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某堆浸鈾礦山100tU/a密實(shí)移動(dòng)床離子交換工藝設(shè)計(jì)
摘要：本文是應(yīng)用密實(shí)移動(dòng)床離子交換技術(shù)對(duì)某鈾礦山100tU/a工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要的工藝過程為堆浸浸出液 → 過濾 → 吸附 →淋洗 →沉淀 →壓濾→“111”產(chǎn)品。浸出液平均濃度為200 mg.L-1，每年生產(chǎn)時(shí)間按300天計(jì)，水冶總回收率92%。樹脂飽和容量為30mgU/mLR，貧樹脂殘余鈾量0.50mgU/mLR，淋洗劑采用5g/L H2SO4 + 1mol/L NaCl,沉淀劑采用片堿(固態(tài)NaOH) 。經(jīng)過各個(gè)工藝過程的計(jì)算確定了所需物料的量、各種設(shè)備的型號(hào)數(shù)量、管道尺寸。本設(shè)計(jì)采用單塔吸附，三塔串聯(lián)淋洗的操作方式。最終合格液中鈾濃度可達(dá)10.03g.L-1。經(jīng)過各個(gè)工藝的操作處理最終得到產(chǎn)品。
關(guān)鍵詞:密實(shí)移動(dòng)床；離子交換；堆浸；鈾
The design of Fixed Bed Ion-exchange Process with 100tU/a with A heap leaching uranium mine
Abstract: Dense moving bed ion exchange technology is the application of a uranium mine 100 t/a process to carry on the design, Main processes is leaching liquid → filter → adsorption → elution → precipitate → filter-press →“111”products.The Leach liquor average concentration is 200 mg. L -1. Every year 300 days production time according to the plan, hydrometallurgy total recovery is 92%. Resin saturation capacity of 30 mgU/mLR, poor resin residual quantity of uranium 0.50 mgU/mLR, Drench lotion with 5 g/L H2SO4 + 1 mol/L NaCl, precipitating agent with alkali (solid NaOH). After each process of the calculate and determine the amount of material required, all sorts of equipment model number, pipe size. This design USES double adsorption, three towers in series elution mode of operation. Finally be handled through the process of the product.
Keywords: Dense moving bed; ?Ion exchange; dump leaching; uranium
目錄
引 言 1
1設(shè)計(jì)部分 2
1.1設(shè)計(jì)主要參數(shù) 2
1.2產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模 3
1.2.1產(chǎn)品方案 3
1.2.2生產(chǎn)規(guī)模 3
1.3工作制度 3
1.4設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想及原則 3
1.4.1指導(dǎo)思想： 3
1.4.2設(shè)計(jì)原則： 4
2主要工藝原理介紹 4
2.1堆浸 4
2.1.1堆浸發(fā)展 4
2.1.2堆浸的工藝流程 4
2.1.3堆浸的優(yōu)缺點(diǎn) 5
2.2密實(shí)移動(dòng)床離子交換法 6
2.3離子交換樹脂 7
2.3.1離子交換反應(yīng) 7
2.3.2離子交換樹脂的分類 7
2.4主要反應(yīng)過程 8
3主要工藝流程簡介 9
3.1浸出液過濾 10
3.2吸附 10
3.3淋洗 10
3.4樹脂轉(zhuǎn)型 11
3.5合格液沉淀及壓濾 11
3.6母液回用 11
4初步物料衡算 11
4.1生產(chǎn)方式的選擇 11
4.2生產(chǎn)能力計(jì)算 12
5主要工藝過程計(jì)算 12
5.1吸附過程的工藝計(jì)算 12
5.1.1 物料衡算 12
5.1.2 吸附塔直徑、塔高、塔數(shù)和塔壁的確定 12
5.2淋洗工序計(jì)算 17
5.2.1淋洗塔直徑 17
5.2.2塔高 18
5.2.3錐形底部計(jì)算 18
5.2.4塔設(shè)備的參數(shù) 18
5.3沉淀工段的計(jì)算 18
5.3.1 沉淀過程的計(jì)算 19
6工藝過程物料和鈾平衡計(jì)算 20
6.1工藝過程所需物料計(jì)算 20
7鈾平衡計(jì)算 21
8工藝設(shè)備選型與計(jì)算 21
8.1管道 21
8.1.1PVC-U管道 21
8.1.2 304不銹鋼無縫管 24
8.2多袋式過濾器 24
8.3管路計(jì)算及設(shè)備選型 25
8.3.1集液池到過濾器管路計(jì)算 25
8.3.2多袋式過濾器串聯(lián)管路計(jì)算 26
8.3.3過濾器到吸附塔管路計(jì)算 26
8.3.4淋洗劑管路計(jì)算 26
8.3.6轉(zhuǎn)型管路計(jì)算 26
8.3.7沉淀槽到板框壓濾機(jī)管道計(jì)算 27
8.4各工序段集液池的計(jì)算選型 27
8.4.1原液池 27
8.4.2淋洗劑配制槽、化鹽池、轉(zhuǎn)型劑池 27
8.4.3合格液池、沉淀池 27
8.4.4硫酸罐 28
8.4.5尾液池 28
8.5產(chǎn)品過濾和干燥設(shè)備的選擇 28
8.5.1板框壓濾機(jī)的選型 29
8.6泵的選型 29
8.6.1原液到吸附塔及反沖洗水所需的泵 30
8.6.2淋洗劑到淋洗塔所需的泵 30
8.6.3濃漿泵的選擇 30
8.6.4轉(zhuǎn)型泵、尾液泵 31
9工藝參數(shù)一覽表 31
10設(shè)備一覽表 32
11生產(chǎn)車間布置簡單說明 32
11.1廠區(qū)布置原則 32
11.2吸附塔布置 33
11.3儲(chǔ)槽布置 33
11.4泵布置 34
11.5管道安裝原則 34
