一种流化柱式二氧化铀凝胶球陈化洗涤系统的制作方法

本发明涉及洗涤设备技术领域，尤其涉及一种流化柱式二氧化铀凝胶球陈化洗涤系统。

背景技术：

UO₂(二氧化铀)核芯(直径～500μm)是高温气冷堆球形燃料元件的重要组成部分，目前制备UO₂核芯所采用的主流工艺是溶胶－凝胶法。根据凝胶原理不同，可分为外胶凝、内胶凝和内外结合的全胶凝工艺。各种胶凝工艺一般都经历溶胶配制、分散胶凝成球、陈化、洗涤、干燥、焙烧以及还原烧结的步骤，其中陈化和洗涤步骤位于整个工艺的中间阶段，其工艺过程的优劣直接关系到凝胶球的质量。

陈化过程中，氨水由凝胶球表面向其内部逐渐扩散，凝胶球与氨水缓慢反应，微球均匀收缩，需要得到内外结构均匀一致的凝胶球。洗涤过程中，通过去离子水将凝胶球内部由于反应生成的硝酸铵去除，避免其在后续热处理过程中大量分解，而引起微球开裂。因此，无论是陈化还是洗涤过程，球液都需充分接触，均匀反应。而且由于其处理的是核材料，所使用的设备应该是满足临界安全要求的。

为降低球形燃料元件的生产成本，生产规模急需扩大，而陈化洗涤工序的处理量是规模化的一大瓶颈，需要达到连续操作才能满足生产要求。专利CN202093842U中公开了一种UO₂核芯陈化洗涤干燥设备，其设备内筒形状为扁平状可旋转，为批次操作，无法连续进行。专利CN103366846B公开了一种连续化的UO₂核芯陈化洗涤干燥系统，但其设备系统体积庞大，制造成本高，颗粒在陈化及洗涤过程中处于堆积状态，球液反应的均匀性有待验证。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有的UO2凝胶球生产设备无法达到陈化洗涤工序的连续操作，不能满足扩大UO2凝胶球生产规模的生产要求，使陈化洗涤工序的处理量成为规模化生产的一大瓶颈的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种流化柱式二氧化铀凝胶球陈化洗涤系统，包括分散柱、分配器和若干个流化柱，所述分散柱每隔一段分散时间分散出一批UO₂凝胶球与氨水母液的混合物料，所述分配器上设有多个分配区，所述分散柱的第一出料口与所述分配器连接，以将一批混合物料置入一个空置的所述分配区内进行UO₂凝胶球的预陈化处理，所述分配器的第二出料口与所述流化柱连接，当所述分配区完成一批UO₂凝胶球的预陈化处理后，将此批混合物料置入一个空置的所述流化柱中进行UO₂凝胶球的陈化处理和洗涤处理。

其中，所述分配器的形状为圆盘形，且所述分配器的中心设有转轴，多个所述分配区围绕所述转轴均匀分布，所述分配器绕所述转轴旋转，旋转一周的时间与UO₂凝胶球的预陈化处理所需时间相同。

其中，压缩空气管道与所述分散柱的下部的压缩空气入口连接，以向所述分散柱内通入压缩空气。

其中，所述分散柱的内部在所述压缩空气入口的上方且在所述分散柱的横截面上设有气体分布板，以将通入的压缩空气分散，且所述气体分布板上设有多个气孔，所述气孔的直径小于UO₂凝胶球的直径。

其中，所述压缩空气管道上设有加热装置，以将压缩空气加热升温后在通入所述分散柱。

其中，还包括氨水槽，所述氨水槽分别与所述流化柱的底部的洗液出口和所述分配器的顶部的溢流口连接，以将所述流化柱中陈化处理后排出的氨水和所述分配器中预陈化处理时溢出的氨水收集；所述流化柱的底部的洗液出口还通过洗液管道与洗液收集槽连接，以将所述流化柱内洗涤处理后排出的去离子水收集。

