年產(chǎn)50tU酸法地浸水冶工藝設計.doc

南 華 大 學畢 業(yè) 設 計（論文） 任 務 書學 院： 題 目： 年產(chǎn)50tU酸法地浸水冶工藝設計 起 止 時 間： 2011.12.282012.5.20學 生 姓 名： 專 業(yè) 班 級： 指 導 教 師： 系 主 任： 院 長： 2011年 12 月 28日設計（論文）內(nèi)容及要求一、 設計內(nèi)容：（1）工程概況（地浸井場浸出液流量220m3/h，浸出液U含量32 mg/L,樹脂飽和容量為30mgU/mLR，每年生產(chǎn)300天，按年產(chǎn)金屬鈾100t計算。）（2）鈾礦酸法地浸工藝流程（3）水冶工藝參數(shù)計算及設備選型（4）水冶車間的平面布置圖（5）水冶車間工藝設備形象系統(tǒng)圖（6）工藝設備、管道、儀表聯(lián)系圖（7）論述用離子交換從酸性浸出液中回收鈾的工藝流程二、 設計要求：編寫設計（論文）說明書（中英文摘要、某鈾礦山地浸試驗水冶工藝設計的工程概況、地浸工藝流程、設備的計算及選型等）；設計圖紙（原則工藝流程圖、平面布置圖、工藝設施設備形象系統(tǒng)圖、工藝設備等）采用A3、A4圖幅。（1）按照畢業(yè)論文任務書的要求，在指導老師的指導和幫助下，結(jié)合實際情況，按期、認真完成“年產(chǎn)50tU酸法地浸水冶工藝設計”畢業(yè)設計的內(nèi)容，按時提交畢業(yè)設計。（2）翻譯本專業(yè)英文文獻一篇（3000-5000漢字）。（3）設計（論文）所需查閱的資料1）某鈾礦山相關資料，20112）化工工藝設計手冊，20053）化工管路手冊，20024）溶浸采鈾（礦），19985）圖書館、期刊網(wǎng)檢索相關資料。6）Theory and Practice of Heap Leaching，19817）鈾礦石加工實驗室試驗手冊，1992 8）鈾、金、銅地浸理論與實踐，199710）鈾礦石的化學分析，2006 11）鈾提取工藝學，2010 12）離子交換分離工程，1992（4）畢業(yè)論文（設計）進度安排階段階 段 內(nèi) 容起 止 時 間1收集資料,編寫開題報告2011.12.282012.1.142認真研究資料，擬定設計方案2012.2.142012.2.283工程概況等文字資料輸入文檔2012.3.12012.3.54工藝流程設計，工藝參數(shù)的確定畢業(yè)實習2012.3.62012.3.315設備的計算及選型2012.4.12012.4.316工程制圖2012.5.12012.5.207檢查修改、預答辯2012.5.212012.5.318審核、答辯2012.6.12012.6.2指導教師 ： 年 月 日南華大學核資源與核燃料工程學院本科畢業(yè)設計(論文)文獻綜述課題名稱年產(chǎn)50tU酸法地浸水冶工藝設計指導教師院 系專業(yè)班級學生姓名學號開題日期2012年1月6日要求：一、說明材料來源情況；二、對課題的研究歷史、研究現(xiàn)狀等進行準確的分析與歸納并作出簡要評述；三、表達自己的觀點與主張，闡述該課題的發(fā)展動向和趨勢；四、字數(shù)要求3000字以上，可另附紙。 材料來源：対酸法地浸的研究材料來源主要分為兩大部分，一是來自網(wǎng)絡，我從萬維，同方等數(shù)據(jù)庫中瀏覽下載了一部分文獻資料。另一部分來自我從圖書館中借閱的圖書文獻資料：宮傳文.離子交換設備在我國鈾提取工藝中的應用J.石家莊:核工業(yè)第四研究設計院. 張劍勇.堆浸在我礦的研究及其發(fā)展前景J.