12供電要求 35
13環(huán)境保護(hù)及安全生產(chǎn) 35
13.1三廢的主要來源及處理方法: 36
13.2 個(gè)人安全必須嚴(yán)格遵循的防護(hù)規(guī)程 37
14工藝總結(jié) 37
參考文獻(xiàn) 38
謝辭 40
附圖1:工藝-1工藝流程圖。
附圖2:工藝-2設(shè)備形象系統(tǒng)圖。
附圖3:工藝-3車間平面布置圖。
附圖4:工藝-4數(shù)質(zhì)量流程圖。
vi
引 言
鈾資源是與國家安全密切相關(guān)的戰(zhàn)略資源，是核大國地位保障的基礎(chǔ)。根據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)全球鈾礦資源總量約為1238萬tU(以可回采礦石中鈾的回收量計(jì)算)，其中已查明資源量約547萬tU,待查明資源量約791萬tU。澳大利亞、哈薩克斯坦、俄羅斯、美國、加拿大等是鈾礦資源豐富的國家，也是主要的鈾礦生產(chǎn)國和供應(yīng)國。
我國是鈾礦資源不甚豐富的國家，自1955年開展鈾礦普查勘探工作以來，全國共探明了200多個(gè)鈾礦床，其主要的鈾礦床類型有花崗巖型、火山巖型、砂巖型、碳硅泥巖型、含鈾煤型等，在已探明的鈾資源中花崗巖型占38%，火山巖型占22%，砂巖型占19%，碳硅泥巖型占16%，其它類型占5%。目前已探明的并經(jīng)國家儲(chǔ)委批準(zhǔn)的鈾資源儲(chǔ)量約18.8萬噸金屬，已經(jīng)正規(guī)設(shè)計(jì)開采的約5.8萬噸，尚有約13萬噸有待開發(fā)利用。在探明的鈾礦床中，礦床金屬總量大于2000t的占礦床總數(shù)的12.9%，金屬量約占一半。礦床金屬量在1000～2000t的占礦床總數(shù)的17.5%，金屬量占26%，礦床金屬量在1000t以下的占礦床總數(shù)的69.6%，金屬量占27.2%，鈾礦床規(guī)模普遍偏小，鈾礦體的埋藏深度較淺，一般小于300米。鈾礦的平均品位偏低。
時(shí)至今日，鈾的用途已廣為人知，并具有更大的發(fā)展?jié)摿?。鈾的主要用途是用來制造核武器和用于核發(fā)電。核武器是一個(gè)國家軍事實(shí)力的重要體現(xiàn)，它直接影響國家在世界政壇的地位。核發(fā)電在日常生活中的比例越來越大，最高的法國已經(jīng)達(dá)到了80%。核發(fā)電方便簡潔，沒有太多的限制條件，極大的滿足了人們的多方需要?，F(xiàn)在純金屬鈾是核反應(yīng)堆和原子彈中使用的核燃料。美國用貧化鈾制造的一種高效的燃燒穿甲彈——“貧鈾彈”，能燒穿30厘米厚的裝甲鋼板。少量用于電子管制造業(yè)中的除氧劑和惰性氣體提純（除氧、氫），國外非軍事工業(yè)中貧鈾用量最多的是制造乏燃料及高放廢液運(yùn)輸容器和放射源屏蔽容器。此外，現(xiàn)在用鈾作為燃料的核電站，已能供應(yīng)約17%的世界電能?？上攵?，鈾作為一種新型能源在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可或缺。中國的核電事業(yè)在國家的科技和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)都十分薄弱的條件下建立的，經(jīng)過幾十年的建設(shè)，中國核電發(fā)展取得了重大突破，近兩年的核電建設(shè)更清晰的顯示出加快的趨勢。中國鈾工業(yè)正面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。核電工程的批量建設(shè)，多年來鈾工業(yè)的調(diào)整成效和科技進(jìn)步，國家和核工業(yè)總公司正在推行的一系列改革措施，以及世界鈾市場的復(fù)蘇，都為中國鈾工業(yè)的發(fā)展提供了新的機(jī)遇。中國鈾工業(yè)跨入新的世紀(jì)，必將向技術(shù)新、隊(duì)伍精、規(guī)模大、效益好的方向持續(xù)發(fā)展，保證核工業(yè)的需求，為國民經(jīng)濟(jì)的繁榮做出貢獻(xiàn)。
鈾裂變時(shí)產(chǎn)生的同位素及其射線，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中有廣泛的用途。例如，在工業(yè)上利用射線實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)控制，無損傷檢查，給玻璃染色等；在農(nóng)業(yè)上利用射線培育良種，防止病蟲害等；在醫(yī)學(xué)上用于滅菌消毒，臨床診斷及治療；在地質(zhì)勘探工作中用來找礦等等。
鑒于鈾的廣泛用途與對(duì)國家國防工業(yè)的重要性，鈾提取工藝的研究也就顯得格外重要。目前應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的鈾提取技術(shù)有很多種，并取得了良好的效益。目前我國工業(yè)上應(yīng)用廣泛地鈾提取工藝上應(yīng)用最多的是離子交換法提取鈾。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)用是通過離子交換設(shè)備為主體組合配套的離子交換裝置來實(shí)現(xiàn)的。隨著我國近些年來核工業(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；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)用是通過離子交換設(shè)備為主體組合配套的離子交換裝置來實(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。本設(shè)計(jì)采用的是密實(shí)移動(dòng)床離子交換法提取鈾。
1設(shè)計(jì)部分
1.1設(shè)計(jì)主要參數(shù)
（1）浸出液平均濃度為200 mg.L-1，每年生產(chǎn)時(shí)間按300天計(jì)，水冶總回收率92%。產(chǎn)品干基含鈾量為61.5%；
（2）樹脂飽和容量為30mgU/mLR，貧樹脂殘余鈾量0.50mgU/mLR；
（3）吸附空塔線速度50m/h，吸附尾液鈾濃＜0.5mg.L-1 ；
（4）淋洗劑：5g/L H2SO4+ 1mol/L NaCl,淋洗空塔線速度3 m/h；
淋洗溫度：常溫
淋洗劑用量：2.5VR
（5）沉淀劑：沉淀PH7.0～7.5，片堿(固態(tài)NaOH),沉淀母液鈾濃度 ＜5 mg.L-1；
(6) 沉淀PH:7.0～7.5,沉淀時(shí)間24小時(shí)。
1.2產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模
1.2.1產(chǎn)品方案
最終產(chǎn)品為“111”（重鈾酸鈉）即黃餅。
1.2.2生產(chǎn)規(guī)模
年產(chǎn)100tU/a
1.3工作制度
