Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Мая 2014 в 14:06, реферат
Технологический цикл добычи урана методом подземного скважинного выщелачивания включает следующие взаимосвязанные технологические процессы: собственно подземное выщелачивание урана, сорбционное извлечение урана из продуктивных растворов, десорбцию урана с насыщенного ионита, выделение десорбированного урана из товарных регенератов в виде химконцентрата.
В соответствии со сложным химическим составом продуктивных растворов и невысоким содержанием полезных компонентов наиболее приемлемый вариант их переработки – сорбционные методы, которые основаны на использовании ионного обмена.
Эффективность сорбции из пульп значительно возрастает при совмещении процессов сорбции и выщелачивания. При введении ионита на стадии выщелачивания повышается извлечение урана, существенно сокращается общее время обработки рудного материала, так как удаление извлекаемого металла из раствора в ионит увеличивает градиент концентрации между концентрацией его на поверхности минерала и в объеме раствора.
В последнее время в практику ионного обмена внедряются пульсационные сорбционные колонны (ПСК).
В них действует пневмопульсационная система, которая с помощью провальных распределительных тарелок КРИМЗ (живым сечением 40-60%) обеспечивает интенсивное радиальное перемешивание и равномерное распределение потоков в колоннах сечением до 9 м2. Продольное перемешивание при этом незначительно. Имеется несколько модификаций ПСК.
Колонна с нерегулируемой задержкой ионита ПСК-Р работает в режиме свободного осаждения ионита (рисунок 1.5.6).
Ионит подается в колонну сверху и свободно осаждается в восходящем потоке раствора.
Скорость движения частиц ионита равна 0,4–0,6 от скорости осаждения ионита в спокойном растворе. Ионит выводится из нижней части колонны с помощью аэрлифта. Объемная доля ионита в колонне не превышает 20%. Частота пульсаций 60–120 . Время пребывания ионита составляет 2–3 минуты на погонный метр, высота, эквивалентная теоретической ступени обмена, составляет 2–4 м. Колонна пригодна для осуществления быстротекущих процессов со временем установления равновесия 30–60 мин.
Для процессов со временем установления равновесия более 2 часов разработаны колонны ПСК-С, работающие в режиме стесненного осаждения частиц ионита. Это достигается уменьшением живого сечения тарелок КРИМЗ и снижением производительности аэролифта. Объемная доля ионита увеличивается до 60–80%. Эти колонны можно использовать при большем отношении , чем для ПСК-Р (для них ), то есть при регенерации ионита. Колонны ПСК обладают большей удельной производительностью по сравнению с фильтрами и пачуками. Загрузка смолы в ПСК в 5–15 раз меньше, чем в этих аппаратах. Если плотность ионита меньше плотности раствора или пульпы, то тогда ионит подается в нижнюю часть колонны, а выгружается сверху.
Рис. 1.5.6 Колонна ПСК-Р [1]
1 – корпус; 2 – взвешеный слой сорбента; 3 – аэрлифт; 4 – зона распределения сорбента; 5 – тарелка КРИМЗ; 6 – подача пульсации; 7 – пульсационная камера
Раствор (пульпа) движется со скоростью несколько меньшей, чем скорость всплытия ионита (рисунок 1.5.7).
При малой разности плотностей раствора и ионита применяются прямоточные колоны ПСК-П (рисунок 1.5.8). Скорость движения раствора должна превышать скорость витания частиц ионита. Скорость движения ионита можно регулировать изменением скорости раствора. Эти колонны имеют не более одной теоретической ступени обмена, поэтому они работают в каскаде.
Рис. 1.5.7 Колонна ПСК для легкого ионита [1]
1 – зона отмывки; 2 – корпус; 3 – тарелка КРИМЗ; 4 – пульсационная камера; 5 – напорная емкость
На заводах используются колонны ПСК-П диаметром до 1,3 м, они обеспечивают время пребывания ионита 30 минут на 1 м высоты колонны и удельную производительность 40–150 .
Рис. 1.5.8 Колонна ПСК-П [1]
1-корпус; 2-тарелка КРИМЗ; 3-пульсационная камера; 4-отстойник; 5-напорная емкость
«Сорбционно-десорбционный» цикл включает большое количество аппаратов. Так, сорбция может проводиться или в каскаде пачуков, или в ПСК, десорбция – в каскаде меньших пачуков или в колоннах КНСПР, между ними с двух сторон находятся промывные колонны (чаще колонны с движущимся слоем ионита – КДС).
