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文獻(xiàn)綜述
課題名稱
某堆浸鈾礦100tU/a密實(shí)移動(dòng)床離子
交換工藝設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師
胡鄂明
系
專業(yè)
班級(jí)
學(xué)生姓名
學(xué)號(hào)
開(kāi)題日期
要求：一、說(shuō)明材料來(lái)源情況；二、對(duì)課題的研究歷史、研究現(xiàn)狀等進(jìn)行準(zhǔn)確的分析與歸納并作出簡(jiǎn)要評(píng)述；三、表達(dá)自己的觀點(diǎn)與主張，闡述該課題的發(fā)展動(dòng)向和趨勢(shì)；四、字?jǐn)?shù)要求3000字以上，可另附紙。
文獻(xiàn)綜述正文：
離子交換設(shè)備在鈾提取工藝中的應(yīng)用
離子交換技術(shù)的應(yīng)用至今已經(jīng)有三十年的歷史，但是其新型高效的設(shè)備研究與發(fā)展，是近十幾年來(lái)才大規(guī)模的興起的。離子交換法是一種化學(xué)純化技術(shù)。它具有分離選擇性強(qiáng)、濃縮倍數(shù)高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。如在我國(guó)鈾提取工藝中離子交換技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。
離子交換在工業(yè)上的應(yīng)用是通過(guò)離子交換設(shè)備為主體組合配套的離子交換裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。隨著我國(guó)近些年來(lái)核工業(yè)的發(fā)展，對(duì)鈾資源的需求日益增加。而隨著鈾的資源銳減。這樣，從低濃度的浸出液中提取鈾成為了關(guān)鍵。這使得離子交換技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，并且經(jīng)過(guò)對(duì)離子交換技術(shù)與裝置的研究，在鈾提取工藝上已經(jīng)取得了很好的效益。與化學(xué)沉淀法相比離子交換技術(shù)具有可以從濃度很低的浸出液中幾乎定量地將鈾提取出來(lái)；既能處理清液，又能處理礦漿；試劑的消耗又少的優(yōu)點(diǎn)?！?】離子交換在工業(yè)上的應(yīng)用是通過(guò)離子交換設(shè)備為主體組合配套的離子交換裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。離子交換設(shè)備的種類繁多、特點(diǎn)各異?！?】目前我國(guó)鈾水冶廠及鈾礦山廢水處理廠中應(yīng)用的離子交換設(shè)備鈾: 水力懸浮床、 空氣攪拌床、 密實(shí)固定床、塔式流化床以及密實(shí)移動(dòng)床五種。下面對(duì)幾種設(shè)備做些介紹。
1. 密實(shí)固定床離子交換設(shè)備
1.1設(shè)備介紹
密實(shí)固定床，又稱為固定床，也叫做離子交換柱。在我國(guó)的鈾水冶廠中有廣泛的應(yīng)用，主要用于清液的處理。按其結(jié)構(gòu)形式可分為：常壓平頂式和加壓圓頂式。
固定床的特點(diǎn)是：料液、淋洗劑、再生劑均從塔頂部進(jìn)入，從底部排出，塔內(nèi)的離子交換樹(shù)脂呈密實(shí)固定的狀態(tài)，吸附、淋洗再生均在一個(gè)塔內(nèi)進(jìn)行。固定床一般是采用周期性循環(huán)式操作。通常采用多臺(tái)串聯(lián)吸附，多塔串聯(lián)淋洗，取消了工藝中的一次貧和二次貧淋洗液。串聯(lián)塔數(shù)的確定根據(jù)工藝要、淋洗條件以及處理液的要求來(lái)確定。一般是三塔串聯(lián)吸附三塔串聯(lián)淋洗。鐘平汝, 等【3】研 制的 ZL X - 1600 固定 床的結(jié)構(gòu)在目前有典型的代表性, 其創(chuàng)新點(diǎn)在于進(jìn)液與出液結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。ZLX - 1600 型離子交換設(shè)備采用密閉加壓固定床方式操作,料液處理量較大,適用性強(qiáng),設(shè)備在吸附線速度40 m/h 以內(nèi)能夠穩(wěn)定操作,操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本較低，具有較高的推廣價(jià)值。
1.2 存在的問(wèn)題
