通过低温雾化使粉末粒化的设备制造技术

本发明专利技术主要涉及一种用于通过低温雾化使粉末(P)粒化的设备(20)，其特征在于，该设备包括：用于通过低温流体(FC)使粉末(P)混合的设备(1)，该设备包括用于使粉末(P)混合的至少一个室(E1)，该室包括低温流体(FC)；以及用于对由用于使粉末(P)混合的设备(1)混合的粉末(P)的悬浮液进行雾化以便允许对粉末(P)进行粒化的设备(10)，该设备包括用于对粉末(P)的悬浮液进行分馏以使得能够对待雾化的粉末(P)的液滴(Go)的大小进行调节的装置，以及用于对已混合粉末(P)的湿度和/或雾化气氛的湿度进行调节的装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过低温雾化使粉末粒化的设备
本专利技术涉及制备粒状介质的领域，更确切地涉及粉末(尤其是锕系元素粉末)的粒化，以便通过低温雾化获得颗粒。以特殊的方式，它适用于粉末的雾化，由于粉末不稳定的原因，尤其是由于这些粉末会被液体污染的原因，并且甚至是由于在使用放射性粉末的情况下存在临界风险的原因，该粉末必须不能与液体接触，尤其是不能与水接触。优选地，本专利技术应用于锕系元素粉末的粒化以允许形成核燃料，尤其是形成核燃料的芯块。本专利技术同样提出了一种通过低温雾化以使粉末粒化的设备，以及用于使粉末粒化的相关方法。
技术介绍
实施用于制备粒状介质，尤其是由锕系元素粉末来制备粒状介质以便在通过压制成型之后形成核燃料的芯块的不同的步骤是不可或缺的，因为它在实质上影响对最终产品的微观结构的控制，而且还影响燃料芯块内的宏观方面的缺陷的存在与否。尤其地，使锕系元素粉末混合以便允许产生核燃料构成了对所获得的燃料芯块的质量进行控制的关键步骤，该步骤通常要符合微观结构和杂质方面的严格要求。工业上的、传统的以及历史上的被应用于精制核燃料的粉末冶金方法是基于混合、研磨和/或粒化的步骤，所有的步骤要进行干燥。事实上，在核工业中施加液体会引起可能难以处理的流出物的产生。另外，关于制备粒状介质以用于精制核燃料的目的而言，除了使用干燥方法的那些工艺之外，通常不使用这些方法。为了进行粉末的混合，各种设备在现有技术中是已知的，这些设备可以根据下文所述的家族进行分解。首先，存在没有内部介质的干相混合器的原理。这尤其可以是来自WAB公司的类型的混合器，该混合器通过容纳有待混合的粉末的罐的或多或少的复杂的运动而允许粒状介质的或多或少的基本上的均匀化。通常，这种类型的混合器(mélangeur)的效率是有限的。事实上，根据待混合的粉末的类型，不均匀的区域可以存在，对此，混合物不会产生或者最少(dumoins)以不正确和不允许的方式产生。这种类型的混合物的动力学通常不足以复杂来引起被促进的混合物，即，在均匀性方面令人满意的混合物，而其本身不具有被促进的开发，或者在工业水平上不具有有限的混合时间。此外，在这种类型的混合器中传输到粒状介质的能量不能在这些团聚体的尺寸过大的情况下(尤其在烧结步骤期间被抵消的情况下)实现足以达到足够程度的均匀性的解凝聚。介质混合的原理也是已知的。根据该原理并且为了有利于混合的操作，一个或多个可移动设施可以被使用在容纳有待混合的粉末的罐内。这些可移动设施可以是叶片、涡轮、犁刀、带锯条、蜗杆等。为了改善混合，罐自身可以移动。这种类型的混合器可以比前一类的混合器更有效率，但仍然是不足的，并且受到限制。事实上，混合通过凝聚或难以控制的解凝聚而引起粒状介质的改性，这会引起粉末溢出和/或粒状介质的流动性退化。此外，用于混合的可移动设施(介质)的使用会在它涉及混合研磨粉末(诸如那些必须被应用以生产核燃料的研磨粉末)时产生污染物(污染)。此外，所应用的可移动设施会引起在精制核燃料的情况下产生具有实质性影响的剂量流速的滞留。还存在研磨机类型的混合器的原理。事实上，根据某些研磨机的使用模式和技术类型，可以通过共同研磨来生产粉末的混合物。从均匀性的观点来看，这种类型的操作使得能够获得令人满意的混合物，但是需要相对长的研磨时间，典型地需要数个小时，并且还会引起使粉末颗粒的大小减小的研磨现象。这引起了细微颗粒的产生以及比表面的改变，比表面的改变也影响了之后在使粉末混合之后使用粉末的可能性(改变了粉末的流动性、反应性(可能的氧化)、烧结性等)。在制造核燃料的架构内，通过产生细微颗粒，共同研磨的操作由于微细颗粒的滞留和分散的倾向而引起不可忽略的放射性影响。