年产50tU酸法地浸水冶工艺设计.doc

南 华 大 学毕 业 设 计（论文） 任 务 书学 院： 题 目： 年产50tU酸法地浸水冶工艺设计 起 止 时 间： 2011.12.282012.5.20学 生 姓 名： 专 业 班 级： 指 导 教 师： 系 主 任： 院 长： 2011年 12 月 28日设计（论文）内容及要求一、 设计内容：（1）工程概况（地浸井场浸出液流量220m3/h，浸出液U含量32 mg/L,树脂饱和容量为30mgU/mLR，每年生产300天，按年产金属铀100t计算。）（2）铀矿酸法地浸工艺流程（3）水冶工艺参数计算及设备选型（4）水冶车间的平面布置图（5）水冶车间工艺设备形象系统图（6）工艺设备、管道、仪表联系图（7）论述用离子交换从酸性浸出液中回收铀的工艺流程二、 设计要求：编写设计（论文）说明书（中英文摘要、某铀矿山地浸试验水冶工艺设计的工程概况、地浸工艺流程、设备的计算及选型等）；设计图纸（原则工艺流程图、平面布置图、工艺设施设备形象系统图、工艺设备等）采用A3、A4图幅。（1）按照毕业论文任务书的要求，在指导老师的指导和帮助下，结合实际情况，按期、认真完成“年产50tU酸法地浸水冶工艺设计”毕业设计的内容，按时提交毕业设计。（2）翻译本专业英文文献一篇（3000-5000汉字）。（3）设计（论文）所需查阅的资料1）某铀矿山相关资料，20112）化工工艺设计手册，20053）化工管路手册，20024）溶浸采铀（矿），19985）图书馆、期刊网检索相关资料。6）Theory and Practice of Heap Leaching，19817）铀矿石加工实验室试验手册，1992 8）铀、金、铜地浸理论与实践，199710）铀矿石的化学分析，2006 11）铀提取工艺学，2010 12）离子交换分离工程，1992（4）毕业论文（设计）进度安排阶段阶 段 内 容起 止 时 间1收集资料,编写开题报告2011.12.282012.1.142认真研究资料，拟定设计方案2012.2.142012.2.283工程概况等文字资料输入文档2012.3.12012.3.54工艺流程设计，工艺参数的确定毕业实习2012.3.62012.3.315设备的计算及选型2012.4.12012.4.316工程制图2012.5.12012.5.207检查修改、预答辩2012.5.212012.5.318审核、答辩2012.6.12012.6.2指导教师 ： 年 月 日南华大学核资源与核燃料工程学院本科毕业设计(论文)文献综述课题名称年产50tU酸法地浸水冶工艺设计指导教师院 系专业班级学生姓名学号开题日期2012年1月6日要求：一、说明材料来源情况；二、对课题的研究历史、研究现状等进行准确的分析与归纳并作出简要评述；三、表达自己的观点与主张，阐述该课题的发展动向和趋势；四、字数要求3000字以上，可另附纸。 材料来源：対酸法地浸的研究材料来源主要分为两大部分，一是来自网络，我从万维，同方等数据库中浏览下载了一部分文献资料。另一部分来自我从图书馆中借阅的图书文献资料：宫传文.离子交换设备在我国铀提取工艺中的应用J.石家庄:核工业第四研究设计院. 张剑勇.堆浸在我矿的研究及其发展前景J.乐安:中国核工业总公司七二一矿. 许根福.处理地（堆）浸铀浸出液离子交换装置类型的选择J.北京：核工业北京化工冶金研究院。和课堂上学习的铀水冶工艺学 湿法冶金两门课程和老师教授的相关知识。课题的研究历史、研究现状；作为一项传统的湿法冶金技术，地浸工艺用于从矿石中提取有用成分已经有上千年的历史，常规地浸技术目前已经基本发展成熟，20世纪40年代开始，作为核武器制造，核能利用计划一部分的铀工业，经历了建立，大发展，停顿和新发展四个历史阶段。自上世纪七，八十年代以来，在我国铀矿地浸和地浸（包括地表地浸，井下爆破地浸及渗滤浸出）工艺，逐步取代了常规搅拌浸出。地浸工艺在合理利用资源，提高经济效益等方面，有着重要意义。