年工作日為300天，每天三班，每班三小時(shí)
1.4設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想及原則
1.4.1指導(dǎo)思想：
畢業(yè)設(shè)計(jì)是核化工專業(yè)最重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是專業(yè)教學(xué)計(jì)劃的重要組成部分，是培養(yǎng)實(shí)際工作和動(dòng)手能力的重要教學(xué)手段，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)分析和解決實(shí)際生產(chǎn)問題能力的必要教學(xué)環(huán)節(jié)。通過畢業(yè)論文設(shè)計(jì)的特征能夠使核化工與核燃料專業(yè)的學(xué)生初步掌握工藝設(shè)計(jì)一般過程和方法，經(jīng)過鈾水冶化工工藝設(shè)計(jì)的訓(xùn)練使其具備一定的鈾水冶化工工藝設(shè)計(jì)能力，對(duì)以后不論從事生產(chǎn)、基礎(chǔ)建設(shè)、還是從事科研或管理方面的工作都有著十分重要的意義，對(duì)核化工過程有更深一層的理解。
1.4.2設(shè)計(jì)原則：
包括各個(gè)專業(yè)、各學(xué)科方面的設(shè)計(jì)原則，如工藝路線的選擇、車間廠房的合理布置、設(shè)備選型和材料選用?？偟脑O(shè)計(jì)原則是：安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、方便易行等。即：
（1）遵循因地制宜、高效快速的原則。在工藝流程的選擇上要考慮到技術(shù)的可行性,在工藝設(shè)備的布置上盡量使物料自流,這樣可以節(jié)省能源動(dòng)力消耗；
（2）盡可能多地采用新工藝、新材料；
（3）遵循在保證工藝要求的前提下盡可能節(jié)約投資的原則,使礦山開發(fā)建設(shè)的投資額度控制在較低的水平；
（4）遵循將安全與環(huán)境保護(hù)放在第一位的原則。
2主要工藝原理介紹
2.1堆浸
2.1.1堆浸發(fā)展
堆浸是一種對(duì)于不在原地的礦石進(jìn)行破碎、筑堆，通過噴淋浸出劑將礦石中的目的組分轉(zhuǎn)移到合格液中，并通過一定技術(shù)獎(jiǎng)合格液提取成產(chǎn)品的一種方法。目前堆浸在世界各國礦石提取工藝中都有廣泛地應(yīng)用，如銅、金、鈾的堆浸。 我國堆浸技術(shù)應(yīng)用比較早。目前堆浸技術(shù)已趨于成熟，應(yīng)用更加廣泛，從60年代到現(xiàn)在，堆浸技術(shù)在我國已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用并取得了可觀的成果，特別在鈾的堆浸發(fā)展中已經(jīng)取得了明顯的效益。如經(jīng)過堆浸的研究發(fā)展使得鈾的產(chǎn)量逐漸提高、堆浸的規(guī)模也逐漸增大、入堆礦石的品位降低等成果。鑒于我國鈾礦床的特點(diǎn)與核工業(yè)的迅速發(fā)展，鈾的需求必然增加，這就要求鈾水冶技術(shù)要有所提高。這就使得低能耗、低水耗、入堆礦石品位低的堆浸技術(shù)有了較大的發(fā)展空間，這一技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)降低鈾的生產(chǎn)成本，提高鈾資源的利用率、擴(kuò)大資源的利用率都有很大的促進(jìn)作用。
2.1.2堆浸的工藝流程
堆浸工藝包括礦石的破碎、筑堆、淋浸、離子交換或萃取、淋洗或反萃取、沉淀等工序，得到最終產(chǎn)品。其工藝流程如圖2.1
鈾礦石
破碎
筑堆
淋浸
浸出液
渣處理
離子交換或萃取
尾液 飽和液
淋洗或反萃
合格液
沉淀
鈾化學(xué)濃縮物
圖2.1筑堆浸礦法工藝流程
2.1.3堆浸的優(yōu)缺點(diǎn)
堆浸提取鈾的工藝過程主要有兩個(gè)特點(diǎn)：一是進(jìn)出的過程不用加氧化劑，浸出時(shí)間一般較長；二是溶浸液一般處于非飽和流狀態(tài)。
優(yōu)點(diǎn)：1、低水耗、低能耗、工藝簡單、成本較低；
2、礦堆既可在井下，也可以在地面、尾渣可以回用、作業(yè)安全；
3、入堆礦石品位低，提高了資源利用率。
缺點(diǎn)：1、浸出的周期長、回收率較低；
2、受氣候的影響較大、生產(chǎn)不均衡；
3、不易采取強(qiáng)化手段。
2.2密實(shí)移動(dòng)床離子交換法
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。目前國內(nèi)大多使用離子交換法來提取鈾。離子交換在工業(yè)上的應(yīng)用是通過離子交換設(shè)備為主體組合配套的離子交換裝置來實(shí)現(xiàn)的。隨著我國近些年來核工業(yè)的發(fā)展，對(duì)鈾資源的需求日益增加。這使得離子交換技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，并且經(jīng)過對(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。本設(shè)計(jì)采用的是密實(shí)移動(dòng)床離子交換設(shè)備來提取鈾的。密實(shí)移動(dòng)床多采用半連續(xù)式操作。在吸附循環(huán)過程中，樹脂按照“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。這種設(shè)備的吸附是在單塔中進(jìn)行的，塔內(nèi)樹脂床高6～8 m，在吸附時(shí)，塔內(nèi)的樹脂保持相對(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。在我國工業(yè)生產(chǎn)中，多采用單塔吸附，多塔串聯(lián)淋洗的工藝。
離子交換是溶液中的離子在固-液兩相之間的平衡，固相是離子交換劑，液相為需要處理的溶液。離子交換法是一種從溶液中提取和分離元素的技術(shù)，利用離子交換劑在特定體系中對(duì)不同離子親和力的差異，可以有效分離包括稀土元素在內(nèi)的難分離元素。
離子交換法的優(yōu)點(diǎn)：
（1）選擇性高，可以從濃度很低的浸出液中幾乎定量地將鈾提取出來；
（2）既能處理清夜，又能處理礦漿；
（3）試劑的消耗少；
（4）鈾的化學(xué)濃縮物含量高；
（5）回收率高；
（6）操作簡單，吸附尾液可以重復(fù)利用。
離子交換法的缺點(diǎn)：
（1）離子交換樹脂的交換速度慢；
（2）樹脂對(duì)鈾的吸附容量也較小；
（3）樹脂容易破裂變細(xì)，造成損失；也增大了鈾的損失。
2.3離子交換樹脂
2.3.1離子交換反應(yīng)
離子交換樹脂可以進(jìn)行離子交換反應(yīng)，典型的陽離子交換反應(yīng)，如：
