密实移动床漂洗工序的改进

周意如，夏良树，张青林，苏永锋，夏新成，朱 宁

(1.南华大学，湖南 衡阳 421000；2.新疆中核天山铀业有限公司，新疆 伊宁 835000)

某铀矿采用密实移动床水冶工艺，以离子交换树脂作为载体。随着服役时间的增加，树脂自身老化，在周期性的气力提升过程中，树脂磨损较大，导致工艺系统中的小粒径(φ<0.6 mm)树脂比例上升至20%。小粒径树脂会降低离子交换塔的线速度，不利于工艺运行。漂洗工序[1]利用不同粒径树脂的质量差异，通过控制离子交换塔底的进液流速，使小粒径树脂与大粒径树脂分离，小粒径树脂随漂洗尾液从离子交换塔顶流出，经排液系统进入蒸发池；大粒径树脂留在离子交换塔内。漂洗工序可以有效地降低工艺系统中小粒径树脂所占的比例。对漂洗出的树脂取样筛分发现，漂洗过程中仍有8%的大粒径树脂随漂洗尾液进入了蒸发池，造成可用树脂的损失。另外，原有漂洗塔集液盘呈敞开状，漂洗尾液中的放射性物质衰变，造成区域内氡及其子体含量升高；而且漂洗尾液也容易溅到周边钢平台上，引起电化学腐蚀。因此，对漂洗工序进行改进十分必要。

1 漂洗工序运行现状

1.1 漂洗工序简介

转型后的贫树脂由计量罐气力提升至漂洗塔内。开启漂洗塔底部进液阀门，配液罐管道泵将吸附尾液通过进液阀门泵入漂洗塔，小粒径树脂随漂洗尾液快速从漂洗塔顶流至集液盘；利用高差，夹带小粒径树脂的漂洗尾液自动流入排水井，最终进入蒸发池。漂洗完毕后，塔内的大粒径树脂排入计量罐，依据工序需要，经气力提升至吸附塔或者回收再吸附塔内。漂洗塔为不锈钢塔体，塔底进液，塔顶出液，出液口无筛板，塔顶设置集液盘。漂洗工序流程如图1所示。

1.2 漂洗工序存在的问题

1.2.1 产生氡及其子体

漂洗工序的进液为吸附尾液，其铀质量浓度低于1 mg/L。吸附尾液从漂洗塔底进入，与树脂接触，夹带小粒径树脂的漂洗尾液从塔顶流出，经集液盘进入尾液蒸发池。集液盘呈敞开状，漂洗尾液及小粒径树脂上的铀发生α、β衰变[2]，产生Rn，反应式为

(1)

(2)

(3)

Rn继续衰变形成子体。氡及其子体通过呼吸道进入作业人员的体内，造成内照射辐射损伤[3]，伤害呼吸道或肺部等。氡及子体继续衰变产生的射线，造成外照射辐射损伤，伤害人体生殖系统、神经系统以及造血器官等。

1.2.2 引起电化学腐蚀

转型后的贫树脂经气力提升至漂洗塔内进行漂洗。转型贫树脂会夹带部分转型剂进入漂洗塔内，转型剂与吸附尾液混合形成酸度为4 g/L的漂洗溶液。漂洗产生的漂洗尾液流至集液盘，少量漂洗尾液会溅至钢平台，引起电化学腐蚀，阳极产生的Fe2+与空气中的O2进一步反应，生成铁锈，主要成分为Fe2O3·H2O[4]。电化学腐蚀会造成钢平台损坏。

1.2.3 大粒径树脂流失

当漂洗塔内树脂空高为0.8～1.5 m、进液流量为8～12 m3/h时，肉眼观察到漂洗尾液中无明显大粒径树脂。以漂洗1 d为研究周期，收集漂洗出的树脂并进行筛分，发现仍有8%的大粒径树脂随漂洗尾液流出。大粒径树脂的流失会增加工艺系统中新树脂的补充量，不利于控制生产成本。

2 漂洗塔改进措施

2.1 集液盘安装密封罩

降低作业区域内氡及其子体的常见方法包括加强区域内通风，利用活性炭吸附氡及其子体，隔离氡源等；其中隔离氡源法具有一定规律，不同材质的密封物对氡析出的抑制程度存在差异，且抑制程度与密封物厚度成正比[5]。根据实际情况，采用隔离氡源的方法降低作业区域内氡及其子体的浓度。对漂洗塔集液盘安装密封罩进行密封，为保证支撑强度，密封罩骨架材料采用不锈钢轴与不锈钢片；为提升密封性，密封物选用透明有机板。集液盘密封罩如图2所示。

集液盘安装密封罩后，减少了铀衰变产生的氡及其子体扩散至区域空气中的量，部分氡及子体溶解在漂洗尾液中。根据格林定律[6]，液体中的氡活度浓度与气体中的氡活度浓度成正比，关系式为

