【正文】 。加拿大是世界最大的鈾生產(chǎn)國，預(yù)計(jì)在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)仍將保持這種地位，因?yàn)槲挥谒_斯喀徹溫省的一個(gè)規(guī)模大、品位高、費(fèi)用低的天然鈾生產(chǎn)中心已經(jīng)開工建設(shè)；澳大利亞自從工 黨下臺(tái)以后，保守聯(lián)盟政府很快取消了 “ 三礦 ” 政策，并且通過采取擴(kuò)展蘭杰礦水冶廠、對奧林匹克壩鈾礦再投入 10億美元資金等手段，有望將其天然鈾年產(chǎn)量在目前約 5000噸的基礎(chǔ)上再進(jìn)一步作大的提高；此外，納米比亞的羅辛廠正致力于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，美國的 Kingsville Dome工程也已經(jīng)重新開工，哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦等國則正致力于大范圍的低品位礦床的原地浸鈾工程。 國外堆浸提鈾工藝現(xiàn)狀 世界上的各產(chǎn)鈾大國包括加拿大、美國、澳大利亞以及非洲、中亞和東歐的一些國家，無一不是立足于本國的鈾資源特點(diǎn)，來研究和開發(fā)適合本國國情的鈾堆浸提取工藝與裝備。目前在我國鈾水冶廠和鈾礦山廢水處理廠中應(yīng)用的離子交換設(shè)備主要有以下 5種：水力懸浮床、密實(shí)固定床、空氣攪拌床、塔式流化床和密實(shí)移動(dòng)床。 總體來講，我國可利用 的鈾礦資源相對貧乏，而縱觀我國已探明的鈾礦資源，適合于堆浸處理的硬巖鈾礦不僅種類多，而且儲(chǔ)量比例大。到目前為止，在我國從礦石提取鈾的全部企業(yè)中 (不含堿法水冶廠 )，離子交換法與萃取法大致上各占一半 (其中尚有部分企業(yè)是采用離子交換、萃取聯(lián)合法 )，并且隨著今后所處理礦石品位的日益下降，必然會(huì)使離子交換法所占比例日益上升；而從礦山廢水回收鈾的所有企業(yè)中，則全部采用離子交換法 (這是由于該類廢水中鈾濃度低的緣故 )。采用傳統(tǒng)的沉淀法從浸出液回收鈾不可避免地存在以下問題： 1)如果直接沉淀鈾，大量的雜質(zhì)也會(huì)同時(shí)沉淀； 2)當(dāng)用選擇性沉淀分離雜質(zhì)時(shí)，鈾會(huì)載帶沉淀，降低了鈾的回收率。在我國已探明的鈾資源中，含泥量 高、過濾或滲透性能差的難處理礦占有相當(dāng)?shù)谋壤鐝V東的希望礦床、江西的鄒家山礦床和山南礦床、東北的下馬塘礦床、廣西的雙滑江礦床和大新礦床、云南的臨滄礦床、新疆的巴什布拉克礦床等，有些因?yàn)樘幚沓杀靖?，企業(yè)長期虧損而不得不被迫關(guān)停注銷，有些資源則長期沒有得到開發(fā)利用 [5]。當(dāng)在 pH為 7左右沉淀鈾時(shí)，浸出液中的鋁也將會(huì)沉淀。 xH2O)沉淀出來。工業(yè)試驗(yàn)中，以粉狀輕質(zhì) 碳酸鈣為中和劑。如下表：攪拌時(shí)間對沉淀效果的影響 [12] 反應(yīng)溫度的影響 過氧化氫沉淀鈾反應(yīng)控制在 40℃ 以下進(jìn)行。 103 = mol ρ Fe2+=+= 179。 8h=由于 含液體量為 50％（ wt）， 所以 W 漿 =／ 50% = V 漿 = W 漿 ／ p 漿 =／ 1020kg/m3= m3/h= b) [U]的物料衡算 基準(zhǔn)： 1h 設(shè)合格液進(jìn)料量為 x m3/h， [U]在液體中的損失為 y， [U]得損失率： % 輸入：合格液 x178。 ()3 = 將 V圓整得： V=10 m3 φ =VR/V= = ∴符合裝備系數(shù)的要求 [18]。 