振動(dòng)式樹脂清洗工藝的研究與應(yīng)用

滕 飛，曹俊鵬，李瑞東，阮志龍，閆紀(jì)帆，趙生祥，唐學(xué)濤

(中核通遼鈾業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

內(nèi)蒙古某CO2+O2地浸鈾礦山水冶廠，采用DN3 600 mm×5 000 mm普通低合金鋼材質(zhì)的離子交換塔處理浸出液，離子交換塔設(shè)計(jì)壓力0.40 MPa。浸出液處理工藝包括吸附、反沖、淋洗等工序[1-2]，樹脂在離子交換塔內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間停留，樹脂上會(huì)附著大量雜質(zhì)，堵塞樹脂間隙，造成吸附塔壓力升高、吸附流量下降等問題。通常采用對(duì)飽和樹脂進(jìn)行反沖洗的方式，去除樹脂床中夾雜的污垢。但隨著樹脂使用周期的增加，清洗不徹底的雜質(zhì)在樹脂床中不斷積聚，導(dǎo)致塔壓達(dá)到設(shè)計(jì)限值。為此，開展了優(yōu)化樹脂清洗方法的研究，以期提高樹脂的清洗效果。

1 反沖式樹脂清洗法現(xiàn)狀

反沖式樹脂清洗法是由離子交換塔底部逆向通入吸附尾液，松動(dòng)樹脂床層，使雜質(zhì)隨吸附尾液帶出，達(dá)到清洗樹脂的目的。內(nèi)蒙古某CO2+O2地浸采鈾礦山采用固定床離子交換工藝，樹脂反沖清洗具體操作：?jiǎn)?dòng)反沖化工泵，緩慢調(diào)節(jié)變頻器頻率至28 Hz，控制反沖液進(jìn)液流量～55 m3/h；反沖水在吸附塔內(nèi)自下而上逆流，反沖出液進(jìn)入反沖廢水池進(jìn)行澄清；澄清后輸送至配液池進(jìn)行回用。反沖式樹脂清洗法以反沖出液較為清澈作為清洗結(jié)束點(diǎn)，在飽和樹脂清洗過程中發(fā)揮了重要的作用；但在實(shí)際應(yīng)用中也暴露出一些問題。

1.1 樹脂清洗不徹底

離子交換塔底部采用不銹鋼過濾篩管布液裝置，反沖水從底部進(jìn)入后難以均勻分布，在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生“液流通道”(即“偏流”)[3]；加之吸附塔高度達(dá)5 m，樹脂中夾帶的雜質(zhì)難以被完全沖出。在反沖泵頻率太高、進(jìn)液量增大時(shí)，存在樹脂外溢問題。因此，反沖運(yùn)行過程無法將樹脂徹底清洗干凈；若將清洗不徹底的樹脂床接入吸附系統(tǒng)，會(huì)導(dǎo)致離子交換塔運(yùn)行壓力升高、吸附原液進(jìn)液流量下降。這不但制約鈾金屬的高效吸附，還可能使連接管線承壓太大而引起斷裂、滲漏等安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 反沖水耗量大、清洗耗時(shí)長(zhǎng)

離子交換塔內(nèi)樹脂體積35 m3，單塔消耗反沖水量400～500 m3。反沖廢水需進(jìn)入反沖廢水池進(jìn)行澄清后輸送至配液池回用，因此單塔清洗樹脂耗時(shí)達(dá)30～35 h，較大程度制約了浸出液的處理進(jìn)度。

2 振動(dòng)式樹脂清洗工藝設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 振動(dòng)式樹脂清洗機(jī)制

借鑒尾礦篩選工藝技術(shù)，提出了振動(dòng)式樹脂清洗工藝。該工藝主要是利用機(jī)械振動(dòng)來去除污染物[5-6]。振動(dòng)式樹脂清洗工藝是通過電動(dòng)隔膜泵將濕樹脂輸送至振動(dòng)篩進(jìn)料口，振動(dòng)篩利用振動(dòng)電機(jī)激振作為振動(dòng)源，通過反復(fù)機(jī)械運(yùn)動(dòng)使雜質(zhì)從樹脂表面脫落，使包圍活性官能團(tuán)的薄膜受到破壞，進(jìn)而將樹脂表面的雜質(zhì)、腐蝕產(chǎn)物和其他黏性物質(zhì)清除出來，使樹脂得到高度凈化，交換容量得到恢復(fù)[7-8]。