2NaR +CaCl2（aq）?CaR2 +2NaCl（aq）
典型的陰離子交換反應(yīng)，如：
2RCl +Na2SO4（aq）?R2SO4 +2NaCl（aq）
一般的離子交換過程是可逆的，在式中，當(dāng)樹脂上的Na+消耗殆盡時(shí)，可用鈉鹽溶液使其再生，樹脂再次轉(zhuǎn)變成型Na+。
在離子交換過程中，不論是正過程還是逆過程，樹脂及溶液均保持電中性，即交換過程是按等當(dāng)量進(jìn)行的，樹脂從溶液中吸附若干當(dāng)量的某種離子時(shí)，必將有等當(dāng)量的相同電荷符號(hào)的另一種離子從樹脂上進(jìn)入溶液。
2.3.2離子交換樹脂的分類
目前生產(chǎn)上使用的離子交換樹脂，品種繁多。從樹脂的結(jié)構(gòu)出發(fā)，一般按其官能團(tuán)種類、制備骨架（即聚合體）的材料、骨架的孔結(jié)構(gòu)特性、制備樹脂聚合體的聚合反應(yīng)種類、樹脂的品級(jí)與使用場合等加以分類。按組成樹脂骨架的材料劃分可把離子交換樹脂分為：苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、環(huán)氧系、乙烯吡啶系、脲醛系及氯乙烯系；按樹脂骨架的孔結(jié)構(gòu)特性劃分為：凝膠和大孔兩類；按制備樹脂聚合體的聚合反應(yīng)種類劃分為：加成聚合體和縮合聚合體；按樹脂的品級(jí)胡分為：工業(yè)醫(yī)藥級(jí)、分析純度、色層分離級(jí)以及核子級(jí)等；按樹脂的官能團(tuán)劃分為：強(qiáng)酸性樹脂、弱酸性及中等酸性樹脂、強(qiáng)堿性樹脂、弱堿性樹脂、螯合樹脂、兩性樹脂、氧化還原樹脂，其中強(qiáng)酸性樹脂、弱酸性及中等酸性樹脂均為陽離子樹脂，強(qiáng)堿性樹脂、弱堿性樹脂均成為陰離子樹脂。其中最常用的是強(qiáng)酸性樹脂、弱酸性及中等酸性樹脂、強(qiáng)堿性樹脂、弱堿性樹脂。
（1）強(qiáng)酸性陽離子樹脂
這類樹脂含有大量的強(qiáng)酸性基團(tuán)，如磺酸基-SO3H，容易在溶液中解離出H+，故呈強(qiáng)酸性。樹脂解離后，本體所含的負(fù)電基團(tuán)，如SO3-，能吸附結(jié)合溶液中的其他陽離子。這兩個(gè)反應(yīng)使樹脂中的H+與溶液中的陽離子互相交換。強(qiáng)酸性樹脂的解離能力很強(qiáng)，在酸性或堿性溶液中均能解離和發(fā)生離子交換作用。樹脂在使用一段時(shí)間后，要進(jìn)行再生處理，即用化學(xué)藥品使離子交換反應(yīng)以相反方向進(jìn)行，使樹脂的官能基團(tuán)恢復(fù)原來狀態(tài)，以供再次使用。如上述的陽離子樹脂是用強(qiáng)酸進(jìn)行再生處理，此時(shí)樹脂放出被吸附的陽離子，再與H+結(jié)合而恢復(fù)原來的組成。
（2）弱酸性陽離子樹脂
這類樹脂含弱酸性基團(tuán)，如羧基-COOH，能在水中解離出H+而呈酸性。樹脂解離后余下的負(fù)電基團(tuán)，如R-COO-(R為碳?xì)浠鶊F(tuán))，能與溶液中的其它陽離子吸附結(jié)合，從而發(fā)生陽離子交換作用。這種樹脂的酸性較弱，在低pH值下難以解離和進(jìn)行離子交換，只能在堿性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用。這類樹脂亦是用酸進(jìn)行再生(比強(qiáng)酸性樹脂較易再生)。
（3）強(qiáng)堿性陰離子樹脂
這類樹脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，如季胺基(亦稱四級(jí)胺基)-NR3OH(R為碳?xì)浠鶊F(tuán))，能在水中離解出OH－而呈強(qiáng)堿性。這種樹脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。這種樹脂的離解性很強(qiáng)，在不同pH下都能正常工作。它用強(qiáng)堿(如NaOH)進(jìn)行再生。
（4）弱堿性陰離子樹脂
這類樹脂含有弱堿性基團(tuán)，如伯胺基(亦稱一級(jí)胺基)-NH2、仲胺基(二級(jí)胺基)-NHR、或叔胺基(三級(jí)胺基)-NR2，它們?cè)谒心茈x解出OH-而呈弱堿性。這種樹脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。這種樹脂在多數(shù)情況下是將溶液中的整個(gè)其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性條件(如pH=1～9)下工作。它可用Na2CO3、氨水進(jìn)行再生。
2.4主要反應(yīng)過程
在使用硫酸浸出鈾的浸出液中，鈾大多數(shù)是以UO2(SO4)34-絡(luò)離子的形式存在，其次是UO2(SO4)32-，最后是UO2SO4中性分子。在離子交換提取鈾過程中，鈾是以UO2(SO4)34-的形式被樹脂吸附的。本設(shè)計(jì)采用的是強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂，吸附的主要反應(yīng)過程為：
4(R4N)+Cl-+ UO22++3 SO42- ? (R4N)4[UO2(SO4)3] +4Cl-
2(R4N)+Cl-+ UO22++2 SO42- ? (R4N)2[UO2(SO4)2] +2Cl-
淋洗過程的主要反應(yīng)過程為：
(R4N)4 UO2(SO4)3+4 Cl- ? 4(R4N+) Cl- + UO22++3 SO42-
沉淀過程主要反應(yīng)過程為：
酸堿中和：H2SO4+2NaOH→Na2SO4+2H2O
鈾的沉淀：2UO2SO4+6NaOH→Na2U2O7↓+2Na2SO4+3H2O
3主要工藝流程簡介
根據(jù)堆浸特點(diǎn)和工藝技術(shù)，確定鈾提取主要工藝流程為：浸出液輸送——密實(shí)移動(dòng)床吸附——淋洗——中和沉淀——板框壓濾得到產(chǎn)品。該工藝流程是當(dāng)代鈾水冶先進(jìn)技術(shù)。解吸時(shí)樹脂床層呈密實(shí)狀態(tài)作活塞式移動(dòng)，基本無軸向返混，實(shí)現(xiàn)了樹脂逆流接觸，連續(xù)操作，因而其傳質(zhì)效率高、生產(chǎn)能力大、樹脂投入量少、易于自動(dòng)控制。在本設(shè)計(jì)中采用的D201×7強(qiáng)堿性陰離子樹脂。其工藝流程簡圖如圖3.1。
圖3.1工藝流程圖
3.1浸出液過濾
在浸出液吸附之前要對(duì)浸出液進(jìn)行過濾，出去浸出液總的雜質(zhì)。本設(shè)計(jì)在過濾工序中采用袋式過濾機(jī)兩組并聯(lián)完成。
3.2吸附
在本設(shè)計(jì)中采用的是密實(shí)移動(dòng)床離子交換設(shè)備提取鈾，所以采用單塔進(jìn)行吸附，空塔線速度可達(dá)50m/h，處理原液量大，原液流量為75.42 m3/h。
3.3淋洗