为了强化此工艺，先前人们已经做过了很多研究，如酸性造粒，拌酸熟化，细菌浸出，活化技术等，都已经取得可喜成绩。地浸法具有投资少，成本低，工艺简单，建设周期短和资源利用率高等优点，据统计：地浸渣品味与常规水冶渣品味相近，而材料消耗低如硫酸，石灰和树脂的消耗量分别为常规方法的40%，24%和5%；水和电的消耗量分别为常规法的16%和12%；地浸所需劳动力减少三分之二，成产成本为常规法的40%左右，具有显著的经济效益。地浸法已经发展为工业上低成本处理低品味矿石和费石的有效技术。 地浸法已经发展成很多国家铀生产的支柱技术。法国用地浸法每年回收铀约占总量的30%左右，美国占15%20%，而前苏联也曾为40%。我国铀矿冶系统经过20多年努力，地浸技术得到飞速发展，已经从试验阶段飞速发展为推广应用阶段。90%以上的铀矿山进行过地浸实验，20%的铀矿山已经全部采用地浸方式生产。同时也摸索出一套适合中国矿业特点的地浸技术。1992年地浸生产铀产量占全部铀产量的15.7%的可喜成绩！核能工业的发展要求铀的提取与精制工艺技术不断地改进和革新。目前，铀提取与精制工艺技术的革新主要着眼于简化操作、缩短流程、节省消耗、降低成本，起进展情况概括起来有如下几个方面。 自磨半自磨技术在铀矿破磨操作中的采用，对缩短破磨操作中的采用，对缩短破磨流程、减少破磨矿的基建投资与浸出的酸耗都具有重要意义。今后，破磨技术进一步的发展将是着重于破磨机的自控或遥控技术、设备磨损和厂房消除噪声等方面的研究。 改善浸取过程的经济技术指标是减少铀生产成本的关键环节，在这方面已取得了不少可喜的进展，主要体现在边界品位或更低品位矿石的处理上。在这方面，堆浸、细菌浸出、地下浸出等技术的研究和应用，为简便、廉价地从这类矿石中 将离子交换吸附尾液或萃余水相注入地下作为化学采矿的溶浸剂，这样节省了溶浸剂，又处理了废液。 浓酸熟化法，在处理某些难浸的含铀、钒矿石时，具有独到的优点，这种方法能强化浸出过程，提高矿石的浸出率。 流态化技术在提取过程的应用，是浸出和固液分离两步操作有可能在一个流化床设备中实现。这种设备也可单独用于浸出矿浆的洗涤和分级。若此设备中刚加入适量的絮凝剂，即可能得到澄清的浸取液作为固定床离子的料液或清液萃取的萃原液。这种设备的优点是占地面积小、结构简单且无传动部件。 提取工艺技术的发展导致许多新型的固液分离设备的出现，带式过滤机就是其中一种，其优点是过滤效率高，且可在同一台设备上完成过滤和多段逆流洗涤的操作，而且生产能力也是可观的。此类新型的设备还有浓密机恩维罗型澄清器，在离子交换树脂提取铀的工艺与设备方面，研究的重点是发展连续逆流半清液吸附，此类设备在有的国家已经生产并应用。 “淋萃流程”的应用及不断改进是铀提取工艺的重大发展。它避免了硝酸根和氯离子的引入，结晶母液可以返回前面的工序利用，同时，若条件适当，可得到核纯产品。 矿浆萃取的应用也是铀的萃取过程的一种进展，在简化流程，省去繁琐固液分离操作上具有相当大的意义。但是，该法带来的有机溶剂的损失及操作上的困难，有待进一步研究改进。 从矿石直接制备四氟化铀是铀水冶的另一项新工艺，起特点是流程简短、铀的总回收率高，如果控制得当，就有可能满足金属铀生产的纯度要求。 在某些铀矿床中含有一些铀共生，并已经达到国家要求的开采品位的其他元素需要考虑综合回收利用。此外海水提铀与从其他资源中回收铀也是开发铀资源的研究方向。铀提取工艺师一门综合性的技术，其基本原则是经济，也就是盈利原则。因此，铀提取工艺要求被提取的铀矿石必须有尽可能高的铀品位，工艺流程应当尽可能短，消耗的试剂和选用的设备应当尽可能少，操作简单，方便，易行，有经济合理的尾矿和废水处理方案，并且尽可能考虑综合回收。总而言之，采用新技术、新设备、新材料，达到降低成本的目的，这是开发和研究铀提取工艺的基本方向。现在常用的有四种常规搅拌浸出的典型流程，如下图所示。流程（）是常用的简单串联浸出流程，此流程需要足够的数量的浸出槽以满足浸出矿浆需要的停留时间（一般为4-24h）。