硝酸铀酰溶液的浓缩系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种硝酸铀酰溶液的浓缩系统及方法，其中浓缩系统包括热水箱、冷水箱和温差驱动设备，温差驱动设备通过疏水性多孔膜分隔为热腔室和冷腔室，热水箱通过热水管线与热腔室连接形成热水循环，冷水箱通过冷水管线与冷腔室连接形成冷水循环，冷腔室上连接有负压管线，负压管线上设有真空泵，冷腔室通过排水管与产水箱连接。其中浓缩方法包括如下步骤：将硝酸铀酰溶液注入热水箱并加热，在冷腔室制造负压，向冷水箱中注入循环冷却水对蒸气进行降温，使其冷凝后流入产水箱。其目的是为了提供一种硝酸铀酰溶液的浓缩系统及方法，其能够有效地将硝酸铀酰溶液浓缩至400g/L以上，能耗更低，操作压力更低。

Concentration system and method of uranyl nitrate solution

【技术实现步骤摘要】
硝酸铀酰溶液的浓缩系统及方法
本专利技术涉及铀纯化领域，特别是涉及一种用于硝酸铀酰溶液的浓缩系统及方法。
技术介绍
在核材料循环领域与核材料制备过程中，铀纯化转化是实现天然铀资源向核能开发应用转化的关键环节之一，不可或缺。铀纯化生产通常采用U3O8为原料硝酸溶解、萃取纯化得到低浓度的核纯级硝酸铀酰溶液，再经机械式蒸汽再压缩技术(MVR)蒸发浓缩制备满足后续工艺条件的高浓度硝酸铀酰溶液。目前国内硝酸铀酰溶液的浓缩主要以外加热式蒸发器为主，在浓缩硝酸铀酰溶液过程中需不断输入生蒸汽，耗能较大，据计算其成本费用约为3000元/tU；机械式蒸汽再压缩技术(MVR)虽然可以通过对蒸发器产生的原本需要冷却的二次蒸汽循环利用，达到了节能的目的，但在国内的应用还不够成熟，因此亟需开发新的技术手段对硝酸铀酰溶液进行高倍数浓缩。膜技术因在浓缩物料过程中不涉及相变、在常温或低温下即可进行、且耗能低、装置简单、控制与维护容易等特点近年来被广泛的应用于核工业领域。然而在利用压差式驱动膜分离技术时，最大的应用壁垒在于操作压力。当硝酸铀酰浓度过高时，会在进水侧产水较大的渗透压，尤其是在浓差极化条件下，膜表面渗透压将会达到极高的程度，而为了维持产水，这就需要提高系统的操作压力，使系统的安全性能降低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种硝酸铀酰溶液的浓缩系统及方法，其能够有效地将硝酸铀酰溶液浓缩至400g/L以上，与蒸发法相比能耗更低，与压差驱动膜分离方法相比，操作压力更低。本专利技术中的硝酸铀酰溶液的浓缩系统，包括热水箱、冷水箱和温差驱动设备，所述温差驱动设备通过疏水性多孔膜分隔为热腔室和冷腔室，所述热水箱通过热水管线与热腔室连接形成热水循环，所述冷水箱通过冷水管线与冷腔室连接形成冷水循环，所述冷腔室上连接有负压管线，所述负压管线上设有真空泵，所述冷腔室通过排水管与产水箱连接。本专利技术中的硝酸铀酰溶液的浓缩系统，其中所述热水管线包括第一热水管线和第二热水管线，所述第一热水管线和第二热水管线均连接于热水箱与热腔室之间，所述热水循环的方向为从热水箱出发经第一热水管线、热腔室和第二热水管线后再回到热水箱，所述第一热水管线上设有热水循环泵和热水阀门。本专利技术中的硝酸铀酰溶液的浓缩系统，其中所述第一热水管线和第二热水管线上均设有流量传感器、压力传感器和温度传感器。本专利技术中的硝酸铀酰溶液的浓缩系统，其中所述热水箱内设有液位传感器，所述热水箱上连接有排气管、第一补充管和第一排空管，所述排气管、第一补充管和第一排空管上均设有阀门，所述排气管上还设有第一过滤器。本专利技术中的硝酸铀酰溶液的浓缩系统，其中所述冷水管线包括第一冷水管线和第二冷水管线，所述第一冷水管线和第二冷水管线均连接于冷水箱与冷腔室之间，所述冷水循环的方向为从冷水箱出发经第一冷水管线、冷腔室和第二冷水管线后再回到冷水箱，所述第一冷水管线上设有冷水循环泵和冷水阀门。