磁性粒状吸附剂吸附提铀的磁稳定床装置的制作方法

本实用新型涉及一种磁性粒状吸附剂吸附提铀的磁稳定床装置。

背景技术：

铀是重要的战略资源，在国防建设和经济建设中发挥着不可替代的作用，广泛应用于能源、军工等领域。在军工领域，铀可作为制造核武器的关键材料。在非军工领域，铀多用于民用核能的原料。因此实现铀资源的有效富集与回收具有重要的意义。

据估算海水中铀的总量为45亿吨，是陆地上已探明的铀矿储量陆地上已探明的铀矿储量1000余倍。因为海水成分十分复杂，其中铀含量相对较低，所以海水中铀的富集与提取主要采用吸附法。该方法通常采用对铀有吸附性能的有机聚合材料为吸附剂，但目前研究表明已有的吸附剂虽然对铀具有较好的吸附性能，但其选择性较差，不利于溶液中铀与干扰离子的分离。同时已有的吸附剂吸附完成后难以实现与含铀的溶液体系进行分离，且吸附剂在实用过程中的溶损率较高。以Fe₃O₄柱撑的层状硅酸盐材料为基体的粒子型有机复合树脂为吸附剂，可以有效解决吸附剂对铀的选择性和使用过程中溶损率的问题，实现对铀的高效、连续和规模化吸附。现有的铀的吸附装置主要为柱式装置，选择合适的柱式装置并将吸附剂进行填充。该类装置中吸附剂以紧密堆积的形式存在，导致装置的流动性和渗透性差，增大了吸附过程中的传质和传热阻力，降低了吸附提铀的效果。柱式吸附装置不利于实现大规模和工业化的应用。

本实用新型将磁稳定床技术应用于吸附提铀领域，提出一种新型的磁性粒状吸附剂吸附提铀的磁稳定床装置，通过磁场与磁性吸附剂的相互作用，可以显著改善吸附过程中的传质和传热阻力，提高吸附提铀的效率，有望实现吸附提铀的连续化、规模化的工业应用。

技术实现要素：

针对传统的柱式吸附装置吸附提铀过程中存在的流动性和渗透性差、提铀效率低、难以规模化应用的问题，本实用新型提出了一种结构简单、吸附效率高、可连续化应用的磁性粒状吸附剂吸附提铀的磁稳定床装置。

本实用新型所述的磁性粒状吸附剂吸附提铀的磁稳定床装置，其特征在于：包括底座、磁稳定床层和管道；所述的磁稳定床层底部固接在所述的底座上；所述的磁稳定床层下部设有进水管道，上部设有出水管道，且进水管道和出水管道均设有相应的阀门；所述的磁稳定床层从外到内依次为床层外壳、保温层、电磁装置、吸附装置；所述的磁稳定床层装置从下到上依次为换热装置、液体混匀器和吸附装置；所述的吸附装置分为三级吸附层，每级吸附层包括双层支撑网和磁性粒状吸附剂；所述的磁性粒状吸附剂填充在双层支撑网之间，且所述的磁性颗粒的直径大于双层支撑网的孔径。

所述的底座为方形。

所述的磁稳定床层为圆柱筒结构，且最外层附有保温层。

所述的吸附装置为三级吸附结构

所述的磁性粒状吸附剂为以Fe₃O₄/层状结构硅酸盐为基体的、对铀具有选择性和吸附性的离子型有机复合树脂颗粒，且磁性粒状吸附剂的粒径为2~4mm。

所述的双层支撑网的孔径为0.8~1.5mm

所述的换热装置为电加热温度可控型空气列管换热器，且所述的列管换热器中列管的材质为玻璃或PP或PVC等耐腐蚀性的材料；换热器的温度控制范围为20~80℃。

所述的液体混匀器具有均匀的孔径分布，且通过带有微孔的板面直接与所述的吸附装置相连。

所述的底座、磁稳定床层、管道等材料为PP或PVC等耐腐蚀性的材料。

工作过程：采用本实用新型进行吸附操作时，含铀的溶液通过在一定压力下通过进水管道流入此装置，经换热装置进行控温后，经液体混合器以流线速度由底部向上使溶液均匀分散于磁稳定床层中；同时通过电磁装置控制一定的磁场强度，使吸附装置中的磁性粒状吸附剂在磁性的作用下均匀、有序的分布于吸附装置中。流经支撑网之间均匀有序分布的磁性吸附材料后，从装置上端的出水管道流出并收集，形成动态的吸附过程。此过程控制含铀溶液流出和流出速度，使其稳定流经磁稳定床层并与吸附剂进行充分接触，实现动态吸附过程。吸附完成后，将含铀溶液更换为解吸液，进行解吸过程，此过程的操作等同于吸附过程，从出水管道流出的解吸液为所需的富铀溶液。

