压缩空气在内蒙古某地浸矿山水冶工艺的应用

李瑞东，曹俊鹏，滕 飞，口文杰，刘天印，胡越凯

(中核通辽铀业有限责任公司，内蒙古 通辽 028000)

原地浸出采铀是集采、选、冶于一体的采铀新工艺[1-3]，地浸采铀包括铀的浸出和浸出液处理2个部分。随着近十年来的生产运行，原有的处理方式暴露出一些缺陷，浸出液处理过程使用的布袋式过滤器更换耗时长、合格液铀浓度低、产品水分高、冬季排水困难等问题日渐凸显。在产能要求不断提高的情形下，提高设备、设施的利用效率迫在眉睫。通过理论分析和现场实践，针对生产问题的共性，提出利用生产中的现有设备——空气压缩机，建立1套压缩空气处理体系，将压缩空气多元化应用于水冶工艺中，以解决生产实际中遇到的难题。

1 水冶工艺压缩空气应用体系

通过空气压缩机不断产生压缩空气，研究压缩空气在水冶工艺的布袋式过滤器更换、合格液淋洗、黄饼水分控制、冬季废水外排等方面的应用。

1.1 压缩空气在布袋式过滤器更换中的应用

过滤是浸出液进入水冶厂的第一道工序，具有承上启下的作用。布袋式过滤器可去除浸出液中95%以上的泥沙、杂质，从源头上避免吸附塔内发生板结。内蒙古某地浸铀矿山采用布袋式过滤器进行2塔串联过滤，2备2用；当过滤器2塔压差达到0.08 MPa时，切换到备用过滤器，开始更换滤袋并用工业洗衣机对滤袋进行清洗。取出滤袋前必须要排空布袋式过滤器中残余的液体，布袋式过滤器内液体可通过重力势能自流排空；但自流排空需要3 h，耗时较长，而且无法将U型串联管道底部的液体排净，部分布袋式过滤器由于外排管道线路较长，液体不能产生足够的势能实现自流排空。为此,探索借用空气压力加速排空的方法，在布袋式过滤器进口阀以里10 cm处增加1根压缩空气进气管线；当切换布袋式过滤器时，关闭进出口阀门，打开排液阀和进气阀，使压缩空气进入，促进液体排空。自流排空液和通入压缩空气排空液试验结果见表1。

表1 压缩空气对布袋式过滤器排空液体的影响

从表1可看出：在布袋式过滤器更换滤袋时，通过自流排空耗时久，需2.50～3.00 h，且效果不理想；通过通入压缩空气排空耗时约0.75 h，有效缩短了排空时间，在提高效率60%～70%的同时改善了排空效果。浸出液过滤及压缩空气使用如图1所示。

1.2 压缩空气在淋洗工序的应用

淋洗工序至关重要，直接影响后续酸化、沉淀效果。内蒙古某铀矿采用静态浸泡淋洗方式[4]，在饱和树脂反冲结束后进行12 h的贫液淋洗剂泡塔，保证淋洗剂与树脂充分接触，并提供足够的离子交换和配位反应时间；浸泡结束后开始淋洗，收集合格液和贫液[5]。经过6个月的淋洗运行，发现淋洗合格液铀浓度较低[6]。试验研究发现，饱和反冲后塔内树脂间隙中仍有部分剩余尾液无法排净，对淋洗合格液产生稀释，导致淋洗合格液铀浓度偏低。因此，结合厂房内现有的空气压缩机，研究压缩空气对排空塔内剩余尾液的影响，以期提高淋洗合格液的铀浓度。吸附淋洗装置如图2所示。

为保证试验的准确性，避免淋洗环境不同对试验造成影响，试验选用相同组分的淋洗剂，对同一饱和反冲后塔内树脂进行取样，根据高径比，各取500 mL饱和树脂装入DN50 mm×1 500 mm的透明UPVC管进行淋洗模拟试验。A组试验直接用淋洗剂进行泡塔淋洗；B组试验先使用压缩空气排空试验柱树脂间隙残留的尾液后，再泡塔淋洗。重复以上过程，试验5次，每次取200 mL合格液集合样，分析其铀浓度，试验结果见表2。

