新疆某鈾礦重鈾酸鈉產(chǎn)品析水原因分析及控制措施

師振峰，賴 磊，湯義偉，熊 威，易志剛，張浩越，葛 亮

(新疆中核天山鈾業(yè)有限公司，新疆 伊寧 835000)

重鈾酸鈉是鈾礦山生產(chǎn)的最終產(chǎn)品，重鈾酸鈉產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)鈾礦山生產(chǎn)有直接影響。合格液沉淀時(shí)，重鈾酸鈉晶體的生長(zhǎng)程度、狀態(tài)決定了產(chǎn)品水分含量，后期板框壓濾工序只能除去濃漿溶液中的溶劑水。產(chǎn)品水分主要衡量晶體內(nèi)部的結(jié)晶水；而板框壓濾是物理變化過(guò)程，不會(huì)發(fā)生去除晶體內(nèi)部結(jié)晶水的化學(xué)反應(yīng)，所以無(wú)論是增加進(jìn)料壓力還是增加進(jìn)氣壓力都無(wú)法實(shí)現(xiàn)結(jié)晶水的去除。沉淀溫度有利于晶體生長(zhǎng)、老化，但是它的影響因子并沒(méi)有沉淀次數(shù)以及漿體密度等指標(biāo)大[1]。無(wú)論怎樣控制沉淀溫度，只要產(chǎn)品沉淀次數(shù)超過(guò)70次，就會(huì)發(fā)生產(chǎn)品析水現(xiàn)象；更何況溫度控制成本高，設(shè)備維護(hù)復(fù)雜，所以筆者不以溫度為主要因素考量。晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，如果老化時(shí)間太短，晶粒生長(zhǎng)小，晶相間結(jié)晶水含量高則導(dǎo)致產(chǎn)品水分偏高；若晶體生長(zhǎng)時(shí)間太長(zhǎng)，導(dǎo)致晶粒生長(zhǎng)過(guò)大，大晶粒間的夾帶水在產(chǎn)品中以析出明水的方式出現(xiàn)，最終產(chǎn)品質(zhì)量受到嚴(yán)重影響[2]。所以生產(chǎn)重鈾酸鈉產(chǎn)品時(shí)，既要控制產(chǎn)品水分含量又要保證產(chǎn)品不出現(xiàn)析水現(xiàn)象，這就需要控制晶體的生長(zhǎng)時(shí)間以及板框壓濾機(jī)的運(yùn)行參數(shù)。

2015—2017年，新疆某鈾礦床生產(chǎn)的重鈾酸鈉產(chǎn)品均發(fā)生不同程度的析水現(xiàn)象，直接導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降。筆者對(duì)該鈾礦床水冶工藝及設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，分析重鈾酸鈉產(chǎn)品析水的原因，提出解決這一問(wèn)題的措施。

1 新疆某鈾礦重鈾酸鈉生產(chǎn)概況

1.1 水冶工藝流程

新疆某鈾礦采用CO2+O2地浸采鈾技術(shù)，中性浸出液進(jìn)水冶系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)吸附、淋洗、沉淀、板框壓濾等工藝生產(chǎn)重鈾酸鈉產(chǎn)品。工藝流程如圖1所示。

圖1重鈾酸鈉水冶工藝流程

1.2 重鈾酸鈉主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)

重鈾酸鈉的生產(chǎn)主要包括飽和樹(shù)脂淋洗、合格液沉淀、板框壓濾機(jī)壓濾3個(gè)環(huán)節(jié)。樹(shù)脂吸附飽和后，用鹽酸溶液將飽和樹(shù)脂轉(zhuǎn)型，然后以自來(lái)水作為淋洗劑對(duì)樹(shù)脂中的鈾進(jìn)行淋洗。淋洗合格液偏酸性，pH 0.70～1.10。采用中性間歇式沉淀方法處理淋洗合格液，以氫氧化鈉溶液作沉淀劑，最后經(jīng)過(guò)板框壓濾得到重鈾酸鈉濕基產(chǎn)品，即“黃餅”[3-4]。

