《铀矿山U型塔饱和再吸附与淋洗一体化技术规程》编制说明

《铀矿山U型塔饱和再吸附与淋洗一体化技术规程》编制说明工作简况U型塔饱和再吸附与淋洗一体化技术（下简称“U型塔技术”）属于铀矿山铀浸出液后处理范畴，用于处理处理离子交换工序吸附塔产出的低容量饱和树脂，达到富集和产出沉淀用铀合格液的目的。由于在一个塔器内同时发生饱和再吸附和淋洗两个反应，简化了工艺流程、减少设备投资和占地，有利于实施控制。目前尚无相应标准对U型塔技术进行规范，由于国内铀矿开发进入高速发展期，对开发过程亟需设备和技术进行规范和推广，特申请制定铀矿山U型塔饱和再吸附与淋洗一体化技术规程。中国电力发展促进会核能工程标准化技术委员会于2023年4月14日在北京召开2023年度第一批核能工程团体标准立项评审会，同意制定U型塔饱和再吸附与淋洗一体化技术规程，考虑到技术主要应用范围，名称确定为《铀矿山U型塔饱和再吸附与淋洗一体化技术规程》。标准立项评审会计划下达后，2023年5月，标准起草单位核工业北京化工冶金研究院成立标准起草工作小组，8月组织专家对立项草案进行初评，建议删除试验相关内容，按照技术规范进行编制。起草工作小组查找了国内外相关技术资料、结合专家意见和技术研制、应用资料，讨论修改后形成标准征求意见稿。起草工作小组成员及分工见表1。表1起草工作小组成员及分工序号姓名年龄职称专业分工1程威44研高铀采冶标准立项和组织编制2陈希28工程师化工草案编制3原渊37研高化学方案制定4杜志明42研高化工组织协调5王亚安29高工化工机械设备验证标准编制原则编制本标准遵循的主要原则为：1）本草案标准化对象为饱和再吸附与淋洗一体化技术及其配套设备——U型塔的运行技术要求。2）文件使用者为铀矿山及其他涉及离子交换工艺的企业。3）该标准起草的目的在于促进企业与技术工作者对该技术理解，提高U型塔设备和技术的可用性，控制产出产品质量。标准主要内容的确定1主要技术内容该标准规定了U型塔饱和再吸附与淋洗一体化技术的术语、原理、操作技术要求及质量检验方法等技术要求。该标准适用于饱和再吸附与淋洗一体化工艺以及U型塔设备运行。主要技术内容包括：1）U型塔饱和再吸附与淋洗一体化技术的术语和定义；2）饱和再吸附与淋洗一体化工艺原理、物料、设备及U型塔运行步骤等要求；3）U型塔设备操作技术要求；4）合格液、尾液、贫树脂等产品的质量检验方法。5）参考文件（规范性）、运行过程记录表格（资料性）及其他参考文献等附录。2技术内容依据标准主要技术内容的确定依据。包括标准技术指标、参数、公式、性能要求、试验方法、检验规则等的论据，解决的主要问题；本草案是按照GB/T1.1—2000《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则》及GB/T1.2—2002《标准化工作导则第2部分：标准中规范性技术要素内容的确定方法》的要求进行编写。该草案主要技术内容的确定依据包括：1）负载树脂容量我国砂岩铀矿，品位低，酸法地浸的浸出液铀浓度较低，比如某铀矿浸出液平均铀浓度10～18mg/L，部分采区甚至低于10mg/L。离子交换吸附时，硫酸氢根离子浓度与铀酰离子浓度的比值高，竞争吸附力强，吸附产生的负载树脂容量低，直接淋洗时淋洗合格液铀浓度低，由此导致产品沉淀的NaOH耗量高，工艺废水量大，获得的“111”产品铀含量较低。负载树脂容量直接关系淋洗合格液铀浓度，通过饱和再吸附，能够将负载树脂铀容量从10～16mg/mLWR提升至28～36mg/mLWR，从而大大减少沉淀试剂消耗和工艺废水量，提高沉淀铀产品质量。2）合格液铀浓度淋洗合格液铀浓度直接关系产品沉淀时试剂消耗和工艺废水产出量，负载树脂铀容量10～16mg/mLWR时，直接淋洗合格液铀浓度小于10g/L，将负载树脂铀容量提升至28～36mg/mLWR时，U型塔产出合格液铀浓度大于30g/L。从而大大缩减淋洗合格液体积，提高沉淀效率和产品质量。