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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
學(xué)生姓名
學(xué)號
開題日期
要求：一、說明材料來源情況；二、對課題的研究歷史、研究現(xiàn)狀等進(jìn)行準(zhǔn)確的分析與歸納并作出簡要評述；三、表達(dá)自己的觀點(diǎn)與主張，闡述該課題的發(fā)展動向和趨勢；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。【2】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)移動床五種。下面對幾種設(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,操作簡單，運(yùn)行成本較低，具有較高的推廣價(jià)值。
1.2 存在的問題
(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)，會導(dǎo)致床層發(fā)生溝流或堵塞，影響工藝的運(yùn)行和對樹脂造成損傷。所以，固定床吸附對原液的含固標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格，可在吸附前對原液進(jìn)行預(yù)處理，如過濾等。
（2）上進(jìn)料布液器易堵。后來多改為直入式給料,并在樹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床層。
（3）存在設(shè)備管線復(fù)雜、閥門多、樹脂利用率相對較低等弊端。
2.密實(shí)移動床離子交換設(shè)備
2.1設(shè)備簡介
目前國內(nèi)應(yīng)用的密實(shí)移動床離子交換設(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年代通過消化吸收與自行開發(fā)相結(jié)合的方式研制開發(fā)的?！?】于相浩,等【5】研制的密實(shí)移動床吸附--淋洗聯(lián)合操作系統(tǒng)為國內(nèi)首創(chuàng)。密實(shí)移動床多采用半連續(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。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?！?】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)的樹脂保持相對固定，原液從下而上流動，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。
2.2 存在的問題
（1)只能處理較低濃度的浸出液，否則樹脂的排、加頻繁,運(yùn)行不夠穩(wěn)定；
（2)需要有配套的樹脂轉(zhuǎn)型和飽和再吸附設(shè)施,這樣就增加了樹脂投入量和投資,并使流程延長；
（3)樹脂需要在設(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)備簡介
塔式流化床,簡稱流化床,一般均是多級流化床【2】。這種設(shè)備在我國的鈾水冶廠和鈾礦山廢水處理廠中均有應(yīng)用,用來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、淋洗速度慢的問題。流化床在我國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)樹脂接觸,并使樹脂流態(tài)化。料液上升過程中,其中的鈾不斷被樹脂吸附,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 樹脂自塔頂加入,在重力作用下自然下降。下降過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 存在的問題
（1）穿流式篩板吸附塔經(jīng)過長期的運(yùn)行,導(dǎo)致細(xì)顆粒樹脂在塔頂積聚,特別是在空塔線速度比較高的條件下,甚至?xí)l(fā)生細(xì)顆粒樹脂從溢流堰隨尾液跑出的現(xiàn)象。實(shí)踐表明可以通過擴(kuò)大吸附塔的直徑來解決這一問題。
（2）在穿流式篩板吸附塔間斷操作中，在排完樹脂后，在重新開啟進(jìn)料液時(shí)，如果操作不當(dāng)，會導(dǎo)致部分樹脂亂層。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)。如本文所簡要介紹的固定床離子交換裝置、密實(shí)移動床離子交換裝置、流化床離子交換裝置是我國主要應(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） 樹脂磨損輕，損耗少；
2） 樹脂操作容量高，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） 樹脂利用率低，同時(shí)不易實(shí)現(xiàn)自動控制。
密實(shí)移動床
1） 單位生產(chǎn)能力高，占地面積?。?
2） 半連續(xù)操作，便于自動化控制；
3） 樹脂利用率高，投放量小。
1） 樹脂床層阻力大,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，占地面積小；
3） 結(jié)構(gòu)簡單，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)速率較快的樹脂；
2） 對樹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)。針對我國的鈾礦發(fā)展與需求和我國鈾礦床的類型，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處理液的不同要求和工藝要求來恰當(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)也與一些國家存在一些差距，并且現(xiàn)應(yīng)用的裝置存在較多的問題等待進(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?？梢韵嘈牛阝櫶崛」に嚨拇罅Πl(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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