【導(dǎo)讀】本設(shè)計(jì)是為年產(chǎn)500t黃餅Dapex萃取流程的工藝設(shè)計(jì)。溶劑萃取法從溶液中提取或分離金屬時(shí)的純化能力較大。因此，溶劑萃取法在鈾礦加工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用了Dapex萃取—氨沉淀來(lái)制備黃餅。萃取設(shè)備采用混合澄清。器，沉淀設(shè)備采用流化床沉淀。對(duì)主要傳質(zhì)單元進(jìn)行物料衡算，產(chǎn)品的回收率為%，回收黃餅中鈾的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w%為%，并對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行了計(jì)算選型。

　　

【正文】 水，同時(shí)由于礦物中雜質(zhì)元素的溶解和鈾礦加工過(guò)程中使用 的各種化學(xué)試劑，必然造成所使用水的水質(zhì)發(fā)生變化，成為不符合環(huán)境要求的廢水。除了在鈾礦加工工藝中，盡可能考慮水的返回使用以外，不可避免地有一部分無(wú)法利用的廢水需要排放 。 因此，鈾礦加工工業(yè)產(chǎn)生的廢水成為環(huán)境放射性污染的主要來(lái)源 [14]。 由于廢水的排放必然會(huì)污染環(huán)境，形成公害。從保護(hù)人類生存環(huán)境的需要，國(guó)家制定了一系列環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。因此，鈾礦加工工業(yè)需要排放的廢水必須通過(guò)處理，達(dá)到國(guó)家制定的關(guān)于排放廢水的標(biāo)準(zhǔn)，才能外排。 按照國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（ IAEA）建議的放射性廢水分類，鈾礦加工廠排放的廢水屬于低放射性 廢水。國(guó)家制定的這類廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表 31[15]。 表 31 工業(yè)廢水允許排放的有害物質(zhì)最高濃度 有害物質(zhì) U Th 226Ra Hg Cd Cr6+ As 允許排放的最高濃度 /() 有害物質(zhì) Pb Cu 有機(jī)物 Zn F pH 允許排放的最高濃度 /() 1 1 10 5 10 6～ 9 一般來(lái)說(shuō)，符合鈾礦加工工藝要求的尾棄水相中的鈾濃度是 5 mg/L，比表 31 規(guī)定的允許排放的鈾濃度高 100 倍，由此可見(jiàn)，鈾礦加工廠需要排放的廢水必須經(jīng)過(guò)處理才能外排。因此，為了保護(hù)環(huán)境，本設(shè)計(jì)擬建立尾礦庫(kù)，用于儲(chǔ)存鈾礦加工中產(chǎn)生的廢渣（尾礦和污泥）和廢水。采取兩步處理的方案： 第一步，采用石灰乳中和的方法對(duì)廢水進(jìn)行初步處理，除去廢水中的大部分有害物質(zhì)以后，排入尾礦庫(kù)儲(chǔ)存。 第二步，對(duì)尾礦庫(kù)儲(chǔ)存的廢水進(jìn)行處理，使廢水中的有害物質(zhì)濃度降低到允許排放的濃度以下，達(dá)到可以外排的水平。 鈾礦加工廠的廢水和廢礦漿在排入尾礦庫(kù)之前，都必須經(jīng)過(guò)石灰乳中和處理，其作用在于降低廢水的酸度，由于廢水的 pH 值增加，使大量 雜質(zhì)（鐵、鋁、鎂）水解成為東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 廢物處理 21 不溶性氫氧化物沉淀，而且石灰能與廢水中的氟形成難溶的氟化鈣沉淀，與溶液中的 SO4 2 形成硫酸鈣沉淀。在沉淀的過(guò)程中放射性核素或其它微量元素以共沉淀和絮凝載帶吸附形式被沉淀，從而降低廢水中的鈾、鐳、釷、氟和有機(jī)物的含量，使廢水得到初步凈化。 石灰乳中和凈化的效果主要取決于：中和的 pH 值，廢水中可以形成共沉淀和絮凝載帶吸附沉淀的物質(zhì)（鐵、鋁、鎂）含量，石灰乳加料方式等 [14]。 表 32 酸法鈾水冶廠廢水石灰乳中 和沉淀的凈化效果 中 和前 有害 物質(zhì) 含量 / (mgL ) 中和后有害物質(zhì)含量 / (mgL ) PH = ~ 鈾 = 10 ~ 15 ~ ~ 鐳 = Bq/L ~ Bq/L ~ Bq/L ~~~ 釷 = 2 ~ 5 ~ ＜ ＜ ＜ 氟 = 2021 ~ 3000 70 ~ 120 30 ~ 40 10 ~ 12 10 ~ 12 砷 = 100 ~ 200 鈣 = 300 ~ 400 600 ~ 700 800 ~ 850 磷 = 100 ~ 300 鐵 = 3000 ~ 5000 5 ~ 10 ＜ ＜ ＜ 錳 = 1000 ~ 3000 150 ~ 120 50 ~ 70 ~ ＜ 鉛 = 5 ~ 10 ＜ ＜ ＜ SO24 = 15000 ~ 30000 3600 ~ 3700 2100 2021 胺 = 15 ~ 30 3 ~ 5 1 ~ ＜ ＜ 煤油 = 500 ~ 1500 150 50 ~ 70 ＜ ＜ 石灰乳中和法不僅可以去除無(wú)機(jī)離子，而且可以去除有機(jī)物（包括：萃取劑）。