xx公司xx水冶廠樹脂解毒研究

陳桂蘭

韶關(guān)市環(huán)保技術(shù)裝備發(fā)展公司

xx公司xx水冶廠樹脂解毒研究

陳桂蘭

韶關(guān)市環(huán)保技術(shù)裝備發(fā)展公司

自xx水冶廠吸附塔投入生產(chǎn)以來，塔內(nèi)樹脂受到浸出液中重金屬、有機(jī)物等雜質(zhì)的影響，樹脂對(duì)鈾金屬的置換能力大大下降，為恢復(fù)其吸附能力,使其達(dá)到原有的水平，對(duì)樹脂的解毒進(jìn)行了深入探究。

樹脂吸附；重金屬中毒；有機(jī)物中毒

1 概述

中核韶關(guān)金宏公司xx水冶廠使用的是強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂，在合成其本體中，其接枝帶有堿性交換基團(tuán)。在離子交換經(jīng)過一定時(shí)間后，樹脂骨架的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有可能被阻塞，這樣離子交換的通道就變小了，樹脂交換容量勢(shì)必降低,同時(shí)網(wǎng)格內(nèi)部的功能基團(tuán)是離子交換的活性點(diǎn)，一旦活性點(diǎn)被覆蓋，離子交換過程就無法進(jìn)行；此外像Fe3+等附著力強(qiáng)的離子，一旦與高聚物骨架結(jié)合后，在一般的再生（解毒）條件下很難解離下來，通常把這些降低離子交換容量或者失去交換能力的現(xiàn)象稱為離子交換樹脂被污染或中毒。

樹脂中毒對(duì)生產(chǎn)的影響大致可歸納為：①離子交換樹脂性能的惡化，首先是使樹脂操作容量下降，直接影響工廠的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；②設(shè)備周轉(zhuǎn)緊張，這是由于樹脂中毒使樹脂的交換容量下降和動(dòng)力學(xué)性能變差的結(jié)果；③產(chǎn)品質(zhì)量下降由于合格解吸液中鈾濃度下降，鈾與雜質(zhì)的比例下降，結(jié)果影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量；④操作和設(shè)備復(fù)雜化，需要增加必要的工藝操作和專門設(shè)備，進(jìn)行樹脂的解毒。

2 研究方案

(1)現(xiàn)狀調(diào)查:取部分樹脂進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)其飽和濃度，并分析其飽和度下降原因。

(2)解毒劑的選擇：實(shí)驗(yàn)篩選出最佳解毒劑、解毒劑濃度與解毒時(shí)間等。

(3)工藝擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)：通過取樣實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論，進(jìn)行工業(yè)擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)，排除環(huán)境造成的影響。

(4)結(jié)論：得出最終結(jié)論。

3 樹脂飽和容量現(xiàn)狀調(diào)查

2014年12 月份，對(duì)xx廠的1?！?＃吸附塔中的樹脂進(jìn)行了取樣分析，測(cè)得其飽和容量，結(jié)果如下：

塔號(hào)飽和容量（mg鈾/ml樹脂）樹脂顏色1＃2＃3＃4＃5＃6＃7＃55 50 56 58 60 42 50暗紅暗紅暗紅暗紅暗紅暗紅暗紅

結(jié)論：新樹脂的飽和容量為120～140（mg鈾/ml樹脂），呈淡黃色。通過上表可以看出水冶廠現(xiàn)用樹脂置換金屬的能力大大下降，樹脂中毒嚴(yán)重，直接影響了正常的生產(chǎn)。

4 樹脂交換容量降低原因分析

2014年11 月底，通過對(duì)水冶廠周邊環(huán)境的觀察和對(duì)吸附原液中礦物等雜質(zhì)含量的實(shí)驗(yàn)分析，總結(jié)出了一些造成樹脂中毒的主要因素：

