CN112680606B - 一种铀提取过程有气体产生的离子交换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铀水冶领域，尤其涉及一种铀提取过程有气体产生的离子交换方法。所述离子交换方法为：采用N个离子交换塔串联，对待处理液进行吸附，控制首塔吸附尾液的pH值；吸附过程中，进行排气；首塔饱和后切出，利用所述排出液对第N个离子交换塔以下进液形式进行循环排气，排气后进行吸附；尾部切入新塔；对所述切出的首塔，以淋洗合格液下进液循环淋洗，然后采用上进液嵌套循环淋洗或者上进液串联逆流淋洗；淋洗后的离子交换塔排空液体，进行转型，塔顶排气；转型后的离子交换树脂塔排空液体，进行洗涤，洗涤后的离子交换塔用于吸附。本发明改善气体对操作的影响，保证较高的梯度，提高树脂容量，提高淋洗液浓度，减少废水体积。
Description
技术领域
本发明涉及铀水冶领域，尤其涉及一种铀提取过程有气体产生的离子交换方法。
背景技术
铀水冶领域铀的提取技术主要为从硫酸体系、碳酸盐体系中提取铀。在硫酸或者碳酸体系中，铀比较容易和硫酸根或者碳酸根络合，形成阴离子络合物。在硫酸体系中，一般采用D201x7强碱性阴离子树脂吸附铀酰的硫酸根阴离子络合物，然后用酸性的氯化钠或者硝酸盐进行淋洗，酸可以保证铀不发生沉淀。在碳酸盐体系中，一般采用D201x7强碱性阴离子树脂吸附铀酰的碳酸根阴离子络合物，然后采用碳酸盐体系氯化钠进行淋洗，碳酸根可以与铀络合，保证铀不发生沉淀。
使用含有碳酸根的溶液体系中，容易出现诸多问题。由于碳酸根与酸容易发生反应产生气体，对于实际操作、吸附、淋洗、转型效果均会造成不利影响。例如：吸附、淋洗、转型过程有气体产生时，会造成布液不均，树脂层松动，传质区高度变大，溶液返混，梯度被破坏，淋洗液浓度降低，吸附容易穿透，饱和工作容量降低，淋洗、转型剂用量加大，废水多。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种铀提取过程有气体产生的离子交换方法，改善气体对操作的影响，保证较高的梯度，提高树脂容量，提高淋洗液浓度，减少废水体积。
本发明提供了一种铀提取过程有气体产生的离子交换方法，包括以下步骤：
步骤1：采用N个离子交换塔串联，对待处理液进行吸附，控制首塔吸附尾液的pH值≤6；N≥3；
吸附过程中，进行排气，各离子交换塔内的压力满足P1/P0≥0.85；P0为排气前塔内压力，P1为排气后压力；
当第N-1个离子交换塔的排出液内铀浓度高于阈值时，首塔切出，利用所述排出液对第N个离子交换塔以下进液形式进行循环排气，排气后转为上进液形式进行吸附；尾部切入转型洗涤后的新塔；
步骤2：对所述切出的首塔，以淋洗合格液下进液循环淋洗，得到1次饱和塔，然后采用上进液嵌套循环淋洗或者上进液串联逆流淋洗；
步骤3：淋洗后的离子交换塔排空液体，上进液加入转型剂，进行转型，塔顶排气；
步骤4：转型后的离子交换树脂塔排空液体，进行洗涤，洗至pH达到6～8，洗涤后的离子交换塔用于步骤1。
优选地，所述离子交换塔中填充弱酸性树脂、或者弱碱性树脂、或者弱碱-弱酸两性树脂。
优选地，以淋洗合格液下进液循环淋洗时，淋洗液达到体积达到1～5BV，塔顶排气，循环时间t1，2h≤t1≤48h，期间暂停m1次，m1≥0。
优选地，所述步骤2中，所述嵌套循环淋洗具体包括：