其中，所述流化柱的顶部通过排气管道与氨气收集装置连接，以将所述流化柱内陈化处理时产生的氨气排出并收集。

其中，所述流化柱的上部设有去离子水管道，以向所述流化柱内注入洗涤处理时使用的去离子水。

其中，所述流化柱的底部的第三出料口与干燥机连接，以将所述流化柱内洗涤处理后的UO₂凝胶球排出至所述干燥机上进行干燥处理。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明流化柱式二氧化铀凝胶球陈化洗涤系统的分散柱在经过一定的分散时间后分散出的一批UO₂凝胶球与氨水母液的混合物料，并通过第一出料口排出到分配器上一个空置的分配，因此分配器上的每个分配区只装有一批混合物料进行UO₂凝胶球预陈化处理，当一个分配区完成UO₂凝胶球的预陈化处理后，将其装有的这批混合物料通过第二出料口排出至一个空置的流化柱中，因此每个流化柱在每次工作中只对一批混合物料进行UO₂凝胶球的陈化处理和洗涤处理，其他分配区上的混合物料也依次被置入其他未处于工作状态的流化柱中进行UO₂凝胶球的陈化处理和洗涤处理，分配器的一个分配区在排出混合物料后可继续装入下一批混合物料，流化柱中的UO₂凝胶球排出后可继续装入分配器上一个分配区中的混合物料，从而使本发明能够实现陈化及洗涤处理两个过程的连续进料、出料，使得整个工序连续化的进行。流化柱与分配器可同时进行工作，克服批次操作带来的生产通量瓶颈，避免了生产过程中处理工作的停滞等待；设备紧凑、占地面积小，而且设备满足几何临界安全要求，适合核工业流水线式的大批量生产操作。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例流化柱式二氧化铀凝胶球陈化洗涤系统的结构示意图；

图2是图1中分配器的A向视图。

图中：1：分散柱；2：分配器；3：流化柱；4：气体分布板；5：氨水槽；6：氨气收集装置；7：洗液收集槽；8：干燥机；9：压缩空气管道；10：排气管道；11：去离子水管道；12：洗液管道；21：分配区；22：转轴。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的流化柱式二氧化铀凝胶球陈化洗涤系统，包括分散柱1、分配器2和若干个流化柱3，分散柱1每隔一段分散时间分散出一批UO₂凝胶球与氨水母液的混合物料，分配器2上设有多个分配区21，分散柱1的第一出料口与分配器2连接，以将一批混合物料置入一个空置的分配区21内进行UO₂凝胶球的预陈化处理，分配器2的第二出料口与流化柱3连接，当分配区21完成一批UO₂凝胶球的预陈化处理后，将此批混合物料置入一个空置的流化柱3中进行UO₂凝胶球的陈化处理和洗涤处理。

本发明流化柱式二氧化铀凝胶球陈化洗涤系统的分散柱在经过一定的分散时间后分散出的一批UO₂凝胶球与氨水母液的混合物料，并通过第一出料口排出到分配器上一个空置的分配，因此分配器上的每个分配区只装有一批混合物料进行UO₂凝胶球预陈化处理，当一个分配区完成UO₂凝胶球的预陈化处理后，将其装有的这批混合物料通过第二出料口排出至一个空置的流化柱中，因此每个流化柱在每次工作中只对一批混合物料进行UO₂凝胶球的陈化处理和洗涤处理，其他分配区上的混合物料也依次被置入其他未处于工作状态的流化柱中进行UO₂凝胶球的陈化处理和洗涤处理，分配器的一个分配区在排出混合物料后可继续装入下一批混合物料，流化柱中的UO₂凝胶球排出后可继续装入分配器上一个分配区中的混合物料，从而使本发明能够实现陈化及洗涤处理两个过程的连续进料、出料，使得整个工序连续化的进行。流化柱与分配器可同时进行工作，克服批次操作带来的生产通量瓶颈，避免了生产过程中处理工作的停滞等待；设备紧凑、占地面积小，而且设备满足几何临界安全要求，适合核工业流水线式的大批量生产操作。