(1)當(dāng)吸附原液中含有較高濃度的鐵、鈣等雜質(zhì)以及存在的淤泥時(shí)，會(huì)導(dǎo)致床層發(fā)生溝流或堵塞，影響工藝的運(yùn)行和對(duì)樹(shù)脂造成損傷。所以，固定床吸附對(duì)原液的含固標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格，可在吸附前對(duì)原液進(jìn)行預(yù)處理，如過(guò)濾等。
（2）上進(jìn)料布液器易堵。后來(lái)多改為直入式給料,并在樹(shù)脂床層上面保持一定高度的水墊層,以保證液體均勻地流過(guò)床層。
（3）存在設(shè)備管線復(fù)雜、閥門多、樹(shù)脂利用率相對(duì)較低等弊端。
2.密實(shí)移動(dòng)床離子交換設(shè)備
2.1設(shè)備簡(jiǎn)介
目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用的密實(shí)移動(dòng)床離子交換設(shè)備大致可分為2種類型,即壓力型和非壓力型。密實(shí)移動(dòng)床離子交換設(shè)備是由核工業(yè)北京化工冶金研究院于20世紀(jì)90年代通過(guò)消化吸收與自行開(kāi)發(fā)相結(jié)合的方式研制開(kāi)發(fā)的?！?】于相浩,等【5】研制的密實(shí)移動(dòng)床吸附--淋洗聯(lián)合操作系統(tǒng)為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。密實(shí)移動(dòng)床多采用半連續(xù)式操作。在吸附循環(huán)過(guò)程中，樹(shù)脂按照“吸附-淋洗——反洗”的順序分別在不同的設(shè)備或在同一個(gè)設(shè)備的不同區(qū)段內(nèi)完成的。其吸附塔的結(jié)構(gòu)也與固定床清液吸附塔的結(jié)構(gòu)相似。【1】這種設(shè)備的吸附是在單塔中進(jìn)行的，塔內(nèi)樹(shù)脂床高6～8 m，在吸附時(shí)，塔內(nèi)的樹(shù)脂保持相對(duì)固定，原液從下而上流動(dòng)，周期性工作，每隔數(shù)小時(shí)，從塔內(nèi)排出一部分飽和樹(shù)脂，轉(zhuǎn)移到專用的密實(shí)移動(dòng)床進(jìn)行淋洗、轉(zhuǎn)型等，同時(shí)加入等量的貧樹(shù)脂。吸附空塔線速度可達(dá)50 m .h-1以上，適合處理流量大、鈾濃度低的浸出液。在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中，多采用單塔吸附，多塔串聯(lián)淋洗的工藝。
2.2 存在的問(wèn)題
（1)只能處理較低濃度的浸出液，否則樹(shù)脂的排、加頻繁,運(yùn)行不夠穩(wěn)定；
（2)需要有配套的樹(shù)脂轉(zhuǎn)型和飽和再吸附設(shè)施,這樣就增加了樹(shù)脂投入量和投資,并使流程延長(zhǎng)；
（3)樹(shù)脂需要在設(shè)備間轉(zhuǎn)移,損耗較高。
3.塔式流化床離子交換塔
3.1設(shè)備簡(jiǎn)介
塔式流化床,簡(jiǎn)稱流化床,一般均是多級(jí)流化床【2】。這種設(shè)備在我國(guó)的鈾水冶廠和鈾礦山廢水處理廠中均有應(yīng)用,用來(lái)處理含有一定量懸浮固體的渾濁液。工業(yè)上已經(jīng)應(yīng)用的流化床有兩種不同的塔板結(jié)構(gòu)：穿流式篩板吸附塔和阻流式篩板吸附塔。前者應(yīng)用比較普遍，不僅已廣泛應(yīng)用于鈾礦山廢水處理廠,而且也已在鈾水冶廠中得到應(yīng)用；而后者僅在少數(shù)鈾礦山廢水處理廠中有應(yīng)用。
流化床的特點(diǎn)是:溶液是從塔底部進(jìn)入,從頂部排出,而樹(shù)脂在塔內(nèi)呈流化狀態(tài)；吸附、淋洗不在同一個(gè)塔中進(jìn)行,樹(shù)脂需要在各塔之間轉(zhuǎn)移。這種設(shè)備能夠解決解決傳熱不良、淋洗速度慢的問(wèn)題。流化床在我國(guó)鈾礦冶工程中有較多應(yīng)用,李
啟成,等【6】研制的穿流式篩板塔即屬于流化床。該塔結(jié)構(gòu)如圖1所示。
其工作原理為：整個(gè)塔被帶孔的篩板分割成若干個(gè)隔室。工作時(shí),原液從塔底進(jìn)入與塔內(nèi)樹(shù)脂接觸,并使樹(shù)脂流態(tài)化。料液上升過(guò)程中,其中的鈾不斷被樹(shù)脂吸附,鈾濃度不斷降低,待上升到塔頂時(shí),吸附尾液已達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)而溢流排出。再生 樹(shù)脂自塔頂加入,在重力作用下自然下降。下降過(guò)程中不斷吸附溶液中的鈾, 其負(fù)載鈾量不斷提高, 至塔底呈飽和樹(shù)脂排出。穿流式篩板塔不僅可用于從含泥量較高、pH值不同的鈾礦山廢水中回收鈾,也可用于從鈾含量較高的鈾礦石堆浸液中回收鈾,處理能力較大、效率較高。