2 重鈾酸鈉析水原因分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)監(jiān)測(cè)

2015年2月—2018年6月，該鈾礦生產(chǎn)的重鈾酸鈉產(chǎn)品大部分出現(xiàn)析水現(xiàn)象，隨后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1)重鈾酸鈉產(chǎn)品水分監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果：重鈾酸鈉平均水分27.42%，最高為29.82%，最低為26.18%。符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)重鈾酸鈉水分小于30%的要求。

2)重鈾酸鈉生產(chǎn)工藝監(jiān)測(cè)。從2016年3月—2018年6月對(duì)每批次重鈾酸鈉產(chǎn)品的生產(chǎn)條件和產(chǎn)品析水情況進(jìn)行抽查監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 重鈾酸鈉產(chǎn)品與生產(chǎn)工藝監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.2 析水原因分析

2.2.1樹(shù)脂轉(zhuǎn)型終點(diǎn)pH控制參數(shù)是否合理

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，飽和樹(shù)脂轉(zhuǎn)型工藝自運(yùn)行以來(lái)，參數(shù)控制嚴(yán)格，且對(duì)檢測(cè)設(shè)備定期進(jìn)行標(biāo)定，每次轉(zhuǎn)型的鹽酸用量基本相同，轉(zhuǎn)型終點(diǎn)pH在工藝參數(shù)控制范圍內(nèi)，因此可排除因樹(shù)脂轉(zhuǎn)型終點(diǎn)pH控制參數(shù)不合理引起重鈾酸鈉產(chǎn)品析水。

2.2.2合格液沉淀工藝參數(shù)控制是否合理

淋洗合格液采用氫氧化鈉沉淀。當(dāng)向淋洗合格液——鈾酰鹽溶液中加入NaOH溶液時(shí)，隨溶液pH升高生成不同聚合度(單體到六聚物)的羥基鈾酰配合物。介質(zhì)pH和溶液中鈾濃度都影響其聚合度，這些配合物的通式可用UO2(UO3)2+n表示，式中n可在0到6之間變化。在這些過(guò)程進(jìn)行的同時(shí)，生成固相原生粒子(晶核)，這種粒子帶有負(fù)電荷。水解和聚合的最終階段是膠體粒子的聚結(jié)作用及伴隨其后的再結(jié)晶沉積過(guò)程[5-7]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)操作人員都嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行沉淀，合格液沉淀工藝參數(shù)控制對(duì)重鈾酸鈉產(chǎn)品析水的影響甚微。

2.2.3漿體密度控制范圍是否合理

采用酸性淋洗工藝后，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)循環(huán)沉淀70次左右的沉淀漿體進(jìn)行板框壓濾，產(chǎn)品水分可控制在30%以下。但JH-1樹(shù)脂全面代替D382樹(shù)脂后，合格液平均鈾質(zhì)量濃度至少上升15 g/L，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也發(fā)生了一定變化，繼續(xù)按以往經(jīng)驗(yàn)控制沉淀漿體板框壓濾，產(chǎn)品析出明水現(xiàn)象頻頻發(fā)生。因此，漿體密度控制不合理是導(dǎo)致重鈾酸鈉產(chǎn)品析水的原因之一[8]。

2.2.4板框壓濾進(jìn)氣溫度是否合理

冬季板框間溫度基本在10 ℃左右，溫度過(guò)低，不利于板框壓濾過(guò)程中將重鈾酸鈉水分有效除去。為提高板框壓濾的進(jìn)氣溫度，將空壓機(jī)的進(jìn)氣管道由室外改至室內(nèi)，并用隔熱棉包裹。板框壓濾進(jìn)氣溫度對(duì)重鈾酸鈉產(chǎn)品析水的影響見(jiàn)表2。

表2 板框壓濾進(jìn)氣溫度對(duì)產(chǎn)品析水現(xiàn)象的影響

從表2可看出，控制板框壓濾的進(jìn)氣溫度雖然可以降低產(chǎn)品水分；但進(jìn)氣溫度并不是造成重鈾酸鈉產(chǎn)品水分不穩(wěn)定以及發(fā)生析水現(xiàn)象的主要因素。