由于鐵、鋁、鎂的氫氧化物的載帶作用，可以使廢水的總有機(jī)碳（ TOC），生化需氧量（ BOD）和化學(xué)需氧量（ COD）下降 80 %。 查表的，采用石灰乳中和廢液達(dá) pH= 6～ 8 時(shí)，廢液中一些主要有害物質(zhì)，例如：砷、鐳、鈾、氟、錳、胺、煤油等，不能達(dá)到排放要求；當(dāng)中和廢液的 pH = 10 ~ 11 時(shí)，除了鈣和 SO42 以外，大部分有害物質(zhì)都能達(dá)到排放要求，廢液中的氟也降低到 與氟化鈣沉淀平衡的濃度。為了降低廢液中的氟濃度，可以采用強(qiáng)化措施，即：石灰乳中和的pH 值控制在 12 ~ ，然后再用酸性廢液回調(diào)到 pH = 10，此時(shí)廢液中的氟濃度可以降低到 5 mg/L 左右 [14]。 總之，石灰乳中和法是一種原材料便宜，設(shè)備和操作簡(jiǎn)單，綜合凈化效果好的廢水處理方法，在鈾礦加工廠廣泛應(yīng)用。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 廢物處理 22 固體廢物 采礦過(guò)程產(chǎn)生的固體廢物 在鈾礦的開(kāi)采過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的廢礦石和表外礦石。 對(duì)于露天開(kāi)采的鈾礦，開(kāi)采時(shí)需要首先剝離圍巖，一般剝采比 4～ 6，最大可 能達(dá)到 10。也就是說(shuō)，露天開(kāi)采1t 鈾礦石約產(chǎn)生 4t～ 6t 廢石。 對(duì)于地下開(kāi)采的鈾礦，在開(kāi)拓和采準(zhǔn)的過(guò)程中，需要開(kāi)掘一系列的巷道，建立必要的工作環(huán)境，也必然產(chǎn)生大量的廢礦石和表外礦石。地下開(kāi)采 1 t 鈾礦石約產(chǎn)生 t ~ t 廢石，廢石和表外礦石的鈾含量為 (1 ~ 3) 10 g/g，鐳含量為 ( ~ 20) 10 g/g [14]。 在采礦過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢物數(shù)量大，因此一般都需要單獨(dú)設(shè)立廢石場(chǎng)。尤其是鈾品位低于工業(yè)品位的表外礦石，由于在礦石中存在少量的鈾和鐳，需要集中管理， 以免污染環(huán)境 [15]。 鈾礦加工過(guò)程產(chǎn)生的固體廢物 通過(guò)各種浸出方法從鈾礦石中提取鈾以后，礦石就成為尾礦。但是，在尾礦中仍然存在少量的鈾和鐳，一般來(lái)說(shuō)，尾礦中的鈾含量為 ( ~ 3) 10 g/g，鐳含量為 ( ~ 15) 10g/g，生產(chǎn) 1 t 鈾濃縮物約產(chǎn)生 1200 t ~ 2400 t 尾礦 [14]。因此，尾礦的處置是鈾礦加工廠的重要問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)，需要建立專門(mén)的尾礦庫(kù)存放尾礦。 除了尾礦以外，在鈾礦加工過(guò)程中存在相當(dāng)數(shù)量的需要處理的廢水，對(duì)廢水采用共沉淀法處 理后，必然產(chǎn)生大量沉淀物（污泥），這些具有放射性的污泥也必須妥善處置，除了在流程中返回使用的以外，也需要送到尾礦庫(kù)存放 [15]。 廢石場(chǎng) 廢石場(chǎng)是用來(lái)堆放采礦過(guò)程所產(chǎn)生廢石的專門(mén)場(chǎng)地，大多數(shù)選擇在礦山附近地區(qū)，多數(shù)場(chǎng)地是山谷型。為了防止洪水沖毀廢石堆，造成大面積污染，必須在廢石場(chǎng)的上坡邊緣修建完整而有效的排洪溝系統(tǒng)，使洪水不能進(jìn)入廢石堆 [13]。同時(shí)，在廢石場(chǎng)的下邊緣需要修建攔石墻（壩），保證廢石堆的邊坡穩(wěn)定，也避免廢石堆被洪水沖散。 對(duì)于具有一定放射性的廢石堆，包括表外 礦石，除了采用專門(mén)場(chǎng)地盡可能進(jìn)行堆浸處理以外，為了避免表外礦石以及所產(chǎn)生的氡氣污染環(huán)境，需要在廢石堆表面覆土，在覆土層上再進(jìn)行人工植被（種草或種樹(shù)） [14]。 利用礦山的采空區(qū)回填采礦廢石和表外礦石，是一種既經(jīng)濟(jì)又安全的處置方法，郴州鈾礦就采用這個(gè)方法回填了幾乎全部采礦廢石，既節(jié)省了資金，又減輕了對(duì)周圍環(huán)境東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 廢物處理 23 的放射性污 染 。 