一种萃取富集锂同位素的成套装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种萃取富集锂同位素的成套装置。具体地，所述的装置包括有机相储罐、水相储罐、锂料储罐、多套进料控制单元、转相单元、离心萃取机系统以及在线监测与控制系统等。通过进料控制单元以及流量稳定系统，能够严格控制物料的流量，稳定流量的波动；采用离心萃取机作为萃取富集设备，能够快速传质、高效富集。该套装置自动化程度高，操作简便，采用该套装置实现了高丰度锂同位素的萃取分离富集。

【技术实现步骤摘要】
一种萃取富集锂同位素的成套装置
本专利技术涉及化工领域的同位素分离，尤其涉及一种萃取富集锂同位素的成套装置。
技术介绍
锂元素在自然界中有两种天然同位素，即7Li(锂-7)和6Li(锂-6)，分别占到92.48％和7.52％。这两种同位素经过分离富集浓缩后，各自在核材料领域中具有重要的不同用途。7Li是钍基熔盐反应堆中必不可少的熔盐冷却剂，也是压水反应堆中的pH调节剂，在聚变堆中7Li也用作于导热的载热剂。另一方面，6Li是核聚变堆中的燃料。不论是钍基熔盐堆还是核聚变堆，锂同位素(分离富集后)都是不可或缺的战略材料和能源材料。分离锂同位素的方法有：物理方法(如电磁法、分子蒸馏法和气体扩散法等)和化学方法(如电迁移法、电解法、锂汞齐交换法和溶剂萃取交换法等)(肖啸菴等，核化学与放射放学，1991，13，1)。由于锂没有气态化合物，因此物理方法分离锂同位素仅处于探索阶段。在化学方法中，绝大多数研究的内容仅限于实验室中单级同位素分离系数的测定和提高，而没有多级富集工艺以及相关设备的报道。同时，化学方法中，锂元素不存在气液化学交换法，而液固化学交换法很难实现逆流多级级联。锂汞齐化学交换法具有较优的化学性能和化工工艺，能够较大规模工业化分离锂同位素(化学法分离同位素原理，邱陵编著，原子能出版社，1990年，pp156-181)，但是该工艺需要用到大量的汞，而汞易挥发流失，对操作人员和周围环境造成了严重的危害。在传统的萃取分离领域中，萃取方法和萃取装置存在着诸多缺点而不能满足同位素的萃取分离要求，如：(1)进料流量控制不精确，流量波动太大，萃取过程不稳定；(2)萃取设备传质慢，效率较低；(3)有机相需求量大，损耗好，成本较高；(4)自动化程度低，操作复杂。综上所述，本领域尚缺乏一种流量控制精确，萃取稳定，效率高的萃取装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种萃取富集锂同位素的成套装置。本专利技术的第一方面，提供了一种萃取富集锂同位素的成套装置，该装置包括：有机相储罐(1)、水相储罐(2)、锂料储罐(3)、一套或多套进料控制单元(5)、转相单元(7)、离心萃取机系统(8)；其中，所述的进料控制单元(5)包括：变频加料泵(5A)、流量计(5B)和调节阀门(5C)；所述的转相单元(7)包括1～20台传质分离设备(7A0)；所述的离心萃取机系统(8)包括10～600台离心萃取机(8A0)。在另一优选例中，所述的转相单元(7)用于实现有机相中负载的锂传质转相至水相中。在另一优选例中，所述的装置还包括在线监测与控制系统(10)，所述的在线监测与控制系统(10)与进料控制单元(5)连接，在线监测与控制系统(10)根据流量计(5B)监测的物料流量与给定的物料流量进行比较，通过控制变频加料泵(5A)和调节阀门(5C)来调节流量大小。在另一优选例中，所述的传质分离设备(7A0)选自下组：搅拌罐、混合澄清槽、萃取塔、离心萃取机，或其组合。在另一优选例中，所述的离心萃取机(8A0)上设有监控运行状态的传感器(8A01)。在另一优选例中，所述的传感器(8A01)与在线监测与控制系统(10)相连接。在另一优选例中，该装置还包括一套或多套流量稳定系统(6)，所述的流量稳定系统(6)包括脉冲阻尼器(6A)和缓冲储罐(6B)，且与进料控制单元(5)通过管道相连。在另一优选例中，每套进料控制单元(5)对应于一套流量稳定系统(6)。在另一优选例中，该装置还包括一套或多套温度控制系统(9)，所述的温度控制系统(9)由换热器(9A)和温度传感器(9B)组成；温度控制系统(9)与在线监测与控制系统相连，实现物料温度的精确控制。在另一优选例中，所述的离心萃取机系统(8)还具有备用离心萃取机(8A1)。在另一优选例中，当所述的在线监测与控制系统(10)通过传感器(8A01)监测到离心萃取机(8A0)异常时，该系统会将其工位自动切换到备用离心萃取机(8A1)。在另一优选例中，所述的装置还具有碱液储罐(4)。在另一优选例中，所述的装置还具有与碱液储罐(4)相连的碱液进料控制单元(5')和碱液流量稳定系统(6')。在另一优选例中，所述的装置还具有取料泵(11)和同位素产品储罐(12)。本专利技术的第二方面，提供了一种锂同位素萃取富集方法，其特征在于，所述的方法包括步骤：用如本专利技术第一方面所述的装置进行萃取富集。