步骤2.1：淋洗液或者上一轮贫淋液由所述1次饱和塔上部进液，进行循环淋洗，得到1次贫塔；
步骤2.2：淋洗液或者上一轮贫淋液由所述1次贫塔上部进液，进行循环淋洗，得到2次贫塔和1次贫淋液；
步骤2.3：重复步骤2.2，得到n次贫塔和n-1次贫淋液；2≤n≤10。
优选地，所述步骤2中，采用2～10个淋洗塔上进液串联逆流淋洗。
优选地，所述步骤3中，所述转型剂为盐酸或者硫酸，转型时间为t2，期间暂停m2次，m2≥0，t2≥6h。
优选地，所述步骤4中，转型后的离子交换树脂塔排空液体，以清水或者吸附尾液进行洗涤，泡洗m3次，淋洗m3+1次，洗至pH达到6～8，洗涤液可以返回吸附前的调整工序；m3≥0。
优选地，所述泡洗和淋洗的时间不小于24小时。
优选地，所述离子交换塔内的固定床层高度不大于塔内有效高度的75％。
优选地，所述吸附过程中，每次排气的时间不大于10分钟，两次排气之间的时间间隔不小于10分钟。
与现有技术相比，本发明的铀提取过程有气体产生的离子交换方法，具有以下有益效果：
1)实现了吸附体系pH的稳定控制，减少了气体的产生量。
2)实现了气体的稳定排放，减少了气体对吸附床层的搅动。
3)离子交换塔在接触吸附质前，树脂进行了间歇转型洗涤并长时间与吸附尾液接触，塔排放了床层内部了气体，树脂床层实现了化学状态和物理状态的稳定。
4)提高了树脂的工作容量；树脂工作容量达到较理想的范围。
5)解决了吸附淋洗转型过程中产生气体对离子交换效果、以及床层梯度的不利影响问题。
6)进一步地，采用循环淋洗和梯度淋洗相结合，降低了淋洗体积，提高了淋洗液浓度。
附图说明
图1表示嵌套循环淋洗的示意图；
图2表示串联逆流淋洗的示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明的实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明的限制。
离子交换过程中有气体产生，本发明通过控制各个反应步骤，改善了气体对操作的影响，保证较高的梯度，提高树脂容量，提高淋洗液浓度，减少废水体积。
本发明不限定如何产生气体。可以是淋洗液采用碳酸盐淋洗液，也可以是吸附液采用碳酸根体系。
本发明的实施例公开了一种铀提取过程有气体产生的离子交换方法，包括以下步骤：
步骤1：采用N个离子交换塔串联，对待处理液进行吸附，控制首塔吸附尾液的pH值≤6；N≥3；
吸附过程中，进行排气，各离子交换塔内的压力满足P1/P0≥0.85；P0为排气前塔内压力，P1为排气后压力；
当第N-1个离子交换塔的排出液内铀浓度高于阈值时，首塔切出，利用所述排出液对第N个离子交换塔以下进液形式进行循环排气，排气后转为上进液形式进行吸附；尾部切入转型洗涤后的新塔；
步骤2：对所述切出的首塔，以淋洗合格液下进液循环淋洗，得到1次饱和塔，然后采用上进液嵌套循环淋洗或者上进液串联逆流淋洗；
步骤3：淋洗后的离子交换塔排空液体，上进液加入转型剂，进行转型，塔顶排气；
步骤4：转型后的离子交换树脂塔排空液体，进行洗涤，洗至pH达到6～8，洗涤后的离子交换塔用于步骤1。
以下按照步骤，具体说明本发明的离子交换方法：
步骤1：采用N个离子交换塔串联，对待处理液进行吸附，控制首塔吸附尾液的pH值≤6；N≥3，且当首塔饱和时，第N-1个塔未穿透；
所述离子交换塔中填充弱酸性树脂、或者弱碱性树脂、或者弱碱-弱酸两性树脂；所述离子交换塔内的固定床层高度不大于塔内有效高度的75％；