尾礦庫(kù) 尾礦庫(kù)是存放鈾礦加工廠浸出礦石后產(chǎn)生的尾礦礦漿和其它含鈾或鐳的放射性漿體（污泥）的專門(mén)場(chǎng)地。這些固體廢物以漿體狀態(tài)用泵和管道從鈾礦加工廠送到尾礦 庫(kù)，在尾礦庫(kù)澄清以后的水，可以通過(guò)尾礦庫(kù)的排水（或回水）裝置，返回鈾礦加工廠使用 。 尾礦壩 尾礦壩是尾礦庫(kù)的主要建筑物。通常，尾礦壩由兩部分組成：在尾礦庫(kù)使用前修建的初期壩和尾礦庫(kù)使用后由尾礦堆積形成的堆積壩。當(dāng)尾礦不能堆壩或不允許堆壩時(shí)，需要一次性建成較高的初期壩，用以儲(chǔ)存全部尾礦 [14]。 通過(guò)各種處理方法使得廢棄物對(duì)環(huán)境的影響降到最低。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 參考文獻(xiàn) 24 參考文獻(xiàn) [1] 鄧佐卿 . 新世紀(jì)展望 —— 中國(guó)鈾資源生產(chǎn)和需求 . 鈾礦冶 , 2021, 19(1)： 4~7. [2] NUEXCO. Uranium Industry of the People39。s Republic of China. NUEXCO, 1991, (274)： 17~23. [3] 沈鋒 . 依靠科技進(jìn)步尋找超大型鈾礦床 . 鈾礦地質(zhì) , 1995, 11(1)： 6~10. [4] 中國(guó)技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究會(huì) . 技術(shù)經(jīng)濟(jì)手冊(cè)（礦山卷） . 沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社 , 1993. 843~844. [5] 徐光憲，袁承業(yè) . 稀土的溶劑萃取 . 北京：科學(xué) 出版社 , 1987. 89~112. [6] Kennedy R H. Uranium Ore Processing. The Mines Magazine, 1957, (9) ： 22~25, 38. [7] IAEA. 鈾提取工藝 . 北京：出版者不詳 , 1995. 189~192. [8] 澤菲羅夫АП，涅符斯基БВ，伊萬(wàn)諾夫ГФ . 資本主義國(guó)家鈾礦加工廠 . 北京：中 國(guó)工業(yè)出版社 , 1965. 7~9. [9] 梅里特 R C. 鈾的提取冶金學(xué) . 北京：科學(xué)出版社 , 1978. 188~192. [10] 王德義，諶竟清，趙淑良，姜志新 . 鈾的提取與精制工藝學(xué) . 北京：原子能出版社 , 1982. 237~258. [11] 梅里特 R C. 鈾的提取冶金學(xué) . 北京：科學(xué)出版社 , 1978. 180~188. [12] Coleman C F, et al. Solvent Extraction with Alkyl Amines. Ind. Eng. Chem., 1958, 50(12)： 1756~1762. [13] 陳志洪，黃昌海，劉鳳山，等 . 用流態(tài)化技術(shù)制取優(yōu)質(zhì)粗粒重鈾酸銨 . 鈾礦冶 , 1994, 13(1)： 14~19. [14] “三廢治理與利用”編委會(huì) . 三廢治理與利用 . 北京：冶金工業(yè)出版社 , 1995. 127~131. [15] Litz J E, Coleman R B. 美國(guó)沉淀法生產(chǎn)黃餅的述評(píng) . In： 黃餅和鈾氟化物的生產(chǎn) . 北 京：出版者不詳 , 1984. 91~106. 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 致謝 25 致 謝 本次設(shè)計(jì)能夠順利的完成，要特別感謝王云老師的認(rèn)真指導(dǎo)， 在畢業(yè)之際，我還要借此機(jī)會(huì)向在這四年中給予我諸多教誨和幫助的各位老師表示 由衷的謝意，感謝他們四年來(lái)的辛勤栽培。各位任課老師認(rèn)真負(fù)責(zé)，在他們的悉心幫助和支持下，我才能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我還參考了有關(guān)的書(shū)籍和論文，在這里一并向有關(guān)的作者表示謝意。 我還要感謝多位同學(xué)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見(jiàn)，對(duì)于你們的幫助和支持，在此表示深深地感謝。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 致謝 26