表2 压缩空气对淋洗合格液铀质量浓度的影响

从表2可看出，饱和反冲后通入压缩空气对塔内液体进行排空处理，可使平均合格液铀质量浓度提高约20.32%。通入压缩空气，能够有效避免合格液被稀释;也为后续酸化、沉淀工序提供了良好的生产条件，可提高沉淀效果,减少沉降时间,降低产品水分。

1.3 压缩空气在控制产品水分中的应用

采用板框压滤是“黄饼”成形的最后一道工序。通过老浆泵把沉降好的浆体导入板框压滤机，同时压滤机开始加压，浆体通过板框中通管路充满整个板框，倒入浆体初始频率为20 Hz。当压滤机下部水管全部开始液体流出时，说明浆体已经充满全部板框，再逐渐上调频率，以2 Hz/次的幅度进行调整，保证压力表最高压力不超过0.6 MPa。当出液管中液体澄清且水流较小时上调频率，最终下部出液管中液体成滴状或者成混浊状时，默认板框压滤机进料饱和，降低频率关闭入口阀。此时进行板框机压风，打开压缩空气进气阀，通入压缩空气，当压力表压力达到0.8 MPa时，打开出气阀排空气体；再关闭出气阀、打开进气阀激活空压机工作，产生压缩空气，当压力达到0.8 MPa时自动维持压力开始压风。压缩空气通入风板，使风板膨胀从而挤压出水分，压风12 h充分挤压产品中的水分后泄压，让多余水分顺水管流出；再次压风12 h后，泄压排水后最终得到“黄饼”产品。“黄饼”产品品位大于65%，含水量小于27%，符合国家一级标准。板框压滤机工作示意如图3所示。

1.4 压缩空气在高寒地区冬季外排废水的应用

CO2+O2地浸工艺废水处理受到人们的高度重视。采用的工艺水循环利用、反渗透水处理和自然蒸发的综合水处理技术非常有效和可行，不仅减少了水的消耗、废水的产生和排放，而且大大节约了工业试剂[7-8]。在工业生产中，使用吸附尾液加注O2、CO2配制浸出剂；用吸附尾液进行饱和反冲和贫树脂转型；用贫液和母液再生配制淋洗剂，形成水资源循环利用体系，提高了水资源利用率。但即使通过循环利用方式尽可能减少废水的产生，仍会产生大量废水；产生的废水主要包括树脂转型产生的高盐溶液，多余的母液，生活废水等。废水中含有低浓度的铀，不可直接外排，需将废水统一排放到蒸发池，依靠自然条件使其蒸干；但由于地处高寒地区，冬季废水外排成了难题。内蒙古地区冬季最低温度达-35 ℃，外排废水流量低时会在管道内结冰，造成管道堵塞、涨裂，严重影响冬季排水[9-10]。为此，在原有废水外排管道上增加1根压缩空气进气管线，并安装压力表。在冬季废水外排结束后，通入压缩空气，控制压力不超过0.3 MPa，连续压风约30 min；当出水口水流不成股流下时，默认管道内的液体排放干净，关闭空压机，压风结束。采用该操作后，在冬季排废水时没有出现管道涨裂和堵塞情况，解决了冬季废水外排的难题。

2 结论

内蒙古某地浸铀矿山利用厂内现有空压机设备制造压缩空气，应用于水冶工艺的多个领域，有效解决了生产中的问题：1)更换布袋式过滤器滤袋时加快液体排空速度，有效节省排空时间，提高工作效率60%～70%，优化了排空效果；2)防止饱和反冲后残留液稀释合格液造成铀浓度降低，平均提高淋出合格液铀浓度20.32%；3)压滤出“黄饼”产品中的水分，使产品品位控制在65%以上，水分控制在27%以下，品质符合国家一级标准要求；4)高寒地区冬季废水外排采用压缩空气促排，避免管道结冰堵塞和膨胀破裂，排水管道破裂次数降至0 次/年。

综上所述，压缩空气应用体系在地浸矿山生产中发挥了重要作用，解决了生产中的很多问题，提高了设备的利用效率，同时也降低了生产运行成本，提高了经济效益。