夾套的計(jì)算： 1） 夾套直徑的確定： 表 10夾套直徑的確定 Dj/mm 500～ 600 700～ 800 20xx～ 3000 Dj/mm Di+50 Di+100 Di+200 從表中可得到： Dj=Di+200=2200+200=2400 夾套封頭也采用橢圓形并與夾套筒體相同的直徑。 2200/[2179。℃ δ =λ （ Ts－ Ta） /a1（ Tf－ Ts） =179。 2+（ 32+64）179。 103= kJ ② Q5（消耗于提高設(shè)備本身溫 度的熱量）計(jì)算： 在間歇過程中，通常 Q5的數(shù)值非常小在計(jì)算中可以忽略不計(jì) ③ Q6（從表面向環(huán)境散失的熱量）計(jì)算： Q6可按下述公式計(jì)算： Q6=∑ Aα（ TwT） t 式中 ： A— 設(shè)備的散熱面積； m2 α — 設(shè)備表面散熱對流傳熱系數(shù)； kJ/（ m2178。 4]= 所以 ： Q3=Q1+Q2=+= ∵ 此過程中物理變化所需要的能量可以忽略不計(jì) Qs=0 ∴ Q3= ⑥ Q2 的計(jì)算： 由能量守衡可知： Q1+Q2Q3Q4Q5Q6Q7=0 所以 : Q2=Q3+Q4+Q5+Q6+Q7Q1 =++0+ = 所以：加熱劑向系統(tǒng)輸入的熱量為： 表 16 反應(yīng)過程的熱量衡算表 名稱 熱量（ kJ） 輸 入 Q2(加熱劑傳給設(shè)備的熱量 ) 輸 出 Q3(物理變化及化學(xué)變化的熱效應(yīng) ) Q4Q1(反應(yīng)過程物料焓的變化量 ) Q5(消耗于提高設(shè)備本身溫度的熱量 ) 0 Q6(從設(shè)備表面向環(huán)境散失的熱量 ) Q7(物料蒸汽從設(shè)備帶走的熱量 ) 0 ⑦ 傳熱面積的核算 攪拌設(shè)備的傳熱與普通換熱器的換熱機(jī)理是相同的 ，攪拌器內(nèi)物料的熱量傳遞到夾套的熱載體上，必須通過被攪拌物料對傳熱面的對流傳熱、被攪拌物料側(cè)壁面 污垢熱阻、筒體的熱傳導(dǎo)、熱載體側(cè)污垢的熱阻等環(huán)節(jié)傳熱過程可用傳熱速方程表示如下： Q=KAΔ T 式中： Q— 攪拌釜內(nèi)物料傳遞的熱量， W； K— 總傳熱系數(shù)， W/（㎡178。 表 17 常見流體的污垢熱阻 流 體 污垢熱阻 /（㎡178。 ⑧ 水蒸汽的用量 Q2= 用 循環(huán) 水蒸汽加熱： 進(jìn)口溫度： 150℃ ； 出口溫度： 100℃ T平均 =（ 150+100） /2=125℃ 水蒸汽 在 125℃ 下物性數(shù)據(jù)： 比熱容： CP= KJ/(kg/℃ ) 則 水蒸汽 的用量： G= Q2 /CP（ t 出 － t 進(jìn) ） =105/d)1進(jìn)行計(jì)算： A= Gf/q=Gf—— 給入沉降槽的固體量 ,t/d 2) 沉降槽直徑 D(m)的計(jì)算 D=179。106 179。污染物排入環(huán)境可造成水體，環(huán)境和大氣的污染。 4) 沉淀鈾的效果及過氧化氫耗量與第一步除鐵結(jié)果關(guān)系密切：若 p(Fe)200 mg／ L，沉淀母液中． p(U)可達(dá) 10 mg／ L 以下，每 t鈾過氧化氫耗量約 t(約為理論用量的 )；若 p(Fe)400 mg／ L，每 t鈾加入過氧化氫 意的 沉淀鈾效果。 2) 鐵礬法有較高的除鐵效率 (94%)；礬渣易于過濾和洗滌，渣中 w(U)低，可作 為放射性廢渣處理后尾棄；碳酸鈣為中和劑，不僅成本低，還可同時(shí)除去部分SO42。 若洗滌后卸渣、清洗、重裝等輔助操作共需 1h 則 Tt ＝ T + Tw + Td ＝ + + 1h ＝ 24h 生產(chǎn)能力為： Q ＝ V/Tt ＝ 19m3/＝ 濾框數(shù)量 所用濾框尺寸與數(shù)量，必須正好容納一個(gè)操作循環(huán)所形成餅。 