密實(shí)移動(dòng)床漂洗工序的改進(jìn)

周意如，夏良樹，張青林，蘇永鋒，夏新成，朱 寧

(1.南華大學(xué)，湖南 衡陽(yáng) 421000；2.新疆中核天山鈾業(yè)有限公司，新疆 伊寧 835000)

某鈾礦采用密實(shí)移動(dòng)床水冶工藝，以離子交換樹脂作為載體。隨著服役時(shí)間的增加，樹脂自身老化，在周期性的氣力提升過(guò)程中，樹脂磨損較大，導(dǎo)致工藝系統(tǒng)中的小粒徑(φ<0.6 mm)樹脂比例上升至20%。小粒徑樹脂會(huì)降低離子交換塔的線速度，不利于工藝運(yùn)行。漂洗工序[1]利用不同粒徑樹脂的質(zhì)量差異，通過(guò)控制離子交換塔底的進(jìn)液流速，使小粒徑樹脂與大粒徑樹脂分離，小粒徑樹脂隨漂洗尾液從離子交換塔頂流出，經(jīng)排液系統(tǒng)進(jìn)入蒸發(fā)池；大粒徑樹脂留在離子交換塔內(nèi)。漂洗工序可以有效地降低工藝系統(tǒng)中小粒徑樹脂所占的比例。對(duì)漂洗出的樹脂取樣篩分發(fā)現(xiàn)，漂洗過(guò)程中仍有8%的大粒徑樹脂隨漂洗尾液進(jìn)入了蒸發(fā)池，造成可用樹脂的損失。另外，原有漂洗塔集液盤呈敞開狀，漂洗尾液中的放射性物質(zhì)衰變，造成區(qū)域內(nèi)氡及其子體含量升高；而且漂洗尾液也容易濺到周邊鋼平臺(tái)上，引起電化學(xué)腐蝕。因此，對(duì)漂洗工序進(jìn)行改進(jìn)十分必要。

1 漂洗工序運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 漂洗工序簡(jiǎn)介

轉(zhuǎn)型后的貧樹脂由計(jì)量罐氣力提升至漂洗塔內(nèi)。開啟漂洗塔底部進(jìn)液閥門，配液罐管道泵將吸附尾液通過(guò)進(jìn)液閥門泵入漂洗塔，小粒徑樹脂隨漂洗尾液快速?gòu)钠此斄髦良罕P；利用高差，夾帶小粒徑樹脂的漂洗尾液自動(dòng)流入排水井，最終進(jìn)入蒸發(fā)池。漂洗完畢后，塔內(nèi)的大粒徑樹脂排入計(jì)量罐，依據(jù)工序需要，經(jīng)氣力提升至吸附塔或者回收再吸附塔內(nèi)。漂洗塔為不銹鋼塔體，塔底進(jìn)液，塔頂出液，出液口無(wú)篩板，塔頂設(shè)置集液盤。漂洗工序流程如圖1所示。

1.2 漂洗工序存在的問(wèn)題

1.2.1 產(chǎn)生氡及其子體

漂洗工序的進(jìn)液為吸附尾液，其鈾質(zhì)量濃度低于1 mg/L。吸附尾液從漂洗塔底進(jìn)入，與樹脂接觸，夾帶小粒徑樹脂的漂洗尾液從塔頂流出，經(jīng)集液盤進(jìn)入尾液蒸發(fā)池。集液盤呈敞開狀，漂洗尾液及小粒徑樹脂上的鈾發(fā)生α、β衰變[2]，產(chǎn)生Rn，反應(yīng)式為

(1)

(2)

(3)

Rn繼續(xù)衰變形成子體。氡及其子體通過(guò)呼吸道進(jìn)入作業(yè)人員的體內(nèi)，造成內(nèi)照射輻射損傷[3]，傷害呼吸道或肺部等。氡及子體繼續(xù)衰變產(chǎn)生的射線，造成外照射輻射損傷，傷害人體生殖系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)以及造血器官等。