其中，如图2所示，分配器2的形状为圆盘形，且分配器2的中心设有转轴22，多个分配区21围绕转轴22均匀分布，分配器2绕转轴22旋转，旋转一周的时间与UO₂凝胶球的预陈化处理所需时间相同。分配器为几何临界安全形状，均分为多个分配区，分配区个数与预陈化处理时间的小时数相对应，即为每个区域内装有分散柱分散一小时得到的凝胶球；分配器可绕其中心的转轴缓慢旋转，旋转一周的时间与预陈化处理所需时间一致；每个分配区的底部可与流化柱方便对接，使其中的混合物料可全部转移进入流化柱中。

进一步的，压缩空气管道9与分散柱3的下部的压缩空气入口连接，以向分散柱3内通入压缩空气。向分散柱内通入压缩空气，在陈化处理时，可使UO₂凝胶球在氨水中保持活动状态进行流态化处理，在洗涤处理时，可使UO₂凝胶球在去离子水中保持活动状态进行流态化处理，能够有效避免UO₂凝胶球堆积，确保UO₂凝胶球与周围液体均匀接触，流化状态下可以保证球液反应更加充分。

其中，分散柱3的内部在压缩空气入口的上方且在分散柱3的横截面上设有气体分布板4，以将通入的压缩空气分散，且气体分布板4上设有多个气孔，气孔的直径小于凝胶球的直径。气体分布板用于均匀分布通入流化柱的压缩空气，通过其气孔形状与气孔分布的设计，对压缩空气的压力与流量进行调整，可使UO₂凝胶球在流化柱中形成流态化，微球之间无剧烈的碰撞，从而对UO₂凝胶球进行流态化处理，缩短球液反应时间，进而缩短UO₂凝胶球陈华处理与洗涤处理的时间，提高生产效率。气体分布板不仅与流化柱有良好的密封连接，且可以方便的从流化柱中抽出，由于气体分布板的孔径小于凝胶球的直径，UO₂凝胶球在气体分布板的上方进行球液反应，当陈化处理完成排出氨水时和洗涤处理完成排出去离子水时，UO₂凝胶球可被拦截在气体分布板的上方，保证在排净液体的同时不漏失UO₂凝胶球，当洗涤处理完成后排出需UO₂凝胶球时，可将气体分布板抽出，将UO₂凝胶球放出。

具体的，压缩空气管道9上设有加热装置，以将压缩空气加热升温后在通入分散柱3。加热装置对压缩空气管道内将被通入分散柱内的压缩空气进行加热，同时可保证压缩空气的温度在室温至80℃之间可调，为分散柱内的对UO₂凝胶球的陈化处理和洗涤处理提供适宜的球液反应温度。

进一步的，本实施例的流化柱式二氧化铀凝胶球陈化洗涤系统还包括氨水槽5，氨水槽5分别与流化柱3的底部的洗液出口和分配器2的顶部的溢流口连接，以将流化柱3中陈化处理后排出的氨水和分配器2中预陈化处理时溢出的氨水收集；流化柱3的底部的洗液出口还通过洗液管道12与洗液收集槽7连接，以将流化柱3内洗涤处理后排出的去离子水收集。分配器上的每个分配区的顶部均设有溢流口，在分配区内的混合物料中多余的氨水由溢流口流出至氨水槽中，在陈化处理完成后，流化柱中混合物料中的氨水通过洗液出口流出至安水槽中，氨水槽存储氨水，防止其挥发，保护环境，循环利用节约资源。在洗涤处理完成后，去离子水也可通过洗液出口流出至洗液收集槽进行回收处理。

