本发明涉及铀纯化技术领域，具体涉及六水合硝酸铀酰溶液热解脱硝制备uo3的工艺技术方法，是利用丙烷燃烧产生的高温、高速气流将六水合硝酸铀酰溶液雾化、脱水干燥、脱硝制备出活性较高的uo3的工艺技术。
背景技术：
在核燃料生产领域中，u3o8、uo3和uo2是三种重要的、具有实用价值的铀氧化物。其中，uo3作为铀纯化生产过程中的中间产品，其制备技术在核燃料循环过程中占有十分重要的地位。
目前，在国内外铀纯化技术领域中，uo3的制备工艺可分为unh(unl)法、adu法、auc法三种。unh(unl)法与adu、auc法相比具有明显的优点。adu、auc法在生产过程中都会产生沉淀母液或结晶母液，产生大量的废水，处理废水又产生大量的固体废物。而unh(unl)法因具有不消耗任何试剂，脱硝产生的工艺气体可直接回收成硝酸，返回生产系统使用，所以基本不产生废水、固体废物。因此，在规模化的uo3生产中，unh(unl)法得到普遍关注和重视，该工艺技术已为国外多数铀纯化生产厂所采用，代表着国际铀纯化产业的一种先进发展方向。
然而，unh法脱硝制备uo3存在的主要问题是uo3的化学反应活性较低，不利于uo3还原和uo2氢氟化工艺技术要求，需要对uo3活化处理来提高uo3产品的化学反应活性。为完善我国铀纯化技术体系，开发新型铀纯化工艺装置，缩短铀纯化工艺流程，降低铀纯化生产成本，提升我国铀纯化生产技术水平，开展了unh气流式雾化干燥、热解脱硝制备uo3工艺技术研究，并掌握了本方法关键技术，制备出了高活性的uo3产品。相对流化床脱硝和罐式脱硝技术而言，unh雾化干燥、热解脱硝技术具有工艺过程较简单、废物产生量小和产出的uo3的反应活性与adu法制备的uo3化学反应活性相当等优点。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是掌握硝酸铀酰脱硝制备uo3工艺技术，提高产品反应活性，缩短铀纯化工艺路线，有效地降低铀纯化生产成本。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种硝酸铀酰气流式雾化干燥热解脱硝制备uo3工艺，技术方案包括以下方面：
(1)确定实现本工艺的主要设备
实现本工艺的主要设备为：计量泵、雾化导管、燃烧室、脱硝反应器、丙烷储气罐、供料罐、冷却水箱、罗茨风机、冷却风泵、旋风分离器、除尘器、尾气排风机；
(2)确定本工艺工作原理
工艺过程中涉及的化学原理是：
六水合硝酸铀酰的热分解反应：
热分解反应所需要的热气通过丙烷与空气燃烧供给：
c3h8+5o2→3co2+4h2o
(3)确定具体工艺方案：
罗茨风机设置在燃烧室进风口，用来向燃烧室输送压缩空气；通过调节罗茨风机的进风量和设置在整个系统最末端的尾气排风机的排风量，控制脱销反应器内部负压在设定范围内；
启动燃烧器，控制丙烷储气罐中输送的丙烷气体和过量的压缩空气进入燃烧室点火燃烧，产生的高温高速侧向雾化气流在达到1400℃后进入脱硝反应器内；
当入脱硝反应器下部温度为100℃时，打开去离子水槽阀门，启动计量泵，调整计量泵出口压力在0.20～0.30mpa；
当脱硝反应器上部温度为400℃时，开启供料罐阀门，关闭去离子水槽阀门，浓度为1000gu/l、温度为70～90℃的硝酸铀酰料液，通过计量泵后经雾化导管送至燃烧室内部；
硝酸铀酰料液进入脱销反应器，在脱销反应器内被燃烧室内输送的高温高速侧向雾化气流分散成雾滴，硝酸铀酰雾滴在脱硝反应器内的高速高温涡流作用下，完成游离水的蒸发和结晶水的脱去，发生化学反应，生成uo3产品和含氮氧化物、co2、水蒸气、o2的反应尾气；
