CN104894401B - 一种微波煅烧铀化学浓缩物的方法和装置 - Google Patents
一种微波煅烧铀化学浓缩物的方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种微波煅烧铀化学浓缩物的方法和装置，属于微波冶金技术领域。该方法将铀化学浓缩物通入高温余热烟气对冷铀化学浓缩物预热，然后进行三段煅烧。该装置由微波发生装置、螺旋搅拌装置、微波控制装置、测温装置和烟气循环净化***组成。该方法实现了工业连续化生产的同时充分利用高温余热烟气，实现自身循环处理，对铀化学浓缩物直接快速加热，减少物料热量的损失，提高能源利用率，提高产品的均匀性同时避免了有害杂质及气体的外排，实现清洁生产，该装置设备自动化程度高，可控性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波煅烧铀化学浓缩物的方法和装置，属于微波冶金技术领域。
背景技术
铀是核能工业发展的物质基础，对保障国家安全、能源安全、环境安全具有重大的战略意义。铀核燃料主要通过磨矿-酸法或碱法浸出-母液分离-离子交换法（又称吸附法）和溶剂萃取法进行溶液纯化除杂-沉淀工序，然后将沉淀物洗涤、压滤、干燥，即得到水冶产品铀化学浓缩物，铀化学浓缩物经煅烧得到核纯产品U3O8。
U3O8是铀产品产量的计量基准，具有非常重要的地位。目前，U3O8在工业上是通过煅烧铀化学浓缩物—重铀酸铵（ADU）或三碳酸铀酰铵（AUC）获得，而传统电热回转窑煅烧在同一截面上温度分布不均匀，导致生产方法能耗高，产品均一性差，易产生欠烧、过烧等现象，给后续工序带来困难。如专利CN1319848A及专利CN101633521A指出常规的煅烧三碳酸铀酰胺制备，U3O8工艺过程，需以300-500℃/小时由室温升至700-900℃，同时保温时间长达2-6小时。
微波作为一种绿色高效的加热方法，可以通过在物料内部的能量耗散选择性加热物料，具有加热均匀、热效率高、缩短反应时间等常规加热无法比拟的优点，而专利（申请号200910094840.8）提供的一种微波煅烧重铀酸铵生产八氧化三铀的方法，尽管其实现了物料的快速加热、加热时间短（煅烧时间）并起到一定的节能效果，但该方法仅局限于小物料量（15g）小试实验，其处理物料量少，未实现工业连续进出料、规模化生产；其次，煅烧过程未对物料进行搅拌导致产品均一性差，同时对煅烧过程产生的高温烟气未做处理，存在能源热利用率低以及生产成本高等问题，且有害烟气的排放会对环境有一定的影响。因此，如何经济有效的对铀化学浓缩物进行煅烧生产制备U3O8，同时实现高温烟气余热回收利用以进一步降低能耗，提高热利用率，实现工业连续化规模生产的同时实现清洁生产是目前亟需解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种微波煅烧铀化学浓缩物的方法和装置。该方法采用三段煅烧，实现了工业连续化生产的同时充分利用高温余热烟气，实现自身循环处理，对铀化学浓缩物直接快速加热，减少物料热量的损失，提高能源利用率，提高产品的均匀性同时避免了有害杂质及气体的外排，实现清洁生产，该装置设备自动化程度高，可控性强，本发明通过以下技术方案实现。
一种微波煅烧铀化学浓缩物的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将铀化学浓缩物以100~400kg/h的进料量加入微波煅烧腔体中，控制微波煅烧腔体中搅拌转速为10~30r/min，然后通入高温余热烟气对冷铀化学浓缩物预热至温度为300~500℃；
（2）将预热后的铀化学浓缩物进行三段煅烧：首先第一段煅烧过程中：控制微波输出功率为20~35kW，煅烧温度为800~850℃，煅烧时间为3~6min；然后第二段微波煅烧过程中：调节微波输出功率为25~55kW，煅烧温度为850~870℃，煅烧时间为3~6min；最后进行第三段微波煅烧：调节微波输出功率为35~60kW，煅烧温度为870~900℃，煅烧时间为4~8min，经煅烧后的物料冷却至室温即得到八氧化三铀产品，在此过程中产生的高温余热烟气经净化、热交换后重新利用预热铀化学浓缩物。