1.2.2 引起電化學(xué)腐蝕

轉(zhuǎn)型后的貧樹脂經(jīng)氣力提升至漂洗塔內(nèi)進(jìn)行漂洗。轉(zhuǎn)型貧樹脂會(huì)夾帶部分轉(zhuǎn)型劑進(jìn)入漂洗塔內(nèi)，轉(zhuǎn)型劑與吸附尾液混合形成酸度為4 g/L的漂洗溶液。漂洗產(chǎn)生的漂洗尾液流至集液盤，少量漂洗尾液會(huì)濺至鋼平臺(tái)，引起電化學(xué)腐蝕，陽(yáng)極產(chǎn)生的Fe2+與空氣中的O2進(jìn)一步反應(yīng)，生成鐵銹，主要成分為Fe2O3·H2O[4]。電化學(xué)腐蝕會(huì)造成鋼平臺(tái)損壞。

1.2.3 大粒徑樹脂流失

當(dāng)漂洗塔內(nèi)樹脂空高為0.8～1.5 m、進(jìn)液流量為8～12 m3/h時(shí)，肉眼觀察到漂洗尾液中無(wú)明顯大粒徑樹脂。以漂洗1 d為研究周期，收集漂洗出的樹脂并進(jìn)行篩分，發(fā)現(xiàn)仍有8%的大粒徑樹脂隨漂洗尾液流出。大粒徑樹脂的流失會(huì)增加工藝系統(tǒng)中新樹脂的補(bǔ)充量，不利于控制生產(chǎn)成本。

2 漂洗塔改進(jìn)措施

2.1 集液盤安裝密封罩

降低作業(yè)區(qū)域內(nèi)氡及其子體的常見方法包括加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)通風(fēng)，利用活性炭吸附氡及其子體，隔離氡源等；其中隔離氡源法具有一定規(guī)律，不同材質(zhì)的密封物對(duì)氡析出的抑制程度存在差異，且抑制程度與密封物厚度成正比[5]。根據(jù)實(shí)際情況，采用隔離氡源的方法降低作業(yè)區(qū)域內(nèi)氡及其子體的濃度。對(duì)漂洗塔集液盤安裝密封罩進(jìn)行密封，為保證支撐強(qiáng)度，密封罩骨架材料采用不銹鋼軸與不銹鋼片；為提升密封性，密封物選用透明有機(jī)板。集液盤密封罩如圖2所示。

集液盤安裝密封罩后，減少了鈾衰變產(chǎn)生的氡及其子體擴(kuò)散至區(qū)域空氣中的量，部分氡及子體溶解在漂洗尾液中。根據(jù)格林定律[6]，液體中的氡活度濃度與氣體中的氡活度濃度成正比，關(guān)系式為

(4)

式中：ω—氡氣的溶解系數(shù)；V液、V氣—相應(yīng)液體與氣體的體積，m3；C液、C氣—相應(yīng)液體與氣體中氡的活度濃度，Bq/m3。

2.2 排水井設(shè)置嵌入式篩板

部分樹脂隨漂洗尾液流出，經(jīng)排水井、排水管線進(jìn)入蒸發(fā)池。在排水井設(shè)置嵌入式篩板，利用樹脂粒徑的差異，回收大粒徑樹脂；并保證小粒徑樹脂繼續(xù)隨尾液流動(dòng)，然后進(jìn)入蒸發(fā)池。對(duì)排水井進(jìn)行改進(jìn)，篩板與排水井連接，用篩板高效回收大粒徑樹脂。當(dāng)篩板內(nèi)大粒徑樹脂量較多時(shí)，取出篩板，將篩板內(nèi)部的樹脂直接加入到離子交換塔中；再重新將篩板與排水井連接，繼續(xù)使用。嵌入式篩板排水井如圖3所示。

嵌入式篩板排水井由嵌入式篩板、排水井兩部分組成，嵌入式篩板與排水井均選用PVC材質(zhì)。漂洗尾液管入口直徑為80 mm。手柄為不銹鋼材質(zhì)，長(zhǎng)100 mm、高100 mm、直徑20 mm，以上下螺母形式與法蘭固定。透明有機(jī)板厚度為20 mm，中心布設(shè)直徑為80 mm的孔眼，作為漂洗尾液管入口，以圓心對(duì)稱設(shè)長(zhǎng)100 mm、寬20 mm的空槽各1個(gè)，用于手柄伸出。溢流管高700 mm、寬50 mm、直徑50 mm，溢流管下端與篩板底部持平，篩板過(guò)液不順暢時(shí)，溶液經(jīng)溢流管流出，避免溶液從排水井上端溢出。篩網(wǎng)為不銹鋼材質(zhì)，孔徑0.6 mm(30目)，小粒徑段樹脂隨尾液流出；大粒徑段樹脂留在篩網(wǎng)內(nèi)，回收利用。篩板主體每隔20 mm均勻布設(shè)直徑為20 mm的孔眼，用于溶液流動(dòng)。排水井上下端口直徑分別為600和1 000 mm，高1 000 mm；距排水井下端200 mm處，設(shè)置直徑為200 mm的孔，用于焊接固定排水管。