吸附过程中，进行排气，各离子交换塔内的压力满足P1/P0≥0.85；P0为排气前塔内压力，P1为排气后压力；每次排气的时间不大于10分钟，两次排气之间的时间间隔不小于10分钟；
当第N-1个离子交换塔的排出液内铀浓度高于阈值时，首塔切出，利用所述排出液对第N个离子交换塔以下进液形式进行循环排气，排气后转为上进液形式进行吸附；尾部切入转型洗涤后的新塔。
所述阈值可选为1mg/L。
步骤2：对所述切出的首塔，以淋洗合格液下进液循环淋洗，得到1次饱和塔，然后采用上进液嵌套循环淋洗或者上进液串联逆流淋洗。
以淋洗合格液下进液循环淋洗时，以切出的首塔作为0次饱和塔，淋洗液达到体积达到1～5BV，塔顶排气，循环时间t1，2h≤t1≤48h，期间暂停m1次，m1≥0。
所述嵌套循环淋洗具体包括，如图1所示：
步骤2.1：淋洗液或者上一轮贫淋液由所述1次饱和塔上部进液，进行循环淋洗，得到1次贫塔；
步骤2.2：淋洗液或者上一轮贫淋液由所述1次贫塔上部进液，进行循环淋洗，得到2次贫塔和1次贫淋液；
步骤2.3：重复步骤2.2，得到n次贫塔和n-1次贫淋液；2≤n≤10。
或者采用2～10个淋洗塔上进液串联逆流淋洗，即n1为2～10，如图2所示。
步骤3：淋洗后的离子交换塔排空液体，上进液加入转型剂，进行转型，塔顶排气。
所述转型剂可选为盐酸或者硫酸，转型时间为t2，期间暂停m2次，m2≥0，t2≥6h。
步骤4：转型后的离子交换树脂塔排空液体，进行洗涤，洗至pH达到6～8，洗涤后的离子交换塔用于步骤1。
具体地，转型后的离子交换树脂塔排空液体，以清水或者吸附尾液进行洗涤，泡洗m3次，淋洗m3+1次，洗至pH达到6～8，洗涤液可以返回吸附前的调整工序；m3≥0。
所述泡洗和淋洗的时间不小于24小时。
本发明综合采用了气体控制技术，床层稳定技术和提高浓度技术，从而改善了气体对操作的影响，保证较高的梯度，提高树脂容量，提高淋洗液浓度，减少废水体积。其中，气体控制技术包括：第一，控制首塔排除液的pH值，动态调整原料；第二，在吸附过程中进行气体排放，提高树脂的工作容量。所述床层稳定技术包括：对离子交换塔进行间歇转型洗涤，尾液接触，循环排气和压力控制。所述提高浓度技术包括稳定吸附和双淋洗。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的铀提取过程有气体产生的离子交换方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
采用弱碱性阴离子树脂吸附某碳酸根体系中铀，碳酸盐淋洗。
将溶液加入硫酸调整pH到6.0。固定床5塔串联吸附。床层高度为塔内有效高度的60％，单塔接触时间10min。上进液，塔顶排气，控制液位高度为85～95％塔高，排气控制P1/P0≥95％。首塔吸附尾液动态调整到pH6.0。第4塔吸附尾液铀浓度达到1mg/L，将首塔切出，第5塔下进液循环排气，排气床层松散倍数为1.4，排气后转为上进液作为新一轮第4塔使用，然后尾部切入转型洗涤后的新塔。负载树脂铀浓度70mg/ml。
以淋洗合格液对饱和树脂塔下进液进行循环淋洗。塔顶排气，树脂床层松散倍数为1.4，中间间歇2次，总持续时间为24h。然后上进液，以碳酸钠1mol/L+氯化钠1mol/L作为淋洗剂，进行4次淋洗，每次2.5BV，接触时间为30min，淋洗合格液平均铀浓度28g/L淋洗后树脂塔排空，然后进行转型，转型剂为1mol/l硫酸，转型体积为2BV，塔顶排气，转型时间为12h，期间暂停2次，后树脂塔用清水洗涤5BV，泡洗2次，淋洗3次，洗涤总计时间48h，淋洗后树脂塔并入吸附线。