2.2.5板框壓濾機(jī)壓濾效果能否保證

2017年5月底，操作人員對(duì)板框壓濾機(jī)的濾板和濾布進(jìn)行拆卸清洗時(shí)，發(fā)現(xiàn)大部分隔膜濾板因長(zhǎng)期使用而變形嚴(yán)重。技術(shù)人員分析認(rèn)為，由于隔膜板膨脹和變形，在產(chǎn)品壓濾過(guò)程濾室中的濾餅變薄，板框壓濾機(jī)壓氣(靠隔膜板膨脹擠壓)已經(jīng)不能完全擠壓出濾餅中的明水，從而造成“111”產(chǎn)品析水現(xiàn)象發(fā)生。使用的板框壓濾機(jī)為不可吹風(fēng)式雙明流板框壓濾機(jī)，只有保壓功能無(wú)吹風(fēng)功能。通過(guò)與公司其他廠隊(duì)進(jìn)行“111”產(chǎn)品板框壓濾技術(shù)交流發(fā)現(xiàn)，在控制漿體密度的同時(shí)，采用先保壓后吹風(fēng)壓濾模式生產(chǎn)的“111”產(chǎn)品不析水，達(dá)到質(zhì)量要求。可見(jiàn)板框壓濾機(jī)在壓濾過(guò)程中不能充分的處理濾餅中的水分，也導(dǎo)致重鈾酸鈉產(chǎn)品析水。

綜上所述，重鈾酸鈉產(chǎn)品析水是由沉淀漿體密度控制范圍不合理以及板框壓濾機(jī)壓濾效果降低引起的。

3 析水控制措施

3.1 壓濾前測(cè)量沉淀漿體密度

試驗(yàn)確定沉淀漿體密度的控制范圍。將生產(chǎn)的“111”產(chǎn)品放在集氣瓶中用振蕩器振蕩24 h，觀察產(chǎn)品是否發(fā)生析水現(xiàn)象。不同漿體密度下，板框壓濾生產(chǎn)的“111”產(chǎn)品的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。可以看出，控制沉淀漿體密度為1.40～1.65 g/mL，所生產(chǎn)的“111”產(chǎn)品無(wú)析水現(xiàn)象，但是“111”產(chǎn)品水分大于30%，超出行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的控制范圍；控制沉淀漿體密度在1.70 g/mL以上時(shí)，“111”產(chǎn)品水分雖然達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但是不能降低析水現(xiàn)象。

表3 不同漿體密度產(chǎn)品水分及外觀

3.2 優(yōu)化板框壓濾機(jī)壓濾性能

可吹風(fēng)式板框壓濾機(jī)在壓濾機(jī)隔膜配板頂部有2個(gè)φ40 mm的孔，分別通過(guò)3個(gè)吹風(fēng)口向?yàn)V室兩邊吹風(fēng)降低產(chǎn)品水分；不可吹風(fēng)式板框壓濾機(jī)隔膜配板頂部沒(méi)有吹風(fēng)口[9]。將不可吹風(fēng)式板框壓濾機(jī)改造為可吹風(fēng)式板框壓濾機(jī)，來(lái)降低產(chǎn)品水分。改造方法：1)用電鉆(鉆頭為φ10 mm)給17塊隔膜配板頂部φ40 mm的孔朝下打吹風(fēng)孔，每個(gè)φ40 mm的孔打3個(gè)吹風(fēng)口；2)對(duì)應(yīng)隔膜板孔位，在進(jìn)料檔板鉆φ40 mm孔，并用套絲工具將進(jìn)料擋板孔套成內(nèi)絲，再將空心尼龍棒的一端套成與進(jìn)料擋板孔內(nèi)絲對(duì)應(yīng)的外絲，空心尼龍棒的另一端與DN40的法蘭對(duì)接后通過(guò)DN40 RPP球閥連接空壓機(jī)風(fēng)管。優(yōu)化后的板框壓濾機(jī)如圖2所示。

