一种模拟地浸铀提取循环实验装置的制作方法

本发明涉及实验装置，特别是涉及一种模拟地浸铀提取循环实验装置。

背景技术：

1、随着核能相关产业的快速发展，天然铀需求量越来越大。原地浸出(简称地浸)采铀是我国天然铀的主要开采工艺，目前以co2+o2地浸采铀工艺为主。因此，研发可模拟co2+o2地浸采铀工艺铀浸出提取全流程的实验装置，对矿山开采浸出参数的室内筛选和评价非常重要。

2、针对co2+o2工艺地浸采铀浸出模拟，目前已研发多种实验装置(zl201210380565.8、zl201610018577.4、zl201810303870.4、cn202122537831.9)，这些装置都以新配制浸出剂来进行浸出，无法进行如实际离子累积循环及吸附等试验；cn201710545851.8设计了用于酸法的地浸采铀实验室模拟试验装置与方法，可以模拟现场浸出与吸附处理体系，评价杂质离子积累沉淀造成矿层堵塞风险，而cn201911327521.7类似研发了co2+o2工艺下地浸采铀循环实验装置。

3、现有的模拟地浸铀提取实验装置存在以下缺点：

4、(1)由于co2+o2柱浸实验流量很小，一般流速在0.05-0.20ml/min，可溶解的氧在0.10ml/min以下，没有合适的气体流量计或控制器来计量与控制。因此，都采用溶解罐方式，将co2和o2溶解在溶解罐中，再将溶解气体后的浸出剂通过中间注液罐或直接注入浸出柱中，如zl201210380565.8、zl201610018577.4、cn201911327521.7、cn202122537831.9，这与地浸采铀中co2和o2直接管道加入至浸出剂不一样，导致无法直接模拟；

5、(2)由于室内模拟总体流量小(50-300ml/d)，难以动态、全流程、循环模拟。虽然cn201911327521.7提出了一种全流程循环实验装置，但其集液罐容量为500ml，搅拌罐容量为200ml，其系统中贮液超过两天的循环量，这与矿山0-2h的集液量差距甚大；而cn201710545851.8使用的浸出剂量分别为2l和3l，贮槽与配制槽中量也使实验显著滞后。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种模拟地浸铀提取循环实验装置，以解决上述现有技术存在的问题，提高地浸采铀模拟实验结果的可靠性、可用性及准确性。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种模拟地浸铀提取循环实验装置，包括注液组件、气源进气组件、气液混合组件、浸出组件和吸附组件；

4、所述注液组件包括浸出剂中间容器和注液泵，所述注液泵的进液口与所述浸出剂中间容器的出液口连通；所述气源进气组件包括二氧化碳进气组件和氧气进气组件，所述二氧化碳进气组件包括第一气体质量流量控制器，所述氧气进气组件包括第二气体质量流量控制器；所述气液混合组件包括第一混合组件和第二混合组件，所述第一混合组件包括第一气体分散器和第一气液混合器，所述第一气体分散器设置在所述第一气液混合器内，所述注液泵的出液口与所述第一气液混合器的进液口连通，所述第二混合组件包括第二气体分散器和第二气液混合器，所述第二气体分散器设置在所述第二气液混合器内，所述第二气液混合器的进液口与所述第一气液混合器的出液口连通，所述二氧化碳进气组件的出气口与所述第一气体分散器的进气口连通，所述氧气进气组件的出气口与所述第二气体分散器的进气口连通；所述第二气液混合器的出液口与所述浸出组件连通；所述吸附组件包括浸出液中间容器和离子交换柱，所述浸出液中间容器的进液口与所述浸出组件的出液口连通；所述离子交换柱的进液口与所述浸出液中间容器的出液口连通，所述离子交换柱的出液口与所述浸出剂中间容器的进液口连通。

5、所述注液泵为平流泵，流量范围为0.001-9.999ml/min；实验时通过开启平流泵从浸出剂中间容器吸入浸出剂并注入第一混合组件中。

6、优选的，所述第一气体质量流量控制器和所述第二气体质量流量控制器为热式质量流量控制器或差压层流式质量流量控制器；所述第一气体质量流量控制器和所述第二气体质量流量控制器的流量范围为0.005-0.200ml/min。

7、优选的，所述二氧化碳进气组件包括二氧化碳气瓶，所述二氧化碳气瓶的出气口通过管路与所述第一气体分散器的进气口连通；所述第一气体质量流量控制器设置在所述二氧化碳气瓶的出气口与所述第一气体分散器的连通管路上，所述二氧化碳气瓶的出气口与所述第一气体分散器的连通管路上还设置有第一高压减压阀、第一截止阀和第一单向阀；所述氧气进气组件包括氧气气瓶，所述氧气气瓶的出气口通过管路与所述第二气体分散器的进气口连通；所述第二气体质量流量控制器设置在所述氧气气瓶的出气口与所述第二气体分散器的连通管路上，所述氧气气瓶的出气口与所述第二气体分散器的连通管路上还设置有第二高压减压阀、第二截止阀和第二单向阀。