所述步骤（1）中铀化学浓缩物为重铀酸铵（ADU）或三碳酸铀酰铵（AUC）。
所述步骤（1）中高温余热烟气温度为600~800℃，通入量为1~15m3/h，该工序段的实施可使能源利用节省10%~30%。
一种微波煅烧铀化学浓缩物的装置，该装置由微波发生装置、螺旋搅拌装置、微波控制装置、测温装置和烟气循环净化***组成；
所述微波发生装置包括支座17、固定在支座17上的微波加热腔体5和均匀分布在微波加热腔体5上的磁控管6；
所述螺旋搅拌装置包括减速机1、螺旋轴连轴节2、轴承3、加料口4、螺旋输送筒8、螺旋轴9、螺旋叶片11、烟气挥发口13、出料口16、电动机28、小齿轮29、链条30、大齿轮31，螺旋输送筒8横穿微波加热腔体5，螺旋输送筒8与微波加热腔体5外的那部分一侧顶部设有加料口4、另一侧设有烟气挥发口13，烟气挥发口13正下方螺旋输送筒8底部设有出料口16，螺旋输送筒8内部中间位置横穿螺旋轴9，螺旋轴9上均匀分布、螺旋叶片11，螺旋轴9靠近加料口4一侧依次连接轴承3、螺旋轴连轴节2、减速机1、大齿轮31、链条30、小齿轮29和电动机28；
所述微波控制装置包括温度显示器19、微波功率控制器20、微波装置电源按钮21和微波控制器22，微波控制器22设有温度显示器19、微波功率控制器20、微波装置电源按钮21，温度显示器19与测温装置连接，微波功率控制器20与磁控管6连接；
所述测温装置从位于微波加热腔体5内部的螺旋输送筒8顶面***；
所述烟气循环净化***包括管道变径阀14、烟气管道15、烟气净化器23、湿风箱24、由热交换器25构成的热交换***27和干风箱26，烟气挥发口13通过管道变径阀14依次与烟气管道15、烟气净化器23、湿风箱24、由热交换器25构成的热交换***27和干风箱26连接，干风箱26出口与螺旋输送筒8底部连接。
所述测温装置包括热电偶测温仪，热电偶测温仪a7、热电偶测温仪c12位于微波加热腔体5的两侧，热电偶测温仪b10位于微波加热腔体5的中间位置。
该装置的使用方法为：首先开启微波装置电源按钮21，通过微波功率控制器20调整好微波功率和微波温度，然后打开加料口4，向该装置中加入物料，待物料煅烧完成后从出料口16中排出，此过程中产生的烟气从烟气挥发口13中排出，烟气经烟气净化器23净化后，经热交换重新输回螺旋输送筒8底部。
本发明的有益效果是：
（1）该方法实现了连续进出料，适宜于工业化大批量规模化生产，生产周期短；
（2）煅烧过程通过两个阶段实现，第一阶段：预热阶段——采用高温余热烟气对冷物料预热；第二阶段：煅烧阶段——采用微波对物料进行三梯度连续加热煅烧，实现了工业连续化生产的同时充分利用高温余热烟气，对铀化学浓缩物直接快速加热，减少物料热量的损失，提高能源利用率，同时避免了有害杂质及气体的外排，实现清洁生产；
（3）煅烧过程采用双螺旋搅拌及推送物料，强化铀化学浓缩物的煅烧过程，同时该方法采用三梯度煅烧的方法更能对铀化学浓缩物充分完全的煅烧，提高产品的均一性；
（4）本装置操作方便，实时监测不同煅烧段物料温度，数字化及自动化程度高。
附图说明
图1是本发明装置结构示意图。
图中：1-减速机，2-螺旋轴连轴节，3-轴承，4-加料口，5-微波加热腔体，6-磁控管，7-热电偶测温仪a，8-螺旋输送筒，9-螺旋轴，10-热电偶测温仪b，11-螺旋叶片，12-热电偶测温仪c，13-烟气挥发口，14-管道变径阀，15-烟气管道，16-出料口，17-支座，18-料车，19-温度显示器，20-微波功率控制器，21-微波装置电源按钮，22-微波控制器，23-烟气净化器，24-湿风箱，25-热交换器，26-干风箱，27-热交换***，28-电动机，29-小齿轮，30-链条，31-大齿轮。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
该微波煅烧铀化学浓缩物的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将铀化学浓缩物以300kg/h的进料量加入微波煅烧腔体中，控制微波煅烧腔体中搅拌转速为20r/min，然后通入高温余热烟气对冷铀化学浓缩物预热至温度为400℃；铀化学浓缩物为重铀酸铵（ADU）；高温余热烟气温度为700℃，通入量为10m3/h；