樂安:中國核工業(yè)總公司七二一礦. 許根福.處理地（堆）浸鈾浸出液離子交換裝置類型的選擇J.北京：核工業(yè)北京化工冶金研究院。和課堂上學習的鈾水冶工藝學 濕法冶金兩門課程和老師教授的相關知識。課題的研究歷史、研究現(xiàn)狀；作為一項傳統(tǒng)的濕法冶金技術，地浸工藝用于從礦石中提取有用成分已經(jīng)有上千年的歷史，常規(guī)地浸技術目前已經(jīng)基本發(fā)展成熟，20世紀40年代開始，作為核武器制造，核能利用計劃一部分的鈾工業(yè)，經(jīng)歷了建立，大發(fā)展，停頓和新發(fā)展四個歷史階段。自上世紀七，八十年代以來，在我國鈾礦地浸和地浸（包括地表地浸，井下爆破地浸及滲濾浸出）工藝，逐步取代了常規(guī)攪拌浸出。地浸工藝在合理利用資源，提高經(jīng)濟效益等方面，有著重要意義。為了強化此工藝，先前人們已經(jīng)做過了很多研究，如酸性造粒，拌酸熟化，細菌浸出，活化技術等，都已經(jīng)取得可喜成績。地浸法具有投資少，成本低，工藝簡單，建設周期短和資源利用率高等優(yōu)點，據(jù)統(tǒng)計：地浸渣品味與常規(guī)水冶渣品味相近，而材料消耗低如硫酸，石灰和樹脂的消耗量分別為常規(guī)方法的40%，24%和5%；水和電的消耗量分別為常規(guī)法的16%和12%；地浸所需勞動力減少三分之二，成產(chǎn)成本為常規(guī)法的40%左右，具有顯著的經(jīng)濟效益。地浸法已經(jīng)發(fā)展為工業(yè)上低成本處理低品味礦石和費石的有效技術。 地浸法已經(jīng)發(fā)展成很多國家鈾生產(chǎn)的支柱技術。法國用地浸法每年回收鈾約占總量的30%左右，美國占15%20%，而前蘇聯(lián)也曾為40%。我國鈾礦冶系統(tǒng)經(jīng)過20多年努力，地浸技術得到飛速發(fā)展，已經(jīng)從試驗階段飛速發(fā)展為推廣應用階段。90%以上的鈾礦山進行過地浸實驗，20%的鈾礦山已經(jīng)全部采用地浸方式生產(chǎn)。同時也摸索出一套適合中國礦業(yè)特點的地浸技術。1992年地浸生產(chǎn)鈾產(chǎn)量占全部鈾產(chǎn)量的15.7%的可喜成績！核能工業(yè)的發(fā)展要求鈾的提取與精制工藝技術不斷地改進和革新。目前，鈾提取與精制工藝技術的革新主要著眼于簡化操作、縮短流程、節(jié)省消耗、降低成本，起進展情況概括起來有如下幾個方面。 自磨半自磨技術在鈾礦破磨操作中的采用，對縮短破磨操作中的采用，對縮短破磨流程、減少破磨礦的基建投資與浸出的酸耗都具有重要意義。今后，破磨技術進一步的發(fā)展將是著重于破磨機的自控或遙控技術、設備磨損和廠房消除噪聲等方面的研究。 改善浸取過程的經(jīng)濟技術指標是減少鈾生產(chǎn)成本的關鍵環(huán)節(jié)，在這方面已取得了不少可喜的進展，主要體現(xiàn)在邊界品位或更低品位礦石的處理上。在這方面，堆浸、細菌浸出、地下浸出等技術的研究和應用，為簡便、廉價地從這類礦石中 將離子交換吸附尾液或萃余水相注入地下作為化學采礦的溶浸劑，這樣節(jié)省了溶浸劑，又處理了廢液。 濃酸熟化法，在處理某些難浸的含鈾、釩礦石時，具有獨到的優(yōu)點，這種方法能強化浸出過程，提高礦石的浸出率。 流態(tài)化技術在提取過程的應用，是浸出和固液分離兩步操作有可能在一個流化床設備中實現(xiàn)。這種設備也可單獨用于浸出礦漿的洗滌和分級。若此設備中剛加入適量的絮凝劑，即可能得到澄清的浸取液作為固定床離子的料液或清液萃取的萃原液。