(4)

式中：ω—氡气的溶解系数；V液、V气—相应液体与气体的体积，m3；C液、C气—相应液体与气体中氡的活度浓度，Bq/m3。

2.2 排水井设置嵌入式筛板

部分树脂随漂洗尾液流出，经排水井、排水管线进入蒸发池。在排水井设置嵌入式筛板，利用树脂粒径的差异，回收大粒径树脂；并保证小粒径树脂继续随尾液流动，然后进入蒸发池。对排水井进行改进，筛板与排水井连接，用筛板高效回收大粒径树脂。当筛板内大粒径树脂量较多时，取出筛板，将筛板内部的树脂直接加入到离子交换塔中；再重新将筛板与排水井连接，继续使用。嵌入式筛板排水井如图3所示。

嵌入式筛板排水井由嵌入式筛板、排水井两部分组成，嵌入式筛板与排水井均选用PVC材质。漂洗尾液管入口直径为80 mm。手柄为不锈钢材质，长100 mm、高100 mm、直径20 mm，以上下螺母形式与法兰固定。透明有机板厚度为20 mm，中心布设直径为80 mm的孔眼，作为漂洗尾液管入口，以圆心对称设长100 mm、宽20 mm的空槽各1个，用于手柄伸出。溢流管高700 mm、宽50 mm、直径50 mm，溢流管下端与筛板底部持平，筛板过液不顺畅时，溶液经溢流管流出，避免溶液从排水井上端溢出。筛网为不锈钢材质，孔径0.6 mm(30目)，小粒径段树脂随尾液流出；大粒径段树脂留在筛网内，回收利用。筛板主体每隔20 mm均匀布设直径为20 mm的孔眼，用于溶液流动。排水井上下端口直径分别为600和1 000 mm，高1 000 mm；距排水井下端200 mm处，设置直径为200 mm的孔，用于焊接固定排水管。

排水井上端带有深度为10 mm的凹槽，将筛板伸入排水井，筛板法兰片与凹槽紧密衔接，固定筛板。将透明有机板覆盖在筛板上，进行密封，可透过有机板观看筛板内的树脂量。将漂洗尾液管，通过有机板中心孔眼伸入筛板内，夹带树脂的漂洗尾液流入筛板，大粒径树脂留在筛板内，小粒径树脂继续随溶液进入蒸发池。

现场应用表明，嵌入式筛板排水井有效地解决了随溶液流出的大粒径树脂的回收问题，避免了可用树脂的损失。大粒径树脂与小粒径树脂随溶液进入筛板内，大粒径树脂留下，小粒径树脂随溶液继续流出；当筛板内的树脂较多时，仅需1人将筛板取出，将内部树脂直接加入离子交换塔，整个过程便捷高效。嵌入式筛板排水井平均回收大粒径树脂3.5 kg/d，全年回收大粒径树脂1.28 t，全年可节省生产成本4万元。

2.3 漂洗塔顶安装嵌入式筛板

嵌入式筛板排水井的应用取得了一定效果，但仍需人工将筛板中的树脂回收至离子交换塔。为解决此问题，直接在漂洗塔顶出液口制作安装嵌入式筛板，筛板制作方法与排水井的嵌入式筛板类似。在漂洗塔出液口安装嵌入式筛板后，避免了大粒径树脂随尾液流出，且无需人工回收树脂。漂洗塔顶安装嵌入式筛板运行，如图4所示。

3 漂洗塔改进后的运行效果

漂洗塔集液盘安装密封罩后，区域内的氡活度浓度较密封前平均下降23 Bq/m3，子体潜能浓度较密封前平均下降18 nJ/m3。集液盘密封前后氡及子体浓度，如图5所示。集液盘密封后也杜绝出现漂洗尾液溅出情况，延长了钢平台使用寿命。

漂洗塔顶安装筛板后，保持漂洗塔运行条件不变，进行应用试验研究。筛板安装前后，通过流量计监测出液量变化情况，持续运行时间不超过1个月时，出液量基本保持不变。规定作业人员每月清洗筛板1次，取出筛板并清理筛网网眼上附着的少量树脂，以保证漂洗塔出液顺畅。漂洗塔改进后，对集液盘中漂洗出的树脂进行了收集和粒级筛分，小粒径(φ<0.6 mm)树脂比例为99.2%，效果较好。原嵌入式筛板排水井依然使用，以预防因漂洗塔顶筛板破损而造成大粒径树脂损失。

4 结论

对漂洗塔集液盘安装密封罩后，隔离氡源，降低了区域内的氡及子体浓度，有益于作业人员的健康；流入集液盘的漂洗尾液不易外溅，避免了钢平台的电化学腐蚀，延长了钢平台的使用寿命。漂洗塔顶与排水井均增设筛板，有效地防止大粒径树脂流失，可节省生产成本。密封罩与筛板制作简单，成本低，应用前景广。