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1、南华大学核资源与核燃料工程学院本科毕业设计(论文)文献综述课题名称某堆浸铀矿100tU/a密实移动床离子交换工艺设计指导教师系矿物加工专业矿物加工班级091班学生姓名学号开题日期2012.12.24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。文献综述正文： 离子交换设备在铀提取工艺中的应用离子交换技术的应用至今已经有三十年的历史，但是其新型高效的设备研究与发展，是近十几年来才大规模的兴起的。离子交换法是一种化学纯化技术。它具有分离选择性强、浓缩倍数高、
2、操作方便等优点，被广泛的应用于工业生产中。如在我国铀提取工艺中离子交换技术已经得到广泛的应用。离子交换在工业上的应用是通过离子交换设备为主体组合配套的离子交换装置来实现的。随着我国近些年来核工业的发展，对铀资源的需求日益增加。而随着铀的资源锐减。这样，从低浓度的浸出液中提取铀成为了关键。这使得离子交换技术得到了广泛的应用，并且经过对离子交换技术与装置的研究，在铀提取工艺上已经取得了很好的效益。与化学沉淀法相比离子交换技术具有可以从浓度很低的浸出液中几乎定量地将铀提取出来；既能处理清液，又能处理矿浆；试剂的消耗又少的优点。【1】离子交换在工业上的应用是通过离子交换设备为主体组合配套的离子交换装置
3、来实现的。离子交换设备的种类繁多、特点各异。【2】目前我国铀水冶厂及铀矿山废水处理厂中应用的离子交换设备铀: 水力悬浮床、 空气搅拌床、 密实固定床、塔式流化床以及密实移动床五种。下面对几种设备做些介绍。1. 密实固定床离子交换设备1.1设备介绍密实固定床，又称为固定床，也叫做离子交换柱。在我国的铀水冶厂中有广泛的应用，主要用于清液的处理。按其结构形式可分为：常压平顶式和加压圆顶式。固定床的特点是：料液、淋洗剂、再生剂均从塔顶部进入，从底部排出，塔内的离子交换树脂呈密实固定的状态，吸附、淋洗再生均在一个塔内进行。固定床一般是采用周期性循环式操作。通常采用多台串联吸附，多塔串联淋洗，取消了工艺中
4、的一次贫和二次贫淋洗液。串联塔数的确定根据工艺要、淋洗条件以及处理液的要求来确定。一般是三塔串联吸附三塔串联淋洗。钟平汝, 等【3】研 制的 ZL X - 1600 固定 床的结构在目前有典型的代表性, 其创新点在于进液与出液结构设计合理。ZLX - 1600 型离子交换设备采用密闭加压固定床方式操作,料液处理量较大,适用性强,设备在吸附线速度40 m/h 以内能够稳定操作,操作简单，运行成本较低，具有较高的推广价值。1.2 存在的问题 (1)当吸附原液中含有较高浓度的铁、钙等杂质以及存在的淤泥时，会导致床层发生沟流或堵塞，影响工艺的运行和对树脂造成损伤。所以，固定床吸附对原液的含固标准要求严
5、格，可在吸附前对原液进行预处理，如过滤等。 （2）上进料布液器易堵。后来多改为直入式给料,并在树脂床层上面保持一定高度的水垫层,以保证液体均匀地流过床层。 （3）存在设备管线复杂、阀门多、树脂利用率相对较低等弊端。2.密实移动床离子交换设备2.1设备简介目前国内应用的密实移动床离子交换设备大致可分为2种类型,即压力型和非压力型。密实移动床离子交换设备是由核工业北京化工冶金研究院于20世纪90年代通过消化吸收与自行开发相结合的方式研制开发的。【4】于相浩,等【5】研制的密实移动床吸附-淋洗联合操作系统为国内首创。密实移动床多采用半连续式操作。在吸附循环过程中，树脂按照“吸附-淋洗反洗”的顺序分别
6、在不同的设备或在同一个设备的不同区段内完成的。其吸附塔的结构也与固定床清液吸附塔的结构相似。【1】这种设备的吸附是在单塔中进行的，塔内树脂床高68 m，在吸附时，塔内的树脂保持相对固定，原液从下而上流动，周期性工作，每隔数小时，从塔内排出一部分饱和树脂，转移到专用的密实移动床进行淋洗、转型等，同时加入等量的贫树脂。吸附空塔线速度可达50 m .h-1以上，适合处理流量大、铀浓度低的浸出液。在我国工业生产中，多采用单塔吸附，多塔串联淋洗的工艺。2.2 存在的问题（1)只能处理较低浓度的浸出液，否则树脂的排、加频繁,运行不够稳定；（2)需要有配套的树脂转型和饱和再吸附设施,这样就增加了树脂投入量和