(1)吸附原液中鐵離子含量高：鐵離子與浸出液中的大分子有機(jī)物結(jié)合，容易形成有機(jī)鐵，它與水冶廠使用的強(qiáng)堿性陰離子樹脂會(huì)進(jìn)行交換反應(yīng)，集結(jié)在交換集團(tuán)位置，堵塞樹脂交換孔道，以致交換容量下降，影響正常生產(chǎn)。

(2)二氧化硅中毒：離子交換法在硫酸浸出液中提取鈾時(shí)，樹脂吸附硅是一種常見的現(xiàn)象。強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂不吸附以離子狀態(tài)存在于浸出液中的硅，硅在陰離子交換樹脂上的吸附類似于水分子在樹脂中的擴(kuò)散，因在實(shí)際的吸附條件（高鹽濃度，pH＝1.5～1.8）下，硅酸不會(huì)離解。樹脂的硅中毒可以用堿溶液處理解毒，恢復(fù)樹脂的吸附容量。

(3)有機(jī)物含量高：經(jīng)過對(duì)水冶廠攪拌浸出崗位的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)我廠1＃、2＃泥礦中漂浮有大量的樹枝、樹葉、小動(dòng)物尸體等，由于我們地處亞熱帶，溫度高，動(dòng)植物尸體腐爛快，并產(chǎn)生腐殖酸、富維酸等帶負(fù)電基團(tuán)的線性分子進(jìn)入浸出液中，其帶有多個(gè)負(fù)電基團(tuán)能和陰離子樹脂帶正電的多個(gè)固定基團(tuán)發(fā)生電性復(fù)合作用，緊緊地吸附在交換位置，最終形成一種卷曲物質(zhì)纏繞在樹脂孔結(jié)構(gòu)中，不但覆蓋了樹脂的官能基團(tuán)，還阻塞了樹脂的孔道，使樹脂交換能力下降，嚴(yán)重會(huì)使離子交換不能進(jìn)行。

(4)金屬鉬中毒：在筑堆浸出中，用硫酸噴淋時(shí)會(huì)將礦物中的鉬溶解到浸出液，由于鉬具有兩性特征，浸出液中的鉬陽離子MoO22＋像鈾酰離子（UO22＋）一樣形成絡(luò)陰離子很容易被強(qiáng)堿性樹脂吸附。目前我廠采用氯根淋洗飽和樹脂，樹脂鉬中毒不僅降低鈾的吸附容量和淋洗速度，而且還會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。

5 樹脂解毒實(shí)驗(yàn)室取樣研究

樹脂解毒實(shí)驗(yàn)室研究分為三步,其主要目的是篩選出最佳解毒劑、最佳解毒劑濃度與解毒最佳時(shí)間。

①解毒劑的選擇：根據(jù)樹脂的中毒原因和實(shí)際生產(chǎn)需要找出適合的具有解毒效果較好的解毒劑。

②解毒劑濃度選擇：通過實(shí)驗(yàn)找到適合的解毒劑濃度，從中選出既能滿足解毒需要，又能節(jié)省試劑的最優(yōu)濃度。

③解毒時(shí)間控制：能過實(shí)驗(yàn)找到合適的反應(yīng)時(shí)間，并從中選出最優(yōu)的反應(yīng)時(shí)間。具體步驟如下：

(1)取中毒的樹脂樣品50ml反復(fù)清洗至水澄清無樹脂碎末及雜質(zhì)。(2)將清洗后的樹脂放入150ml的燒杯中，加入濃度為1.1mol/L NaOH溶液100ml并放在磁力攪拌器上攪拌。每隔一小時(shí)測(cè)一次溶液中的PH、E。分析得到NaOH溶液的最優(yōu)浸泡時(shí)間。(3)將NaOH溶液解毒后的樹脂，分別裝入三個(gè)燒杯中，各50ml，然后分別加入質(zhì)量濃度為0.3%、0.4%、0.5%的NaCLO溶液100ml。每隔一小時(shí)測(cè)一次PH、E。5個(gè)小時(shí)后，分別讓三個(gè)燒杯中加入1mol/L HCL溶液，觀察樹脂顏色的變化。分析得到最優(yōu)的NaCLO溶液濃度和最優(yōu)的浸泡時(shí)間。