本实用新型与现有技术相比具有以下特点：

1、本实用新型通过电磁装置与吸附装置相结合，通过控制磁场强度，实现了磁性粒状吸附剂在吸附装置中呈现均匀、规则、有序分布，可有效解决现有技术中吸附剂颗粒堆积造成的流动性和渗透性差、吸附效率低的问题。

2、本实用新型以磁性粒状吸附剂实现对铀的吸附，与现有技术相比，磁性粒状吸附剂中含有层状硅酸盐无机基体，可有效增加吸附剂的亲水性，解决现有技术中有机聚合物吸附剂亲水性差的问题；磁性吸附剂中的离子基团可显著提高吸附剂对铀的选择性，解决现有技术中其他金属离子的干扰问题。

3、本实用新型结构简单，易于实施，可实现吸附提铀过程中的连续性和规模化操作。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型存在磁场时的结构示意图。

图1和图2中：1-底座 2-磁稳定床层 21-床层外壳 22-保温层 23-电磁装置 24-吸附装置 25-磁性粒状吸附剂 26-双层支撑网 27-液体混匀器 28-换热装置 31-进水管道 32-出水管道。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型，参照附图：

实施例1 本实用新型所述的磁性粒状吸附剂吸附提铀的磁稳定床装置，包括底座1、磁稳定床层2和管道31、32；所述的磁稳定床层2底部固接在所述的底座1上；所述的磁稳定床层2下部设有进水管道31，上部设有出水管道32，且进水管道和出水管道均设有相应的阀门；所述的磁稳定床层2从外到内依次为床层外壳21、保温层22、电磁装置23、吸附装置24；所述的磁稳定床层装置2从下到上依次为换热装置28、液体混匀器27和吸附装置24；所述的吸附装置24分为三级吸附层，每级吸附层包括双层支撑网26和磁性粒状吸附剂25；所述的磁性粒状吸附剂25填充在双层支撑网26之间，且所述的磁性粒状吸附剂25的粒径大于双层支撑网26的孔径。

所述的底座1为方形。

所述的磁稳定床层2为圆柱筒结构，且最外层附有保温层3。

所述的吸附装置24为三级吸附结构

所述的磁性粒状吸附剂25为以Fe₃O₄/层状结构硅酸盐为基体的、对铀具有选择性和吸附性的离子型有机复合树脂颗粒，且磁性粒状吸附剂的粒径为2~4mm。

所述的双层支撑网26的孔径为0.8~1.5mm

所述的换热装置28为电加热温度可控型空气列管换热器，且所述的列管换热器中列管的材质为玻璃或PP或PVC等耐腐蚀性的材料；换热器的温度控制范围为20~80℃。

所述的液体混匀器27具有均匀的孔径分布，且通过带有微孔的板面直接与所述的吸附装置24相连。

所述的底座1、磁稳定床层2、管道31和32等材料为PP或PVC等耐腐蚀性的材料。

工作过程：采用本实用新型进行吸附操作时，含铀的溶液通过在一定压力下通过进水管道31流入此装置，经换热装置28进行控温后，经液体混合27器以流线速度由底部向上使溶液均匀分散于磁稳定床层2中；同时通过电磁装置23控制一定的磁场强度，使吸附装置24中的磁性粒状吸附剂25在磁性的作用下均匀、有序的分布于吸附装置24中。流经支撑网26之间均匀有序分布的磁性粒状吸附剂25后，从装置上端的出水管道32流出并收集，形成动态的吸附过程。此过程控制含铀溶液流出和流出速度，使其稳定流经磁稳定床层2并与吸附剂进行充分接触，实现动态吸附过程。吸附完成后，将含铀溶液更换为解吸液，进行解吸过程，此过程的操作等同于吸附过程，从出水管道流出的解吸液为所需的富铀溶液。