輕質(zhì)塑料球?qū)ば约?xì)泥溶液過(guò)濾性能的影響試驗(yàn)研究

孔凡峰，王 輝，李 南，康佳紅，陳 鄉(xiāng)，王海珍

(1.中核北方鈾業(yè)有限公司，遼寧 葫蘆島 125100；2.核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京 101149)

輕質(zhì)塑料球?qū)ば约?xì)泥溶液過(guò)濾性能的影響試驗(yàn)研究

孔凡峰1，王 輝1，李 南1，康佳紅1，陳 鄉(xiāng)2，王海珍2

(1.中核北方鈾業(yè)有限公司，遼寧 葫蘆島 125100；2.核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京 101149)

研究了采用輕質(zhì)塑料檢查過(guò)濾鈾水冶廠含黏性細(xì)泥鈾礦石浸出液，考察了輕質(zhì)塑料用量、運(yùn)行時(shí)間、溶液流量對(duì)檢查過(guò)濾性能的影響，確定了輕質(zhì)塑料加入量、原液進(jìn)料量等參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，絮凝劑添加量為1%時(shí)，最佳條件下，用輕質(zhì)塑料球檢查、過(guò)濾，溶液濁度可從450 NTU降至8 NTU。工業(yè)生產(chǎn)證實(shí)，輕質(zhì)塑料可以很好地脫除溶液中的黏性細(xì)泥，檢查過(guò)濾后的溶液滿足溶劑萃取過(guò)程對(duì)萃原液濁度的要求。

鈾；浸出液；輕質(zhì)塑料；濁度；過(guò)濾

鈾礦石浸出液中含有一定量細(xì)泥(≤5×10-5)，溶劑萃取過(guò)程中，這些細(xì)泥易造成有機(jī)相夾帶嚴(yán)重、工藝不穩(wěn)定、環(huán)境污染等問(wèn)題[1-2]，因此，許多水冶廠在溶劑萃取之前都設(shè)有檢查過(guò)濾工序，其方法有板框壓濾、澄清過(guò)濾或袋式過(guò)濾[3-5]。這些過(guò)濾方式的效果都不盡理想，如板框壓濾過(guò)濾中，黏性細(xì)泥在濾布表面形成致密薄層，使濾布透水性差，難以形成濾餅；澄清過(guò)濾占地面積較大、清理困難且效果較差；袋式過(guò)濾存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、過(guò)濾效果差等缺點(diǎn)，大量黏性細(xì)泥累積在萃取槽中，需定時(shí)停車清理，嚴(yán)重影響萃取生產(chǎn)。

輕質(zhì)濾料是一種密度比水輕的過(guò)濾填料，具有質(zhì)輕、機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，與普通石英砂、無(wú)煙煤濾料相比，有較高的吸附性和動(dòng)電電位[6]，因此對(duì)污泥容量較大，過(guò)濾周期較長(zhǎng)。試驗(yàn)采用聚苯乙烯輕質(zhì)塑料球?yàn)檫^(guò)濾介質(zhì)，在自制過(guò)濾器中對(duì)鈾礦石堆浸液進(jìn)行過(guò)濾檢查，并用工業(yè)化過(guò)濾設(shè)備進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，以期解決浸出液中含有黏性細(xì)泥的難題。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料及儀器

輕質(zhì)塑料：基體為聚苯乙烯，球狀，粒徑1～2 mm，高分子，密度約為水的1/10。

表1 含黏性細(xì)泥溶液的組成 g/L

絮凝劑：1 200萬(wàn)分子質(zhì)量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(PAM)，LB-6085型，購(gòu)自沁陽(yáng)市樂(lè)邦水處理材料公司。

pH計(jì)(PHS-3C型),濁度儀(WGZ-2000型),電子天平(FA2004型),磁力攪拌器(JJ-78-1型),恒溫干燥箱(101A-1型),燒杯,玻璃棒等。

1.2 試驗(yàn)方法

礦石浸出液先用絮凝劑絮凝，然后通過(guò)裝有輕質(zhì)塑料的自制試驗(yàn)過(guò)濾器。過(guò)濾器為UPVC材質(zhì)，過(guò)濾柱直徑250 mm，有效高度300 mm，進(jìn)水管、出水管直徑25 mm。試驗(yàn)流程如圖1所示。球形的輕質(zhì)塑料因密度比水小，在過(guò)濾器內(nèi)均勻分布在上部，緊密排列。溶液流經(jīng)濾柱時(shí)，其中的懸浮物被輕質(zhì)塑料吸附截留，在介質(zhì)球表面形成濾餅層。隨濾餅層變厚，塑料球質(zhì)量大于浮力，掉落進(jìn)底部溶液區(qū)。懸浮物與介質(zhì)球的結(jié)合力比較弱，通過(guò)自身排泥或通空氣法進(jìn)行反沖洗，介質(zhì)球恢復(fù)吸附能力。