6 結(jié)論

通過試驗(yàn)篩選，確定復(fù)蘇工藝為壓縮空氣擦洗去除雜質(zhì)，反洗分離破碎樹脂，以1.1mol/L的NaOH溶液浸泡2小時(shí)，0.5%Na?CLO溶液浸泡2小時(shí)，1.5mol/L的HCL溶液浸泡2小時(shí)，最后用1.2mol/L的硫酸溶液所樹脂轉(zhuǎn)型，每個(gè)步驟之間用清水把樹脂洗成中性。

7 解毒效果證明

使用實(shí)驗(yàn)室取樣研究后確定的解毒劑，對(duì)1#塔中的樹脂進(jìn)行了解毒操作，通過解毒前后的對(duì)比，1#吸附塔樹脂的飽和交換容量比解毒前提高了45%，且樹脂顏色從暗紅色轉(zhuǎn)化為淡黃色。實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果如下:

解毒后樹脂飽和容量82 79 80實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)三解毒前樹脂飽和容量56 53 55

8 工藝擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)

8.1 解毒劑的配制

目前樹脂中毒可分為鐵中毒、硅中毒、鉬中毒、有機(jī)物中毒等，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)所得出的結(jié)論，配制1.1mol/L的NaOH溶液與0.5%NaCLO溶液能夠達(dá)到解毒效果。轉(zhuǎn)型劑為1.2mol/L的硫酸溶液。

備注：在配制過程中，解毒液按每立方水投加45Kg的NaOH為標(biāo)準(zhǔn)，使其溶液中NaOH濃度約為1.1mol/L即可。轉(zhuǎn)型劑投量約為每立方水20Kg。

8.2 解毒過程

Ⅰ：解毒劑浸泡：往閑置的空吸附塔中，加入1.1mol/L的NaOH溶液與0.5%NaCLO溶液，至解毒劑液面高于樹脂，以保證樹脂完全浸泡。完全浸泡2小時(shí)，在浸泡過程中通過鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)攪拌，使解毒劑與樹脂充分混合，保證所需要解毒效果，待浸泡完畢后，浸泡廢液排入高位槽。

Ⅱ：清洗：經(jīng)過第Ⅰ步浸泡解毒后的樹脂塔中會(huì)遺留部分解毒劑，因此需加入適量清水進(jìn)行清洗反沖，至到把樹脂洗成中性為止。

9 工藝實(shí)驗(yàn)成果與總結(jié)

通過為期兩個(gè)月的解毒過程，樹脂塔已全面投入生產(chǎn)狀態(tài)，在之后的一個(gè)月中，樹脂飽和容量提高了40%到50%,樹脂吸附能力得到明顯的增加，接塔時(shí)間延長(zhǎng)，大大降低了吸附崗位員工的工作負(fù)荷。

10 展望與思考

此次xx水冶廠的樹脂解毒工作取得了顯著的效果,使樹脂飽和容量有一定的提高,但是目前樹脂飽和容量(約80 mg鈾/ml樹脂)與新樹脂飽和容量(約120～140mg鈾/ml樹脂）相比較,xx水冶廠樹脂解毒仍未進(jìn)行完全,依然存在尚未解決的問題。通過查閱多方資料，我發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的NaOH與NaCLO溶液配制成的解毒液能夠?qū)渲械蔫F、硅、鉬、有機(jī)物等中毒因素產(chǎn)生良好的解毒效果，但對(duì)我廠樹脂可能存在的其他中毒因素效果不明顯，比如微生物中毒、銅、鈦、釷離子中毒等，故而現(xiàn)樹脂飽和容量與新樹脂差距較大，若能解決這些中毒因素，相信xx水冶廠的樹脂飽和容量將會(huì)再提高。