淋洗目的就是把吸附在樹脂上的鈾淋洗下來成為合格液。本設(shè)計(jì)中采用三塔串聯(lián)淋洗，淋洗劑由塔底進(jìn)入，合格液從塔上部排出，淋洗空塔線速度為3 m/h，淋洗后的合格液濃度為10.03 g/L，采用的淋洗劑為5g/L H2SO4+ 1mol/L NaCl。
3.4樹脂轉(zhuǎn)型
淋洗結(jié)束后一般需要對(duì)樹脂轉(zhuǎn)型,目的是為了防止淋洗劑陰離子進(jìn)入吸附尾液，對(duì)吸附造成影響。
3.5合格液沉淀及壓濾
在對(duì)淋洗后的樹脂轉(zhuǎn)型后，下一步的操作就是合格液沉淀，在沉淀之前要調(diào)節(jié)合格液的pH值，處理后將合格液泵入沉淀槽，加入沉淀劑通過沉淀槽攪拌機(jī)攪拌、沉淀。沉淀老化后的漿體用濃漿泵入板框壓濾機(jī)壓濾得到“111”產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)采用的沉淀劑為片堿（固體NaOH），沉淀及老化時(shí)間為24小時(shí)。采用板框壓濾機(jī)進(jìn)行處理。最終沉淀母液鈾濃度：5 mg/L；產(chǎn)品干基鈾含量：61.5%；產(chǎn)品含水30%。
3.6母液回用
沉淀過后的母液中含有鈾，除部分外排處理外，部分沉淀母液返回淋洗劑配制槽進(jìn)行淋洗劑的配置。
4初步物料衡算
4.1生產(chǎn)方式的選擇
工業(yè)上生產(chǎn)的操作一班可分為全間歇，半間歇，連續(xù)，半連續(xù)四種。在全間歇操作中，整批物料投在一個(gè)設(shè)備單元中處理一定時(shí)間，然后整批輸送到下一個(gè)工序。半間歇操作過程是間歇操作過程的連續(xù)操作過程。全間歇與半間歇（統(tǒng)稱間歇式操作）的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，改變生產(chǎn)品種容易；其缺點(diǎn)是原料消耗定額高，能量消耗大，勞動(dòng)生產(chǎn)率低產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。連續(xù)式操作，原料及能量消耗低，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，因此比較經(jīng)濟(jì)；但總投資較大，占地面積較大，一般單線生產(chǎn)能力為3～5萬噸/年。半連續(xù)操作與連續(xù)操作相比設(shè)備費(fèi)用較少，操作較簡單，改變生產(chǎn)品種較容易，但產(chǎn)品質(zhì)量不如連續(xù)操作穩(wěn)定，與間歇操作相比，生產(chǎn)規(guī)模更大，勞動(dòng)生產(chǎn)率也更高，連續(xù)流程和操作比較簡單，用于較大規(guī)模的品種生產(chǎn)。
在本設(shè)計(jì)中年產(chǎn)鈾量為100tU/a，取工作日為300天采用連續(xù)性操作。
4.2生產(chǎn)能力計(jì)算
① 年理浸出液量:100÷92%÷（200×106）=5.43×105m3。
② 小時(shí)浸出液處理量為：5.43×105m3/300×24=75.42m3/h。
5主要工藝過程計(jì)算
5.1吸附過程的工藝計(jì)算
吸附過程就是從浸出貧液中提取鈾，通過吸附塔中離子交換樹脂上進(jìn)行富集。本設(shè)計(jì)采用的是密實(shí)移動(dòng)床離交換裝置，液從而上。塔身為圓筒體;下部有進(jìn)液裝置;上部有能攔截樹脂的排液篩網(wǎng)系統(tǒng)；塔頂有樹脂貯存斗，其下端中心處有一立管插入塔頂部。樹脂裝于貯存斗中并充滿整個(gè)塔體。吸附時(shí)溶液自塔底通入，其速度很大，將整個(gè)樹脂床層稍稍托起，在溶液入口處的上方形成水墊層，使樹脂層形成向上的壓實(shí)狀態(tài)，而且它十分有利于吸附液在塔載面上的均勻分布。吸附運(yùn)行一定時(shí)間后，應(yīng)停止進(jìn)液，塔內(nèi)樹脂床層整體式下落 ,開啟塔底的樹脂排放閥，適量負(fù)載樹脂排入計(jì)量罐，相應(yīng)地塔頂貯存斗中的貧樹脂自立管進(jìn)入吸附塔上層，即可繼續(xù)吸附。計(jì)量罐中的負(fù)載樹脂用水力輸送進(jìn)入專門的解吸系統(tǒng)處理。貧樹脂再返回吸附塔頂?shù)馁A存斗中備用。
密實(shí)移動(dòng)床單塔即可完成吸附，塔本身結(jié)構(gòu)也較簡單;操作比較方便;進(jìn)液的空塔線速度大，達(dá) 40～50 m/h，即生產(chǎn)能力大，且有利于液膜擴(kuò)散控制的吸附過程的傳質(zhì);占地面積小;易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作等。其主要缺點(diǎn)是:樹脂磨損量較大;樹脂床層阻力大 ,宜采用顆粒度均勻且強(qiáng)度大的樹脂;供液的壓力也較大，為 0.5MPa 左右。
5.1.1 物料衡算
由已知的設(shè)計(jì)參數(shù)和計(jì)算的結(jié)果可知：平均每小時(shí)處理浸出液的體積為75.42 m3/h，原液中的鈾濃度為200 mg.L-1、尾液中的鈾濃度為0.5mg.L-1,則有：
1)樹脂實(shí)際吸附的鈾量為：75.42×（200-2）=14.94 kg/h；即358.56kg/d
樹脂的飽和容量30mgU/mlR、貧樹脂殘余鈾含量為0.5mgU/mlR,則有：
2)產(chǎn)生的飽和樹脂的量為:14.94÷(30-0.5) =0.51 m3.R/h。
5.1.2 吸附塔直徑、塔高、塔數(shù)和塔壁的確定
吸附塔示意如圖5.1。
圖5.1 密實(shí)移動(dòng)床吸附塔結(jié)構(gòu)示意圖
1——樹脂儲(chǔ)槽；2——管立；3——塔頂；4——排液裝置；5——布料器；
6——工作床層；7——塔身；8——布液器；9——塔底
①吸附段(傳質(zhì)段)直徑
吸附段直徑根據(jù)所需處理原液流量及選定的空塔線速度按已知的關(guān)系式計(jì)算，關(guān)系式為：
Dk=K×Qπ4×V×24 ………………①
式中：
Q=吸附塔日處理溶液量
K=溶液波動(dòng)系數(shù)（一般取1.15）
V=吸附空塔線速度（密實(shí)移動(dòng)床取40～50 m/ h）
樹脂層有效截面S，則q=S×V。
一般說來，首先應(yīng)具備由試驗(yàn)資料提供的空塔線速度的選取范圍;然后再根據(jù)均勻布液、壓實(shí)床層的需要以及供液設(shè)施的位差(或揚(yáng)程)等因素來選定空塔線速度的具體數(shù)值。
若采用倒錐式布液器布液，已有資料提供:當(dāng)進(jìn)水空塔線速度達(dá)32 m/h時(shí)，形成界面清晰的水墊層?！敖缑媲逦乃畨|層”意味著水墊層中已基本無樹脂顆粒懸浮 ,整個(gè)樹脂床層已被向上壓實(shí)，在這種狀況下運(yùn)行，無疑可以避免樹脂床層的軸向混合。所以，當(dāng)采用倒錐式布液器時(shí)，空塔線速度以不低于32 m/h為宜。