此外，堵塞现象也会被引起。在使用这些不同类型的混合器之后，经常需要进行凝聚或粒化。另外，这些设备通常是不连续的，这可能成为工业方法中的问题。其他混合器也是已知的，它们应用多相介质，即流体-固体相。例如，液体/固体类型的混合器对于实施与在混合器中使用的液体相相容的粉末来说是不可操作的或者如果粉末因为与流体接触而改性，该混合器是不可操作的。而且，对于与被引入到混合器中的液体相比具有高密度的粉末来说，混合在很多时候是效果不好的或者需要大的搅拌速度。实际上，来自搅拌器底部的颗粒的剥离速度直接与构成粉末的颗粒以及允许悬浮的液体的颗粒之间的密度差异相关。通常，上述混合器对于混合某些粉末(诸如锕系元素粉末)来说以及对于针对工业实施例如压模的容易填充以形成操作来说是不完全令人满意的。需注意，使粉末处于液相中的混合器，尤其是专利申请CA2882302A1、WO2006/0111266A1和WO1999/010092A1中所述类型的混合器不适于锕系元素粉末类型的粉末的混合的问题，因为它们需要过高的搅拌速度，以期望从搅拌罐底部脱出粉末并达到符合核工业所寻求的均匀性的水平。此外，它们再次会引起工业上难以管理但也存在临界危险的被污染的流出物，即使是由于待应用的粉末的性质而使用的液相的辐射分解(除了待实施的粉末能够与所使用的液体发生化学相互作用的事实)。因此，此后，通常有必要通过粒化的步骤来获得可流动的粒状介质。通常，可以根据下文所述的方法来完成粒化。首先，通过机械粒化将混合的粉末压实，然后通过研磨/粉碎来进行粒化。这个步骤会产生细微颗粒，而这在粉末是放射性粉末(诸如锕系元素粉末)时从污染风险的角度来看是不利的。进一步地，可以通过筛选或力迫来进行粒化。然后，粉末被迫穿过筛网，该筛网的网眼被选择成控制凝聚体的大小。最后，可以通过雾化来进行粒化。在这种情况下，例如，将粉末被悬浮安置在为有添加剂的水溶液类型的液相中。如专利申请EP1137597A1中所述的，这些添加剂(通常是有机化合物)使得能够控制悬浮液的粘度和表面张力，以便允许控制雾化。然而，使用有机化合物能够产生待雾化粉末的污染。此外，使用液体进行雾化需要干燥步骤，对该干燥步骤的调节不是微不足道的并且需要至少存在诸如在专利申请EP1137597A1中所应用的加热元件以便进行干燥。此外，当问题是在进行使粉末混合的操作之后进行粒化时会出现多项困难。如此，它们可能在将粉末从一个步骤转移到另一个步骤(即，从混合步骤到粒化步骤)的期间具有使获得的混合物发生劣化的风险。此外，在混合之后对粉末的转移可能存在困难，因为混合经常导致粉末溢出，这会对粉末的流动性产生负面影响。最后，这会产生细微的颗粒，而细微的颗粒对于放射性粉末(诸如锕系元素粉末)的实施来说是不利的。
技术实现思路
如此，需要提出一种新类型的用于使粉末粒化并且尤其是用于使锕系元素粉末粒化的设备，以用于制备粒状介质。尤其地，同时还需要能够：-将待混合的粉末解凝聚而不必使其比表面改变并且产生细微颗粒，-将粉末混合到足以获得符合规格的粉末混合物的均匀性的水平，尤其是就均匀性而言(即，使得尤其能够获得约几立方微米至约10μm3的粒状介质中的表征单元体积(volumeelementairerepresentatif，VER))，-不会引起待混合的粉末的任何污染或表面化学性质的改变、或产生难以处理的液体流出物，-不会引起任何特定的临界风险，-不会引起任何特定的辐射分解的风险，-不会引起待混合的粉末的任何加热，-即使在混合器出现负载误差的情况下，依靠直径有限的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于通过低温雾化使粉末(P)粒化的设备(20)，其特征在于，所述设备包括：‑用于通过低温流体(FC)使粉末(P)混合的设备(1)，该设备包括用于使粉末(P)混合的至少一个室(E1‑En)，所述至少一个室包括低温流体(FC)，‑用于对由用于使粉末(P)混合的设备(1)混合的粉末(P)的悬浮液进行雾化以便允许所述粉末(P)被粒化的设备(10)，包括：‑用于对粉末(P)的悬浮液进行分馏以使得能够对待雾化的粉末(P)的液滴(Go)的大小进行调节的装置，‑用于对已混合的粉末(P)的湿度和/或雾化气氛的湿度进行调节的装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.04 FR 15605681.