生成的脱硝产品uo3固体粉末及反应尾气通过脱销反应器底部管道输送至旋风分离器中，在旋风分离器作用下实现uo3固体粉末与反应尾气的一级分离，一级分离后的uo3固体粉末在旋风分离器底部沉降，通过卸料旋转阀转移至产品容器中；
旋风分离器中未沉降的uo3固体粉末，随反应尾气进入除尘器中实现二级分离，保证反应产物的收率；
残余尾气通过排风机输送至尾气处理系统进行净化，净化后的尾气进行排空。
进一步的，如上所述的一种硝酸铀酰气流式雾化干燥热解脱硝制备uo3工艺，实现本工艺的主要设备中，除尘器为袋式、管式中的一种。
进一步的，如上所述的一种硝酸铀酰气流式雾化干燥热解脱硝制备uo3工艺，通过调节罗茨风机的进风量和设置在整个系统最末端的尾气排风机的排风量，控制脱销反应器内部负压为-1000±100pa。
进一步的，如上所述的一种硝酸铀酰气流式雾化干燥热解脱硝制备uo3工艺，设定脱销反应器上部温度为600℃、下部温度为300℃。
进一步的，如上所述的一种硝酸铀酰气流式雾化干燥热解脱硝制备uo3工艺，操作过程中，通过调整计量泵出口流量，来控制脱销反应器上部温度在500～600℃。
进一步的，如上所述的一种硝酸铀酰气流式雾化干燥热解脱硝制备uo3工艺，通过计量泵后经雾化导管送至燃烧室内部的硝酸铀酰料液的浓度为1000gu/l、温度为70～90℃。
进一步的，如上所述的一种硝酸铀酰气流式雾化干燥热解脱硝制备uo3工艺，通过计量泵后经雾化导管送至燃烧室内部的硝酸铀酰料液的浓度为1000gu/l、温度为80℃。
进一步的，如上所述的一种硝酸铀酰气流式雾化干燥热解脱硝制备uo3工艺，通过冷却水箱为硝酸铀酰料液保温，使其一直保持在80℃。
进一步的，如上所述的一种硝酸铀酰气流式雾化干燥热解脱硝制备uo3工艺，在脱销反应器底部管道和旋风分离器进口端之间设置冷却风泵，对脱硝产品uo3固体粉末及反应尾气进行冷却，冷却到200～300℃。
本发明采用设计加工的燃烧室及脱硝反应器作为硝酸铀酰热解脱硝的主体设备，以丙烷和过量空气燃烧产生的高温、高速气体作为热量及雾化气来源，将硝酸铀酰料液进行干燥脱水和热解脱硝。该工艺技术方法具有：工艺流程短、设备结构简单、运行稳定、unh转化率高、制备出的uo3粒度分布均匀、化学反应活性好等优点。其具体特点如下所述：
1)确定的硝酸铀酰气流式雾化干燥热解脱硝制备uo3工艺技术方案与我国铀纯化生产工艺技术路线自身特点相适应，且流程简单。该发明技术方案采用的丙烷燃烧产生的高温气体作为热量及雾化气来源，不仅解决了硝酸铀酰料液脱硝反应所需的热量，更为料液的雾化提供了气体来源，并且通过控制脱硝反应器内水蒸气分压，可实现对产品活性的控制，制备出的高活性uo3可直接用于后续氢还原，从而取消原有uo3水合活化过程，缩短了工艺流程。
2)系统组成结构简单。该系统关键设备为燃烧室及脱硝反应器，辅助设备仅有脱硝反应后用于物料收集的旋风分离器及袋(管)式除尘器、计量泵、风机等。与传统的unh内加热式脱硝流化床相比，该脱硝反应器内部无其它部件，更便于工艺控制及检修。
3)确定的最佳技术条件相对宽松，易于实现。反应器上段的最佳控制温度500～600℃，反应器内压力-1100±100pa(表压)，工艺操作易于实现。
4)确定的工艺技术方案制备出的uo3活性较高，比表面积在10m2/g～20m2/g左右，比脱硝流化床制得的uo3产品(比表面积约为0.6m2/g)高出很多，更利于后续uo3的氢还原和uo2的氢氟化反应。
5)具有显著的经济效益。高活性uo3的制备可缩短工艺流程，节约生产成本，而且丙烷燃烧产生的高温气体既可作为热量来源又可作为雾化气来源，比脱硝流化床采用内加热及雾化系统更加节约成本。
6)在国内首次实现了高活性uo3的制备，对于完善铀纯化生产技术体系，提升铀纯化生产技术水平具有重要意义。
附图说明
图1是硝酸铀酰气流式雾化干燥热解脱硝制备三氧化铀工艺技术路线示意图。
