轻质塑料球对含黏性细泥溶液过滤性能的影响试验研究

孔凡峰，王 辉，李 南，康佳红，陈 乡，王海珍

(1.中核北方铀业有限公司，辽宁 葫芦岛 125100；2.核工业北京化工冶金研究院，北京 101149)

轻质塑料球对含黏性细泥溶液过滤性能的影响试验研究

孔凡峰1，王 辉1，李 南1，康佳红1，陈 乡2，王海珍2

(1.中核北方铀业有限公司，辽宁 葫芦岛 125100；2.核工业北京化工冶金研究院，北京 101149)

研究了采用轻质塑料检查过滤铀水冶厂含黏性细泥铀矿石浸出液，考察了轻质塑料用量、运行时间、溶液流量对检查过滤性能的影响，确定了轻质塑料加入量、原液进料量等参数。试验结果表明，絮凝剂添加量为1%时，最佳条件下，用轻质塑料球检查、过滤，溶液浊度可从450 NTU降至8 NTU。工业生产证实，轻质塑料可以很好地脱除溶液中的黏性细泥，检查过滤后的溶液满足溶剂萃取过程对萃原液浊度的要求。

铀；浸出液；轻质塑料；浊度；过滤

铀矿石浸出液中含有一定量细泥(≤5×10-5)，溶剂萃取过程中，这些细泥易造成有机相夹带严重、工艺不稳定、环境污染等问题[1-2]，因此，许多水冶厂在溶剂萃取之前都设有检查过滤工序，其方法有板框压滤、澄清过滤或袋式过滤[3-5]。这些过滤方式的效果都不尽理想，如板框压滤过滤中，黏性细泥在滤布表面形成致密薄层，使滤布透水性差，难以形成滤饼；澄清过滤占地面积较大、清理困难且效果较差；袋式过滤存在劳动强度大、过滤效果差等缺点，大量黏性细泥累积在萃取槽中，需定时停车清理，严重影响萃取生产。

轻质滤料是一种密度比水轻的过滤填料，具有质轻、机械强度高、化学稳定性强等特点，与普通石英砂、无烟煤滤料相比，有较高的吸附性和动电电位[6]，因此对污泥容量较大，过滤周期较长。试验采用聚苯乙烯轻质塑料球为过滤介质，在自制过滤器中对铀矿石堆浸液进行过滤检查，并用工业化过滤设备进行工业试验，以期解决浸出液中含有黏性细泥的难题。

1 试验部分

1.1 材料及仪器

轻质塑料：基体为聚苯乙烯，球状，粒径1～2 mm，高分子，密度约为水的1/10。

表1 含黏性细泥溶液的组成 g/L

絮凝剂：1 200万分子质量阳离子聚丙烯酰胺(PAM)，LB-6085型，购自沁阳市乐邦水处理材料公司。

pH计(PHS-3C型),浊度仪(WGZ-2000型),电子天平(FA2004型),磁力搅拌器(JJ-78-1型),恒温干燥箱(101A-1型),烧杯,玻璃棒等。

1.2 试验方法

矿石浸出液先用絮凝剂絮凝，然后通过装有轻质塑料的自制试验过滤器。过滤器为UPVC材质，过滤柱直径250 mm，有效高度300 mm，进水管、出水管直径25 mm。试验流程如图1所示。球形的轻质塑料因密度比水小，在过滤器内均匀分布在上部，紧密排列。溶液流经滤柱时，其中的悬浮物被轻质塑料吸附截留，在介质球表面形成滤饼层。随滤饼层变厚，塑料球质量大于浮力，掉落进底部溶液区。悬浮物与介质球的结合力比较弱，通过自身排泥或通空气法进行反冲洗，介质球恢复吸附能力。

图1 轻质塑料过滤试验流程

2 试验结果与讨论

2.1 絮凝剂加入量对溶液浊度的影响

每一种规格的絮凝剂使用条件相差很大，因此，根据溶液体系不同，选择相应的絮凝剂尤为重要[7]。

溶液呈褐色，肉眼观察悬浮物较少，悬浮物颗粒较为细小，投加絮凝剂后，溶液较为混浊。溶液初始pH为0.8～1.5，选择LB-6085型阳离子聚丙烯酰胺为絮凝剂，质量浓度为1 g/L，絮凝时间2 h。轻质塑料球用量为1 m3，溶液处理量为10 m3/h。溶液浊度为450 NTU，进料初始流量为150 L/h，絮凝剂按体积分数(与溶液体积相比)0、0.2%、0.5%、1%添加。连续运行一段时间后的试验结果如图2所示。

图2 絮凝剂加入量对溶液浊度的影响

由图2看出：不加入絮凝剂，经过过滤器的溶液浊度有一定程度降低，但是溶液浊度不稳定，因为溶液中悬浮物胶体非常细小，且比较稳定，不易分层，易造成过滤介质穿滤[8]；加入絮凝剂后，悬浮物颗粒增大，易被过滤介质截留，过滤效果较明显，滤液较清澈，运行1 h后，清液浊度即稳定；絮凝剂加入量为0.2%和0.5%时，过滤效果相差不大，清液浊度为25 NTU左右；絮凝剂加入量为1%时，运行稳定后清液浊度为8 NTU，过滤效果较为理想。但运行前期，轻质塑料的稳定性对清液浊度的影响比较大。