3.2 存在的問(wèn)題
（1）穿流式篩板吸附塔經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的運(yùn)行,導(dǎo)致細(xì)顆粒樹(shù)脂在塔頂積聚,特別是在空塔線速度比較高的條件下,甚至?xí)l(fā)生細(xì)顆粒樹(shù)脂從溢流堰隨尾液跑出的現(xiàn)象。實(shí)踐表明可以通過(guò)擴(kuò)大吸附塔的直徑來(lái)解決這一問(wèn)題。
（2）在穿流式篩板吸附塔間斷操作中，在排完樹(shù)脂后，在重新開(kāi)啟進(jìn)料液時(shí)，如果操作不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致部分樹(shù)脂亂層。所以在操作中應(yīng)該控制流量由小到大，同時(shí)在平時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也應(yīng)該保證流量的穩(wěn)定。
圖1. 穿流式篩板塔示意圖
4.總結(jié)
離子交換技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于濕法冶金等工業(yè)生產(chǎn)。特別在我國(guó)核工業(yè)的發(fā)展下，離子交換技術(shù)更是在鈾提取工藝中發(fā)揮了巨大的作用。同時(shí)更多新型先進(jìn)的離子交換裝置不斷地研究改進(jìn)。如本文所簡(jiǎn)要介紹的固定床離子交換裝置、密實(shí)移動(dòng)床離子交換裝置、流化床離子交換裝置是我國(guó)主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的裝置。還有一些其它裝置也在工業(yè)上得到應(yīng)用，如水利懸浮床離子交換裝置、空氣攪拌床離子交換裝置。各種裝置的特點(diǎn)各有不同，下面對(duì)本文介紹的三種裝置的特點(diǎn)總結(jié)如下表1.
表1. 三種離子交換裝置的優(yōu)缺點(diǎn)比較
裝置
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
固定床
1） 樹(shù)脂磨損輕，損耗少；
2） 樹(shù)脂操作容量高，運(yùn)行可靠；
3） 便于集中控制。
1） 限于清液吸附，對(duì)原液含固量要求嚴(yán)格；
2） 單位生產(chǎn)能力低，設(shè)備占地面積大；
3） 樹(shù)脂利用率低，同時(shí)不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
密實(shí)移動(dòng)床
1） 單位生產(chǎn)能力高，占地面積??；
2） 半連續(xù)操作，便于自動(dòng)化控制；
3） 樹(shù)脂利用率高，投放量小。
1） 樹(shù)脂床層阻力大,進(jìn)料需要一定壓力。
2） 限于處理清液；
3） 只適宜處理低濃度的料液。
流化床
1） 能處理稀礦漿或渾濁液；
2） 單位生產(chǎn)能力高，占地面積??；
3） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作。
1） 為了提高空塔線速度,需要采用密度較高、傳質(zhì)速率較快的樹(shù)脂；
2） 對(duì)樹(shù)脂粒度的均勻性要求嚴(yán)格。
5.展望
在鈾資源緊需的當(dāng)今，出現(xiàn)了各種鈾采冶的新技術(shù)。針對(duì)我國(guó)的鈾礦發(fā)展與需求和我國(guó)鈾礦床的類型，也有很多的采礦與提取的技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。如堆浸、地浸、攪拌浸出等。在提取鈾工藝上也有很多的技術(shù)應(yīng)用與研究。在技術(shù)選擇上，要根據(jù)不同的礦床類型與對(duì)處理液的不同要求和工藝要求來(lái)恰當(dāng)?shù)倪x擇。在鈾提取工藝上已經(jīng)應(yīng)用的裝置類型有多種，并已取得了豐富的成果，同時(shí)也與一些國(guó)家存在一些差距，并且現(xiàn)應(yīng)用的裝置存在較多的問(wèn)題等待進(jìn)一步的解決。目前也有一些新的設(shè)備研究，如翻板式流化床吸附塔、脈沖淋洗塔、反向流化床吸附塔等?？梢韵嘈?，在鈾提取工藝的大力發(fā)展下，離子交換設(shè)備的研制工作必將取得優(yōu)異的成果并得到應(yīng)用。
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