用于通过低温雾化使粉末(P)粒化的设备(20)，其特征在于，所述设备包括：-用于通过低温流体(FC)使粉末(P)混合的设备(1)，该设备包括用于使粉末(P)混合的至少一个室(E1-En)，所述至少一个室包括低温流体(FC)，-用于对由用于使粉末(P)混合的设备(1)混合的粉末(P)的悬浮液进行雾化以便允许所述粉末(P)被粒化的设备(10)，包括：-用于对粉末(P)的悬浮液进行分馏以使得能够对待雾化的粉末(P)的液滴(Go)的大小进行调节的装置，-用于对已混合的粉末(P)的湿度和/或雾化气氛的湿度进行调节的装置。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，待混合的粉末(P)是锕系元素粉末。3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述低温流体(FC)包括略微氢化的液体，所述略微氢化的液体为每液体分子包括至多一个氢原子的液体，所述液体具有的沸点温度低于水的沸点温度。4.根据前述权利要求中的一项所述的设备，其特征在于，所述用于对粉末(P)的悬浮液进行分馏的装置被构造成允许对待雾化的粉末(P)的液滴(Go)的直径(d0)进行调节，以使得所述粉末(P)的液滴(Go)的直径(d0)根据以下关系式被定义：其中，We＝ρv2.(do)/σ并且Re＝ρdov/μ，其中：f表示用于雾化的设备(10)的振动频率，v表示粉末(P)的悬浮液的速度，ρ表示待分馏的粉末(P)的悬浮液的密度，μ表示待分馏的粉末(P)的悬浮液的粘度，σ表示待分馏的粉末(P)的悬浮液的表面张力，A表示用于雾化的设备(10)的雾化喷嘴(11)的振荡幅度，d0表示所述液滴(Go)的直径，以及D表示所述用于雾化的设备(10)的雾化喷嘴(11)的直径。5.根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述用于对粉末(P)的悬浮液进行分馏的装置被构造成通过根据所述待雾化的粉末(P)的液滴(Go)的直径(d0)与在已混合的粉末(P)的悬浮液被雾化以及在所述低温流体(FG)被蒸发之后获得的颗粒(Gs)的直径(ds)之间的直径缩减因数(R)进行调整以允许对所述待雾化的粉末(P)的液滴(Go)的直径(d0)进行调节，以使得：其中：d0表示所述液滴(Go)的直径，ds表示所述颗粒(Gs)的直径，[U]f表示粉末(P)在粒化之后形成的颗粒(Gs)的凝聚体中的体积占有率，[U]i表示待雾化的粉末(P)的悬浮液中的粉末(P)的浓度。6.根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述用于混合的设备(1)进一步包括：-用于供应粉末(P)以便允许将粉末(P)引入到所述混合室(E1-En)中的室(A1，A2)，-用于在所述混合室(E1-En)中进行搅拌以便允许悬浮安置在所述低温流体(FC)中的粉末(P)被混合的装置(2，2a，2b)。7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述用于混合的设备(1)包括所述混合室(E1-En)的根据回转运动进行混合的装置(MG)。8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述用于混合的设备(1)包括：-粉末(P)的多个混合室(E1-En)，所述多个混合室一个接一个地依次相继地布置，所述用于供应粉末(P)的室(A1，A2)允许将粉末(P)至少引入到第一混合室(E1)中，-用于对粉末(P)的通道进行限制的多个系统(R1-Rn-1)，其中，每个用于对通道进行限制的系统(R1-Rn-1)位于两个相继的混合室(E1-En)之间，以便对粉末(P)从一个混合室(E1-En)到下一个混合室的分配进行限制，其中，每个混合室(E1-En)包括低温流体(FC)和用于搅拌以允许悬浮安置在所述低温流体(FC)中的粉末(P)被混合的装置(2，2a，2b)。9.根据权利要求6至8中的一项所述的设...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·布罗捷，史蒂芬·万德斯，
申请(专利权)人：原子能和替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：法国,FR