Количество аппаратов значительно возрастает, если после насыщения ионита проводится его «донасыщение» частью (1/3) товарного регенерата, когда емкость ионита возрастает с 25–30 кг/м3 до 60–80 кг/м3, при этом уран товарного регенерата (с концентрацией 40–60 г/л урана) вытесняет из ионита часть железа, алюминия и других примесей. Это позволяет получить при аммиачно-карбонатном осаждении урана из товарного регенерата концентрат с содержанием урана 55–60% в пересчете на сухой осадок. Но после прохождения колонны донасыщения концентрация урана в маточнике составляет 1–2 г/л, данный раствор направляется в колонну доулавливания.
Десорбция урана проводится в каскаде из трех колонн нитратно-сульфатными растворами ( , ). Ионит после десорбции содержит 1 кг/т урана и 80–120 кг /т. Он передается в колонну денитрации, куда подается сульфатный раствор после доулавливания урана ( , , ).
Из этой колонны нитратно-сульфатный раствор после доукрепления аммиачной селитрой возвращается на десорбцию. После денитрации анионит поступает на конверсию в сульфатную форму, которая осуществляется маточниками сорбции ( , рН=1,2–1,9). Только после этого анионит возвращается в голову системы в колонну «сорбции» (СНК), а раствор направляется в технологический узел закисления (ТУЗ), а оттуда после доукрепления и насыщения кислородом – на полигон ПСВ.
Отсюда понятен интерес, который проявляется к однокорпусным ионообменным установкам, в которых все технологические операции сорбционно-десорбционного передела проводятся в одном корпусе.
Единственным жизнеспособным аппаратом до последнего времени являлся контактор Хиггинса. В нем все секции отделены друг от друга клапанами большого диаметра, а ионит перемещается периодически при их открывании.
Контактор Хиггинса нашел применение в процессах водоподготовки и водоочистки (рисунок 1.5.9).
Во время рабочего периода все клапаны закрыты: в рабочей секции (1) идет фильтрация исходного раствора через плотный слой ионита. В секции регенерации (2–4) сверху левого колена вводится промывная вода, а ниже ее – концентрированный раствор регенерирующего раствора (кислота или щелочь), вверху правой части этой секции (4) выводится товарный регенерат.
По окончании рабочего периода (5–10 минут) подача всех технологических растворов прекращается (закрываются клапаны 11–16 и 18), открываются клапаны 7–9, вверх транспортирующей секции (5) под давлением подается вода, которая вытесняет вниз порцию ионита. Этот ионит поршнем передвигает весь остальной ионит через все секции, вытесняя слой насыщенного ионита из 1 секции в секцию отмывки (6). Транспортирующая вода сливается сверху 6 секции. Транспортировка ионита занимает ~0,5 минуты. Затем закрываются клапаны (7–9 и 17) и возобновляется подача технологических растворов.
Рис. 1.5.9. Контактор Хиггинса [1]
В секцию (6) через клапан (18) снизу подается вода, слой насыщенной смолы псевдоожижается, при этом из него удаляются механические загрязнения и мелочь ионита. Затем подача воды прекращается, открывается клапан (10) и отмытый ионит заполняет дозировочно-транспортирующую камеру (5).
На Целинном горно-химическом комбинате (Казахстан) разработана сорбционно-десорбционная колонна (СДК), в которой происходят одновременно процессы доукрепления и регенерации ионита (рисунок 1.5.10).
Аппарат работает полунепрерывно, цикл фильтрации растворов через неподвижный слой ионита чередуется с кратковременным циклом движения ионита. Частота перемещений ионита 5–10 раз в час, суммарное время циклов движения ионита составляет 10–15% общего времени работы аппарата.
В начале цикла движения ионита закрываются клапаны подачи и вывода раствора на донасыщение (4, 3), клапаны сброса сжатого воздуха (2, 1), слива «сорбента» из разгрузочного бункера (7), открывается клапан выгрузки сорбента из зоны (6) в зону (7). Колонна готова к движению ионита.
Рис. 1.5.10 Сорбционно-десорбционная колонна (СДК) [1]
1-вентиль запорный; 2-вентиль с электромагнитным приводом; 3-вентиль с пневмоприводом; 4- расходомер типа ИР-50; 5-насос-дозатор; 6-десорбер; 7-разгрузочный бункер; 8- сорбер; 9-загрузочный бункер; 10-обратный клапан; ПР-продуктивный раствор; ТД-товарный десорбат; МС-маточник сорбции; СВ-сжатый воздух; НС-насыщенный сорбент; ОС-отрегенерированный сорбент
В пульскамеру колонны, расположенную под загрузочным бункером (9) подается сжатый воздух, продвигающий раствор и ионит. Часть ионита переходит из зоны (6) в разгрузочный бункер (7). После закрытия клапана между этими зонами открывается клапан сдувки сжатого воздуха (1).