另外，樹脂床層的阻力隨著空塔線速度的提高而增大。
根據(jù)其他有關(guān)資料可知，在所測定范圍內(nèi)樹脂床層阻力與空塔線速度基本呈正比關(guān)系,所以為了提高空塔線速度,必須相應(yīng)提高進(jìn)液壓力。因此，在選定空塔線速度時(shí)，還必須考慮到供液設(shè)施能否滿足進(jìn)液壓力的要求。若采用泵供液，由于揚(yáng)程選擇余地較大，一般不成問題；而當(dāng)采用高位槽供液時(shí)，就要看工程建設(shè)現(xiàn)場地形能否提供所需要的高差了。
總括而論，當(dāng)條件具備時(shí)，吸附塔的空塔線速度偏高一些選取(如40～50 m/ h)比較有利，既能提高生產(chǎn)能力又可以達(dá)到高的傳質(zhì)效率。本設(shè)計(jì)選定為50m/h。
每小時(shí)處理浸出液的體積為q：75.42m3/h。根據(jù)公式①密實(shí)移動(dòng)床吸附塔塔經(jīng)的計(jì)算過程如下：
Dk=1.15×75.42×24π4×50×24 =1.49m
取值為Dk=1.50m
再進(jìn)行反計(jì)算： S=πD2 4= 1.77m2
由q=S×V，所以V=q/S=75.42/1.77=42.61m/h，在40～50m/h之間，符合要求。
②塔高
塔高由吸附段(樹脂工作床層)、布液段(含錐底)和排液段(含塔頂)等幾部分的高度組成。
（1） 吸附段高度的計(jì)算。
吸附段高度可用下式表示:
Hc =Hf＋HB ………（1）
式中: Hc——傳質(zhì)段即吸附段高度（m）Hf——反應(yīng)段高度（m）；
HB——保護(hù)層高度（m）
a) 反應(yīng)段高度(Hf)
鑒于目前尚不具備采用按比例放大方法計(jì)算的條件，例如采用傳質(zhì)單元法或理論級(jí)法等計(jì)算傳質(zhì)高度的條件尚不成熟，因此在目前設(shè)計(jì)中宜采用以設(shè)備擴(kuò)大試驗(yàn)或半工業(yè)試驗(yàn)資料提供的傳質(zhì)高度為基礎(chǔ)，再參照類似生產(chǎn)企業(yè)同類設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以調(diào)整的方法(已知國內(nèi)外用于處理地浸液的密實(shí)移動(dòng)床吸附塔其傳質(zhì)段高度一般在6～7 m)。其中應(yīng)考慮布液的非均勻性、縱向混合等因素對(duì)傳質(zhì)效率帶來的不利影響。這種影響最好通過放大設(shè)備的水力學(xué)模擬試驗(yàn)來解決。
因此本設(shè)計(jì)選取反應(yīng)段高度為7m。
b) 保護(hù)層高度(HB)
關(guān)于保護(hù)層高度，建議采用以下簡化的計(jì)算方法，即近似按每個(gè)吸附周期排放樹脂的床層高度來確定。每個(gè)吸附周期排放樹脂的床層高度可按下式計(jì)算:
Hp =Vc/0.785Dk2 ………(2)
式中：Hp——每個(gè)吸附周期排放的樹脂床層高度 （m）；
Vc——每臺(tái)吸附塔每個(gè)吸附周期達(dá)到飽和的樹脂體積 （m3）；
Dk——設(shè)備吸附段直徑 （m）。
Vc可按下式計(jì)算：
Vc= nKV (t+t0)/24 ………（3）
式中: V——每天達(dá)到飽和的樹脂體積(由物料衡算部分得出)；
t——每個(gè)吸附周期的吸附時(shí)間（h）；
t0——每個(gè)吸附周期的停止進(jìn)液時(shí)間（h）；
n——并聯(lián)工作的吸附塔數(shù)量；
K——物料不均衡系數(shù)（取 1.10～1.15）。
由計(jì)算可知產(chǎn)生的飽和樹脂的量為: 14.94÷(30-0.5) =0.51 m3.R/h。
可得：V=0.51×24=12.24，
在本設(shè)計(jì)中取密實(shí)移動(dòng)床的生產(chǎn)周期為2小時(shí)，
由（3）有：Vc= nKV (t+t0)/24 =1.15×12.24×2/24=1.173，
由（2）有：Hp =Vc/0.785Dk2=1.173/0.785×1.5×1.5=0.66m。
當(dāng)計(jì)算出的Hp小于0.5m時(shí)，HB取0.5m；當(dāng)計(jì)算出的Hp大于0.5而小于0.75 m時(shí)，HB取0.75 m；當(dāng)計(jì)算出的Hp大于0.75m而小于1.0 m時(shí)，HB取 1.0 m；當(dāng)計(jì)算出的Hp大于1.0m時(shí)，一般應(yīng)縮短吸附周期的吸附時(shí)間 ,使Hp小于1.0 m。
由上有HB取值為0.75m。
由（1）有：
Hc =Hf＋HB =7+0.75=7.75m,最終取吸附塔高為8.0m。
⑵塔底布液器的設(shè)計(jì)
布液器鈾很多種結(jié)構(gòu)，分為環(huán)管式、倒錐式、排管式、輻射式以及組合式等等。目前我國主要應(yīng)用于生產(chǎn)的是倒錐式和排管式兩種。
根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于粒度在6～12mm的樹脂，宜采用底面直徑為2/3塔徑、底角為30°的布液器。則可知布液器的高度為：
Hw=Dk/3×=0.29m，
在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)考慮余量等情況，所以布液器的高度在設(shè)計(jì)中取0.5m。
塔底部設(shè)計(jì)成傾角為30°的錐形結(jié)構(gòu)，底部樹脂排口得直徑應(yīng)比頂部立管（見立管的設(shè)計(jì)）略大。所以取值為0.2m。則錐底的高度為：
HD= （1.5-0.2)/2=0.37m，取0.4m。
③頂部樹脂貯槽及與其相連的立管計(jì)算
(1)樹脂貯槽
樹脂貯槽的有效容積應(yīng)按不小于每次補(bǔ)入塔內(nèi)樹脂體積的2倍計(jì)算;貯槽的高徑比一般可取1 ：1或 3 ：2，本設(shè)計(jì)取1:1。
在本設(shè)計(jì)中的密實(shí)移動(dòng)床生產(chǎn)周期為2小時(shí)，可知每個(gè)周期需補(bǔ)加的樹脂量為：
V=0.51×2=1.02
則貯槽的有效容積為：
V1=2×v=2.04
考慮樹脂能順利進(jìn)入吸附塔內(nèi)，同時(shí)貯槽為錐形，高徑比為1:1，可以計(jì)算出貯槽的半徑為0.786m，取值為0.80m
（2）立管的設(shè)計(jì)
立管的規(guī)格設(shè)計(jì)要考慮一下問題：
①樹脂壓實(shí)層的阻力應(yīng)該大于排液裝置以及其周圍樹脂層的阻力；
