【正文】 天然鈾的需求量將保持一個(gè)較大的增長(zhǎng)速度，并且，按照通常情況，天然鈾的生產(chǎn)還應(yīng)當(dāng)比使用需求提前兩年左右。由于有時(shí)處理較高品位的礦石，加之采用串聯(lián)堆浸的方式，能夠獲得較高鈾濃度的浸出液，這種浸出液直接用沉淀法來(lái)回收鈾是合理的。本設(shè)計(jì)是先用鐵礬法除鐵，即控制一定的條件并在 pH= ，此時(shí)鈾的載帶沉淀量很少，且鐵礬沉淀為結(jié)晶體，易于過(guò)濾洗滌，鈾的夾帶損失也小，從而使鐵和鈾有效分離。 鐵礬法除鐵原理 除鐵的目標(biāo)是將鐵從浸出液中沉淀出來(lái)，而鈾不沉淀，從而實(shí)現(xiàn)鈾與鐵的分離。 4SO3178。 反應(yīng)式可表示如下： 6Fe3++12H2O+2K++4SO4== K2[Fe6(SO4)4(OH)12]↓ +12H+ 由式可知鐵礬形成時(shí)有酸產(chǎn)生，為了保障反應(yīng)的不斷進(jìn)行，反應(yīng)過(guò)程中要將酸中和，只有三價(jià)鐵離子才能夠形成黃鐵礬，故浸出液中若有亞鐵離子必須先將其氧化，形成鐵礬必須有一 價(jià)屬金屬陽(yáng)離子或 NH? 存在 [8]。該法是對(duì)溶液中的鈾具有高選擇性，因此過(guò)氧化氫的耗量幾乎只與溶液中的總鈾量有關(guān)，而與溶液的鈾濃度無(wú)關(guān)。 Fe3+／ Fe2+ 的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為 V，因此H2O2(標(biāo)準(zhǔn)電極電位為 )和 KClO3 ( V)等均是 Fe2+的良好氧化劑 。 酸度對(duì)沉淀鐵的影響 溶液 pH值對(duì)鐵礬的穩(wěn)定性和沉淀率有重要影響。若結(jié)晶過(guò)快，顆粒太細(xì)，而溶液局部酸度過(guò)低，則導(dǎo)致無(wú)定形 Fe(OH) 3 生成。 鐵礬形成時(shí)的溫度 — pH圖： 反應(yīng)溫度的影響 鐵礬在室溫下形成的速度非常緩慢。 (2). 過(guò)氧化氫沉淀鈾的影響因素 pH值的影響 加過(guò)氧化氫沉淀鈾的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生酸，需加堿中和。鐵礬法除鐵過(guò)程中除去了部分 SO42對(duì)過(guò)氧化氫沉淀鈾是有利的。溶液中 p(SO42)超過(guò) 40g／ L時(shí)，必須有較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間( h)；低于 20g／ L時(shí)，反應(yīng) h沉淀母液 JD(U)就能達(dá)到 10mg／ L 以下。因此，鐵礬法除鐵后的溶液須預(yù)先冷卻。濾液和洗液合并用過(guò)氧化氫沉淀鈾，反應(yīng)過(guò)程中不斷加入氫氧化鈉或氨水，控制 pH在 ～ ，反應(yīng)時(shí)間約 1h，過(guò)氧化氫 (w(H2O2)為 %,下同 )用量為每 t鈾 ～ t。 3= [13] 基準(zhǔn)：每班處理的浸出液的體積： 計(jì)算中需用的物質(zhì)的摩爾質(zhì)量如表 1 表 1 各物質(zhì)的 摩爾質(zhì)量 物質(zhì) U H2O2 Fe NaFe3(SO4)2(OH)6 摩爾質(zhì)量 34 輸入： mu=10g/L179。103= ρ Fe3+= += 179。 103= mol 氧化劑的用量： 2Fe2++H2O2+2H+=Fe3++2H2O N 理 =1/2179。 %= 鐵礬法 除鐵的除鐵率為 96% m 鐵礬 =nFe179。 = 輸出液體中的鐵含量 mFe= 179。 = 沉淀工段的物料衡算 1. 