圖2 增加板框壓濾機(jī)吹風(fēng)功能

優(yōu)化板框壓濾機(jī)后，技術(shù)人員研究得出帶有吹風(fēng)功能的板框壓濾機(jī)的運(yùn)行方式及各項(xiàng)控制參數(shù)。在漿體密度控制得當(dāng)?shù)臈l件下，打開(kāi)板框壓濾機(jī)風(fēng)管排氣閥，由螺桿泵將漿體壓入濾室，在濾布上形成濾餅，直至濾餅充滿濾室。濾液通過(guò)濾布沿濾板溝壑流至濾板邊角通道，集中排出。使用空氣壓縮機(jī)輸出高壓氣體進(jìn)入板框壓濾機(jī)進(jìn)行保壓，濾板排水閥門(mén)全部打開(kāi)，保壓壓力0.8 MPa，分3次保壓，每次15～20 min，每次保壓完成后先排氣，然后再進(jìn)行下一次的保壓。當(dāng)最后一次保壓結(jié)束后，對(duì)板框壓濾機(jī)進(jìn)行排氣(壓力由0.8 MPa降至0 MPa)。接著進(jìn)入吹風(fēng)程序，關(guān)閉隔膜配板出水閥門(mén)，吹風(fēng)壓力控制在0.4 MPa。控制漿體密度在1.60～1.80 g/mL時(shí)，優(yōu)化前后的板框壓濾機(jī)控制參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 板框壓濾機(jī)優(yōu)化前后參數(shù)控制

4 控制效果

4.1 重鈾酸鈉產(chǎn)品符合要求

板框壓濾機(jī)優(yōu)化前后壓濾的重鈾酸鈉產(chǎn)品見(jiàn)圖3。優(yōu)化板框壓濾機(jī)后，重鈾酸鈉產(chǎn)品的析水情況見(jiàn)表5。

a—優(yōu)化前；b—優(yōu)化后。圖3 板框壓濾產(chǎn)品

表5 優(yōu)化后板框壓濾機(jī)在不同漿體密度下重鈾酸鈉質(zhì)量對(duì)比

從表5可知，控制漿體密度1.60～1.80 g/mL，增加板框壓濾機(jī)的吹風(fēng)功能，生產(chǎn)出的重鈾酸鈉產(chǎn)品水分符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)析水現(xiàn)象發(fā)生。

優(yōu)化后的板框壓濾機(jī)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：1)降低了“111”產(chǎn)品析水率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量；2)提高了“111”產(chǎn)品水分的穩(wěn)定性，產(chǎn)品水分穩(wěn)定在22.50%～25.50%。由于產(chǎn)品析水問(wèn)題得到解決，產(chǎn)品不需要干濕混裝，提升了裝桶產(chǎn)品的均勻性。分析人員用取樣器取樣過(guò)程中能夠均勻地取到樣品，進(jìn)而降低了產(chǎn)品水分測(cè)定的誤差。

4.2 節(jié)省處理費(fèi)用

由于該鈾礦床生產(chǎn)的重鈾酸鈉產(chǎn)品統(tǒng)一運(yùn)輸至異地暫存，2017年生產(chǎn)的重鈾酸鈉產(chǎn)品的析水率幾乎為100%，需要派人去異地處理析水的重鈾酸鈉產(chǎn)品。2017年去異地處理產(chǎn)品的人力成本和差旅費(fèi)合計(jì)7.74萬(wàn)元，產(chǎn)品析水問(wèn)題得到解決后，可節(jié)省此項(xiàng)費(fèi)用。

5 結(jié)論

通過(guò)控制漿體密度和優(yōu)化板框壓濾機(jī)性能，重鈾酸鈉產(chǎn)品析水現(xiàn)象得到有效控制，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。不需要再浪費(fèi)人力、物力處理不合格的重鈾酸鈉產(chǎn)品，降低了勞動(dòng)量和處理費(fèi)用。