7、投资,并使流程延长；（3)树脂需要在设备间转移,损耗较高。3.塔式流化床离子交换塔3.1设备简介塔式流化床,简称流化床,一般均是多级流化床【2】。这种设备在我国的铀水冶厂和铀矿山废水处理厂中均有应用,用来处理含有一定量悬浮固体的浑浊液。工业上已经应用的流化床有两种不同的塔板结构：穿流式筛板吸附塔和阻流式筛板吸附塔。前者应用比较普遍，不仅已广泛应用于铀矿山废水处理厂,而且也已在铀水冶厂中得到应用；而后者仅在少数铀矿山废水处理厂中有应用。流化床的特点是:溶液是从塔底部进入,从顶部排出,而树脂在塔内呈流化状态；吸附、淋洗不在同一个塔中进行,树脂需要在各塔之间转移。这种设备能够解决解决传热不良、淋洗速
8、度慢的问题。流化床在我国铀矿冶工程中有较多应用,李启成,等【6】研制的穿流式筛板塔即属于流化床。该塔结构如图1所示。其工作原理为：整个塔被带孔的筛板分割成若干个隔室。工作时,原液从塔底进入与塔内树脂接触,并使树脂流态化。料液上升过程中,其中的铀不断被树脂吸附,铀浓度不断降低,待上升到塔顶时,吸附尾液已达到排放标准而溢流排出。再生 树脂自塔顶加入,在重力作用下自然下降。下降过程中不断吸附溶液中的铀, 其负载铀量不断提高, 至塔底呈饱和树脂排出。穿流式筛板塔不仅可用于从含泥量较高、pH值不同的铀矿山废水中回收铀,也可用于从铀含量较高的铀矿石堆浸液中回收铀,处理能力较大、效率较高。3.2 存在的问题
9、（1）穿流式筛板吸附塔经过长期的运行,导致细颗粒树脂在塔顶积聚,特别是在空塔线速度比较高的条件下,甚至会发生细颗粒树脂从溢流堰随尾液跑出的现象。实践表明可以通过扩大吸附塔的直径来解决这一问题。（2）在穿流式筛板吸附塔间断操作中，在排完树脂后，在重新开启进料液时，如果操作不当，会导致部分树脂乱层。所以在操作中应该控制流量由小到大，同时在平时运转时也应该保证流量的稳定。 图1. 穿流式筛板塔示意图4.总结离子交换技术已经广泛地应用于湿法冶金等工业生产。特别在我国核工业的发展下，离子交换技术更是在铀提取工艺中发挥了巨大的作用。同时更多新型先进的离子交换装置不断地研究改进。如本文所简要介绍的固定床离子
10、交换装置、密实移动床离子交换装置、流化床离子交换装置是我国主要应用于工业生产的装置。还有一些其它装置也在工业上得到应用，如水利悬浮床离子交换装置、空气搅拌床离子交换装置。各种装置的特点各有不同，下面对本文介绍的三种装置的特点总结如下表1.表1. 三种离子交换装置的优缺点比较装置优点缺点固定床1） 树脂磨损轻，损耗少；2） 树脂操作容量高，运行可靠；3） 便于集中控制。1） 限于清液吸附，对原液含固量要求严格；2） 单位生产能力低，设备占地面积大；3） 树脂利用率低，同时不易实现自动控制。密实移动床1） 单位生产能力高，占地面积小；2） 半连续操作，便于自动化控制；3） 树脂利用率高，投放量小。
11、1） 树脂床层阻力大,进料需要一定压力。2） 限于处理清液；3） 只适宜处理低浓度的料液。流化床1） 能处理稀矿浆或浑浊液；2） 单位生产能力高，占地面积小；3） 结构简单，便于操作。1） 为了提高空塔线速度,需要采用密度较高、传质速率较快的树脂；2） 对树脂粒度的均匀性要求严格。5.展望 在铀资源紧需的当今，出现了各种铀采冶的新技术。针对我国的铀矿发展与需求和我国铀矿床的类型，也有很多的采矿与提取的技术应用于工业生产中。如堆浸、地浸、搅拌浸出等。在提取铀工艺上也有很多的技术应用与研究。在技术选择上，要根据不同的矿床类型与对处理液的不同要求和工艺要求来恰当的选择。在铀提取工艺上已经应用的装置类
12、型有多种，并已取得了丰富的成果，同时也与一些国家存在一些差距，并且现应用的装置存在较多的问题等待进一步的解决。目前也有一些新的设备研究，如翻板式流化床吸附塔、脉冲淋洗塔、反向流化床吸附塔等。可以相信，在铀提取工艺的大力发展下，离子交换设备的研制工作必将取得优异的成果并得到应用。参考文献:1 王清良.铀提取工艺学M.哈尔滨工程大学出版社，2009. 2 姜志新,谌竞清,宋正孝.离子交换分离工程M.天津:天津大学出版社,1992.3 钟平汝,雷泽勇,曾毅君.ZLX - 1600型离子交换设备的研制J .铀矿冶, 2006,25(3):144 - 147.4 詹劲,雷泽勇.中国的铀矿冶水冶的工艺与设备的分析与讨论.J.南华大学机械工程学院,2008,22(4).5 龙红福,阳弈汉.饱和树脂再吸附工艺的生产实践M.地浸采铀工艺技术,长沙:国防科技大学出版社,2007:694 - 695.6 李启成,张晓文,陈海灰.穿流式筛板塔在铀矿冶的应用J.南华大学学报: 自然科学版,2004,18(3):59 - 66.指导教师签字 年 月 日