②在設(shè)計(jì)的時(shí)間內(nèi)需要補(bǔ)加的樹脂要下落完畢。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)立管內(nèi)樹脂的下落速度為0.05～0.07m/s，下落時(shí)間為20～30min；立管的高度為0.5～1.0m。（吸附塔直徑大、液流速度高者取大值，反之取小值）根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算：吸附塔直徑為1.5 m，原液流量為75.42 m3/h。所以選取立管的高度為0.5m、下落速度為0.05 m/s、下落時(shí)間為20 min。
則有h=V/πr2
式中h——立管的高度 m；
r ——立管的半徑 m；
V——每個(gè)周期需補(bǔ)加樹脂的體積。
可得立管的直徑為=0.8m。
5.2淋洗工序計(jì)算
由已知計(jì)算可知，吸附過程中產(chǎn)生的飽和樹脂的量為510 L.R/h。又由樹脂飽和容量為30 mgU/ml.R，貧樹脂殘余鈾量為0.5 mgU/ml.R可知：淋洗劑中鈾量為：
510×（30-0.5）=15.045 kg/h
設(shè)計(jì)淋洗劑的用量為產(chǎn)生飽和樹脂體積的2.5倍。可知淋洗劑的流量為;
2.5×510=1.275m3/h，取1.5m3/h
所以合格液中鈾的濃度為:15.045÷1.5=10.03 g/L。
淋洗效率為：（10.03-0.2）÷10.03=98%
5.2.1淋洗塔直徑
一般淋洗劑的流速要控制在一定范圍內(nèi)，不應(yīng)很大以保持樹脂床層的密實(shí)狀態(tài)，一般要將空塔線速度控制在臨界流化速度以下。常用樹脂的臨界流化速度為為3—4m/h。因此一般工藝中設(shè)定淋洗塔的空塔線速度要低于3m/h。由此，本設(shè)計(jì)選取空塔線速度為3m/h，脫水樹脂床層高1m。采用三塔串聯(lián)聯(lián)進(jìn)行淋洗
，由已知計(jì)算知，淋洗劑的流量為1.5m3/h，
則塔的截面積S=1.5m3/h÷3m/h=0.5m2
由 S=3.14D2/4可得直徑D=0.8 m
5.2.2塔高
已知淋洗空塔線速度為3m/h，樹脂孔隙率為40%，貫穿時(shí)間為,3小時(shí)，采用三塔串聯(lián)淋洗，所以可知4小時(shí)內(nèi)淋洗劑流過的總長度為：
3÷40%×3=22.5m。
所以單塔高度為22.5÷3=7.5 m，加上上下封頭高度，最后取淋洗塔高度為9 m。
5.2.3錐形底部計(jì)算
錐形底部的計(jì)算可參見吸附塔底部布液器的計(jì)算過程，取其傾角為30°，樹脂排料口直徑為0.3m，則有：
錐底高度為：（Dk-0.3）/2=0.25m，取0.3m。
5.2.4塔設(shè)備的參數(shù)
塔用途
吸附塔
淋洗塔
空塔線速度（m/h）
50
3
塔高（mm）
8000
9000
塔徑（mm）
1500
800
樹脂儲(chǔ)槽高（mm）
800
立管高（mm）
500
立管管徑（mm）
800
5.3沉淀工段的計(jì)算
沉淀過程用于從合格淋洗液中沉淀鈾，并獲取最大顆粒。經(jīng)淋洗后的合格液由泵打入沉降槽。本設(shè)計(jì)采用的沉淀劑為片堿(固態(tài)NaOH)，通過調(diào)節(jié)沉淀過程中溶液的pH，從而確定沉淀的終點(diǎn)（pH=7～7.5）。母液中的鈾濃度小于5mg/L，母液一部分返回配置淋洗劑，一部分排到廢水處理車間。沉淀的主要反應(yīng)式為：
2UO2SO4 + 6NaOH → Na2U2O7↓+2Na2SO4+3H2O
5.3.1 沉淀過程的計(jì)算
沉淀工序流程圖見圖5.1
溢流清液
片堿
合格液
沉淀槽
濃漿
濃漿
濃漿
濃漿
濃漿
濃漿
濃漿
濃漿
圖5.1 沉淀過程流程圖
已知條件為： 1)沉淀劑：片堿(固態(tài)NaOH)；
2)合格液鈾濃度：10.03g/L；
3)沉淀槽濃漿固液比為：R=50%，密度：1050kg/m3；
4)沉淀母液鈾濃度：5 mg/L；
5)產(chǎn)品干基鈾含量：61.5%；黃餅比重：2.5×103 kg/m3；
6)產(chǎn)品含水：30%。
可知沉淀效率為：（10030-5）÷1030=99.95%；
則由年產(chǎn)100tU可知，年產(chǎn)鈾濃縮物Na2U2O7為：
100÷61.5%=162.6，取值為163t；
則可得日產(chǎn)量為:163÷300=544 kg/d；
小時(shí)產(chǎn)量為：544÷24=23kg/h；
體積為23÷（1-30%）÷2.5×103=0.013m3；
所以: 濃漿的量為：23÷50%=46 kg/h；
濃漿的體積V漿=46÷1050=43.8 L/h。
6工藝過程物料和鈾平衡計(jì)算
6.1工藝過程所需物料計(jì)算
按一天為基準(zhǔn)
（1） 吸附原液
入料=出料=75.42 m3/ h=1810.08m3/ d
（2） 淋洗工序
a) 淋洗劑用量：已知淋洗劑為：5g/L H2SO4+ 1mol/L NaCl,用量為36m3/d；
b) 淋洗劑的用量=合格液產(chǎn)生的量；
c) H2SO4的用量：5×36=180 kg，H2SO4的比重為：1.84×103kg/m3，所以需H2SO4的體積：180÷1.84×103=0.098m3；取0.1m3
d) NaCl的用量：36×58.5=2106kg /d。
（3） 沉淀工序
a) 沉淀劑的用量M
根據(jù)鈾沉淀過程的主要化學(xué)反應(yīng)：
鈾的沉淀：2UO2SO4+6NaOH→Na2U2O7↓+2Na2SO4+3H2O
酸堿中和：H2SO4+2NaOH→Na2SO4+2H2O
有計(jì)算可知沉淀效率為99.67%，所以一天內(nèi)沉淀下來的U為：
36×10.03×99.95%=360.90kg
由化學(xué)反應(yīng)方程式可知：
2UO2SO 4 ～ 6NaOH ～ NaU2O7↓
2 6
360.90/238 x/40
解得NaOH質(zhì)量x=181.97 kg
H2SO2～2NaOH
1 2
612/98 y/40
解得NaOH質(zhì)量y=499.6 kg
故，一天內(nèi)NaOH的用量為181.97+499.6=681.57 kg，即1.9t（NaOH）/ tU。
7鈾平衡計(jì)算
①鈾產(chǎn)量
年產(chǎn)鈾量為：100t/a
日產(chǎn)鈾量為：0.33t/a
②吸附尾液鈾含量
吸附尾液的鈾濃度為0.2 mg/L，
年損失鈾量為:75.42×24×300×2×10-7=0.11t/a；
③沉淀母液的鈾濃度為5mg/L，年損失鈾量為：
36×300×5×10-6=0.054t/a；
④鈾平衡表見附表7.1
表7.1 鈾平衡表
進(jìn)料
出料
序號(hào)
名稱
吸附原液
鈾量
序號(hào)
名稱
產(chǎn)量
鈾量
m3/a
U濃度mg/L
t/a
m3/a
U濃度mg/L
t/a
1
543000
200
108.6
1
吸附尾液
543000
0.2
0.11
2
沉淀母液
10800
5
0.054
3
產(chǎn)品
163干基
61.5%干基
100
4
其它
8.436
總計(jì)
543000
200
108.6
108.6
8工藝設(shè)備選型與計(jì)算
8.1管道
8.1.1PVC-U管道