（2）将预热后的铀化学浓缩物进行三段煅烧：首先第一段煅烧过程中：以80℃/min的加热速率控制微波输出功率为20kW，煅烧温度为840℃，煅烧时间为5min；然后第二段微波煅烧过程中：调节微波输出功率为55kW，煅烧温度为870℃，煅烧时间为5min；最后进行第三段微波煅烧：调节微波输出功率为60kW，煅烧温度为870℃，煅烧时间为8min，经煅烧后的物料冷却至室温即得到八氧化三铀产品，在此过程中产生的高温余热烟气经净化、热交换后重新利用预热铀化学浓缩物。
经分析测定八氧化三铀产品中铀含量达到GB10268-88标准，且对八氧化三铀产品中铀含量进行分析检测，其中总铀含量为84.76wt.%，U4+含量为28.25wt.%。高温余热烟气预热使能源利用节省20%。
如图1所示，该微波煅烧铀化学浓缩物的装置，该装置由微波发生装置、螺旋搅拌装置、微波控制装置、测温装置和烟气循环净化***组成；
所述微波发生装置包括支座17、固定在支座17上的微波加热腔体5和均匀分布在微波加热腔体5上的磁控管6；
所述螺旋搅拌装置包括减速机1、螺旋轴连轴节2、轴承3、加料口4、螺旋输送筒8、螺旋轴9、螺旋叶片11、烟气挥发口13、出料口16、电动机28、小齿轮29、链条30、大齿轮31，螺旋输送筒8横穿微波加热腔体5，螺旋输送筒8与微波加热腔体5外的那部分一侧顶部设有加料口4、另一侧设有烟气挥发口13，烟气挥发口13正下方螺旋输送筒8底部设有出料口16，螺旋输送筒8内部中间位置横穿螺旋轴9，螺旋轴9上均匀分布、螺旋叶片11，螺旋轴9靠近加料口4一侧依次连接轴承3、螺旋轴连轴节2、减速机1、大齿轮31、链条30、小齿轮29和电动机28；
所述微波控制装置包括温度显示器19、微波功率控制器20、微波装置电源按钮21和微波控制器22，微波控制器22设有温度显示器19、微波功率控制器20、微波装置电源按钮21，温度显示器19与测温装置连接，微波功率控制器20与磁控管6连接；
所述测温装置从位于微波加热腔体5内部的螺旋输送筒8顶面***；
所述烟气循环净化***包括管道变径阀14、烟气管道15、烟气净化器23、湿风箱24、由热交换器25构成的热交换***27和干风箱26，烟气挥发口13通过管道变径阀14依次与烟气管道15、烟气净化器23、湿风箱24、由热交换器25构成的热交换***27和干风箱26连接，干风箱26出口与螺旋输送筒8底部连接；其中测温装置包括热电偶测温仪，热电偶测温仪a7、热电偶测温仪c12位于微波加热腔体5的两侧，热电偶测温仪b10位于微波加热腔体5的中间位置。
实施例2
该微波煅烧铀化学浓缩物的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将铀化学浓缩物以100kg/h的进料量加入微波煅烧腔体中，控制微波煅烧腔体中搅拌转速为10r/min，然后通入高温余热烟气对冷铀化学浓缩物预热至温度为300℃；铀化学浓缩物为三碳酸铀酰铵（AUC）；高温余热烟气温度为600℃，通入量1m3/h；
（2）将预热后的铀化学浓缩物进行三段煅烧：首先第一段煅烧过程中：以60℃/min的加热速率控制微波输出功率为25kW，煅烧温度为800℃，煅烧时间为6min；然后第二段微波煅烧过程中：调节微波输出功率为25kW，煅烧温度为850℃，煅烧时间为3min；最后进行第三段微波煅烧：调节微波输出功率为35kW，煅烧温度为900℃，煅烧时间为6min，经煅烧后的物料冷却至室温即得到八氧化三铀产品，在此过程中产生的高温余热烟气经净化、热交换后重新利用预热铀化学浓缩物。
经分析测定八氧化三铀产品中铀含量达到GB10268-88标准，且对八氧化三铀产品中铀含量进行分析检测，其中总铀含量为84.72wt.%，U4+含量为28.21wt.%。高温余热烟气预热使能源利用节省10%。
如图1所示，该微波煅烧铀化学浓缩物的装置，该装置由微波发生装置、螺旋搅拌装置、微波控制装置、测温装置和烟气循环净化***组成；