這種設備的優(yōu)點是占地面積小、結(jié)構簡單且無傳動部件。 提取工藝技術的發(fā)展導致許多新型的固液分離設備的出現(xiàn)，帶式過濾機就是其中一種，其優(yōu)點是過濾效率高，且可在同一臺設備上完成過濾和多段逆流洗滌的操作，而且生產(chǎn)能力也是可觀的。此類新型的設備還有濃密機恩維羅型澄清器，在離子交換樹脂提取鈾的工藝與設備方面，研究的重點是發(fā)展連續(xù)逆流半清液吸附，此類設備在有的國家已經(jīng)生產(chǎn)并應用。 “淋萃流程”的應用及不斷改進是鈾提取工藝的重大發(fā)展。它避免了硝酸根和氯離子的引入，結(jié)晶母液可以返回前面的工序利用，同時，若條件適當，可得到核純產(chǎn)品。 礦漿萃取的應用也是鈾的萃取過程的一種進展，在簡化流程，省去繁瑣固液分離操作上具有相當大的意義。但是，該法帶來的有機溶劑的損失及操作上的困難，有待進一步研究改進。 從礦石直接制備四氟化鈾是鈾水冶的另一項新工藝，起特點是流程簡短、鈾的總回收率高，如果控制得當，就有可能滿足金屬鈾生產(chǎn)的純度要求。 在某些鈾礦床中含有一些鈾共生，并已經(jīng)達到國家要求的開采品位的其他元素需要考慮綜合回收利用。此外海水提鈾與從其他資源中回收鈾也是開發(fā)鈾資源的研究方向。鈾提取工藝師一門綜合性的技術，其基本原則是經(jīng)濟，也就是盈利原則。因此，鈾提取工藝要求被提取的鈾礦石必須有盡可能高的鈾品位，工藝流程應當盡可能短，消耗的試劑和選用的設備應當盡可能少，操作簡單，方便，易行，有經(jīng)濟合理的尾礦和廢水處理方案，并且盡可能考慮綜合回收?？偠灾捎眯录夹g、新設備、新材料，達到降低成本的目的，這是開發(fā)和研究鈾提取工藝的基本方向。現(xiàn)在常用的有四種常規(guī)攪拌浸出的典型流程，如下圖所示。流程（）是常用的簡單串聯(lián)浸出流程，此流程需要足夠的數(shù)量的浸出槽以滿足浸出礦漿需要的停留時間（一般為4-24h）。由于部分礦漿可能因短路而得不到預期的停留時間，固串聯(lián)槽子數(shù)目的設計要有一定的保險系數(shù)，工廠一般采用4-14個槽。為降低氧化劑消耗，一般在加酸之后加入氧化劑，因為在酸與礦石作用的初期可能有還原性氣體逸出而造成氧化劑的浪費。加酸的方法根據(jù)礦石的組成而確定，有的把酸連續(xù)加入第一槽，也可采用分段加酸；為盡量減少下一步中和所用石灰乳的加入量，浸出的最終酸度條件應盡可能調(diào)節(jié)到接近下一工序的需要，該流程一般剩余酸度控制在3-7g/L,其浸出率為90%-98%，適于在低酸度下具有足夠高浸出速度的易浸礦石的浸出。 流程（）是流程（）的改進，又稱為分段浸出流程。在此流程中，難浸礦石與一般易浸礦石分別磨礦，難浸礦石與大部分酸一道加入流程中的第一浸出槽，在此用高溫和濃酸強化處理難浸礦石，然后，利用剩余酸與加到流程后面浸出槽中的易浸礦石進行反應，使浸出難浸礦石的剩余酸得到充分利用，如此既降低了酸耗，又能使兩類礦石得到較高的浸出率。 流程（），人們稱為“酸液回流”浸出流程。在此流程中，浸出礦漿過濾后，濾液返回浸出槽，最后從流程中回收的僅是濾餅中夾帶的浸出液。這種流程安排可以回收許多殘留在浸出礦漿中的游離酸，且可節(jié)省中和酸所用的石灰。流程的缺點是可能造成浸出液中雜質(zhì)的積累，同時，其過濾設備的投資、操作和維修等費用也較高。 流程（）是一種較復雜的、酸耗低的兩段逆流浸出流程，也是叫完善的浸出流程之一。他既能維持有利于浸出的高酸度，又可調(diào)整最終浸出液的剩余酸度和電位。