Затем открывается клапан между зонами (9 и 8) и в зону (8) поступает новая порция ионита из бункера (9). Одновременно открывается клапан вывода маточника донасыщения (3) и слива отрегенерированнного ионита из бункера (7). При заполнении свободного места ионитом клапан между зонами (9 и 8) закрывается.
Колонна готова к циклу фильтрации.
Открывается клапан подачи продукционного раствора (4), несколько разбавляющего товарный регенерат, подачи регенерирующего раствора (5), серной кислоты и маточника «сорбции» для перезарядки ионита в – форму.
Итак, ионит постепенно из бункера (9) проходит зону донасыщения товарным регенератом (8), зону нитратной регенерации (6), зону перезарядки в сульфатную форму, зону отмывки маточником сорбции в бункере (7), откуда он вновь направляется в колонну СНК.
И что? Вывод какой, выбор аппарата СНК почему он лучший?
2.1 Понятия, термины и определения
Рабочее место – зона, оснащенная необходимыми техническими средствами, в которой совершается трудовая деятельность исполнителя или группы исполнителей, совместно выполняющих одну работу или операцию.
Продуктивный раствор (ПР) – технологический раствор, сформировавшийся в недрах в результате физико-химического взаимодействия с горнорудной массой и содержащий полезный компонент в концентрации, равной или выше минимально промышленной.
Выщелачивающий раствор (ВР) – технологический раствор, содержащий необходимые для извлечения полезного компонента реагенты и подаваемый в закачные скважины.
Возвратный раствор
Маточный раствор – раствор, получаемый в результате извлечения полезного компонента из продуктивного раствора.
Товарный десорбат – раствор с содержанием урана, как правило, более 30, полученный при десорбции урана с ионита.
«Желтый кек» - натриевая или аммонийная соль урана, осаждаемая из товарных десорбатов. Является промежуточным продуктом при получении закиси-окиси урана.
На рисунке 2.1 изображена технологическая схема процесса выделения урана из продуктивных растворов подземного скважинного выщелачивания.
Рис. 2.1 Технологическая схема анионообменного извлечения урана из сернокислых растворов подземного скважинного выщелачивания
2.1 ОПИСАНИЕ АППАРАТУРНО-
Осветленный продуктивный раствор (ПР) из пескоотстойника насосами центральной насосной стации подается на сорбционное извлечение урана в нижнюю часть сорбционных напорных колонн (СНК), поз. 1.
Колонны работают в автономном режиме, движение растворов осуществляется снизу вверх противотоком по отношению к движению сорбента. Управление процессом ведется по содержанию урана в маточном растворе сорбции (МС). Допустимое содержание урана в МС - не более 2 мг/л. После получения сбросных содержаний урана в МС, производится перегрузка ионита. Насыщенный ионит выгружается из нижней части СНК, и в колонну в том же объеме поступает регенерированный. Выгруженный насыщенный ионит поступает в буферную емкость, поз. 3.
Маточный раствор сорбции (МС) выводится из верхней части СНК через фильтрующие кассеты и направляются на наклонные грохоты (поз. 2) для улавливания проскочившего через фильтрующие кассеты сорбента. Далее МС собирается в пескоотстойнике выщелачивающего раствора (ВР). Уловленный сорбент направляется в буферную емкость насыщенного ионита.
Из буферной емкости насыщенный ионит посредством эрлифта (поз. 9) через наклонный грохот, где отделяется от раствора, поступает в колонну отмывки ионита, поз. 4.
Отмытый ионит эрлифтом через наклонный грохот транспортируется на процесс десорбции, проходя четыре последовательно соединенные ионообменные колонны, поз. 5. Раствор, отделенный от насыщенного ионита на наклонных грохотах, а также раствор после промывки поступают в пескоотстойник ВР.
Процесс десорбции проводится раствором аммиачной селитры (NH4NO3) концентрацией 60-100 г/л в противоточном режиме смола – десорбирующий раствор. Товарный десорбат (ТД) (30 г/л по урану), получаемый в результате десорбции, поступает в буферную емкость (поз. 10), откуда отправляется на аффинаж.
После десорбции ионит отделяется на грохоте от раствора и поступает в колонну отмывки регенерированного ионита, поз. 6. Отделенный раствор возвращается в процесс десорбции.
Отмытый регенерированный ионит, отделившись от раствора, направляется в колонну денитрации (поз. 8), где раствором серной кислоты концентрацией 50-60 г/л происходит снятие NO3- - иона с ионита. Отделенный на грохоте раствор после промывки регенерированного ионита и нитратный раствор после процесса денитрации отправляются на доукрепление по NO3- - иону для возвращения в процесс десорбции.