所述微波发生装置包括支座17、固定在支座17上的微波加热腔体5和均匀分布在微波加热腔体5上的磁控管6；
所述螺旋搅拌装置包括减速机1、螺旋轴连轴节2、轴承3、加料口4、螺旋输送筒8、螺旋轴9、螺旋叶片11、烟气挥发口13、出料口16、电动机28、小齿轮29、链条30、大齿轮31，螺旋输送筒8横穿微波加热腔体5，螺旋输送筒8与微波加热腔体5外的那部分一侧顶部设有加料口4、另一侧设有烟气挥发口13，烟气挥发口13正下方螺旋输送筒8底部设有出料口16，螺旋输送筒8内部中间位置横穿螺旋轴9，螺旋轴9上均匀分布、螺旋叶片11，螺旋轴9靠近加料口4一侧依次连接轴承3、螺旋轴连轴节2、减速机1、大齿轮31、链条30、小齿轮29和电动机28；
所述微波控制装置包括温度显示器19、微波功率控制器20、微波装置电源按钮21和微波控制器22，微波控制器22设有温度显示器19、微波功率控制器20、微波装置电源按钮21，温度显示器19与测温装置连接，微波功率控制器20与磁控管6连接；
所述测温装置从位于微波加热腔体5内部的螺旋输送筒8顶面***；
所述烟气循环净化***包括管道变径阀14、烟气管道15、烟气净化器23、湿风箱24、由热交换器25构成的热交换***27和干风箱26，烟气挥发口13通过管道变径阀14依次与烟气管道15、烟气净化器23、湿风箱24、由热交换器25构成的热交换***27和干风箱26连接，干风箱26出口与螺旋输送筒8底部连接；其中测温装置包括热电偶测温仪，热电偶测温仪a7、热电偶测温仪c12位于微波加热腔体5的两侧，热电偶测温仪b10位于微波加热腔体5的中间位置。
实施例3
该微波煅烧铀化学浓缩物的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将铀化学浓缩物以400kg/h的进料量加入微波煅烧腔体中，控制微波煅烧腔体中搅拌转速为30r/min，然后通入高温余热烟气对冷铀化学浓缩物预热至温度为500℃；铀化学浓缩物为三碳酸铀酰铵（AUC）；高温余热烟气温度为800℃，通入量15m3/h；
（2）将预热后的铀化学浓缩物进行三段煅烧：首先第一段煅烧过程中：以100℃/min的加热速率控制微波输出功率为35kW，煅烧温度为850℃，煅烧时间为3min；然后第二段微波煅烧过程中：调节微波输出功率为30kW，煅烧温度为860℃，煅烧时间为3min；最后进行第三段微波煅烧：调节微波输出功率为50kW，煅烧温度为890℃，煅烧时间为4min，经煅烧后的物料冷却至室温即得到八氧化三铀产品，在此过程中产生的高温余热烟气经净化、热交换后重新利用预热铀化学浓缩物。
经分析测定八氧化三铀产品中铀含量达到GB10268-88标准，且对八氧化三铀产品中铀含量进行分析检测，其中总铀含量为84.80wt.%，U4+含量为28.27wt.%。高温余热烟气预热使能源利用节省30%。
如图1所示，该微波煅烧铀化学浓缩物的装置，该装置由微波发生装置、螺旋搅拌装置、微波控制装置、测温装置和烟气循环净化***组成；
所述微波发生装置包括支座17、固定在支座17上的微波加热腔体5和均匀分布在微波加热腔体5上的磁控管6；
所述螺旋搅拌装置包括减速机1、螺旋轴连轴节2、轴承3、加料口4、螺旋输送筒8、螺旋轴9、螺旋叶片11、烟气挥发口13、出料口16、电动机28、小齿轮29、链条30、大齿轮31，螺旋输送筒8横穿微波加热腔体5，螺旋输送筒8与微波加热腔体5外的那部分一侧顶部设有加料口4、另一侧设有烟气挥发口13，烟气挥发口13正下方螺旋输送筒8底部设有出料口16，螺旋输送筒8内部中间位置横穿螺旋轴9，螺旋轴9上均匀分布、螺旋叶片11，螺旋轴9靠近加料口4一侧依次连接轴承3、螺旋轴连轴节2、减速机1、大齿轮31、链条30、小齿轮29和电动机28；
所述微波控制装置包括温度显示器19、微波功率控制器20、微波装置电源按钮21和微波控制器22，微波控制器22设有温度显示器19、微波功率控制器20、微波装置电源按钮21，温度显示器19与测温装置连接，微波功率控制器20与磁控管6连接；
所述测温装置从位于微波加热腔体5内部的螺旋输送筒8顶面***；
