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振动式树脂清洗工艺设计研究及应用

2020-08-28 212 上传者：管理员

摘要：针对内蒙古某CO2+O2地浸铀矿山在清洗饱和树脂过程中存在的树脂清洗不彻底、吸附塔压力升高、反冲水耗量大、运行耗时长等问题,提出了振动式树脂清洗工艺。现场应用表明,该清洗工艺对树脂的清洗效果良好,既增大了树脂塔的进出液流量,又提高了树脂的吸附容量。振动式树脂清洗工艺为后续吸附、淋洗等工序的稳定运行提供了保障。

关键词：
振动式
树脂
树脂塔
清洗
铀矿
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内蒙古某CO2+O2地浸铀矿山水冶厂,采用DN3600mm×5000mm普通低合金钢材质的离子交换塔处理浸出液,离子交换塔设计压力0.40MPa。浸出液处理工艺包括吸附、反冲、淋洗等工序[1,2],树脂在离子交换塔内长时间停留,树脂上会附着大量杂质,堵塞树脂间隙,造成吸附塔压力升高、吸附流量下降等问题。通常采用对饱和树脂进行反冲洗的方式,去除树脂床中夹杂的污垢。但随着树脂使用周期的增加,清洗不彻底的杂质在树脂床中不断积聚,导致塔压达到设计限值。为此,开展了优化树脂清洗方法的研究,以期提高树脂的清洗效果。

1、反冲式树脂清洗法现状

反冲式树脂清洗法是由离子交换塔底部逆向通入吸附尾液,松动树脂床层,使杂质随吸附尾液带出,达到清洗树脂的目的。内蒙古某CO2+O2地浸采铀矿山采用固定床离子交换工艺,树脂反冲清洗具体操作:启动反冲化工泵,缓慢调节变频器频率至28Hz,控制反冲液进液流量～55m3/h;反冲水在吸附塔内自下而上逆流,反冲出液进入反冲废水池进行澄清;澄清后输送至配液池进行回用。反冲式树脂清洗法以反冲出液较为清澈作为清洗结束点,在饱和树脂清洗过程中发挥了重要的作用;但在实际应用中也暴露出一些问题。

1.1 树脂清洗不彻底

离子交换塔底部采用不锈钢过滤筛管布液装置,反冲水从底部进入后难以均匀分布,在运行过程中会产生“液流通道”(即“偏流”)[3];加之吸附塔高度达5m,树脂中夹带的杂质难以被完全冲出。在反冲泵频率太高、进液量增大时,存在树脂外溢问题。因此,反冲运行过程无法将树脂彻底清洗干净;若将清洗不彻底的树脂床接入吸附系统,会导致离子交换塔运行压力升高、吸附原液进液流量下降。这不但制约铀金属的高效吸附,还可能使连接管线承压太大而引起断裂、渗漏等安全风险。

1.2 反冲水耗量大、清洗耗时长

离子交换塔内树脂体积35m3,单塔消耗反冲水量400～500m3。反冲废水需进入反冲废水池进行澄清后输送至配液池回用,因此单塔清洗树脂耗时达30～35h,较大程度制约了浸出液的处理进度。

2、振动式树脂清洗工艺设计与现场应用

2.1 振动式树脂清洗机制

借鉴尾矿筛选工艺技术,提出了振动式树脂清洗工艺。该工艺主要是利用机械振动来去除污染物[5,6]。振动式树脂清洗工艺是通过电动隔膜泵将湿树脂输送至振动筛进料口,振动筛利用振动电机激振作为振动源,通过反复机械运动使杂质从树脂表面脱落,使包围活性官能团的薄膜受到破坏,进而将树脂表面的杂质、腐蚀产物和其他黏性物质清除出来,使树脂得到高度净化,交换容量得到恢复[7,8]。

2.2 振动式树脂清洗装置

振动式树脂清洗装置配有树脂振动筛、树脂清洗塔和电动隔膜泵。树脂振动筛主要由振动电机、筛体、筛网(孔径0.1mm)、减振装置及座架等组成,起到树脂振动清洗作用。树脂清洗塔为敞口式铸铁结构,内衬PO,内置不锈钢筛管式布液结构,起到树脂装卸和过滤作用。电动隔膜泵为树脂输送提供动力。三者通过UPVC管线连接,共同形成了振动式树脂清洗装置(图1)。

图1振动式树脂清洗装置示意图

考虑到湿树脂对金属材质筛网有腐蚀作用,影响工艺设备使用寿命和清洗质量;树脂振动筛选用聚氨酯材质筛网[9],该材质既具有防腐性能,又能减少树脂破损。另外,在清洗树脂过程中,振动筛产生大约10kN激振力,通过加高筛箱出口处的箱体高度,避免部分树脂因激振惯性而溅落到清洗塔外,造成树脂损失。

2.3 振动式树脂清洗操作

打开振动筛运行按钮,待振动筛运转平稳后,再打开树脂进料阀和进水阀,启动树脂输送泵,调节运行频率至15～18Hz,开始清洗树脂。清洗过程中根据筛网上树脂湿度调节加水量,清洗树脂产生的少量废水通过排水口排入废水池,经澄清后回用。

3、树脂清洗工艺改进前后对比

3.1 树脂清洗工艺流程对比

树脂清洗方法优化前后工艺流程如图2～3所示。

图2反冲式树脂清洗工艺流程示意图

图3振动式树脂清洗工艺流程示意图

在反冲式树脂清洗工艺中,树脂始终在吸附塔内发生空间位移,通过反冲液使树脂床层松动,并去除树脂床中夹杂的污垢,反冲液为铀质量浓度≤0.04mg/L的吸附尾液。振动式树脂清洗工艺是将整个吸附塔内的树脂通过管线输送至树脂振动筛进行清洗,在清洗过程中彻底打开了污染物对树脂的缠绕、包裹,避免了反冲清洗后存在的树脂成串缠绕现象。

3.2 树脂清洗工艺运行参数对比

现场应用表明,振动式树脂清洗方法效果良好。树脂清洗工艺运行参数对比见表1。

3.3 树脂清洗效果对比

振动式树脂清洗法与反冲式树脂清洗法相比,具有以下优点:1)提高了树脂清洗质量。反冲式树脂清洗法存在部分污染物缠绕树脂现象,清洗后树脂仍呈浅褐色;振动式树脂清洗法清洗均匀,清洗后树脂颗粒分明,且呈米色。2)确保了工艺运行稳定。清洗方法优化后,树脂清洗彻底,吸附首塔压力下降0.08MPa,吸附原液量提升40m3/h。3)提高了作业效率。清洗方法优化后,单塔清洗时间缩短10h,全月反洗工序可节约9个班次,操作过程基本可做到无人值守,节约了大量劳动力。4)规划合理、安全环保。振动式树脂清洗法将振动筛架设在清洗塔上,清洗后的树脂直接进入清洗塔内,水量消耗少,无需建设饱和反冲水池,节约了占地面积,降低了废水渗漏风险。

4、结论

振动式树脂清洗工艺,解决了树脂清洗不彻底、离子交换塔压力升高、反冲水耗量大、运行耗时长等问题,树脂清洗质量高,清洗过程安全高效,可确保后续吸附、淋洗等工序的稳定运行。

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期刊名称：核技术

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