對(duì)沉降槽進(jìn)行物料衡算（連續(xù)式操作） [14] 2. a) 對(duì)底流濃漿排量進(jìn)行計(jì)算 已知：濃漿密度 p 漿 =1020kg/m3； 含液體量為 50％（ wt） 由除雜段在一次操作中輸出的鈾質(zhì)量為 ，可求得： 濃漿中干料（即 UO4）為 : 179。 c) 雙氧水的用量 由化學(xué)方程式： UO2SO4+ H2O2+ 2H2O — UO4178。 2) 間歇釜式反應(yīng)器體積和數(shù)量的計(jì)算： 由物料衡算求出每小時(shí)需處理的物料體積后，即可進(jìn)行反應(yīng)釜體積和數(shù)量的計(jì)算，從提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率和降低設(shè)備投資來(lái)考慮，選用體積大而只數(shù)少的設(shè)備比選用體積小而之?dāng)?shù)多的設(shè)備有利。 表 3 幾種反應(yīng)釜 H/D值 種類 釜內(nèi)物料類型 H/D 一般反應(yīng)器 液 固相或液 液相型 1～ 氣液相型 1～ 2 攪拌缸 氣液體系 ～ 由工藝計(jì)算決定了反應(yīng)器的體積，即可求得其直徑與高： 圖 4：反應(yīng)器的主要尺寸： V= H1= V=π /4179。 ()2179。本設(shè)計(jì)選擇搪玻璃攪拌設(shè)備。綜合性能優(yōu)良，具有以下優(yōu)越的性能 [19]。 ④隔離性 玻璃層將介質(zhì)與容器鋼胎隔離、鐵離子不溶入介質(zhì)。 4 攪拌軸密封（機(jī)械密封） 放料閥 參考質(zhì)量 /Kg 單端機(jī)械密封（適用于 PN ≤ 搪玻璃上展式放料閥 DN為100 8100 表 5 管口尺寸 /mm 設(shè)備序號(hào) 公稱直徑 封 頭 L系列 帶視鏡人孔 m 燈孔 s 壓 力 表 口 p 溫度計(jì)套管口 t 備用口 加料口 a b c d 攪拌孔 e 罐蓋 h 11 2200 400179。 釜體的筒體和封頭既受內(nèi)壓作用，又受外壓的作用，查表：可取釜體的內(nèi)壓 P=,夾套的內(nèi)壓 Pˊ =. 1) 夾套的筒體和封頭壁厚的計(jì)算： ①夾套筒體壁厚： 筒體壁厚設(shè)計(jì)公式： Sc=PDj/{2[δ ]tφ P}+C2 對(duì)夾套式中： Dj=2400 P= [δ ]t=132Mpa φ為焊縫系數(shù)由于采用單面的對(duì)接焊縫，在焊接過(guò)程中沿焊縫根部全長(zhǎng)有點(diǎn)緊貼基本金屬墊板，不進(jìn)行無(wú)損探傷檢查得：φ = 表 12 焊接接頭系數(shù)φ 焊接接頭形式 檢驗(yàn)要求 焊縫系數(shù)φ 備注 雙面焊的對(duì)接焊縫 100%無(wú)損探傷 局部無(wú)損探傷 單面焊的對(duì)接焊縫 100無(wú)損探傷 在焊接過(guò)程中沿焊縫根部全長(zhǎng)有緊貼基本金屬 的墊板 壁厚的附加量 C由鋼板負(fù)偏差 C1腐蝕裕量 C2兩部分組成，即 C=C1+C2 初步?。?C1=KSB B=10～ 15 當(dāng)材料腐蝕速率 KS為 ～ 1mm/a時(shí)，單面腐蝕 C2=1～ 2mm,雙面腐蝕 C2=2～4mm.∴ C1= 夾套為單面腐蝕，則有： 夾套壁厚： Sc=PDj/{2[δ ]tφ P}+C2 =179。 2） =2,可以認(rèn)為此封頭為標(biāo)準(zhǔn)封頭 ∴ K= ∴ Sc=KPDj/{2[δ ]tφ }+C2 =(1179。 179。 － ]+2 = 根據(jù)鋼板規(guī)格取 Sc=8mm ②釜體封頭的厚度： 封頭的設(shè)計(jì)公式： Sc=KPDi/{2[δ ]tφ }+C2 =179。 179。 105179。 