Расчет материального баланса процесса сорбционного концентрирования урана из продуктивных растворов

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

Теоретическая часть. Современным вариантом получения ХКПУ является сорбционный метод с использованием органических ионообменных материалов.

Уран в сернокислых растворах после подземного выщелачивания может находиться в виде катиона уранила, недиссоциированной молекулы уранилсульфата и в виде сульфатных комплексных анионов, соотношение между которыми зависит от концентрации сульфат-ионов и иона уранила в соответствии с реакциями:

UO₂²⁺ + SO₄^2- ↔ UO₂SO₄ , K₁ = 50

UO₂ ²⁺+ 2SO₄^2- ↔ [UO₂(SO₄)₂ ] ^2-, K₂ = 350

UO₂ ²⁺+ 3SO₄^2- ↔ [UO₂(SO₄)₃ ] ^4-, K₂ = 2500

Можно считать, что в растворе существует подвижное равновесие:

UO₂²⁺ + SO₄^2- ↔ UO₂SO₄ + SO₄^2- ↔ [UO₂(SO₄)₂ ] ^2- + SO₄^2- ↔ [UO₂(SO₄)₃] ^4-

Следовательно, для извлечения урана мы можем применить в качестве сорбентов катиониты, которые будут извлекать катион уранила, и аниониты, которые будут извлекать сульфатные анионные комплексы, главным образом, [UO₂(SO₄)₃] ^4-.

Однако, так как кислотность продуктивного раствора находится в пределах рН < 1, то уран почти полностью присутствует в виде комплексного аниона [UO₂(SO₄)₃] ^4-. В этом случае сорбция урана на анионите идет следующим образом:

4(R₄N)Cl + [UO₂(SO₄)₃] ^4- = (R₄N)₄[UO₂(SO₄)₃] + 4Cl^-

Наиболее вероятный механизм «сорбции» урана можно представить следующим образом: вначале происходит переход смолы от хлоридной или нитратной формы в сульфатную форму, а затем к ней присоединяются молекула уранилсульфата или ионы уранила и сульфата:

Если сложить эти реакции, то получим:

То есть, сорбент концентрирует уран в виде трисульфатного комплекса.

Процесс сорбции заключается в следующем. Осветленные продуктивные растворы насосами подаются на сорбционное концентрирование урана в нижнюю часть напорных сорбционных колонн СНК-3М. Колонны работают в автономном режиме, движение растворов осуществляется снизу вверх противотоком по отношению к движению ионообменной смолы.

Маточники сорбции (МС) с содержанием урана до 3 мг/л выводятся из верхней части колонн СНК-3М через дренажные кассеты и направляются на контрольное сито для улавливания проскочившего через дренаж сорбента. Далее маточники сорбции собираются в пескоотстойнике выщелачивающих растворов (ВР). Уловленный сорбент через буферную колонну возвращается в процесс.

Возвратные растворы (ВР) из пескоотстойника ВР насосами подаются в технологические узлы закисления (ТУЗ), где доукрепляются поступающей со склада серной кислотой до кислотности 5-7 г/л, после чего подаются в закачные скважины.

Насыщенный сорбент выгружают из колонны и направляют на регенерацию («десорбцию»). Регенерация смолы производится путем вытеснения анионных комплексов ионами Cl⁻ или NO₃^- при повышении их концентрации. В качестве вымывающих растворов используют 1М NaCl, подкисленный 0,1М НС1, или 1М NH₄NO₃, подкисленный 0,1М HNO₃ или 0,15М H₂SO₄ .

Пример задачи. Производительность сорбционного отделения цеха по переработке продуктивных растворов составляет 3000 т/год. Произвести расчет и составить материальный баланс процесса сорбционного концентрирования урана из продуктивных растворов при следующих исходных данных:

- время работы предприятия (количество рабочих дней в году) – 365 дней;

- коэффициент использования рабочего времени – 0,93;

- количество смен в сутки – 2;

- продолжительность смены – 12 часов.

- концентрация урана в ПР, поступающем на сорбцию = 0,16 кг/м³;

- остаточная концентрация урана в возвратном растворе = 0,003 кг/м³.

- остаточная емкость смолы 1 кг/м³;

- степень извлечения урана в анионит 98,5%;

- плотность ПР 1,01 кг/м³.

Процесс сорбционного концентрирования осуществляется в сорбционно-напорных колоннах (СНК-3М), работающих в режиме противотока сорбент-раствор. В качестве ионобменной смолы используется Ambersep 920UCl^- (SO₄)^2-. Рабочая емкость смолы 0,55 кг/кг.

Решение:

1. Определяем часовую производительность цеха по урану:

а) Часовая продолжительность работы предприятия

365 × 0,93 × 2 × 12 = 8147 ч/год.

б) Тогда часовая производительность по урану

Q_час = = 369 (кг/ч).

2. Определяем часовой объем раствора м³/ч

V_час= , (5.1)

где V_час – часовой объем раствора (м³/ч);

Q_час– часовая производительность по урану (кг/ч);

– начальная и конечная концентрация урана в продуктивном и возвратном растворах (кг/м³);

Q_час = 369 кг/ч; = 0,16 кг/м³; = 0,003 кг/м³.

V_час= = 2350(м³/час).

Расход продуктивного раствора – 2350 м³/час или 20586000 м³/год, следовательно, производительность по урану – 369 кг/час или 3232440 кг/год.

Определим суточное количество исходного раствора ПР, плотность которого 1,01 г/м³:

V_сут = 2350· 24 = 56400 (м³/сут),

m_сут= 56400· 1,01 = 56964 (кг/сут).

Количество урана в продуктивном растворе

56400·0,16 = 9024 (кг).

Так как извлечение урана в анионит 98,5 %, то количество извлекаемого урана составит

9024· 0,985 = 8888,64 (кг).

Поскольку рабочая емкость смолы Ambersep 920UCl^- (SO₄)^2-– 0,55 кг/кг, то смолы для сорбции потребуется:

= 16161,16 (кг).

В растворе после сорбции остается урана

9024 – 8888,64 = 135,36 (кг).

Количество анионита с сорбированным ураном составит:

16161,16 + 8888,64 = 25049,8 (кг).

Количество маточников сорбции

56964 – 8888,64 = 48075,36 (кг).

На основе проведенных расчетов составляем материальный баланс процесса сорбции – таблица.

Таблица – Материальный баланс процесса сорбционного извлечения урана из продуктивного раствора

Приход			Расход
Наименование	количество, кг/сут		Наимено-вание	количество, кг/сут
Наименование	всего	в т.ч. урана	Наимено-вание	всего	в т.ч. урана
1. Продуктивный раствор	56964	9024	1. Насыщен-ный анионит Ambersep 920U Cl^-(SO₄)^2-	25049,8	8888,64
2.Сильно-основной анионит Ambersep 920UCl^- (SO₄)^2-	16161,16		2. Маточник сорбции	48075,36	135,36
Итого	73125,16	9024	Итого	73125,16	9024

Таким образом, суточное количество сорбируемого урана составляет 9024 кг, а в год – 3293760 кг.

Практическое занятие №4.

Дата добавления: 2021-04-05; просмотров: 711; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 5 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!