本专利技术中的硝酸铀酰溶液的浓缩系统，其中所述第一冷水管线和第二冷水管线上均设有流量传感器、压力传感器和温度传感器。本专利技术中的硝酸铀酰溶液的浓缩系统，其中所述冷水箱内设有液位传感器，所述冷水箱上连接有第二补充管和第二排空管，所述第二补充管和第二排空管上均设有阀门。本专利技术中的硝酸铀酰溶液的浓缩系统，其中所述负压管线上设有压力传感器、第二过滤器和阀门，所述产水箱内设有液位传感器。本专利技术中的硝酸铀酰溶液的浓缩方法，其利用上述硝酸铀酰溶液的浓缩系统，包括如下步骤：将待处理的硝酸铀酰溶液注入热水箱并加热，然后通过热水循环泵将硝酸铀酰溶液泵入温差驱动设备的热腔室，经循环后返回至所述热水箱内，在所述温差驱动设备的冷腔室采用真空泵制造负压，向冷水箱中注入循环冷却水，在所述真空泵制造负压的同时，通过冷水循环泵将所述循环冷却水泵入温差驱动设备的冷腔室并对从热腔室进入冷腔室的蒸气进行降温，使蒸气冷凝后流入产水箱。本专利技术中的硝酸铀酰溶液的浓缩方法，其中：所述将待处理的硝酸铀酰溶液注入热水箱并加热的具体方式为：通过电加热、蒸汽加热或废热利用加热将热水箱中的硝酸铀酰溶液加热至60℃到80℃之间，所述在温差驱动设备的冷腔室采用真空泵制造负压时，所述真空泵的真空度在5kPa到30kPa之间，所述向冷水箱中注入循环冷却水时，所述循环冷却水的温度在10℃到20℃之间。本专利技术硝酸铀酰溶液的浓缩系统及方法与现有技术不同之处在于本专利技术利用疏水性多孔膜为介质，硝酸铀酰溶液的易挥发组分(主要是水)被加热后以蒸气的形式在疏水性多孔膜两侧蒸气压差的推动下，从膜的热侧(即热腔室)跨膜输运至膜的冷侧(即冷腔室)，然后将其冷凝，实现热侧硝酸铀酰溶液的浓缩。同时在膜冷侧施加负压，有效地降低膜两侧的蒸汽压差，并且可减少膜孔内的气体分子，进而使得气体分子在膜孔内的碰撞减少，提高膜通量。综上所述，本专利技术能够有效地将硝酸铀酰溶液浓缩至400g/L以上，与蒸发法相比能耗更低，与压差驱动膜分离方法相比，操作压力更低。下面结合附图对本专利技术作进一步说明。附图说明图1为本专利技术中的硝酸铀酰溶液的浓缩系统的结构示意图；图2为本专利技术中的硝酸铀酰溶液的浓缩方法的流程图。具体实施方式如图1所示，本专利技术中的硝酸铀酰溶液的浓缩系统包括热水箱5、冷水箱21和温差驱动设备12，所述温差驱动设备12通过疏水性多孔膜分隔为热腔室和冷腔室，所述热水箱5通过热水管线与热腔室连接形成热水循环，所述冷水箱21通过冷水管线与冷腔室连接形成冷水循环，所述冷腔室上连接有负压管线16，所述负压管线16上设有真空泵17，所述冷腔室通过排水管14与产水箱15连接。本专利技术中的硝酸铀酰溶液的浓缩系统，其中所述热水管线包括第一热水管线9和第二热水管线13，所述第一热水管线9和第二热水管线13均连接于热水箱5与热腔室之间，所述热水循环的方向为从热水箱5出发经第一热水管线9、热腔室和第二热水管线13后再回到热水箱5，所述第一热水管线9上设有热水循环泵7和热水阀门。本专利技术中的硝酸铀酰溶液的浓缩系统，其中所述第一热水管线9和第二热水管线13上均设有流量传感器8、压力传感器10和温度传感器11。本专利技术中的硝酸铀酰溶液的浓缩系统，其中所述热水箱5内设有液位传感器6，所述热水箱5上连接有排气管1、第一补充管3和第一排空管4，所述排气管1、第一补充管3和第一排空管4上均设有阀门，所述排气管1上还设有第一过滤器2。第一补充管3用于补充硝酸铀酰溶液，第一排空管4用于排空热水箱5，排气管1用于排出热水箱5内的废气。热水箱5内的液位传感器6用于测量液位。本专利技术中的硝酸铀酰溶液的浓缩系统，其中所述冷水管线包括第一冷水管线23和第二冷水管线24，所述第一冷水管线23和第二冷水管线24均连接于冷水箱21与冷腔室之间，所述冷水循环的方向为从冷水箱21出发经第一冷水管线23、冷腔室和第二冷水管线24后再回到冷水箱21，所述第一冷水管线23上设有冷水循环泵22和冷水阀门。...