排水井上端帶有深度為10 mm的凹槽，將篩板伸入排水井，篩板法蘭片與凹槽緊密銜接，固定篩板。將透明有機(jī)板覆蓋在篩板上，進(jìn)行密封，可透過(guò)有機(jī)板觀看篩板內(nèi)的樹脂量。將漂洗尾液管，通過(guò)有機(jī)板中心孔眼伸入篩板內(nèi)，夾帶樹脂的漂洗尾液流入篩板，大粒徑樹脂留在篩板內(nèi)，小粒徑樹脂繼續(xù)隨溶液進(jìn)入蒸發(fā)池。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，嵌入式篩板排水井有效地解決了隨溶液流出的大粒徑樹脂的回收問(wèn)題，避免了可用樹脂的損失。大粒徑樹脂與小粒徑樹脂隨溶液進(jìn)入篩板內(nèi)，大粒徑樹脂留下，小粒徑樹脂隨溶液繼續(xù)流出；當(dāng)篩板內(nèi)的樹脂較多時(shí)，僅需1人將篩板取出，將內(nèi)部樹脂直接加入離子交換塔，整個(gè)過(guò)程便捷高效。嵌入式篩板排水井平均回收大粒徑樹脂3.5 kg/d，全年回收大粒徑樹脂1.28 t，全年可節(jié)省生產(chǎn)成本4萬(wàn)元。

2.3 漂洗塔頂安裝嵌入式篩板

嵌入式篩板排水井的應(yīng)用取得了一定效果，但仍需人工將篩板中的樹脂回收至離子交換塔。為解決此問(wèn)題，直接在漂洗塔頂出液口制作安裝嵌入式篩板，篩板制作方法與排水井的嵌入式篩板類似。在漂洗塔出液口安裝嵌入式篩板后，避免了大粒徑樹脂隨尾液流出，且無(wú)需人工回收樹脂。漂洗塔頂安裝嵌入式篩板運(yùn)行，如圖4所示。

3 漂洗塔改進(jìn)后的運(yùn)行效果

漂洗塔集液盤安裝密封罩后，區(qū)域內(nèi)的氡活度濃度較密封前平均下降23 Bq/m3，子體潛能濃度較密封前平均下降18 nJ/m3。集液盤密封前后氡及子體濃度，如圖5所示。集液盤密封后也杜絕出現(xiàn)漂洗尾液濺出情況，延長(zhǎng)了鋼平臺(tái)使用壽命。

漂洗塔頂安裝篩板后，保持漂洗塔運(yùn)行條件不變，進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)研究。篩板安裝前后，通過(guò)流量計(jì)監(jiān)測(cè)出液量變化情況，持續(xù)運(yùn)行時(shí)間不超過(guò)1個(gè)月時(shí)，出液量基本保持不變。規(guī)定作業(yè)人員每月清洗篩板1次，取出篩板并清理篩網(wǎng)網(wǎng)眼上附著的少量樹脂，以保證漂洗塔出液順暢。漂洗塔改進(jìn)后，對(duì)集液盤中漂洗出的樹脂進(jìn)行了收集和粒級(jí)篩分，小粒徑(φ<0.6 mm)樹脂比例為99.2%，效果較好。原嵌入式篩板排水井依然使用，以預(yù)防因漂洗塔頂篩板破損而造成大粒徑樹脂損失。

4 結(jié)論

對(duì)漂洗塔集液盤安裝密封罩后，隔離氡源，降低了區(qū)域內(nèi)的氡及子體濃度，有益于作業(yè)人員的健康；流入集液盤的漂洗尾液不易外濺，避免了鋼平臺(tái)的電化學(xué)腐蝕，延長(zhǎng)了鋼平臺(tái)的使用壽命。漂洗塔頂與排水井均增設(shè)篩板，有效地防止大粒徑樹脂流失，可節(jié)省生產(chǎn)成本。密封罩與篩板制作簡(jiǎn)單，成本低，應(yīng)用前景廣。