堿性含鈾廢水處理試驗研究

劉忠臣，向秋林，劉會武，秦德恩，鄧舜勤，張寶恩

(1.核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京 101149；2.西安中核藍天鈾業(yè)有限公司，陜西 西安 710500)

鈾礦冶廢水主要來自礦石開采和鈾礦加工兩部分[1-2]，包括礦坑水、吸附尾液、樹脂洗水、沉淀母液等。根據(jù)浸出介質(zhì)的差異，可分為酸性和堿性廢水，酸性廢水除含有鈾、釷、鐳等放射性核素外，還含有汞、鎘、砷、鉛、銅、鋅、錳等非放射性核素[3]；堿性廢水由于碳酸鹽選擇性溶解作用，鐵、鋁、鈦等幾乎不被溶解，浸出液僅含有少量的鉬酸鹽、硅酸鹽、釩酸鹽、磷酸鹽和碳酸鹽配合物。放射性核素釷在堿浸過程中也是不溶的，而鐳則溶解1.5%～3.0%。因此對于堿法浸出的鈾礦山來說，廢水的主要污染物為放射性核素鈾和鐳。

1試驗部分

1.1 廢水來源及組成

試驗廢水為某鈾礦山礦井水、吸附尾液、沉淀母液、負載樹脂洗水的混合廢水，其主要成分見表1。

1.2 試驗方法

表1 廢水來源、組成及試驗廢水主要成分

1.3 分析方法

2試驗原理

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

3試驗結(jié)果與討論

3.1 石灰用量對除的影響

表2 石灰用量對除的影響

注：Ca(OH)2用量為化學(xué)計量倍數(shù)，下同。

3.2 硫酸亞鐵用量對除鈾的影響

石灰用量為化學(xué)計量的1.1倍，加入不同用量的FeSO4·7H2O進行中和試驗，測定上清液pH和鈾質(zhì)量濃度，試驗結(jié)果見表3。

表3 FeSO4·7H2O用量對除鈾及調(diào)節(jié)pH的影響

試驗結(jié)果表明：隨FeSO4·7H2O用量增加鈾濃度逐漸降低，當(dāng)其用量達到2.0 g/L時，鈾質(zhì)量濃度低于0.05 mg/L，達到了廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。綜合考慮外排廢水pH要求，F(xiàn)eSO4·7H2O質(zhì)量濃度需大于5.0 g/L。

3.3 氯化鋇用量對除鐳效果的影響

硫酸亞鐵中和廢水使pH降至8左右，然后加入不同量的氯化鋇進行攪拌，分析濾液鐳活度濃度，試驗結(jié)果見表4?？梢钥闯?，隨鋇鹽用量的增加廢水鐳活度濃度逐漸降低，當(dāng)其質(zhì)量濃度達到60 mg/L時，廢水鐳活度濃度可降至0.65 Bq/L。因此，利用石灰堿化—硫酸亞鐵中和—氯化鋇除鐳工藝處理廢水，氯化鋇質(zhì)量濃度用量為60 mg/L，處理后廢水可達標(biāo)排放。

表4 氯化鋇用量對除鐳效果的影響

3.4 廢水處理驗證試驗

對廢水處理效果進行綜合驗證試驗，試驗條件：Ca(OH)2用量為化學(xué)計量1.1倍，F(xiàn)eSO4·7H2O質(zhì)量濃度2.0 g/L，氯化鋇質(zhì)量濃度60 mg/L，試驗結(jié)果見表5。

表5 廢水處理驗證試驗結(jié)果

廢水處理平行試驗結(jié)果表明，處理后廢水鈾質(zhì)量濃度都低于0.05 mg/L，鐳平均活度濃度為0.48 Bq/L，均低于廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.5 污渣循環(huán)減容試驗

硫酸亞鐵中和產(chǎn)生的污渣體積較大，主要原因為污渣含水率太高。污渣含水由空隙水、表面吸附水、毛細水和內(nèi)部水4部分組成，其中空隙水約占70%[10]。顯然，要使污渣減容主要是脫除空隙水。向石灰堿化得到的濾液中依次加入硫酸亞鐵、氯化鋇進行攪拌，然后靜置約22 h，測量漿體體積，傾出上清液，完成一個循環(huán)。下一循環(huán)補加石灰堿化濾液至前一個循環(huán)得到的漿體中，重復(fù)上述操作過程，試驗結(jié)果見表6。

表6 污渣改性和減容試驗結(jié)果

表6結(jié)果表明，采用污渣循環(huán)的方法，污渣之間的空隙水不斷地脫除，使?jié){體體積明顯減少，且污渣沉降速度加快，有利于過濾操作和實現(xiàn)槽式排放，7個循環(huán)后得到的污渣產(chǎn)量為5.7 g/L。循環(huán)后廢水pH下降，可考慮減少FeSO4·7H2O用量，節(jié)約廢水處理成本。

4結(jié)論

1)采用石灰堿化—硫酸亞鐵中和深度除鈾—氯化鋇除鐳—污渣循環(huán)減容工藝可使廢水中鈾質(zhì)量濃度降至0.05 mg/L以下，鐳活度濃度降至1.0 Bq/L以下，處理后的廢水可達標(biāo)排放。

3)漿體循環(huán)操作可改善污渣過濾與沉降性能，提高工藝設(shè)備處理能力。