CN112875770A - 一种微波脱硝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波脱硝装置，所述装置用于将硝酸镎/钚溶液转化为氧化镎/钚粉末；所述装置由微波发生器、微波传输线、控制系统、放射性密封箱室、微波腔体和物料容器构成。本发明所提供的装置将微波加热用于核燃料后处理过程中的尾端产品溶液浓缩固化，简化了乏燃料后处理的工艺。
Description
技术领域
本发明涉及乏燃料后处理领域，具体涉及一种微波脱硝装置。
背景技术
在乏燃料后处理过程中，通常需要将硝酸镎或硝酸钚从硝酸盐溶液状态转化为易于转运和储存的氧化物固体状态，以用于后续工艺。对于批式或连续操作的镎、钚尾端工艺，国外及我国目前通常采用的技术路线是草酸镎、钚沉淀加煅烧的工艺，主要包括下列工序：1)沉淀料液的制备(价态调节和调酸)；2)草酸镎、钚沉淀；3)草酸镎、钚过滤；4)草酸镎、钚干燥与焙烧；5)二氧化镎、钚产品倒料、称量和包装；6)草酸钚沉淀过滤后母液的处理；7)焙烧炉废气的预净化。
该工艺的优点是：(1)对镎、钚有一定的净化作用，对裂片的净化系数可达到2～3，使所得的镎、钚产品纯度更高；(2)所得氧化物活性较高，有利于后期处理。
但是，该工艺也存在以下缺点：工艺和设备比较复杂，产生较多的稀溶液，造成核材料的损失，且废液处理困难。
微波炉加热过程是由一种电子真空管——磁控管，产生超短波电磁波，通过微波传导元件——波导管，发射到炉内各处，通过发射、传导、被炉内物料吸收，引起物料的极性分子以每秒数十亿次的极高速振动，并由振动所引起的摩擦使物料内部产生高热，达到加热物料，从而使物料受热转型的目的。部分硝酸盐微波脱硝包括溶液蒸发浓缩、浓溶液酸分解、脱硝等不同阶段，具体升温过程为溶液开始沸腾，溶液在沸腾中(105～120℃)，温度上升(120～200℃)，硝酸开始分解(≈200℃)，溶液体积膨胀并固化(≈220℃)，脱硝反应(≈230℃)和温度下降(≈200℃)。
采用微波加热脱硝的方法有许多优点，如脱硝过程简单，设备操作容易，产物有很好的粉末特性，不用添加化学试剂，过程的废物量最小等。它可避免沉淀过滤或流化床控制方面的难点。同时，微波加热只针对吸收微波的物料，其它环境可以不受热，实现物料转型在能量上是一种节约。研发一种微波加热脱硝装置，将其用于核燃料后处理过程中的尾端产品溶液浓缩固化，可以简化乏燃料后处理的工艺，降低工艺中对化学试剂的依赖，使乏燃料后处理的过程更加节能、环保。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种微波加热脱硝装置，该装置将微波加热用于核燃料后处理过程中的尾端产品溶液浓缩固化，简化了处理工艺。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种微波脱硝装置，所述装置用于将硝酸镎/钚溶液转化为氧化镎/钚粉末；所述装置由微波发生器、微波传输线、控制系统、放射性密封箱室、微波腔体和物料容器构成；
所述微波发生器、微波传输线、控制系统位于放射性密封箱室外部；
所述微波腔体和物料容器位于放射性密封箱室内部；
所述物料容器位于微波腔体内部；
所述微波发生器用于产生大功率微波；
所述微波传输线用于将大功率微波传输至微波腔体；
所述物料容器用于盛放硝酸镎/钚溶液。
进一步地，所述微波腔体的材料是316L不锈钢；
进一步地，所述微波腔体内设置有监测系统。
进一步地，所述监测系统包括温度传感器、湿度传感器、液面高度传感器、摄像头。
进一步地，所述控制系统，能够根据监测系统的数据反馈，控制和改变微波的产生、输出功率的大小。
进一步地，设有穿墙管穿过微波腔体的侧壁，以供微波传输线进入微波腔体。
进一步地，所述物料容器为坩埚。
本发明的有益效果在于：
1)本发明的微波脱销装置操作简单，可避免沉淀过滤或流化床控制方面的难点，不用添加化学试剂，过程中产生的废物量小。
2)本发明的微波脱硝装置可根据不同盐溶液的性质与体积，调整工艺参数，对溶液实现蒸发、固化，达到处理不同盐溶液的目的。