板框式壓濾機(jī) 本次設(shè)計(jì)是利用板框式壓濾機(jī)來進(jìn)行過濾，設(shè)定過濾壓強(qiáng)為 105Pa，由《分離工程》（袁惠新主編，中國石化出版社出版）查得過濾常數(shù)為 5179。 ⑦ 支座的選?。? 由表 6技術(shù)特性可知：反應(yīng)器的支座選擇懸掛式 A10179。 103/1179。本設(shè)計(jì)才用間歇式操作方式，加熱劑為水蒸氣，所以： Rs2=（㎡178。 6H2O ↓ + 12H+ 所以 Q2=n[∑ Vi Hf生成物 ∑ Vi Hf反應(yīng)物 ] =[+ 179。△ t179。 [179。℃ a1— 總的傳熱系數(shù) Tf— 釜外壁表面溫度 ℃ Ts— 夾套外表面溫度 ℃ 對保溫層外 表面一般取 50℃ Ta— 環(huán)境溫度 ℃ 加熱劑選用 150 ℃ 水蒸 汽 所以 T1=150 ℃ 已知 Ta=25℃， Ts=50℃ ， a1=150℃， a1=8+=8+179。 2200/[2179。 搪玻璃閉式攪拌設(shè)備（ HG/T2372） [20] ①技術(shù)參數(shù) 適用于筒體內(nèi)公稱壓力≤ 、公稱容積 2500～ 20xx0L,夾套內(nèi)公稱壓力≤ ,筒體及夾套內(nèi)介質(zhì)溫度－ 20℃～ 200℃范圍內(nèi)。 D2（ HH1） + =179。 = NaOH 的用量 沉礬反應(yīng)方程式： 6Fe3+ + 12H2O+ 2K+ + 4SO42+→ 2[Fe6(SO4)4(OH)12]↓， +12H+ 隨著反映的進(jìn)行產(chǎn)生的 [H+]需用 CaCO3中和 n NaOH = 2179。 1000L= ρ Fe=179。但鐵離子濃度有重要影響，當(dāng) p(Fe)超過 400mg／ L時(shí)，過氧化氫用量會(huì)成倍增加，而小于 200mg／ L時(shí)，影響較小。 pH值低時(shí)，必須在較高溫度下鐵礬才能穩(wěn)定存在。鐵礬法除鐵就是使弱酸性硫酸鹽溶液中的 Fe3+離子在較高溫度、常壓和有堿金屬離子 或銨離子存在的條件下形成礬晶體沉淀。面對國際鈾交易市場日漸微妙的緊張局勢，靠購買來滿足需求顯然是不現(xiàn)實(shí)的，唯一的出路是通過技術(shù)與機(jī)制的創(chuàng)新，改變我國鈾水冶的落后面貌，提高我國鈾礦資源的利用水平，拓展我國鈾礦資源的范圍，降低提鈾成本，增加天然鈾產(chǎn)量。 對于難處理硬巖鈾礦的堆浸研究 由于以前長期采用常規(guī)攪拌浸出工藝進(jìn)行提鈾生產(chǎn)，在難處理硬巖鈾礦堆浸研究方面，我國的起步時(shí)間較晚，而在我國已探明的鈾資源中，難處理硬巖礦不僅種類多，而且儲(chǔ)量比例大。從硫酸浸出液中純化回收鈾的傳統(tǒng)工藝方法有直接沉淀(包括分步沉淀法 )、離子交換法、溶劑萃取法或由后兩者結(jié)合而成的淋萃流程。本文論述的新工藝是在上述試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，對原工藝中鈾的沉淀方法加以改進(jìn)后提出來的。 加拿大的 Ritecey J．等提出用過氧化氫在性條件下直從浸出液沉淀出過氧化鈾，該方法可以使鈾與大多數(shù)金屬離子良好分離，但仍須預(yù)先除鐵，而除鐵的方法仍是常規(guī)的化學(xué)沉淀法，因而仍然存在鈾損失率高和沉 淀物過濾洗滌困難等問題。