圖1 輕質(zhì)塑料過(guò)濾試驗(yàn)流程

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 絮凝劑加入量對(duì)溶液濁度的影響

每一種規(guī)格的絮凝劑使用條件相差很大，因此，根據(jù)溶液體系不同，選擇相應(yīng)的絮凝劑尤為重要[7]。

溶液呈褐色，肉眼觀察懸浮物較少，懸浮物顆粒較為細(xì)小，投加絮凝劑后，溶液較為混濁。溶液初始pH為0.8～1.5，選擇LB-6085型陽(yáng)離子聚丙烯酰胺為絮凝劑，質(zhì)量濃度為1 g/L，絮凝時(shí)間2 h。輕質(zhì)塑料球用量為1 m3，溶液處理量為10 m3/h。溶液濁度為450 NTU，進(jìn)料初始流量為150 L/h，絮凝劑按體積分?jǐn)?shù)(與溶液體積相比)0、0.2%、0.5%、1%添加。連續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間后的試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 絮凝劑加入量對(duì)溶液濁度的影響

由圖2看出：不加入絮凝劑，經(jīng)過(guò)過(guò)濾器的溶液濁度有一定程度降低，但是溶液濁度不穩(wěn)定，因?yàn)槿芤褐袘腋∥锬z體非常細(xì)小，且比較穩(wěn)定，不易分層，易造成過(guò)濾介質(zhì)穿濾[8]；加入絮凝劑后，懸浮物顆粒增大，易被過(guò)濾介質(zhì)截留，過(guò)濾效果較明顯，濾液較清澈，運(yùn)行1 h后，清液濁度即穩(wěn)定；絮凝劑加入量為0.2%和0.5%時(shí)，過(guò)濾效果相差不大，清液濁度為25 NTU左右；絮凝劑加入量為1%時(shí)，運(yùn)行穩(wěn)定后清液濁度為8 NTU，過(guò)濾效果較為理想。但運(yùn)行前期，輕質(zhì)塑料的穩(wěn)定性對(duì)清液濁度的影響比較大。

2.2 運(yùn)行時(shí)間對(duì)溶液濁度的影響

質(zhì)量濃度1 g/L的絮凝劑添加量1%，原液濁度450 NTU，進(jìn)料流量控制在150 L/h，運(yùn)行時(shí)間對(duì)清液濁度的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 運(yùn)行時(shí)間對(duì)溶液濁度的影響

由圖3看出：運(yùn)行2 h后，清液濁度比較穩(wěn)定，輕質(zhì)塑料層第1次達(dá)到分布穩(wěn)定，清液濁度為8 NTU，穩(wěn)定持續(xù)8 h；運(yùn)行14～20 h，濁度大幅度提高，輕質(zhì)塑料層可能因黏性細(xì)泥累積而紊亂攪動(dòng)，重新分布；運(yùn)行20 h后再次逐步穩(wěn)定。運(yùn)行1～2 h后，床層重新分布，濁度趨于穩(wěn)定，2～8 h內(nèi)比較穩(wěn)定；20 h后床層再次分布并達(dá)到穩(wěn)定。可見，隨運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，清液濁度在2～8 h內(nèi)比較穩(wěn)定，效果較好。

2.3 進(jìn)料流量對(duì)溶液濁度的影響

質(zhì)量濃度1 g/L的絮凝劑添加量1%，原液濁度450 NTU，運(yùn)行時(shí)間4 h，初始進(jìn)料流量對(duì)清液濁度的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 進(jìn)料流量對(duì)清液濁度的影響

由圖4看出：進(jìn)料流量小于180 L/h，過(guò)濾效果較好，過(guò)濾后溶液較為清澈，濁度為8 NTU左右；而流量提高至200 L/h后，過(guò)濾效果開始減弱，清液濁度大幅提高。所以，進(jìn)料流量宜控制在180 L/h(即3.67 m/h)以下，此時(shí)，每h溶液量與輕質(zhì)塑料體積比最大為10∶1。

2.4 排泥時(shí)間的確定

絮凝劑質(zhì)量濃度1 g/L添加量1%，原液濁度450 NTU，初始進(jìn)料流量150 L/h，每運(yùn)行10 h排底泥1次，連續(xù)3個(gè)周期。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 運(yùn)行時(shí)間對(duì)過(guò)濾效果的影響