实施例2
采用弱碱性阴离子树脂吸附某硫酸体系中铀，碳酸盐淋洗。
固定床5塔串联吸附。床层高度为塔内有效高度的70％，单塔接触时间5min。上进液，塔顶排气，控制液位高度为90～95％塔高，排气控制P1/P0≥90％。首塔吸附尾液动态调整到pH≤2.0。第4塔吸附尾液铀浓度达到1mg/L，将首塔切出，第5塔下进液循环排气，排气床层松散倍数为1.2，排气后转为上进液作为新一轮第4塔使用，然后尾部切入转型洗涤后的新塔。负载树脂铀浓度100mg/ml。
以淋洗合格液对饱和树脂塔下进液进行循环淋洗。塔顶排气，树脂床层松散倍数为1.2，中间间歇2次，总持续时间为24h。然后上进液，以碳酸钠1mol/L+氯化钠1mol/L作为淋洗剂，进行3次淋洗，每次3BV，接触时间为30min，
以新饱和的首塔为0次饱和塔，淋洗合格液由所述0次饱和塔下部进液，进行循环淋洗，淋洗液达到体积达到3BV，塔顶排气，中间间歇2次，每次8h，总计用时24h，处理后的离子交换塔记为1次饱和塔，淋洗后的溶液进入淋洗合格液槽；然后采用上进液，上一轮淋洗的1次淋洗贫液淋洗1次饱和树脂塔，得到1次贫树脂塔，淋洗后溶液进入淋洗合格液槽，淋洗合格液平均铀浓度27g/L，再用上一轮的2次淋洗贫液淋洗1次贫树脂塔得到本轮的1次淋洗贫液和2次贫树脂塔；依次淋洗，直到新淋洗剂淋洗得到本轮末次淋洗贫液。共进行4次淋洗，每次3BV，接触时间为30min。
淋洗合格液平均铀浓度33g/L淋洗后树脂塔排空，然后进行转型，转型剂为1mol/l硫酸，转型体积为3BV，塔顶排气，转型时间为12h，期间暂停2次，后树脂塔用清水洗涤5BV，泡洗1次，淋洗2次，洗涤总计时间24h，淋洗后树脂塔并入吸附线。
实施例3
采用弱酸性阳离子树脂吸附某碳酸根体系中铀，盐酸淋洗。
将溶液加入硫酸调整pH到6.0。固定床6塔串联吸附。床层高度为塔内有效高度的50％，单塔接触时间10min。上进液，塔顶排气，控制液位高度为85～95％塔高，排气控制P1/P0≥85％。首塔吸附尾液动态调整到pH6.0。第5塔吸附尾液铀浓度达到1mg/L，将首塔切出，第6塔下进液循环排气，排气床层松散倍数为1.8，排气后转为上进液作为新一轮第5塔使用，然后尾部切入转型洗涤后的新塔。负载树脂铀浓度70mg/ml。
以淋洗合格液对饱和树脂塔下进液进行循环淋洗。塔顶排气，树脂床层松散倍数为1.8，中间间歇3次，总持续时间为24h。然后上进液，以1mol/L盐酸+1mol/L氯化钠作为淋洗剂，进行4塔串联逆流淋洗，每次2.5BV，接触时间为30min，淋洗合格液平均铀浓度28g/L淋洗后树脂塔排空，然后进行转型，转型剂为1mol/l硫酸，转型体积为2BV，转型时间为12h，期间暂停2次，后树脂塔用清水洗涤5BV，泡洗2次，淋洗3次，洗涤总计时间48h，淋洗后树脂塔并入吸附线。
实施例4
采用强碱性阴离子树脂吸附某硫酸体系中铀，碳酸盐淋洗。
固定床5塔串联吸附。床层高度为塔内有效高度的60％，单塔接触时间10min。上进液，塔顶排气，控制液位高度为85～95％塔高，排气控制P1/P0≥95％。首塔吸附尾液动态调整到pH2以下。第4塔吸附尾液铀浓度达到1mg/L，将首塔切出，第5塔下进液循环排气，排气床层松散倍数为1.4，排气后转为上进液作为新一轮第4塔使用，然后尾部切入转型洗涤后的新塔。负载树脂铀浓度120mg/ml。