但是由于前期我國對于鈾礦堆浸技術(shù)研究的認(rèn)識(shí)不足，研究水平不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要，使得大部分堆浸企業(yè)目前仍然只能進(jìn)行粗放的堆浸作業(yè)，大部分工藝都是盲目照搬，技術(shù)配套不合理，浸出工藝與回收工藝脫節(jié)，有的企業(yè)外排尾渣品位甚至不能達(dá)到國家的環(huán)保要求，不僅制約了金屬回收率，影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，浪費(fèi)了鈾礦資源，而且加大了退役治理工作的難度 [2]。目前，俄羅斯唯一的天然鈾生產(chǎn)企業(yè)是位于赤塔洲的紅石鈾礦，礦石開采的平均品位約為 %，年生產(chǎn)天然鈾能力為 2600噸，其中地浸產(chǎn)鈾約 2025噸，地表堆浸產(chǎn)鈾約 400噸，常規(guī)浸出產(chǎn)鈾約 100噸，在不易開采的礦體邊角采用原地 爆破浸出產(chǎn)鈾約 75噸。 在我國，除了已經(jīng)投產(chǎn)發(fā)電的秦山和大亞灣核電站以外，十 .五期間還將有約 660萬 kW的核電站陸續(xù)投入運(yùn)行，并且此后還將繼續(xù)建設(shè) 67個(gè)裝機(jī)容量 100萬kW左右的新核電站，所有這些，都將極大地削弱我國的核戰(zhàn)略儲(chǔ)備。 3Fe2O178。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)浸出液中總是含有 K+、 Na+離子的，而且由于過氧化氫沉淀鈾時(shí)所用中和劑是 NaOH 或 NH4OH，返回浸出的沉淀母液中也含有一定量的 Na+或 NH4+，因此，實(shí)際生 產(chǎn)中鐵礬沉淀時(shí)，可不再另外加入一價(jià)陽 離子。 H2O2 沉淀時(shí) pH值對沉淀效果的影響： SO42 一濃度對沉淀效果的影響 [11] SO42由于能與 UO22+形成配合離子而抑制鈾的沉淀， p(SO42)過高會(huì)使鈾的沉淀不完全。 104 m3 每班處理的浸出液的量： V0= V 浸出液 /300179。 96%179。 = 輔助進(jìn)料時(shí)間包括：進(jìn)料時(shí)間： 加熱時(shí)間： 1h 放料時(shí)間： 所以α =2β =6， VR=24V1／α = m3 2）反應(yīng)器體積的計(jì)算 VR = Vφ 3)間歇操作釜式反應(yīng)器直徑和高度的計(jì)算 : 一般攪拌反應(yīng)器的高度和直徑之比 H/D=，釜蓋與釜底采用橢圓形封頭，封頭體積 V=（ 25～ 50）的體積 [17]。 ③絕緣性 適用用于介質(zhì)在過程中易產(chǎn)生靜電的場合。 132179。 2= D0=2200+20179。（ ++179。 3+179。 [－ +2（－ ）－（－ ）－ 0－（－ ） ] =－ 對于鐵礬法除鐵有： 6Fe3+ + 12H2O + 2Na+ + 4SO42==Na2O178。對長期使用的攪拌設(shè)備，一般不可忽略污垢熱阻。 103 =179。 ④減速機(jī)的選取 目前我國公布的標(biāo)準(zhǔn)釜用式減速機(jī)有：三角皮帶減速機(jī)，兩極齒輪減速機(jī)。 ＝ 式中 D—— 沉降槽直徑， m ； α—— 沉降槽錐底傾角，（176。 179。 (2).加熱蒸汽 生 產(chǎn)需要決定蒸汽壓力和溫度，蒸汽壓力取低壓 (G),進(jìn)反應(yīng)釜溫度為293℉ ，出釜溫度為 100℃ ，流量為 75Kg/min。由于過程中未引入 Cl、 NO3，故沉淀母液大部分 (Φ︽ 60%)可返回浸出工序，外排廢水量顯著減小。 七．設(shè)備一覽表及公用工程 年產(chǎn) 100噸 鈾水冶車間 需要的設(shè)備及其規(guī)格如下表所示： 表 20 主要生產(chǎn)設(shè)備一覽表 序號(hào) 項(xiàng)目 規(guī)格 數(shù)量