2.2 振動(dòng)式樹脂清洗裝置

振動(dòng)式樹脂清洗裝置配有樹脂振動(dòng)篩、樹脂清洗塔和電動(dòng)隔膜泵。樹脂振動(dòng)篩主要由振動(dòng)電機(jī)、篩體、篩網(wǎng)(孔徑0.1 mm)、減振裝置及座架等組成，起到樹脂振動(dòng)清洗作用。樹脂清洗塔為敞口式鑄鐵結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯PO，內(nèi)置不銹鋼篩管式布液結(jié)構(gòu)，起到樹脂裝卸和過濾作用。電動(dòng)隔膜泵為樹脂輸送提供動(dòng)力。三者通過UPVC管線連接，共同形成了振動(dòng)式樹脂清洗裝置(圖1)。

考慮到濕樹脂對(duì)金屬材質(zhì)篩網(wǎng)有腐蝕作用，影響工藝設(shè)備使用壽命和清洗質(zhì)量；樹脂振動(dòng)篩選用聚氨酯材質(zhì)篩網(wǎng)[9]，該材質(zhì)既具有防腐性能，又能減少樹脂破損。另外，在清洗樹脂過程中，振動(dòng)篩產(chǎn)生大約10 kN激振力，通過加高篩箱出口處的箱體高度，避免部分樹脂因激振慣性而濺落到清洗塔外，造成樹脂損失。

2.3 振動(dòng)式樹脂清洗操作

打開振動(dòng)篩運(yùn)行按鈕，待振動(dòng)篩運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，再打開樹脂進(jìn)料閥和進(jìn)水閥，啟動(dòng)樹脂輸送泵，調(diào)節(jié)運(yùn)行頻率至15～18 Hz，開始清洗樹脂。清洗過程中根據(jù)篩網(wǎng)上樹脂濕度調(diào)節(jié)加水量，清洗樹脂產(chǎn)生的少量廢水通過排水口排入廢水池，經(jīng)澄清后回用。

3 樹脂清洗工藝改進(jìn)前后對(duì)比

3.1 樹脂清洗工藝流程對(duì)比

樹脂清洗方法優(yōu)化前后工藝流程如圖2～3所示。

在反沖式樹脂清洗工藝中，樹脂始終在吸附塔內(nèi)發(fā)生空間位移，通過反沖液使樹脂床層松動(dòng)，并去除樹脂床中夾雜的污垢，反沖液為鈾質(zhì)量濃度≤0.04 mg/L的吸附尾液。振動(dòng)式樹脂清洗工藝是將整個(gè)吸附塔內(nèi)的樹脂通過管線輸送至樹脂振動(dòng)篩進(jìn)行清洗，在清洗過程中徹底打開了污染物對(duì)樹脂的纏繞、包裹，避免了反沖清洗后存在的樹脂成串纏繞現(xiàn)象。

3.2 樹脂清洗工藝運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，振動(dòng)式樹脂清洗方法效果良好。樹脂清洗工藝運(yùn)行參數(shù)對(duì)比見表1。

表1 樹脂清洗工藝改進(jìn)前后運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

3.3 樹脂清洗效果對(duì)比

振動(dòng)式樹脂清洗法與反沖式樹脂清洗法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)提高了樹脂清洗質(zhì)量。反沖式樹脂清洗法存在部分污染物纏繞樹脂現(xiàn)象，清洗后樹脂仍呈淺褐色；振動(dòng)式樹脂清洗法清洗均勻，清洗后樹脂顆粒分明，且呈米色。2)確保了工藝運(yùn)行穩(wěn)定。清洗方法優(yōu)化后，樹脂清洗徹底，吸附首塔壓力下降0.08 MPa，吸附原液量提升40 m3/h。3)提高了作業(yè)效率。清洗方法優(yōu)化后，單塔清洗時(shí)間縮短10 h，全月反洗工序可節(jié)約9個(gè)班次，操作過程基本可做到無人值守，節(jié)約了大量勞動(dòng)力。4)規(guī)劃合理、安全環(huán)保。振動(dòng)式樹脂清洗法將振動(dòng)篩架設(shè)在清洗塔上，清洗后的樹脂直接進(jìn)入清洗塔內(nèi)，水量消耗少，無需建設(shè)飽和反沖水池，節(jié)約了占地面積，降低了廢水滲漏風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

振動(dòng)式樹脂清洗工藝，解決了樹脂清洗不徹底、離子交換塔壓力升高、反沖水耗量大、運(yùn)行耗時(shí)長(zhǎng)等問題，樹脂清洗質(zhì)量高，清洗過程安全高效，可確保后續(xù)吸附、淋洗等工序的穩(wěn)定運(yùn)行。