2=22400 由 ： L/D0=2648/2216= D0/Te= 查幾何算圓 A= 由 A查得 B得 B=116 所以 [P]=B/（ D0/Te） =106/=≥ Mpa 故 Tn=20mm符合要求 所以 D0=2200+40=2240mm 保溫材料的選?。? 保溫層是 為了防止生產(chǎn)過(guò)程中的設(shè)備和管道周圍環(huán)境散發(fā)或吸收熱量而進(jìn)行絕熱過(guò)程，主要用來(lái)減少設(shè)備，管道及其附近的熱量損失，以及保證操作人員的安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，本設(shè)計(jì)采用 150℃飽和蒸汽進(jìn)行加熱，查閱常用主要絕熱材料性能及規(guī)格，選取超細(xì)玻璃棉板毯，其規(guī)格如下； 表 13 超細(xì)玻璃棉板毯的技術(shù)參數(shù) 類別 適用溫度 容積密度 導(dǎo)熱率 w/（ m178?！? Tcp = （ Tf + Ts） /2=100℃ λ =+179。 15050） == 圓整后得： δ =22mm 表 14 攪拌反應(yīng)釜主要結(jié)構(gòu)尺寸表 型號(hào) 帶攪拌器的反應(yīng)釜 臺(tái)數(shù) 1 容積 10m3 筒體高度 2640mm 圖 6： 反應(yīng)熱衡算圖 夾套直徑 2400mm 夾套高度 2840mm 總傳熱面積 保溫材料 超細(xì)玻璃棉板毯 保溫層厚度 22mm 筒體鋼板厚度 20mm 五． 熱量衡算 熱量衡算通常是針對(duì)一個(gè)設(shè)備（包括它所處理物料）進(jìn)行的，熱量衡算的理論基礎(chǔ)是能量守衡： 輸入的熱量 +反應(yīng)過(guò)程的熱效應(yīng) ==輸出的熱量 +累積的熱量 Q1 + Q2 + Q3 == Q4 + Q5 + Q 6 式中 ： Q1— 初始物料的焓 ； Q2— 加熱劑傳給設(shè)備的熱量； Q3— 物理變化及化學(xué)變化的熱效應(yīng)； Q4— 反應(yīng)終了時(shí)物料的焓； Q5— 消耗于提高設(shè)備本身溫度的熱量 Q6— 從設(shè)備表面向環(huán)境散失的熱量； Q7— 物料蒸汽從設(shè)備中帶走的熱量； ① Q1(物料的焓 )及 Q4（反應(yīng)終了時(shí)物料的 焓）的計(jì)算： Q1及 Q4可由輸入、輸出反應(yīng)體系物料的數(shù)量及物料的焓值求取 ,物料的焓可由物料手冊(cè)查得 [24]，對(duì)于一種新產(chǎn)物在物性數(shù)據(jù)難以獲得的情況下在滿足工程要求情況下可利用下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： 對(duì)于固體或液體的比熱容 C==∑ CpaN/M Cpa— 元素的原子比熱容， kJ/Kg178。 2+179。 4） /（ 32+56+64） = kJ /Kg178。 4）179?！? Cp(MSO4)=179?！? M— Al3+ Mg2+ Ca2+ C平 =（ 179。 ） = kJ /Kg178。 179。） Tw— 設(shè)備外表面溫度；℃ T— 環(huán)境介質(zhì)的溫度；℃ t— 操作過(guò)程中的持續(xù)時(shí)間； h 當(dāng)環(huán)境介質(zhì)為自然對(duì)流空氣，設(shè)備外表面溫度為 50~350℃時(shí)，可按下述公式計(jì)算α的近似值： α = + 其 Tw取 50℃ α = + 179。 179。 Fe2O 3178。 12+ 179。 δ i— i 層壁面的電導(dǎo)率， W/（ m178。 K） /W。常見(jiàn)流體的污垢熱阻 Rs1 、 Rs2 可由表 19 查取。 