8、二氧化碳经二氧化碳进气组件的计量后通过第一气体分散器进入第一气液混合器，在第一气液混合器中对二氧化碳气体和溶浸液体进行混合；氧气经气源进气组件的计量后通过第二气体分散器进入第二气液混合器，在第二气液混合器中对氧气气体和溶浸液体进行混合；经二氧化碳混合和氧气混合先后两级混合后的浸出剂进入浸出组件进行浸出。

9、优选的，所述浸出组件包括至少一个浸出柱，所述浸出柱为至少两个时，全部所述浸出柱串联；所述浸出柱采用填砂管或全直径岩心夹持器，浸出组件具体可以采用1-6个浸出柱进行串联。

10、优选的，所述浸出组件还包括第一压力传感器、第二压力传感器、浸出回压阀和在线铀浓度检测仪；所述第一压力传感器设置在所述浸出组件的进液口与所述第二气液混合器的出液口的连通管路上，所述第二压力传感器、所述浸出回压阀和所述在线铀浓度检测仪沿逐渐远离所述浸出组件的方向依次设置在所述浸出组件的出液口与所述浸出液中间容器的进液口的连通管路上。

11、优选的，所述离子交换柱的出液口与所述浸出剂中间容器的进液口的连通管路上设置有液体质量流量控制器；所述浸出剂中间容器上设置有第一液位传感器，所述浸出液中间容器上设置有第二液位传感器。

12、实验中经气液混合的浸出剂进入浸出柱进行浸出，浸出后浸出液在浸出回压阀控制下稳定流出浸出部分、模拟地层压力并控制浸出剂中的氧气不析出。从浸出组件流出的浸出液经在线铀浓度检测仪滴入浸出液中间容器，再由浸出液中间容器进入离子交换柱，吸附后经液体质量流量控制器控制流量回流至浸出剂中间容器。

13、优选的，还包括自动控制单元，所述自动控制单元包括计算机，所述第一气体质量流量控制器、所述第二气体质量流量控制器、所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述第一液位传感器、所述第二液位传感器、所述注液泵、所述液体质量流量控制器及所述在线铀浓度检测仪分别与所述计算机信号连接。

14、优选的，还包括温度控制组件，所述温度控制组件包括恒温箱，恒温箱中设置有加热结构和制冷结构，即恒温箱中能够制热和制冷，所述浸出剂中间容器、所述注液泵、所述第一气液混合器、所述第二气液混合器、所述浸出组件及所述吸附组件都设置在所述恒温箱内。

15、进一步的，浸出剂中间容器和浸出液中间容器采用底部呈倒锥形的柱状容器，所述柱状容器的柱状部分的内径为1-2cm，所述柱状容器的容积为10-20ml。

16、进一步的，所述第一气体质量流量控制器的进出口压差和所述第二气体质量流量控制器的进出口压差均为0.01-0.50mpa；

17、进一步的，第一气体分散器和第二气体分散器都为粉末冶金压制的柱状喷头，孔径为1-5μm；所述第一气液混合器和所述第二气液混合器都采用文氏喷射式混合器或sv静态混合器；溶浸液体从所述第一气液混合器的进液口进入所述第一气液混合器，二氧化碳先进入所述第一气体分散器中，再流出所述第一气体分散器与所述第一气液混合器中的液体混合；溶浸液体从所述第二气液混合器的进液口进入所述第二气液混合器，氧气先进入所述第二气体分散器中，再流出所述第二气体分散器与所述第二气液混合器中的溶浸液体混合；

18、进一步的，离子交换柱的内径≤1cm，容积为10-20ml。

19、进一步的，液体质量流量控制器为科里奥利质量流量控制器或差压层流式流量控制器，流量为0.001-9.999ml/min。

20、进一步的，液体质量流量控制器、注液泵、第一液位传感器、第二液位传感器、在线铀浓度检测仪与控制系统相连，控制系统自动控制注液泵注液量、气体注入量、离子交换柱的液体流量、保持浸出剂中间容器和浸出液中间容器在设定液位，并由设定程序自动计算浸出柱渗透率、液固比、铀浓度、浸出率等参数。

21、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

22、本发明的模拟地浸铀提取循环实验装置提高了地浸采铀模拟实验结果的可靠性、可用性、准确性，能够为筛选和评价与实际生产相近的铀提取参数提供仪器支撑。

23、本发明的模拟地浸铀提取循环实验装置能够准确计量和实时加入氧气和二氧化碳等试剂，并能够进行浸出、吸附循环实验，以反映试验动态、离子累积及堵塞等情况。

24、本发明的模拟地浸铀提取循环实验装置通过微小流量气体质量流量控制器对试验所需气体流量进行计量与控制，并直接进行溶解和浸出，模拟地浸过程气体的加入、溶解与浸出，简化了实验流程；浸出回压阀置于恒温箱，保证了回压和出液稳定；通过在线铀浓度检测仪，实验时可直接计算实时浸出率；采用带液位传感器的浸出液中间容器和浸出剂中间容器，配合液体质量流量控制器与注液泵，保证了所需贮液量，可模拟矿山集液与配液量，提高了实验结果对实际生产的指导意义。