由于部分矿浆可能因短路而得不到预期的停留时间，固串联槽子数目的设计要有一定的保险系数，工厂一般采用4-14个槽。为降低氧化剂消耗，一般在加酸之后加入氧化剂，因为在酸与矿石作用的初期可能有还原性气体逸出而造成氧化剂的浪费。加酸的方法根据矿石的组成而确定，有的把酸连续加入第一槽，也可采用分段加酸；为尽量减少下一步中和所用石灰乳的加入量，浸出的最终酸度条件应尽可能调节到接近下一工序的需要，该流程一般剩余酸度控制在3-7g/L,其浸出率为90%-98%，适于在低酸度下具有足够高浸出速度的易浸矿石的浸出。 流程（）是流程（）的改进，又称为分段浸出流程。在此流程中，难浸矿石与一般易浸矿石分别磨矿，难浸矿石与大部分酸一道加入流程中的第一浸出槽，在此用高温和浓酸强化处理难浸矿石，然后，利用剩余酸与加到流程后面浸出槽中的易浸矿石进行反应，使浸出难浸矿石的剩余酸得到充分利用，如此既降低了酸耗，又能使两类矿石得到较高的浸出率。 流程（），人们称为“酸液回流”浸出流程。在此流程中，浸出矿浆过滤后，滤液返回浸出槽，最后从流程中回收的仅是滤饼中夹带的浸出液。这种流程安排可以回收许多残留在浸出矿浆中的游离酸，且可节省中和酸所用的石灰。流程的缺点是可能造成浸出液中杂质的积累，同时，其过滤设备的投资、操作和维修等费用也较高。 流程（）是一种较复杂的、酸耗低的两段逆流浸出流程，也是叫完善的浸出流程之一。他既能维持有利于浸出的高酸度，又可调整最终浸出液的剩余酸度和电位。该流程缺点是：残渣洗涤系统需要处理强酸溶液和可能需要增加洗涤段以维持较低的铀溶液的损失，第一浸出段的矿浆密度较低，除非最初的进料矿浆在磨矿之后进行脱水，然后用循环液再制浆以达到所需的密度。两段逆流浸出是减低酸耗、提高浸出率的一种较好的流程。该流程不仅适用于难处理的原生矿和次生氧化矿，也适用于褐煤灰的浸出。从节省酸的角度考虑，它用来处理易浸的砂岩矿业很适宜。 国内铀矿石堆浸均是以稀硫酸作浸出剂，浸出的选择性较差，在浸出铀的同时，其它一些非目标元素如铁、铝、硅以及重金属等也溶解到浸出液中。铀的传统工艺中，从硫酸浸出液中纯化回收铀的传统工艺方法有直接沉淀(包括分步沉淀法)、离子交换法、溶剂萃取法或由后两者结合而成的淋萃流程。从铀浸出液中用沉淀法回收铀最典型的方法是分步沉淀法，即用碱(苛性钠、氧化钙、氨水等)首先控制pH在3.5，将铁沉淀，再将pH调到6.57.5沉淀铀。在这种工艺中，由于铁沉淀时的载带，造成铀的损失较大，且生成的沉淀是无定形的氢氧化铁，难以过滤和洗涤；而沉淀铀时仍有其它杂质，如铝和少量钙等一起沉淀出来，沉淀产品的质量不高，往往需要进一步精制。在铀矿冶中也用过其它一些沉淀方法,磷酸盐沉淀法和绿泥法等，但前者三价铁、铀酰和铝离子的pH沉淀范围部分重合在一起，而不能有效地进行分离；而后者沉淀以后的分离工作过于复杂。采用传统的沉淀法从浸出液回收铀不可避免地存在以下问题：(1)当用某一试剂选择性地沉淀杂质时，铀可能被新生成的沉淀吸附产生共沉淀，而降低其回收率；(2)如果要选择性地沉淀铀，则溶液中存在的大量杂质也必然会或多或少地沉淀出来，因此，铀化学浓缩物的纯度将受到一定的影响；(3)沉淀法的化学试剂消耗量大；(4)难于实现连续化操作；两者所得的铀浓缩物纯度都不高，不能满足产品质量要求。因此，自从树脂离子交换法和溶剂萃取法应用到铀的湿法冶金中以后，上述沉淀法几乎完全被取代。离子交换是溶液中的离子在固液两相之间的平衡，固相是吸附剂或离子交换剂，液相为需要处理的溶液，如铀矿浸出液。离子交换法是一种从溶液中提取和分离元素的技术，利用离子交换剂在特定体系中对不同离子亲和力的差异，可以有效分离包括稀土元素在内的难分离元素。一般来说，离子交换过程都在离子交换柱中进行。在铀矿加工工艺中，由于在硫酸浸出液中存在铀的络合阴离子，可以用阴离子交换树脂从硫酸浸出液中选择性地吸附铀，在吸附过程中使铀与浸出液中的其他元素（杂质）分离。铀的浸出矿浆与浸出液，大致分为酸性和碱性两种。