103（㎡178。 K） /kW 水 1m/s t℃ 蒸餾水 水蒸汽 優(yōu)質(zhì)（不含油） 海水 劣質(zhì)（不含油） 硬水、井水 往復(fù)機(jī)排出 氣 體 空氣 ～ 液體 有機(jī)物 溶劑蒸汽 焦油 ㈡計(jì)算總熱阻 ??ni ii1?? 及各層固體 的熱阻。 K） ??ni ii1?? = 333 ??? ????? W/（ m178。 103 所以： K=（㎡178。 A179。 ，法蘭 Pg6178。 Pg40178。擺線針齒型星減速機(jī)和諧波減速機(jī)四種，分析它們的特點(diǎn)最后確定，本設(shè)計(jì)采用BLD15229Q減速機(jī)， ⑤連軸器 連軸器的作用是將兩個(gè)獨(dú)立設(shè)備的軸牢固地連在一起，以進(jìn)行傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和功率，本設(shè)計(jì)采用剛性連軸器和夾套連軸器。 沉降槽的工藝計(jì)算與設(shè)備選型 工藝計(jì)算 1) 沉降槽面積 A(m2)的計(jì)算 根據(jù)工業(yè)或半工業(yè)試驗(yàn)選定單位面積處理量 q ，參考文獻(xiàn)資料取 q為 綜合以上數(shù)據(jù)可知，輸出的熱量 Q3 即等于輸入 的熱量 Q1，即Q3= hkJ510? 。 壓縮區(qū)高度 H3可通過(guò)液固比、沉降時(shí)間等求得 設(shè)從底流口排出 1kg 干固體時(shí)，排出的濃縮漿料體積為 Vsp(m3/kg(固 ))， VSP=(1+R)/ρ SL 式中 R—— 料漿在壓縮區(qū)內(nèi)的液固比， kg(液 )/kg(固 ) ρ SL—— 料漿在壓縮區(qū)內(nèi)的密度， kg/m3 令 VSL為料漿在壓縮區(qū)下降的密度， 則 VSL= VSP /ASP 因此 H3=VSL179。）。底流的密度為：（含 UO450％，ρ 清夜 ≈1000kg/m3） 14＝清液???UO 則 ρ uo4≈1020kg/m3 V 固 ≈327L 由于所處理的 UO4 水懸浮液，其濾液無(wú)揮發(fā)性，也無(wú)毒性，故宜采用明流式手動(dòng)板框壓濾機(jī)（ BMS）。 t ＝ 5179。 8AwV2/KA2 ＝ 2179。 105 ＝ 65536s＝ 壓濾機(jī)的生產(chǎn)能力： 間歇式過(guò)濾機(jī)其生產(chǎn)能力以一個(gè)操作循環(huán)為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，其操作循環(huán)通常包括三個(gè)過(guò)程；過(guò)濾、洗滌、和卸裝、卸渣、清洗等輔助過(guò)程，所以沒(méi)個(gè)循環(huán)所需要的時(shí)間是這三個(gè)部分時(shí)間之和。 ＝ ≈ 28 BMS30— 635/25 型壓濾機(jī)，每臺(tái)有 38 個(gè)濾框，可見(jiàn)一臺(tái)即可。治理“三廢”的積極思路就是改造工藝，不產(chǎn)生無(wú)法治理或難以治理的，其次是“三廢”的資源化，回收利用或生產(chǎn)出新的產(chǎn)品 [26]。 2） 正常照明用 220/380伏交流電，事故照明用 220伏直流電。 八． 結(jié)論與討論 1) 鐵礬一過(guò)氧化氫兩步沉淀法生產(chǎn)黃餅對(duì)一般的鈾堆浸液是適宜的，其 p(U)4 g／ L， p(Fe)6 g／ L。 3) 在 pH ～ ，對(duì)鈾的選擇性高，可有效使鈾與鋁等雜質(zhì)分離，鈾的沉淀率達(dá) %以上。該方法總回收率 98，產(chǎn)品中 w(U)達(dá) 65%以上，其質(zhì)量也完全滿足收