图中：1—供料罐，2—计量泵，3—燃烧室，4—丙烷储罐，5—冷却水箱，6—罗茨风机，7—脱硝反应器，8—冷却风泵，9—旋风分离器，10—布袋除尘器，11—排风机，12—去离子水槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。
根据掌握的硝酸铀酰气流式雾化干燥热解脱硝制备uo3工艺技术方案，结合我国铀纯化生产工艺技术路线自身特点，确定硝酸铀酰气流式雾化干燥热解脱硝制备uo3工艺技术路线如图1所示，技术方案包括以下方面：
(1)确定实现本工艺的主要设备
实现本工艺的主要设备为：计量泵、雾化导管、燃烧室、脱硝反应器、丙烷储气罐、供料罐、冷却水箱、罗茨风机、冷却风泵、旋风分离器、除尘器、尾气排风机；
实现本工艺的主要设备中，除尘器为袋式、管式中的一种；
(2)确定本工艺工作原理
工艺过程中涉及的化学原理是：
六水合硝酸铀酰的热分解反应：
热分解反应所需要的热气通过丙烷与空气燃烧供给：
c3h8+5o2→3co2+4h2o
(3)确定具体工艺方案：
罗茨风机设置在燃烧室进风口，用来向燃烧室输送压缩空气；通过调节罗茨风机的进风量和设置在整个系统最末端的尾气排风机的排风量，控制脱销反应器内部负压为-1000±100pa；
启动燃烧器，控制丙烷储气罐中输送的丙烷气体和过量的压缩空气进入燃烧室点火燃烧，产生的高温高速侧向雾化气流在达到1400℃后进入脱硝反应器内；
操作过程中，通过调整计量泵出口流量，来控制脱销反应器上部温度在500～600℃；具体的，设定脱销反应器上部温度为600℃、下部温度为300℃；
当入脱硝反应器下部温度为100℃时，打开去离子水槽阀门，启动计量泵，调整计量泵出口压力在0.20～0.30mpa；
当脱硝反应器上部温度为400℃时，开启供料罐阀门，关闭去离子水槽阀门，浓度为1000gu/l、温度为70～90℃的硝酸铀酰料液，通过计量泵后经雾化导管送至燃烧室内部；具体的，在本实施例中，通过计量泵后经雾化导管送至燃烧室内部的硝酸铀酰料液的浓度为1000gu/l、温度为80℃；通过冷却水箱为硝酸铀酰料液保温，使其一直保持在80℃；
硝酸铀酰料液进入脱销反应器，在脱销反应器内被燃烧室内输送的高温高速侧向雾化气流分散成雾滴，硝酸铀酰雾滴在脱硝反应器内的高速高温涡流作用下，完成游离水的蒸发和结晶水的脱去，发生化学反应，生成uo3产品和含氮氧化物、co2、水蒸气、o2的反应尾气；
生成的脱硝产品uo3固体粉末及反应尾气通过脱销反应器底部管道输送至旋风分离器中，在旋风分离器作用下实现uo3固体粉末与反应尾气的一级分离，一级分离后的uo3固体粉末在旋风分离器底部沉降，通过卸料旋转阀转移至产品容器中；
旋风分离器中未沉降的uo3固体粉末，随反应尾气进入除尘器中实现二级分离，保证反应产物的收率；在脱销反应器底部管道和旋风分离器进口端之间设置冷却风泵，对脱硝产品uo3固体粉末及反应尾气进行冷却，冷却到200～300℃。
残余尾气通过排风机输送至尾气处理系统进行净化，净化后的尾气进行排空。
建立硝酸铀酰气流式雾化干燥热解脱硝制备uo3工艺试验系统；建立uo3产品取样分析系统。具体实施方式如下所述：
1、根据设备处理能力，通过热量衡算及物料衡算设计燃烧室及脱硝反应器等主体设备。
2、依据设计的设备结构参数加工相应设备，并对其它辅助设备进行选型，根据设备尺寸及位置要求搭建支撑和检修平台，安装设备，建立以燃烧室及脱硝反应器为主体设备的硝酸铀酰脱硝制备uo3工艺系统。
3、控制最佳的温度、水蒸气分压和气液比等条件，达到硝酸铀酰脱硝制备uo3的效果。
4、为检测分析产品uo3比表面积，建立分析系统，为确定水蒸气分压、温度、气液比对产品uo3活性的影响。