所述烟气循环净化***包括管道变径阀14、烟气管道15、烟气净化器23、湿风箱24、由热交换器25构成的热交换***27和干风箱26，烟气挥发口13通过管道变径阀14依次与烟气管道15、烟气净化器23、湿风箱24、由热交换器25构成的热交换***27和干风箱26连接，干风箱26出口与螺旋输送筒8底部连接；其中测温装置包括热电偶测温仪，热电偶测温仪a7、热电偶测温仪c12位于微波加热腔体5的两侧，热电偶测温仪b10位于微波加热腔体5的中间位置。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种微波煅烧铀化学浓缩物的方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）首先将铀化学浓缩物以100~400kg/h的进料量加入微波煅烧腔体中，控制微波煅烧腔体中搅拌转速为10~30r/min，然后通入高温余热烟气对冷铀化学浓缩物预热至温度为300~500℃；
（2）将预热后的铀化学浓缩物进行三段煅烧：首先第一段煅烧过程中：控制微波输出功率为20~35kW，煅烧温度为800~850℃，煅烧时间为3~6min；然后第二段微波煅烧过程中：调节微波输出功率为25~55kW，煅烧温度为850~870℃，煅烧时间为3~6min；最后进行第三段微波煅烧：调节微波输出功率为35~60kW，煅烧温度为870~900℃，煅烧时间为4~8min，经煅烧后的物料冷却至室温即得到八氧化三铀产品，在此过程中产生的高温余热烟气经净化、热交换后重新利用预热铀化学浓缩物；
所述步骤（1）中铀化学浓缩物为重铀酸铵或三碳酸铀酰铵。
2.根据权利要求1所述的微波煅烧铀化学浓缩物的方法，其特征在于：所述步骤（1）中高温余热烟气温度为600~800℃，通入量为1~15m3/h。
3.一种完成权利要求1所述微波煅烧铀化学浓缩物的方法的装置，其特征在于：该装置由微波发生装置、螺旋搅拌装置、微波控制装置、测温装置和烟气循环净化***组成；
所述微波发生装置包括支座（17）、固定在支座（17）上的微波加热腔体（5）和均匀分布在微波加热腔体（5）上的磁控管（6）；
所述螺旋搅拌装置包括减速机（1）、螺旋轴连轴节（2）、轴承（3）、加料口（4）、螺旋输送筒（8）、螺旋轴（9）、螺旋叶片（11）、烟气挥发口（13）、出料口（16）、电动机（28）、小齿轮（29）、链条（30）、大齿轮（31），螺旋输送筒（8）横穿微波加热腔体（5），螺旋输送筒（8）与微波加热腔体（5）外的那部分一侧顶部设有加料口（4）、另一侧设有烟气挥发口（13），烟气挥发口（13）正下方螺旋输送筒（8）底部设有出料口（16），螺旋输送筒（8）内部中间位置横穿螺旋轴（9），螺旋轴（9）上均匀分布螺旋叶片（11），螺旋轴（9）靠近加料口（4）一侧依次连接轴承（3）、螺旋轴连轴节（2）、减速机（1）、大齿轮（31）、链条（30）、小齿轮（29）和电动机（28）；
所述微波控制装置包括温度显示器（19）、微波功率控制器（20）、微波装置电源按钮（21）和微波控制器（22），微波控制器（22）设有温度显示器（19）、微波功率控制器（20）、微波装置电源按钮（21），温度显示器（19）与测温装置连接，微波功率控制器（20）与磁控管（6）连接；
所述测温装置从位于微波加热腔体（5）内部的螺旋输送筒（8）顶面***；
所述烟气循环净化***包括管道变径阀（14）、烟气管道（15）、烟气净化器（23）、湿风箱（24）、由热交换器（25）构成的热交换***（27）和干风箱（26），烟气挥发口（13）通过管道变径阀（14）依次与烟气管道（15）、烟气净化器（23）、湿风箱（24）、由热交换器（25）构成的热交换***（27）和干风箱（26）连接，干风箱（26）出口与螺旋输送筒（8）底部连接。
4.根据权利要求3所述的微波煅烧铀化学浓缩物的装置，其特征在于：所述测温装置包括热电偶测温仪，热电偶测温仪a（7）、热电偶测温仪c（12）位于微波加热腔体（5）的两侧，热电偶测温仪b（10）位于微波加热腔体（5）的中间位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |