铀水冶工艺-4.3 移动床吸附的过程与设备、矿浆吸附

• 连续逆流吸附塔的构造与淋洗塔的构造基本相同，图6-23 给出了连续逆流吸附塔的构造示意图。塔体可用硬聚氯乙 烯塑料制成，全塔分为两段，即吸附段和洗涤段。
• 在吸附段和洗涤段之间装有一个“缩颈”，将上下两段分 开。
• 另外，在塔内吸附原液进口处与洗水进口处装有布液装置 和布水装置，其作用是使吸附原液和洗水在塔内的径向分 布均匀。
• 缩颈是安装在吸附段与洗涤段之间的一个反向锥 斗，它又是洗水和树脂的必经之路，两者在此充 分接触，可使洗涤效果更好。
• 另外，缩颈还具有减少或防止吸附原液向洗涤段 窜流的作用，窜流液体量愈少，洗水的用量就愈 少。
6.4.3.4 密实移动床吸附
先进的地浸技术在生产应用已占重要位置，为适 应地浸工艺的需要前苏联研究了密室移动床离子 交换塔。
液含铀浓度较固定床淋洗所得到的合格液的浓度高，且不存在一次贫 液和二次贫液，这将为后续工序的加工创造有利条件，可以节省设备 的台数和容积。
(1)连续逆液吸附-淋洗过程
• 连续逆流吸附和淋洗过程的主要设备是吸附塔及 淋洗塔。浸出矿浆经浓密机浓密后，溢流至吸附 原液贮槽，然后经离心泵送入吸附塔。
• 吸附原液在塔内沿轴向由下而上流动，而贫铀树 脂则由吸附塔的顶部引入，借助于重力沿轴向由 上而下运动，这样，吸附原液与树脂在塔内形成 连续逆流接触。
6.4.3.2移动床吸附的过程与设备
移动床吸附是指在吸附循环过程中，树脂床层按 照吸附-淋洗-反洗的顺序分别在不同的设备或在同 一设备的不同区段内完成的，其操作方式也属于 固定床操作。 移动床吸附塔的结构也与固定床清液吸附塔的结 构相似。
（1) 坎梅特(Can-Met)移动床吸附
加拿大坎梅特勘探有限公司所使用的移动床吸附过程由十个塔组成。 两组吸附塔，每组由三个塔串联而成；一组淋洗塔也是由三个塔串 联而成；还有一个塔专供输送转移树脂和反洗用，在每个塔的底部都 设有树脂输送管。
取得了良好的效果，具有经典固定床的诸多优点： 运行稳定，树脂容量高，吸附尾液铀浓度低，树 脂损耗少等。
这种工艺采用进液加压串联顺流或逆流吸附，吸附塔线速度可 达到30m·h-1以上，淋洗也用串联顺流淋洗工艺，这不仅使淋洗 合格液铀浓度达到较高水平，且大大简化了淋洗操作，也没有 固定床工艺中产生淋洗一次贫液和淋洗二次贫液的麻烦。
淋洗段树脂高度/m 树脂在淋洗段停留时间/h
淋洗剂流量/树脂流量 洗水流量/树脂流量 淋洗合格液铀浓度/(g·L-1) 经淋洗后树脂残留容量/(mgU·g-1干R)
工艺参数
170～280 40～50
28 5.7±0.1
3/1 2.10 50～60
0.9 mol.L-1NaCl+0.1 mol.L-1H2SO4
图6-22 Chem-Seps系统设备示意图
1-吸附段；2-漂洗段；3-解吸段；4-脉冲段； 5-树脂储存段；6-阀门
6.4.3.3清液连续逆流吸附的过程和设备
连续逆流清液吸附工艺吸附工艺和吸附设备与上述固定床、移动床相 比具有如下一些优点： (1)连续逆流吸附对吸附原液含固体量的要求不像固定床清液吸附那
（2) 希金斯（Higgins）吸附塔
• 希金斯吸附塔也属于移动床类型的吸附设备，这种吸附塔 是一个环形的单塔，塔的主要部分是由旋转阀隔开的吸附 与淋洗两个操作段所组成。所有旋转阀的开关均按程序与 往复泵的运动状态配合动作。
• 希金斯吸附塔的优点为：设备的单位体积处理量较大，树 脂的利用率较高，设备结构紧凑，占地面积较小等。其缺 点是：操作时，自动化程度要求很高；设备放大时，树脂 移动不均匀；吸附段树脂的比重是由下而上逐渐增加，即 大比重树脂在上层，而小比重的树脂在下层，这在流体力 学上是不合理的。
尾液从吸附塔的顶部溢流口排出，而饱和树脂通过缩颈进 入吸附塔下部洗涤段，在此经水洗之后，由塔底部排出。
被排出的干净饱和树脂经水力提升器输送至脱水筛脱水， 脱水后的饱和树脂，由淋洗塔顶部引入，树脂在沿着淋涤 段下移的过程中与由下而上流动的淋洗剂进行逆流接触， 把饱和树脂上的铀淋洗下来。
最终得到的淋洗合格液由塔顶排出，淋洗后的贫铀树脂经 淋洗塔下部的缩颈进入洗涤段，然后提升脱水，重新返回 吸附段循环使用。连续逆流吸附的主要工艺参数列于表611。
• 如果连续排出树脂，则难维持床层高度的稳定。为使吸附和洗涤具有 良好的效果，应控制好吸附原液的流量和树脂的流量的比例(也称为 吸附原液与树脂的流比)、吸附段树脂床的动态高度以及洗水流量等。 淋洗塔同样也要控制好淋洗剂流量、洗水流量、树脂床层高度以及树 脂的排放量等。
（2） 连续逆流吸附塔与淋洗塔
25～30 3.2 10 5/1 1/1 5 0.99
• 连续逆流吸附-淋洗工艺过程要求吸附塔吸附段必须是流化床操作而 洗涤段应该是移动床操作，淋洗塔的淋洗段和洗涤段则都应该是移动 床操作。
• 为保证吸附操作的连续稳定性，要求吸附塔的各项物流（吸附原液、 树脂、洗水等）能连续稳定的引入和排出；同样，为了保证淋洗塔的 稳定操作，也要求淋洗剂与洗水能连续地送入和排出，而淋洗塔的树 脂应当连续送入并间歇地排出。
含铀的浸出清液分别送到两组吸附塔的首塔进行吸附，当首塔饱和时， 即行“切断”，并将首塔内的饱和树脂送至反洗塔，经反洗除去其中 所夹带的淤泥和杂物。反洗后的饱和树脂再送到淋洗塔淋洗，淋洗过 的贫铀树脂，在下批待淋洗树脂送到之前，即应送往空着的原吸附塔 中，改作尾塔或备用。
树脂的转移是靠水力输送或空气喷射提升的方式来实现的。因为这两 种提升方式对树脂都不带来严重的损害，所以，树脂的损失率可以减 少。
6.4.4 矿浆吸附
• 6.4.4.1 概述
固定床和移动床原则上都要求吸附原液是不含固 体的清液。也就是说，吸附原液中的固体含量必 须小到不影响整个的吸附-淋洗操作。
由于进料溶液中所夹带的细泥会使树脂床层的阻 力增大，因此，吸附过程中，可能产生沟流甚至 将床层堵死，变为“死床”。
所谓矿浆吸附，系指树脂悬浮在未澄清或半澄清的矿浆 之中进行吸附的吸附操作。树脂颗粒在吸附设备中可作 随意运动，也可人为地控制作宏观的定向运动。
表表611连续逆流吸附的主要工艺参数塔名项目工艺参数吸附塔吸附原液含铀浓度mg?l1吸附温度吸附原液空塔速度m?h1吸附段树脂层动态高度m洗水流量树脂流量吸附尾液铀浓度mg?l1树脂操作容量mgu?g1干r1702804050285701312105060淋洗塔淋洗剂浓度mol?l1淋洗剂温度淋洗段树脂高度m树脂在淋洗段停留时间h淋洗剂流量树脂流量洗水流量树脂流量淋洗合格液铀浓度g?l1经淋洗后树脂残留容量mgu?g1干r09moll1nacl01moll1h2so42530321051115099?连续逆流吸附淋洗工艺过程要求吸附塔吸附段必须是流化床操作而洗涤段应该是移动床操作淋洗塔的淋洗段和洗涤段则都应该是移动床操作
样严格，原液中含1～2％-200目的固体将不会影响操作； (2)连续逆流吸附的树脂投入量比相同处理能力的固定床的树脂投入
量要少二分之一左右； (3)该设备的有效容积系数可高达90％，而一般固定床吸附塔的有效
容积系数仅50%左右； (4) 由于采用连续逆流淋洗，因此淋冼剂的用量较少，所得到的淋出
• 整个操作分为三个步骤： • ①开始工作(见图6-21a)，此时阀门1与阀门2关闭，阀门3打开，往复
泵停止，通入原液、淋洗剂与洗水，同时，尾液与淋出液被引出塔外， 这种工作状态维持大约9分钟即转入状态[b]； • ②当操作进入状态[b]时，阀门1和阀门2打开，而阀门3关闭，往复泵 向右侧移动，从而使树脂向上移动。此时，停止通入原液、淋洗液和 洗水，也不向塔外引出尾液和淋洗液。吸附段顶部的饱和树脂被吸到 右侧管的上部，存于右侧管内的饱和树脂，在往复泵的作用下，被压 到淋洗段的下部，这种状态维持3～5秒钟。然后转向状态[c]； • ③在状态[c]时，旋转阀3打开，而阀1和阀2关闭，往复泵向左侧移动， 从而使右侧管上部的饱和树脂压到该侧管的阀门3和阀门2之间，同时 恢复步骤[a]的通液操作。
整个工艺过程使用6个吸附塔，3塔个串联吸附，吸附原液从首 塔进入，经三塔串联吸附后，尾液从末塔排出，返回浸出工序 循环使用或作为废水外排处理。
当首塔吸附流出液等于进料液铀浓度时，认为首塔吸附饱和， 把它从吸附系统切断，末端接入新塔，组成新的串联吸附塔序。 即原来第二塔变为首塔，末塔变为二塔，新接上塔为末塔。
图6-21 Higgins离子交换设备工作过程示意图
• 希金斯环离子交换接触器为一环型装置。其结构 及工作原理示于图6-21。环的左上端为吸附段， 左下端为解吸段，右边的立管为循环树脂贮存室。 这些部分之间由三个主体阀门隔开。
• 在整个接触器中，树脂顺时针地移动，与料液和 解吸剂均呈逆流接触。装于该接触器顶部的往复 泵，迫使树脂按时移动。所有阀门的开启或关闭 以及上述泵的运动，均需自动配合。
吸附在单塔中进行，塔内树脂床高6-8m，在吸附 过程中塔内树脂保持相对固定，吸附在树脂密室 床的垂直压力塔内进行，塔内逆流吸附，溶液自 下而上流动，吸附塔周期性工作，每隔数小时， 从塔内排放一次饱和树脂，同时补加等量贫树脂。
• 吸附空塔线速度可达50m·h-1以上，很适合处理流 量大、铀浓度低的浸出液，即地浸或低品位矿石 堆浸的浸出液处理。
• 淋洗也使用三塔串联长距离淋洗，淋洗剂以一定流速从首 塔进入，经过三塔串联淋洗，从3号塔流出的淋洗液均为 合格液。
• 三塔串联淋洗过程中控制好首塔贫树脂残余铀量以满足吸 附要求。在通常情况下，淋洗首塔流出液铀浓度达 200mg·L-1左右，可满足要求。