2.2 运行时间对溶液浊度的影响

质量浓度1 g/L的絮凝剂添加量1%，原液浊度450 NTU，进料流量控制在150 L/h，运行时间对清液浊度的影响试验结果如图3所示。

图3 运行时间对溶液浊度的影响

由图3看出：运行2 h后，清液浊度比较稳定，轻质塑料层第1次达到分布稳定，清液浊度为8 NTU，稳定持续8 h；运行14～20 h，浊度大幅度提高，轻质塑料层可能因黏性细泥累积而紊乱搅动，重新分布；运行20 h后再次逐步稳定。运行1～2 h后，床层重新分布，浊度趋于稳定，2～8 h内比较稳定；20 h后床层再次分布并达到稳定。可见，随运行时间延长，清液浊度在2～8 h内比较稳定，效果较好。

2.3 进料流量对溶液浊度的影响

质量浓度1 g/L的絮凝剂添加量1%，原液浊度450 NTU，运行时间4 h，初始进料流量对清液浊度的影响试验结果如图4所示。

图4 进料流量对清液浊度的影响

由图4看出：进料流量小于180 L/h，过滤效果较好，过滤后溶液较为清澈，浊度为8 NTU左右；而流量提高至200 L/h后，过滤效果开始减弱，清液浊度大幅提高。所以，进料流量宜控制在180 L/h(即3.67 m/h)以下，此时，每h溶液量与轻质塑料体积比最大为10∶1。

2.4 排泥时间的确定

絮凝剂质量浓度1 g/L添加量1%，原液浊度450 NTU，初始进料流量150 L/h，每运行10 h排底泥1次，连续3个周期。试验结果如图5所示。

图5 运行时间对过滤效果的影响

由图5看出：运行2～8 h内,清液浊度比较稳定，在8 NUT以下；运行至9 h后，清液浊度升高。由于试验装置相对比较简易，排泥时会引起过滤器出水短时返混，约持续1 h，进而影响出水水质。考虑到工业生产放大效应,同时为保证最佳清液浊度，建议每运行8 h排底泥1次。

3 工业验证试验

采用上海西恩科技有限公司CNⅡ-3300型液体过滤器[9-10]验证轻质塑料对黏性细泥的过滤效果。过滤器直径3.3 m，高6.1 m，轻质塑料球装量高度0.8 m，约6.84 m3。根据小型试验结果，确定工业试验设备、参数及试验结果(见表2)。工业化验证试验共运行3个月，平均每2 h采集分析样品1次。

表2 工业化试验结果

由表2看出，采用CNⅡ-3300型液体过滤器，以轻质塑料球对含有黏性细泥的溶液进行检查过滤，效果较好，与板框压滤、袋式过滤、澄清等传统方式[11]相比优势明显。将袋式过滤改为轻质塑料过滤后，有机相消耗降低34.41%，有机相配制由原来的3次/月降为1～1.5次/月，且每班次缩减1名洗滤袋操作工，工艺稳定。2种过滤工艺对生产成本的影响结果见表3。

表3 2种过滤工艺对生产成本的影响

由表3看出，袋式过滤成本为12.48元/m3，轻质塑料过滤成本为7.35元/m3，后者比前者运行成本降低了41.11%，年成本降低66.48万元。

将CNⅡ-3300型过滤器用于处理铀矿冶硬岩矿山和地浸矿山浸出液，在国内尚属首例，应用中还存在一些操作上的问题，有待进一步完善解决，但应用前景较乐观。

4 结论

采用轻质塑料对含黏性细泥溶液进行检查过滤效果较好，溶液处理后浊度可由450 NTU降至10 NTU以下。过滤介质的稳定性对清液浊度影响较大，因此CNⅡ-3300型过滤器需要定期排泥，每次排泥后需运行1 h才能稳定，但只要保证在1 h之内浊度变化在±10 NTU即可，工艺上可以接受。以轻质塑料作过滤介质，适用于含有较多黏性细泥的溶液的检查过滤，能降低有机相消耗量，进而节约运行成本。

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Experimental Study on Filtration Performance of Light Plastic Media for Solution With Viscidity Fine Slime in Uranium Hydrometallurgy

KONG Fanfeng1,WANG Hui1,LI Nan1,KANG Jiahong1,CHEN Xiang2,WANG Haizhen2

(1.NorthUraniumIndustryCompanyofChinaNationalNuclearCorporation,Huludao125100,China;2.BeijingResearchInstituteofChemicalEngineeringandMetallurgy,Beijing101149,China)

The controlled filter of leaching solution containing viscidity fine slime of uranium ore using light plastic media in a uranium mill was researched.The effects of light plastic media usage,solution flow,performance period on the filtration performance of light plastic media were investigated.The results show that the solution turbidity can be reduced from 450 NTU to 8 NTU when the additive amount of LB-6085 flocculating agent is 1%.The industrial production proposes that the light plastic media can be used to remove viscidity fine slime in leaching solution of uranium ore.The solution removed viscidity fine slime can meet the demands of solvent extraction of uranium.

uranium;leaching solution;light plastic media;filtration;turbidity

2016-11-17

孔凡峰(1980-)，男，山东烟台人，本科，工程师，主要研究方向为铀水冶工艺和废水资源化。

TL212

A

1009-2617(2017)04-0332-04

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.04.018