以淋洗合格液对饱和树脂塔下进液进行循环淋洗。塔顶排气，树脂床层松散倍数为1.4，中间间歇2次，总持续时间为24h。然后上进液，以碳酸钠1mol/L+氯化钠1mol/L作为淋洗剂，进行3次淋洗，每次3BV，接触时间为30min，淋洗合格液平均铀浓度40g/L淋洗后树脂塔排空，然后进行转型，转型剂为1mol/l硫酸，转型体积为3BV，塔顶排气，转型时间为24h，期间暂停2次，后树脂塔用清水洗涤5BV，泡洗1次，淋洗2次，洗涤总计时间12h，淋洗后树脂塔并入吸附线。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种铀提取过程有气体产生的离子交换方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采用N个离子交换塔串联，对待处理液进行吸附，控制首塔吸附尾液的pH值≤6；N≥3；
吸附过程中，进行排气，各离子交换塔内的压力满足P1/P0≥0.85；P0为排气前塔内压力，P1为排气后压力；
当第N-1个离子交换塔的排出液内铀浓度高于阈值时，首塔切出，利用所述排出液对第N个离子交换塔以下进液形式进行循环排气，排气后转为上进液形式进行吸附；尾部切入转型洗涤后的新塔；
所述离子交换塔中填充弱酸性树脂、或者弱碱性树脂、或者弱碱-弱酸两性树脂；
步骤2：对所述切出的首塔，以淋洗合格液下进液循环淋洗，得到1次饱和塔，然后采用上进液嵌套循环淋洗或者上进液串联逆流淋洗；
步骤3：淋洗后的离子交换塔排空液体，上进液加入转型剂，进行转型，塔顶排气；
步骤4：转型后的离子交换树脂塔排空液体，进行洗涤，洗至pH达到6～8，洗涤后的离子交换塔用于步骤1。
2.根据权利要求1所述的铀提取过程有气体产生的离子交换方法，其特征在于，所述步骤2中，以淋洗合格液下进液循环淋洗时，淋洗液达到体积达到1～5BV，塔顶排气，循环时间t1，2h≤t1≤48h，期间暂停m1次，m1≥0。
3.根据权利要求1所述的铀提取过程有气体产生的离子交换方法，其特征在于，所述步骤2中，采用2~10个淋洗塔上进液串联逆流淋洗。
4.根据权利要求1所述的铀提取过程有气体产生的离子交换方法，其特征在于，所述步骤3中，所述转型剂为盐酸或者硫酸，转型时间为t2，期间暂停m2次，m2≥0，t2≥6h。
5.根据权利要求1所述的铀提取过程有气体产生的离子交换方法，其特征在于，所述步骤4中，转型后的离子交换树脂塔排空液体，以清水或者吸附尾液进行洗涤，泡洗m3次，淋洗m3 + 1次，洗至pH达到6～8，洗涤液可以返回吸附前的调整工序；m3≥0。
6.根据权利要求5所述的铀提取过程有气体产生的离子交换方法，其特征在于，所述泡洗和淋洗的时间不小于24小时。
7.根据权利要求1所述的铀提取过程有气体产生的离子交换方法，其特征在于，所述离子交换塔内的固定床层高度不大于塔内有效高度的75%。
8.根据权利要求1所述的铀提取过程有气体产生的离子交换方法，其特征在于，所述吸附过程中，每次排气的时间不大于10分钟，两次排气之间的时间间隔不小于10分钟。
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