該流程缺點是：殘渣洗滌系統(tǒng)需要處理強酸溶液和可能需要增加洗滌段以維持較低的鈾溶液的損失，第一浸出段的礦漿密度較低，除非最初的進料礦漿在磨礦之后進行脫水，然后用循環(huán)液再制漿以達到所需的密度。兩段逆流浸出是減低酸耗、提高浸出率的一種較好的流程。該流程不僅適用于難處理的原生礦和次生氧化礦，也適用于褐煤灰的浸出。從節(jié)省酸的角度考慮，它用來處理易浸的砂巖礦業(yè)很適宜。 國內(nèi)鈾礦石堆浸均是以稀硫酸作浸出劑，浸出的選擇性較差，在浸出鈾的同時，其它一些非目標元素如鐵、鋁、硅以及重金屬等也溶解到浸出液中。鈾的傳統(tǒng)工藝中，從硫酸浸出液中純化回收鈾的傳統(tǒng)工藝方法有直接沉淀(包括分步沉淀法)、離子交換法、溶劑萃取法或由后兩者結(jié)合而成的淋萃流程。從鈾浸出液中用沉淀法回收鈾最典型的方法是分步沉淀法，即用堿(苛性鈉、氧化鈣、氨水等)首先控制pH在3.5，將鐵沉淀，再將pH調(diào)到6.57.5沉淀鈾。在這種工藝中，由于鐵沉淀時的載帶，造成鈾的損失較大，且生成的沉淀是無定形的氫氧化鐵，難以過濾和洗滌；而沉淀鈾時仍有其它雜質(zhì)，如鋁和少量鈣等一起沉淀出來，沉淀產(chǎn)品的質(zhì)量不高，往往需要進一步精制。在鈾礦冶中也用過其它一些沉淀方法,磷酸鹽沉淀法和綠泥法等，但前者三價鐵、鈾酰和鋁離子的pH沉淀范圍部分重合在一起，而不能有效地進行分離；而后者沉淀以后的分離工作過于復雜。采用傳統(tǒng)的沉淀法從浸出液回收鈾不可避免地存在以下問題：(1)當用某一試劑選擇性地沉淀雜質(zhì)時，鈾可能被新生成的沉淀吸附產(chǎn)生共沉淀，而降低其回收率；(2)如果要選擇性地沉淀鈾，則溶液中存在的大量雜質(zhì)也必然會或多或少地沉淀出來，因此，鈾化學濃縮物的純度將受到一定的影響；(3)沉淀法的化學試劑消耗量大；(4)難于實現(xiàn)連續(xù)化操作；兩者所得的鈾濃縮物純度都不高，不能滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。因此，自從樹脂離子交換法和溶劑萃取法應用到鈾的濕法冶金中以后，上述沉淀法幾乎完全被取代。離子交換是溶液中的離子在固液兩相之間的平衡，固相是吸附劑或離子交換劑，液相為需要處理的溶液，如鈾礦浸出液。離子交換法是一種從溶液中提取和分離元素的技術，利用離子交換劑在特定體系中對不同離子親和力的差異，可以有效分離包括稀土元素在內(nèi)的難分離元素。一般來說，離子交換過程都在離子交換柱中進行。在鈾礦加工工藝中，由于在硫酸浸出液中存在鈾的絡合陰離子，可以用陰離子交換樹脂從硫酸浸出液中選擇性地吸附鈾，在吸附過程中使鈾與浸出液中的其他元素（雜質(zhì)）分離。鈾的浸出礦漿與浸出液，大致分為酸性和堿性兩種。由于在大多數(shù)情況下，采用的浸出劑是硫酸，所以，一般從酸性礦漿與浸出液中提取鈾。鈾礦石的特點之一是鈾的含量很低，一般情況下，鈾的品位為千分之幾至萬分之幾。并且，隨著鈾工業(yè)的發(fā)展，低品位鈾礦石所占的比例將會愈來愈大。處理如此低品位礦石，所得到的浸出液或礦漿，其中鈾的濃度也必然是很低的。通常浸出液中U3O8的含量大致為5001000mg/L。鑒于離子交換法有適用于稀溶液的特點，故至今在不少國家的鈾生產(chǎn)中離子交換法仍占有很大的相對密度。與化學沉淀法相比，離子交換法的優(yōu)點是：選擇性高，可以從濃度很低的浸出液中幾乎定量地將鈾提取出來；既能處理清夜，又能處理礦漿；試劑的消耗少。在鈾工藝發(fā)展的初期，幾乎所有的鈾廠都采用化學沉淀法回收、提取鈾。但是，隨著生產(chǎn)技術的發(fā)展，沉淀法暴露出了許多缺點。