在另一优选例中，在所述方法中，有机相为含有冠醚类萃取剂和稀释剂的有机相，或者所述的有机相为含有稀释剂，以及萃取有效量的式(I)所示的化合物的有机相：式(I)中，Z为氧原子、硫原子或者被R9所取代的氮原子，其中，R9为氢原子、C1-6烷基-磺酰基、C1-6卤代烷基-磺酰基、苯磺酰基或者C1-6烷基-苯磺酰基；R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8各自独立地为氢原子、C1-6烷基、C1-6卤代烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C1-6烷氧基、C3-6环烷基、卤素或者苯基。应理解，在本专利技术范围内中，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附图说明图1是本专利技术的装置图；其中，1为有机相储罐、2为水相储罐、3为锂料储罐、4为碱液储罐、5为进料控制单元、6为流量稳定系统、5'为相连的碱液进料控制单元、6'为碱液流量稳定系统、7为转相单元、8为离心萃取机系统、9为温度控制系统、10为在线监测与控制系统、11为取料泵、12为同位素产品储罐、5A为变频加料泵、5B为流量计、5C为调节阀门、6A为脉冲阻尼器、6B为缓冲储罐、7A0为传质分离设备、8A0为离心萃取机、8A1为备用离心萃取机、8A01为传感器、9A为换热器、9B为温度传感器。具体实施方式本专利技术人经过长期而深入的研究，开发了一种能够高效稳定、实用可靠、自动化程度高的萃取富集锂同位素的成套装置。所述的装置自动化程度高，操作简便，可以实现高丰度锂同位素的萃取分离富集。基于上述发现，专利技术人完成了本专利技术。锂同位素萃取富集装置如图1所示，本专利技术的成套装置包括：有机相储罐(1)、水相储罐(2)、锂料储罐(3)、一套或多套进料控制单元(5)、转相单元(7)、离心萃取机系统(8)以及在线监测与控制系统(10)。进料控制单元(5)由变频加料泵(5A)、流量计(5B)和调节阀门(5C)组成，其主要用途是将液体物料以高精度的流量加入到整套系统中，每种物料储罐的出口均与进料控制单元采用管道连接。在线监测与控制系统(10)与进料控制单元(5)通讯连接，在线监测与控制系统根据流量计(5B)监测的物料流量与给定的物料流量进行比较，通过控制变频加料泵(5A)和调节阀门(5C)来调节流量大小，实现物料以高精度流量加入。较优的，通过进料控制单元和在线监测与控制系统，可以严格控制物料的流量精度<0.3％，保障了萃取富集工艺中相比的稳定，运转连续可靠。转相单元(7)由1～20台传质分离设备(7A0)组成。较优的，所述的传质分离设备(7A0)选自搅拌罐、混合澄清槽、萃取塔、离心萃取机，或其组合。转相单元的作用是使得有机相中负载的锂与水相接触、传质，锂元素转相至水相中，通过转相单元后，有机相空载，循环使用，节约了成本。同位素分离的单级分离系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种萃取富集锂同位素的成套装置，其特征在于，该装置包括：有机相储罐(1)、水相储罐(2)、锂料储罐(3)、一套或多套进料控制单元(5)、转相单元(7)、离心萃取机系统(8)；其中，所述的进料控制单元(5)包括：变频加料泵(5A)、流量计(5B)和调节阀门(5C)；所述的转相单元(7)包括1～20台传质分离设备(7A0)；所述的离心萃取机系统(8)包括10～600台离心萃取机(8A0)。

【技术特征摘要】
1.一种萃取富集锂同位素的成套装置，其特征在于，该装置包括：有机相储罐(1)、水相储罐(2)、锂料储罐(3)、一套或多套进料控制单元(5)、转相单元(7)、离心萃取机系统(8)；其中，所述的进料控制单元(5)包括：变频加料泵(5A)、流量计(5B)和调节阀门(5C)；所述的转相单元(7)包括1～20台传质分离设备(7A0)；所述的离心萃取机系统(8)包括10～600台离心萃取机(8A0)。2.如权利要求1所述的成套装置，其特征在于，所述的装置还包括在线监测与控制系统(10)，所述的在线监测与控制系统(10)与进料控制单元(5)连接，在线监测与控制系统(10)根据流量计(5B)监测的物料流量与给定的物料流量进行比较，通过控制变频加料泵(5A)和调节阀门(5C)来调节流量大小。3.如权利要求1所述的成套装置，其特征在于，所述的传质分离设备(7A0)选自下组：搅拌罐、混合澄清槽、萃取塔、离心萃取机，或其组合。4.如权利要求1所述的成套装置，其特征在于，所述的离心萃取机(8A0)上设有监控运行状态的传...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡金波，张伟，郑卫琴，徐永昌，
申请(专利权)人：中国科学院上海有机化学研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31