表2U型塔饱和树脂处理量试验结果试验序号饱和树脂处理量,m3/h合格液平均铀浓度,g/L淋洗剂消耗，m3/m3树脂10.1053.6~58.51.820.1550.7~53.22.030.2035.4~40.01.840.2843.0~50.11.850.3030.5~42.31.83）浓度梯度为保证U型塔稳定产出合格液和尾液，需要在U型塔内维持清晰的浓度梯度。表3全塔取样分析结果淋洗侧饱和再吸附侧高度,m溶液铀,g/L溶液硝酸根,g/L树脂铀容量,mg/mLWR高度,m溶液铀,g/L溶液硝酸根,g/L树脂铀容量,mg/mLWR13.50.9456.43/15/1.98/11.52.6954.24.4411.51.822.4813.836.54.7754.948.516.51.922.7214.592.516.4244.5520.222.529.898.4244.691.520.9143.5623.711.534.2730.6936.02048.255.44/048.255.44/4）尾液铀浓度U型塔尾液经回收吸附后排入蒸发池，由于其为合格液在U型塔内经负载树脂饱和再吸附产出，铀浓度较低，一般控制在500mg/L以下。当尾液铀浓度超过2g/L，回收吸附回收率过低，可能造成资源浪费。5）尾液硝酸根浓度U型塔尾液中硝酸根浓度过高，表一方面明U型塔内饱和再吸附效率低，一方面不利于后续对尾液中铀的回收吸附。实际生产一般控制在10g/L以下。6）压缩空气压力压缩空气用于推动U型塔内树脂沿U型管道向贫树脂出口运移，压缩空气压力太小，树脂无法推动或者塔内树脂相与水相无法密实同步运移；压缩空气压力太大，不利于出塔树脂收集体积和控制排出体积。该压力通过以下试验测定。a）不同压力压缩空气推动树脂移动试验采用不同压力的压缩空气推动树脂，出塔混合物流速和树脂-水比例情况见表4。表4出塔树脂-水比例及流速序号压缩空气压力出塔时间,s出塔树脂体积,m3出塔水+树脂体积,m3出塔线速度,m/h（水+树脂）/树脂体积比10.0600.000.000/20.111250.000.3334/30.14320.000.26102/40.20450.370.371041.050.28300.250.23990.9b）0.2MPa压力压缩空气条件下不同出塔时间树脂移动试验贫树脂出口开启和关闭间隔时间为贫树脂出塔时间，则0.2MPa压力压缩空气推动树脂移动时，不同出塔时间贫树脂出塔情况见下表5。表50.20MPa下不同出塔时间树脂运移情况序号出塔时间,s出塔树脂体积,m3出塔水+树脂体积,m3出塔线速度,m/h（水+树脂）/树脂体积比1150.070.10861.42200.120.15961.33250.200.221111.14450.370.371041.03主要试验验证情况核化冶院设计并建造DN600U型塔，于新疆伊犁铀矿水冶厂进行设备及自动化安装，并将DN600自动化U型塔接入737厂水冶系统，开展了示范应用研究。现场物料运行过程为：水冶厂101、201密实移动床吸附塔出塔1R饱和树脂进入U型塔，U型塔产出贫树脂进入水冶厂转型首塔；水冶厂淋洗剂高位槽淋洗剂进入U型塔，U型塔产出合格液进入水冶厂合格液储槽，U型塔产出尾液进入水冶厂回收吸附塔。现场经3个多月运行，1R容量16mg/mLWR情况下，DN600U型塔处理1R处理量为0.1m3/h，产出合格液平均铀浓度最高可达到55g/L，约为原系统合格液浓度的145%；贫树脂容量小于1mg/mLWR，达到原工艺水平；产出U型塔尾液用于配制转型剂实现液相循环。U型塔设备自动化系统运行可靠，可显著降低人员工作量、有效提高生产效率，可替换水冶厂原工艺中饱和再吸附、淋洗首、中、末塔等四个离子交换塔及每塔配套树脂提升罐和输送管道，简化工艺流程，提升控制水平，通过减少空气提升树脂行程降低了树脂磨损。粗估设备投资可降低50%以上，并可通过减少合格液体积降低后续工序成本消耗。与国际、国外同类标准水平的对比情况该标准为首次制定。本标准制定过程未检索到国际标准或国外先进标准。与国内相关标准的关系本标准内容符合现行法律、法规。重大分歧意见的处理经过和依据说明目前没有分歧意见。其他本标准涉及授权发明专利：[1]程威,郑剑平,阙为