后來，由于世界各國大力進行了新工藝方法的研究，鈾的提取技術也日益發(fā)展，離子交換法和萃取法也得到了不斷應用和完善。離子交換法和萃取法的共同特點是：選擇性都很好，能得到鈾含量很高的化學濃縮物；鈾的回收率高；操作簡單。如果將離子交換法與萃取法比較一下，人們發(fā)現(xiàn)，離子交換法比萃取法更適合處理鈾濃度低的溶液或礦漿。這是因為，有機萃取劑在水或水溶液中總會或多或少地溶解。而在工業(yè)上，為使有機相能在高的飽和度下操作，往往要加大水相與有機相之間的相比，這樣有機相的溶解損失勢必增大；再者，礦漿中所含固體顆粒的表面對有機萃取劑有吸附作用，從而可能引起乳化，造成有機相的損失。因此，在上述情況下，應用萃取法是不經(jīng)濟的。盡管離子交換法提取鈾有許多優(yōu)點，但是，也存在一些問題，例如，離子交換樹脂的交換速度較萃取劑的萃取速度慢，樹脂對鈾的吸附容量也較小。由于樹脂在操作過程中體積發(fā)生變化，因而會產(chǎn)生破裂變細，這不僅造成樹脂的損失，也增大了鈾的損失，這些問題至今未得到很好的解決。鑒于離子交換法的特點，離子交換法已廣泛地應用于核燃料處理回收工藝及其他有關生產(chǎn)部門。例如，它已成功地應用于從鈾礦石浸出液中提取鈾或從輻照核燃料中分離凈化鈾、釷、钚等，在放射化學研究中，它是研究超钚元素，分離裂變物質(zhì)的重要手段之一。在稀土金屬提取工藝中，離子交換法是分離和制備高純單一稀土元素的有效方法之一。在其他方面，諸如在工業(yè)用水的軟化，高純水制備以及在制藥工業(yè)中也都得到廣泛應用。在鈾浸出液的除雜工作完成后進行鈾的提取，運用離子交換技術這種新型分離技術，吸附過程采用密實移動床（密實移動床不但有固定床的優(yōu)點，而且生產(chǎn)效率高，設備利用率高，生產(chǎn)場地小，易實現(xiàn)自動化）?？傊霾僮魇羌庸も櫟V石的重要步驟，對某些高品位鈾礦采取常規(guī)攪拌浸出，可以保證浸出率，使資源得到充分利用。發(fā)展動向和趨勢：20世紀五六十年代形成的常規(guī)鈾水冶工藝技術，即破礦磨礦攪拌浸出固液分離離子交換吸附和溶劑萃取堿化沉淀法提取天然鈾即黃餅的生產(chǎn)工藝流程，與其相比我國現(xiàn)在的鈾礦采冶技術有了重大的發(fā)展和長足的進步，隨著地浸采鈾技術的不斷成熟和筑堆技術、滲濾浸出技術和后續(xù)工藝技術的不斷完善，地、堆浸提鈾技術基本取代了常規(guī)的攪拌浸出，簡化了工藝流程和降低了成本，并減少環(huán)境污染和工作強度；在操作技術和設備設計方面的研究，提高了工藝的可靠性和生產(chǎn)。鈾提取工藝是一門綜合性的技術，其基本原則是經(jīng)濟，也就是盈利為原則，核能工業(yè)的發(fā)展要求鈾的提取與精致工藝技術不斷地改進和革新。目前鈾的供應一般分為兩大類型，第一類為主要資源，是直接從鈾礦山和水冶廠加工回收的鈾，第二類為二次資源，包括高濃縮鈾、天然和低濃縮鈾庫存、混合氧化物燃料、再處理的鈾和從乏鈾中富集的鈾。從鈾礦石中提取鈾的工藝過程，是天然鈾生產(chǎn)的重要步驟，主要產(chǎn)品是黃餅。常規(guī)的鈾提取工藝一般須經(jīng)下述單元操作：鈾礦石的破碎、磨細；礦石浸取、礦漿的固液分離；鈾濃縮物的提取與純化；鈾的沉淀，在這個流程中，最關鍵的環(huán)節(jié)是鈾濃縮物的提取與純化。本設計主要闡述了鈾礦石的溶浸提取的工藝及設備，總而言之，鈾提取工藝應采用新技術、新設備、新材料，達到降低成本的目的，這是開發(fā)和研究鈾提取工藝的基本方向。 指導教師簽字： 年 月 日南華大學本科生畢業(yè)設