由于在大多数情况下，采用的浸出剂是硫酸，所以，一般从酸性矿浆与浸出液中提取铀。铀矿石的特点之一是铀的含量很低，一般情况下，铀的品位为千分之几至万分之几。并且，随着铀工业的发展，低品位铀矿石所占的比例将会愈来愈大。处理如此低品位矿石，所得到的浸出液或矿浆，其中铀的浓度也必然是很低的。通常浸出液中U3O8的含量大致为5001000mg/L。鉴于离子交换法有适用于稀溶液的特点，故至今在不少国家的铀生产中离子交换法仍占有很大的相对密度。与化学沉淀法相比，离子交换法的优点是：选择性高，可以从浓度很低的浸出液中几乎定量地将铀提取出来；既能处理清夜，又能处理矿浆；试剂的消耗少。在铀工艺发展的初期，几乎所有的铀厂都采用化学沉淀法回收、提取铀。但是，随着生产技术的发展，沉淀法暴露出了许多缺点。后来，由于世界各国大力进行了新工艺方法的研究，铀的提取技术也日益发展，离子交换法和萃取法也得到了不断应用和完善。离子交换法和萃取法的共同特点是：选择性都很好，能得到铀含量很高的化学浓缩物；铀的回收率高；操作简单。如果将离子交换法与萃取法比较一下，人们发现，离子交换法比萃取法更适合处理铀浓度低的溶液或矿浆。这是因为，有机萃取剂在水或水溶液中总会或多或少地溶解。而在工业上，为使有机相能在高的饱和度下操作，往往要加大水相与有机相之间的相比，这样有机相的溶解损失势必增大；再者，矿浆中所含固体颗粒的表面对有机萃取剂有吸附作用，从而可能引起乳化，造成有机相的损失。因此，在上述情况下，应用萃取法是不经济的。尽管离子交换法提取铀有许多优点，但是，也存在一些问题，例如，离子交换树脂的交换速度较萃取剂的萃取速度慢，树脂对铀的吸附容量也较小。由于树脂在操作过程中体积发生变化，因而会产生破裂变细，这不仅造成树脂的损失，也增大了铀的损失，这些问题至今未得到很好的解决。鉴于离子交换法的特点，离子交换法已广泛地应用于核燃料处理回收工艺及其他有关生产部门。例如，它已成功地应用于从铀矿石浸出液中提取铀或从辐照核燃料中分离净化铀、钍、钚等，在放射化学研究中，它是研究超钚元素，分离裂变物质的重要手段之一。在稀土金属提取工艺中，离子交换法是分离和制备高纯单一稀土元素的有效方法之一。在其他方面，诸如在工业用水的软化，高纯水制备以及在制药工业中也都得到广泛应用。在铀浸出液的除杂工作完成后进行铀的提取，运用离子交换技术这种新型分离技术，吸附过程采用密实移动床（密实移动床不但有固定床的优点，而且生产效率高，设备利用率高，生产场地小，易实现自动化）。总之，浸出操作是加工铀矿石的重要步骤，对某些高品位铀矿采取常规搅拌浸出，可以保证浸出率，使资源得到充分利用。发展动向和趋势：20世纪五六十年代形成的常规铀水冶工艺技术，即破矿磨矿搅拌浸出固液分离离子交换吸附和溶剂萃取碱化沉淀法提取天然铀即黄饼的生产工艺流程，与其相比我国现在的铀矿采冶技术有了重大的发展和长足的进步，随着地浸采铀技术的不断成熟和筑堆技术、渗滤浸出技术和后续工艺技术的不断完善，地、堆浸提铀技术基本取代了常规的搅拌浸出，简化了工艺流程和降低了成本，并减少环境污染和工作强度；在操作技术和设备设计方面的研究，提高了工艺的可靠性和生产。铀提取工艺是一门综合性的技术，其基本原则是经济，也就是盈利为原则，核能工业的发展要求铀的提取与精致工艺技术不断地改进和革新。目前铀的供应一般分为两大类型，第一类为主要资源，是直接从铀矿山和水冶厂加工回收的铀，第二类为二次资源，包括高浓缩铀、天然和低浓缩铀库存、混合氧化物燃料、再处理的铀和从乏铀中富集的铀。从铀矿石中提取铀的工艺过程，是天然铀生产的重要步骤，主要产品是黄饼。常规的铀提取工艺一般须经下述单元操作：铀矿石的破碎、磨细；矿石浸取、矿浆的固液分离；铀浓缩物的提取与纯化；铀的沉淀，在这个流程中，最关键的环节是铀浓缩物的提取与纯化。本设计主要阐述了铀矿石的溶浸提取的工艺及设备，总而言之，铀提取工艺应采用新技术、新设备、新材料，达到降低成本的目的，这是开发和研究铀提取工艺的基本方向。 指导教师签字： 年 月 日南华大学本科生毕业设