附图说明
图1为本发明微波脱硝装置的原理示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
如图1所示，一种微波脱硝装置，所述装置用于将硝酸镎/钚溶液转化为氧化镎/钚粉末；所述装置由微波发生器、微波传输线、控制系统、放射性密封箱室、微波腔体和物料容器构成。
所述微波发生器、微波传输线、控制系统位于放射性密封箱室外部(非放射性区域)；所述微波腔体和物料容器位于放射性密封箱室内部(放射性区域)；所述物料容器位于微波腔体内部，物料容器为坩埚，用于盛放硝酸镎/钚溶液，物料容器是脱硝反应主要的发生场所，通过微波加热将硝酸镎/钚溶液逐渐转化为氧化物。微波腔体的材料是316L不锈钢，可将微波约束于腔体内部。
所述微波发生器用于产生大功率微波；微波传输线用于将大功率微波传输至微波腔体，微波传输线是波导传输结构，设有穿墙管穿过微波腔体的侧壁，以供微波传输线进入微波腔体。
微波腔体内设置有监测系统。所述监测系统包括温度传感器、湿度传感器、液面高度传感器、摄像头。温度传感器、湿度传感器、液面高度传感器、摄像头等传感器主要功能是对物料反应过程中的温度、产生水蒸气的湿度、液层的厚度及工作状态进行监测，同时利用监测的数据；控制系统主要是实现控制功能，根据监测系统的数据反馈，控制和改变微波的产生、输出功率的大小、加热温度、反馈图像、湿度、液面高度信息等。
微波脱硝装置是一个连续加热过程，由控制系统控制，可完成溶液蒸发浓缩、浓溶液酸分解、脱硝等不同阶段的温度与时长控制。微波脱硝装置可根据不同盐溶液的性质与体积，调整工艺参数，对溶液实现蒸发、固化等目的。
典型的微波脱硝装置长为600-800mm，宽为400-600mm，高为600-800mm，批次处理量为2-10L/批。采用本发明提供的微波脱硝装置，将一定浓度的硝酸铈溶液，硝酸浓度1-3mol/L，置于石英材质的物料容器中，然后放置于微波腔体中，打开微波发生器，进行微波脱硝的反应。手动调节微波脉宽给物料在不同反应阶段提供不同的微波功率，实验过程中使用热电偶进行测温，样机采集一系列温度数据并自动记录，后可生成温升曲线。最终产物为固氮含量合格的二氧化铈固体，最高温度自由调节，实验全程时间自控，由控制系统统一控制，实验结束后将所得产物取样、送检、保存。
控温曲线表明微波脱硝各阶段明显，微波脱硝产物固氮含量达标，该设备可实现硝酸镎(钚)等硝酸盐的微波脱硝，得到合格的氧化镎(钚)粉末。过程中设备运转正常，可实现远距离控制，适用于具有放射性屏蔽的热室等场所。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种微波脱硝装置，所述装置用于将硝酸镎/钚溶液转化为氧化镎/钚粉末；所述装置由微波发生器、微波传输线、控制系统、放射性密封箱室、微波腔体和物料容器构成；
所述微波发生器、微波传输线、控制系统位于放射性密封箱室外部；
所述微波腔体和物料容器位于放射性密封箱室内部；
所述物料容器位于微波腔体内部；
所述微波发生器用于产生大功率微波；
所述微波传输线用于将大功率微波传输至微波腔体；
所述物料容器用于盛放硝酸镎/钚溶液。
2.根据权利要求1所述的微波脱硝装置，其特征在于，所述微波腔体的材料是316L不锈钢。
3.根据权利要求1所述的微波脱硝装置，其特征在于，所述微波腔体内设置有监测系统。
4.根据权利要求3所述的微波脱硝装置，其特征在于，所述监测系统包括温度传感器、湿度传感器、液面高度传感器、摄像头。
5.根据权利要求4所述的微波脱硝装置，其特征在于，所述控制系统，能够根据监测系统的数据反馈，控制和改变微波的产生、输出功率的大小。
6.根据权利要求1所述的微波脱硝装置，其特征在于，设有穿墙管穿过微波腔体的侧壁，以供微波传输线进入微波腔体。
7.根据权利要求1所述的微波脱硝装置，其特征在于，所述物料容器为坩埚。
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