具体的，流化柱3的顶部通过排气管道10与氨气收集装置6连接，以将流化柱3内陈化处理时产生的氨气排出并收集。其中，流化柱3的上部设有去离子水管道11，以向流化柱33内注入洗涤处理时使用的去离子水。其中，流化柱3的底部的第三出料口与干燥机8连接，以将流化柱3内洗涤处理后的UO₂凝胶球排出至干燥机8上进行干燥处理。陈化处理过程中，混合物料中的氨水容易产生氨气，因此在流化柱顶部设置排气管道与氨气收集装置连接，将氨气排出并收集，防止氨气污染环境；去离子管道向流化柱内通入洗涤处理时所需的去离子水；完成洗涤处理后，UO₂凝胶球可通过流化柱底部的第三出料口直接排出进入干燥机，进行下一工序的干燥处理。流化柱为几何临界安全设计，其具体个数由工艺操作时间具体确定。

使用时，前端分散得到的UO₂凝胶球连同氨水母液经分散柱底部出料口一同进入到分配器的一个分配区中，多余的氨水由该分配区顶部的溢流口流入氨水槽中，分配器缓慢旋转，1小时后，UO₂凝胶球连同氨水母液进入分配器的下一分配区中，如此凝胶球连同氨水母液连续的进入到分配器的各个分配区中，开始进行预陈化处理。

在分配器的第一个区域中的凝胶球预陈化结束后，由分配器底部的第一出料口进入到第一个流化柱中，流化柱的底部通入带有温度的压缩空气，经过气体分布板后，使UO₂凝胶球在流化柱中流化起来，进行升温的陈化处理。其间，产生的氨气经由流化柱的顶部的排气管道进入氨气回收装置。陈化处理结束后，陈化液经流化柱2底部的洗液出口排入到氨水槽中，去离子水由流化柱顶部的去离子水管道进入到流化柱中，流化柱由底部设置的压缩空气管道通入带有温度的压缩空气，UO₂凝胶球开始进行洗涤过程。洗涤结束后，洗液经流化柱底部的洗液出口排入到洗液收集装置，洗涤需进行多次。洗涤结束后，可将气体分布板抽出，UO₂凝胶球由流化柱底部的出料口进入到下一干燥工序。

分配器的第二个分配区中的凝胶球预陈化结束后进入到第二个流化柱中，以此类推，由于预陈化工艺时间大于陈化洗涤工艺时间，所以流化柱的数量可少于分配器上分配区的数量。分配器的第一个分配区旋转一周后可继续装入UO₂凝胶球及氨水母液，第一个流化柱中的UO₂凝胶球排出后可继续装入分配器上一个分配区中的混合物料，从而使整个陈化洗涤工序实现连续进料、出料，使得整个工序连续化的进行。

综上所述，本发明流化柱式二氧化铀凝胶球陈化洗涤系统的分散柱在经过一定的分散时间后分散出的一批UO₂凝胶球与氨水母液的混合物料，并通过第一出料口排出到分配器上一个空置的分配，因此分配器上的每个分配区只装有一批混合物料进行UO₂凝胶球预陈化处理，当一个分配区完成UO₂凝胶球的预陈化处理后，将其装有的这批混合物料通过第二出料口排出至一个空置的流化柱中，因此每个流化柱在每次工作中只对一批混合物料进行UO₂凝胶球的陈化处理和洗涤处理，其他分配区上的混合物料也依次被置入其他未处于工作状态的流化柱中进行UO₂凝胶球的陈化处理和洗涤处理，分配器的一个分配区在排出混合物料后可继续装入下一批混合物料，流化柱中的UO₂凝胶球排出后可继续装入分配器上一个分配区中的混合物料，从而使本发明能够实现陈化及洗涤处理两个过程的连续进料、出料，使得整个工序连续化的进行。流化柱与分配器可同时进行工作，克服批次操作带来的生产通量瓶颈，避免了生产过程中处理工作的停滞等待；设备紧凑、占地面积小，而且设备满足几何临界安全要求，适合核工业流水线式的大批量生产操作。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。