• 淋洗首塔可从淋洗系统中切断，返回吸附工序。淋洗系统 又接上新的饱和塔作末塔，组成新淋洗序进行淋洗，如此 反复进行。
• 该工艺除了吸附塔外，还需配置其它设备，组成 一套完整的系统，兼有树脂转型、淋洗剂循环使 用、饱和再吸附等功能，使得在浸出铀浓度不高 的情况下，仍然能够获得较高金属铀浓度的淋洗 合格液和高质量的产品。
6.4.3.5 改进型（新型）固定床吸附
经过长期研究和生产实践，近年来研究推广应用 一种新型固定床，这种固定设备结构和功能比早 期使用固定床有了较大改进，在生产中普遍应用。
塔名 吸附塔
淋洗塔
表6-11 连续逆流吸附的主要工艺参数
项目
吸附原液含铀浓度/(mg·L-1) 吸附温度/℃
吸附原液空塔速度/(m·h-1) 吸附段树脂层动态高度/m 洗水流量/树脂流量 吸附尾液铀浓度/(mg·L-1)
树脂操作容量/(mgU·g-1干R)
淋洗剂浓度/(mol·L-1) 淋洗剂温度/℃
与固定床清液吸附相比，矿浆吸附具有能直接使用分离 粗砂后的浸出矿浆的优点。因此，浸出矿浆不必进行过 滤或澄清，这就大大地简化了固液分离操作。
1-筛板； 2-塔体； 3-布液装置； 4-缩颈； 5-布水装置
图6-23 连续逆流吸附塔
• 吸附段装有若干块筛板，这些筛板把吸附段分成许多小隔 室，目的是为了减少树脂的轴向窜动和防止产生沟流，同 时也能使上升的液流在塔内均匀流动并保持操作稳定。
• 洗涤段的作用，是将吸附段排出的树脂中所夹带的吸附原 液，通过洗涤予以回收，以减少铀的损失，提高其回收率。 洗水由洗涤段的底部引入塔内。在塔内，洗水分为两股液 流，一股沿着塔的轴向向上升，洗完树脂后进入吸附段， 另一股是作为输送用水随树脂一起排出塔外。
淋洗操作是三塔串联进行的，因此，淋出液的含铀浓度较高。移动床 吸附-淋洗过程的优点有：
(1)因为有单独的反洗塔，所以毋需在每个塔的设计上都考虑反冲问 题，故每个塔的体积可小于相同生产能力的固定床清液吸附塔的体积， 所占厂房空间和面积以及投资费用都小；
(2)三塔串联进行淋洗，可以得到较高浓度的合格液，从而为后续加 工工序提供了较好的操作条件；
(3)每个塔都各自进行专门的单一操作，所以管路的配备较定床吸 附塔简单，且不易窜塔，同时，合格液、原液、尾液之间窜混的可能 性也不大。正因为此吸附过程具有这些优点，所以，它在美国和加拿 大的不少水冶厂得到应用。
• 这种吸附过程存在的缺点是，塔内树脂的 转移不能十分完全，尤其是吸附塔的饱和 树脂转移不完全，结果会使下一吸附循环 开始的一段时内，尾液中含铀浓度较高， 其浓度有时高达100mg·L-1，显然，此尾液 不能抛弃，应当考虑铀的回收。
• 因为树脂上移（同时停止通液）操作的时间很短， 而且每次从解吸段和吸附段排出的树脂量较少 （约10%），故操作很接近于连续式。
• 为了用这种接触器处理不同的料液（清液或浑浊 液甚至稀矿浆），设计了不同的结构型式。在铀 水冶工业中已有一定规模的实际应用；在水处理 中，也得到了较大的发展。
• 为了能用这种离子交换设备处理含悬浮固体的吸附液，对 设备进行了改进，改进后的设备称为Chem-Seps系统（或 Higgins Loop CIX系统），设备结构见图6-22。