ； 加入后打开水浴的加热系统， 设定合适温度进行加 热；
其次， 在料仓 10 中加入称量好的 U3O8 粉， 打开电机 M2， 调节加入速度将粉料加入反 应罐 1 ； 同时打开气流搅拌控制阀 4 进行气流搅拌 ； 温度达到设定温度， 且粉料加入完毕后 开始通过硝酸控制阀 14 加入硝酸， 反应随即开始， 硝酸的加入量用硝酸高位槽 13 的液位计 计算 ； 反应一段时间后， 关闭气流搅拌控制阀 4 同时打开循环搅拌控制阀 5 和 8、 磁力泵 M1 进行循环搅拌 ；
最后， 反应完成后， 关闭加热系统， 并转换为冷却水系统， 将物料冷却至室温， 然后 通过卸料阀 7 卸料。
需要说明的是， 本发明实施例提供的溶解系统， 并不局限于溶解八氧化三铀 (U3O8) 粉， 同样适用于其他液态或固态核材料反应物的溶解， 同时该溶解装置除了适用于核材料 的溶解， 同样适用于其他行业生产或试验所需材料的溶解。
以上实施方式仅用于说明本发明， 而并非对本发明的限制， 有关技术领域的普通 技术人员， 在不脱离本发明的精神和范围的情况下， 还可以做出各种变化和变型， 因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范畴， 本发明的专利保护范围应由权利要求限定。