由圖5看出：運(yùn)行2～8 h內(nèi),清液濁度比較穩(wěn)定，在8 NUT以下；運(yùn)行至9 h后，清液濁度升高。由于試驗(yàn)裝置相對(duì)比較簡(jiǎn)易，排泥時(shí)會(huì)引起過(guò)濾器出水短時(shí)返混，約持續(xù)1 h，進(jìn)而影響出水水質(zhì)?？紤]到工業(yè)生產(chǎn)放大效應(yīng),同時(shí)為保證最佳清液濁度，建議每運(yùn)行8 h排底泥1次。

3 工業(yè)驗(yàn)證試驗(yàn)

采用上海西恩科技有限公司CNⅡ-3300型液體過(guò)濾器[9-10]驗(yàn)證輕質(zhì)塑料對(duì)黏性細(xì)泥的過(guò)濾效果。過(guò)濾器直徑3.3 m，高6.1 m，輕質(zhì)塑料球裝量高度0.8 m，約6.84 m3。根據(jù)小型試驗(yàn)結(jié)果，確定工業(yè)試驗(yàn)設(shè)備、參數(shù)及試驗(yàn)結(jié)果(見表2)。工業(yè)化驗(yàn)證試驗(yàn)共運(yùn)行3個(gè)月，平均每2 h采集分析樣品1次。

表2 工業(yè)化試驗(yàn)結(jié)果

由表2看出，采用CNⅡ-3300型液體過(guò)濾器，以輕質(zhì)塑料球?qū)叙ば约?xì)泥的溶液進(jìn)行檢查過(guò)濾，效果較好，與板框壓濾、袋式過(guò)濾、澄清等傳統(tǒng)方式[11]相比優(yōu)勢(shì)明顯。將袋式過(guò)濾改為輕質(zhì)塑料過(guò)濾后，有機(jī)相消耗降低34.41%，有機(jī)相配制由原來(lái)的3次/月降為1～1.5次/月，且每班次縮減1名洗濾袋操作工，工藝穩(wěn)定。2種過(guò)濾工藝對(duì)生產(chǎn)成本的影響結(jié)果見表3。

表3 2種過(guò)濾工藝對(duì)生產(chǎn)成本的影響

由表3看出，袋式過(guò)濾成本為12.48元/m3，輕質(zhì)塑料過(guò)濾成本為7.35元/m3，后者比前者運(yùn)行成本降低了41.11%，年成本降低66.48萬(wàn)元。

將CNⅡ-3300型過(guò)濾器用于處理鈾礦冶硬巖礦山和地浸礦山浸出液，在國(guó)內(nèi)尚屬首例，應(yīng)用中還存在一些操作上的問(wèn)題，有待進(jìn)一步完善解決，但應(yīng)用前景較樂(lè)觀。

4 結(jié)論

采用輕質(zhì)塑料對(duì)含黏性細(xì)泥溶液進(jìn)行檢查過(guò)濾效果較好，溶液處理后濁度可由450 NTU降至10 NTU以下。過(guò)濾介質(zhì)的穩(wěn)定性對(duì)清液濁度影響較大，因此CNⅡ-3300型過(guò)濾器需要定期排泥，每次排泥后需運(yùn)行1 h才能穩(wěn)定，但只要保證在1 h之內(nèi)濁度變化在±10 NTU即可，工藝上可以接受。以輕質(zhì)塑料作過(guò)濾介質(zhì)，適用于含有較多黏性細(xì)泥的溶液的檢查過(guò)濾，能降低有機(jī)相消耗量，進(jìn)而節(jié)約運(yùn)行成本。

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Experimental Study on Filtration Performance of Light Plastic Media for Solution With Viscidity Fine Slime in Uranium Hydrometallurgy

KONG Fanfeng1,WANG Hui1,LI Nan1,KANG Jiahong1,CHEN Xiang2,WANG Haizhen2

(1.NorthUraniumIndustryCompanyofChinaNationalNuclearCorporation,Huludao125100,China;2.BeijingResearchInstituteofChemicalEngineeringandMetallurgy,Beijing101149,China)

The controlled filter of leaching solution containing viscidity fine slime of uranium ore using light plastic media in a uranium mill was researched.The effects of light plastic media usage,solution flow,performance period on the filtration performance of light plastic media were investigated.The results show that the solution turbidity can be reduced from 450 NTU to 8 NTU when the additive amount of LB-6085 flocculating agent is 1%.The industrial production proposes that the light plastic media can be used to remove viscidity fine slime in leaching solution of uranium ore.The solution removed viscidity fine slime can meet the demands of solvent extraction of uranium.

uranium;leaching solution;light plastic media;filtration;turbidity

2016-11-17

孔凡峰(1980-)，男，山東煙臺(tái)人，本科，工程師，主要研究方向?yàn)殁櫵惫に嚭蛷U水資源化。

TL212

A

1009-2617(2017)04-0332-04

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.04.018