【技术保护点】
1.一种硝酸铀酰溶液的浓缩系统，其特征在于：包括热水箱、冷水箱和温差驱动设备，所述温差驱动设备通过疏水性多孔膜分隔为热腔室和冷腔室，所述热水箱通过热水管线与热腔室连接形成热水循环，所述冷水箱通过冷水管线与冷腔室连接形成冷水循环，所述冷腔室上连接有负压管线，所述负压管线上设有真空泵，所述冷腔室通过排水管与产水箱连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种硝酸铀酰溶液的浓缩系统，其特征在于：包括热水箱、冷水箱和温差驱动设备，所述温差驱动设备通过疏水性多孔膜分隔为热腔室和冷腔室，所述热水箱通过热水管线与热腔室连接形成热水循环，所述冷水箱通过冷水管线与冷腔室连接形成冷水循环，所述冷腔室上连接有负压管线，所述负压管线上设有真空泵，所述冷腔室通过排水管与产水箱连接。


2.根据权利要求1所述的硝酸铀酰溶液的浓缩系统，其特征在于：所述热水管线包括第一热水管线和第二热水管线，所述第一热水管线和第二热水管线均连接于热水箱与热腔室之间，所述热水循环的方向为从热水箱出发经第一热水管线、热腔室和第二热水管线后再回到热水箱，所述第一热水管线上设有热水循环泵和热水阀门。


3.根据权利要求2所述的硝酸铀酰溶液的浓缩系统，其特征在于：所述第一热水管线和第二热水管线上均设有流量传感器、压力传感器和温度传感器。


4.根据权利要求3所述的硝酸铀酰溶液的浓缩系统，其特征在于：所述热水箱内设有液位传感器，所述热水箱上连接有排气管、第一补充管和第一排空管，所述排气管、第一补充管和第一排空管上均设有阀门，所述排气管上还设有第一过滤器。


5.根据权利要求4所述的硝酸铀酰溶液的浓缩系统，其特征在于：所述冷水管线包括第一冷水管线和第二冷水管线，所述第一冷水管线和第二冷水管线均连接于冷水箱与冷腔室之间，所述冷水循环的方向为从冷水箱出发经第一冷水管线、冷腔室和第二冷水管线后再回到冷水箱，所述第一冷水管线上设有冷水循环泵和冷水阀门。


6.根据权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈定，李志全，刘伟明，
申请(专利权)人：北京清核朝华科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11