PVC-U又稱硬PVC，它是氯乙烯單體經(jīng)聚合反應(yīng)而制成的無定形熱塑性樹脂加一定的添加劑（如穩(wěn)定劑、潤滑劑、填充劑等）組成。除了用添加劑外，還采用了與其它樹脂進(jìn)行共混改性的辦法，使其具有明顯的實(shí)用價(jià)值。這些樹脂有CPVC、PE、ABS、EVA、MBS等。UPVC的熔體粘度高，流動(dòng)性差，即使提高注射壓力和熔體溫度，流動(dòng)性的變化也不大。另外，樹脂的成型溫度與熱分解溫度很接近，能夠進(jìn)行成型的溫度范圍很窄，是一種難于成型的材料。
PVC-U管道具有如下性能：
1、質(zhì)輕，搬運(yùn)裝卸便利：
PVC管材材質(zhì)很輕，搬運(yùn)，施工便利，可節(jié)省人工。
2、耐化學(xué)藥品性優(yōu)良
PVC管具有優(yōu)異的耐酸、耐堿、耐腐蝕性，對(duì)于化學(xué)工業(yè)之用甚為合適。
3、流體阻力小
PVC管的壁面光滑，對(duì)流體的阻力小，其粗糙系數(shù)僅為0.009，較其他管材為低，在相同的流量下，管徑可予縮小。
4、機(jī)械強(qiáng)度大
PVC管的耐水壓強(qiáng)度，耐外壓強(qiáng)度，耐沖擊強(qiáng)度等均甚良好，適用于各種條件之配管工程。
5、電氣絕緣性佳
PVC管富有優(yōu)越的的電器絕緣性，適用于電線、電纜的導(dǎo)管，與建筑上的電線配管。
6、不影響水質(zhì)
PVC管由溶解試驗(yàn)證實(shí)不影響水質(zhì)，為目前自來水配管的最佳管材
7、施工簡易
PVC-U管道規(guī)格見表8.1。
表8.1 PVC-U管道規(guī)格
外徑/mm
輕型管
重型管
壁厚/mm
近似質(zhì)量
（kg／m）
壁厚/mm
近似質(zhì)量
（kg／m）
10
－
－
1.5
0.06
12
－
－
1.5
0.07
16
－
－
2.0
0.13
20
－
－
2.0
0.17
25
1.5
0.17
2.5
0.27
32
1.5
0.22
2.5
0.35
40
2.0
0.36
3.0
0.52
56
2.0
0.45
3.5
0.77
63
2.5
0.71
4.0
1.11
75
2.5
0.85
4.0
1.34
90
3.0
1.23
4.5
1.81
110
3.5
1.75
5.5
2.71
125
4.0
2.29
6.0
3.35
140
4.5
2.88
7.0
4.38
160
5.0
3.65
8.0
5.72
180
5.5
4.52
9.0
7.26
200
6.0
5.48
10.0
8.95
225
7.0
7.2
－
－
250
7.5
8.56
－
－
280
8.5
10.88
－
－
315
9.5
13.68
－
－
355
10.5
17.05
－
－
400
12.0
21.94
－
－
備注：在常溫下使用壓力：輕型管為0.6MPa，重型管為1.0MPa。
8.1.2 304不銹鋼無縫管
304不銹鋼是一種通用性的不銹鋼，它廣泛地用于制作要求良好綜合性能（耐腐蝕和成型性）的設(shè)備和機(jī)件，防銹性能比200系列的不銹鋼材料要強(qiáng)，具有優(yōu)良的不銹耐腐蝕、抗震動(dòng)性能和較好的抗晶間腐蝕性能。對(duì)堿溶液及大部分有機(jī)酸和無機(jī)酸亦具有良好的耐腐蝕能力。304含鉻19%，含鎳9%。 304是得到最廣泛應(yīng)用的不銹鋼、耐熱鋼。用于食品生產(chǎn)設(shè)備、昔通化工設(shè)備、核能等。部分304不銹鋼無縫管的規(guī)格如表8.2。
表8.2 304不銹鋼無縫管的規(guī)格
規(guī)格mm
規(guī)格mm
規(guī)格mm
規(guī)格mm
48×10
49×10
50×2
54×10
60×3
68×3
70×4
70×8
83×11
89×7
95×12
95×20
102×5
102×10
114×4
114×10
121×5
121×10
127×6
133×15
152×5
152×20
168×8
168×10
8.2多袋式過濾器
袋式過濾機(jī)是一種壓力式過濾裝置，主要有過濾筒體、過濾筒蓋和快開機(jī)構(gòu)、不銹鋼濾袋加強(qiáng)網(wǎng)等主要部件組成，濾液由過濾機(jī)外殼的旁側(cè)入口管流入濾袋，濾袋本身是裝置在加強(qiáng)網(wǎng)籃內(nèi)，液體滲透過所需要細(xì)度等級(jí)的濾袋即能獲得合格的濾液，雜質(zhì)顆粒被濾袋攔截。該機(jī)更換濾袋十分方便，過濾基本無物料消耗。?
袋式過濾機(jī)主要有優(yōu)點(diǎn)如下：
1、 濾袋側(cè)漏機(jī)率小，有效地保證了過濾質(zhì)量；
2、 可承載更大的工作壓力，運(yùn)行費(fèi)用低；
3、 濾袋過濾精度高；
4、 處理量大、體積小，容污量大；
5、 更換濾袋時(shí)方便快捷，而且過濾機(jī)免清洗，省工省時(shí);
6、 濾袋清洗后可反復(fù)使用、節(jié)約成本；
7、 袋式過濾應(yīng)用范圍廣，使用靈活，安裝方式多樣。
多袋式過濾器技術(shù)參數(shù)見表8.3
表8.3 多袋式過濾器技術(shù)參數(shù)
型號(hào)
濾袋編號(hào)
濾袋數(shù)量
過濾面積(m2)
最大流量（m3/h）
工作壓力（MPa）
標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)出口
ZF-1P1S
1
1
0.25
20
0.5
Φ50
ZF-1P1S
2
1
0.50
40
0.5
Φ50
ZF-2P2S
2
2
1.0
70
0.5
Φ50
ZF-3P2S
2
3
1.5
100
0.5
Φ50
ZF-4P2S
2
4
2.0
140
0.5
Φ100
ZF-5P2S
2
5
2.5
175
0.5
Φ150
ZF-6P2S
2
6
3.0
210
0.5
Φ200
ZF-7P2S
2
7
3.5
240
0.5
Φ200
ZF-8P2S
2
8
4.0
280
0.5
Φ250
ZF-10P2S
2
10
5.0
350
0.5
Φ250
ZF-12P2S
2
12
6.0
420
0.5
Φ300
ZF-14P2S
2
14
7.0
490
0.5
Φ300
ZF-16P2S
2
16
8.0
560
0.5
Φ300
ZF-18P2S
2
18
9.0
630
0.5
Φ350
ZF-20P2S
2
20
10.0
700
0.5
Φ350
8.3管路計(jì)算及設(shè)備選型
8.3.1集液池到過濾器管路計(jì)算
1）根據(jù)5.2生產(chǎn)能力計(jì)算可知，小時(shí)處理浸出液的量為：Q1=75.42 m3/h。
2）一般管內(nèi)液體流速不超過1.5m/s，設(shè)集液池到過濾器管路中液體流速為v=1.5m/s，管路內(nèi)徑為D1，
則由Q1=πdD12v/4可得D1=133.39mm，選擇外徑為152mm，壁厚為5 mm的不銹鋼無縫管，則內(nèi)徑d1=142mm。
3） 流速驗(yàn)算：V1=4Q1/(πd12)=1.32 m/s，小于1.5m/s，符合要求。