一种铀溶液的富集装置及方法与流程

本发明涉及铀矿采冶领域，更具体地，涉及一种从含铀浸出液中富集铀的处理工艺。

背景技术：

目前地浸领域，铀的富集方法主要是离子交换法和溶剂萃取法。中性地浸工艺一般采用离子交换法。离子交换法是以高分子脂为载体，将地浸含铀浸出液通过离子交换塔经过吸附过程的化学置换过程使含铀离子交换到固体树脂中去、再经酸类淋洗得到富集后的含铀母液。随着铀矿开采时间的推移，地浸浸出液中铀浓度不断降低，造成离子交换树脂的吸附容量降低，浸出液处理成本增加等问题。

膜电容铀富集单元是利用活性炭类电极的导电性、吸附性，使溶液中的离子在电场的作用下，阴离子向阳极迁移，阳离子向阴极迁移，此时含铀阴离子被阳极吸附。积累到一定程度，通过反向通电，在新电场的作用下，吸附在电极表面的离子向对侧电极移动。同时，由于阴离子无法透过对侧的阳离子交换膜，阳离子也无法透过对侧的阴离子交换膜，因此含铀阴离子随其他脱附的离子一同被拦截在离子交换膜之间，产生富集效果。目前，该技术多用于循环冷却水脱盐，国内外未见采用该技术进行铀富集的案例。

技术实现要素：

本发明的目的在于：寻找一种新的铀富集方法，作为离子交换的前置处理技术，解决铀浓度过低引起的吸附容量降低的问题，实现中性地浸矿山浸出液中低浓度铀的初步富集。

本发明的技术方案如下：一种铀溶液的富集装置，其特征在于：包括收集单元、预处理单元、膜电容铀富集单元、清洗单元；

收集单元包括提升泵及集液池，提升泵连通集液池；提升泵用于直接从井场抽孔提升浸出液。集液池用于对于浸出液的收集；

预处理单元包括原液泵、石英砂过滤器、袋式过滤器；其中集液池连通原液泵，原液泵连通石英砂过滤器，石英砂过滤器连接袋式过滤器，袋式过滤器通过回流阀连接集液池；原液泵采用潜污泵，提升集液池中浸出液至石英砂过滤器，石英砂过滤器产水带压直接进入袋式过滤器，用于截留浸出液中的大颗粒杂质，降低溶液悬浮物ss；

膜电容铀富集单元包括膜电容模块、电导率仪；其中袋式过滤器通过进水阀连接膜电容模块，膜电容模块连接电导率仪，而电导率仪通过贫液产水阀连接集液池，电导率仪还连接浓液产水阀，电导率仪还连接清液产水阀，并通过清液产水阀连接清液外排阀，通过清液产水阀连接洗水阀，洗水阀连接清洗剂储槽；

清洗单元包括清洗剂储槽和清洗泵；清洗剂储槽连接清洗泵，清洗泵再连接膜电容模块；

膜电容模块包括活性炭、活性炭纤维、石墨、石墨烯及阴阳离子交换膜。

一种铀溶液的富集方法，包括以下步骤：

步骤1：地浸抽孔浸出液由提升泵一级提升至集液池2进行均质均量；

步骤2：集液池内溶液经过预处理单元原液泵二级提升至石英砂过滤器，石英砂过滤器产水进入袋式过滤器降低溶液悬浮物ss砂过滤器过滤精度达到10～20μm；袋式过滤器过滤精度达到5～10μm；

步骤3：袋式过滤器产水通过进水阀进入膜电容铀富集单元；该单元初始设置断路时间t、正充电电导率x、产水电导率y、贫液电导率z，4个数值；其中正充电电导率x设置为待处理溶液电导率的1.1～1.5倍，产水电导率y设置在300～1200μs/cm，贫液电导率z为待处理溶液电导率的1.8～2.5倍；

步骤3.1：膜电容模块正充电过程：膜电容模块充电电压0.8～2.0v；袋式过滤器产水经过进水阀进入膜电容模块，经电导率仪检测电导率＞产水电导率y时，贫液产水阀开启，浓液产水阀、清液产水阀关闭，溶液经贫液产水阀回到集液池；经电导率仪检测电导率≤产水电导率y时，清液产水阀、清液外排阀开启，贫液产水阀和浓液产水阀关闭，洗水阀关闭，溶液经阀、清液外排阀外排再利用；当电导率仪检测电导率再次＞产水电导率y时，系统进入下一步膜电容断路过程；

步骤3.2：膜电容模块6断路过程：膜电容模块短路15s后断路；进水阀关闭，回流阀开启，为防止原液泵频繁起停，袋式过滤器5产水经过回流阀回流至集液池；断路持续时间为设置值t,t设置为60s～180s，之后进入下一步膜电容再生过程；

步骤3.3：膜电容模块6再生过程：膜电容模块反向充电，充电电压0.8～2.0v；袋式过滤器产水经过阀进入膜电容模块，进水阀、浓液产水阀开启，其余阀门关闭；被富集的铀溶液从浓液阀排出；经电导率仪检测电导率≤贫液电导率z时，贫液产水阀开启，浓液产水阀、清液产水阀关闭，溶液经贫液产水阀回到集液池，直至电导率≤正充电电导率x时，系统回到膜电容模块正充电过程；

步骤4：步骤3.1正充电过程清液产水期间，通过手动控制清液外排阀和洗水阀，将清洗剂储槽灌满备用；

步骤5：系统运行至膜电容模块内压超过0.6mpa时开始清洗过程；原液泵停机，进水阀关闭、贫液产水阀开启，浓液产水阀关闭，清液产水阀关闭；

膜电容模块断路状态，清洗剂泵将清洗剂储槽的溶液打入膜电容模块内，其中储存的溶液通过贫液产水阀回流至集液池；膜电容模块内溶液置换完毕后，清洗剂泵和贫液产水阀关闭。

清洗过程结束，回到步骤2。

所述步骤1中，集液池水质ph6～10，铀浓度为5mg/l～100mg/l，电导率0～10000μs/cm。

所述步骤3中，设置断路时间t为120s、正充电电导率x为4400μs/cm、产水电导率y为1200μs/cm、贫液电导率z为8000μs/cm。

所述步骤3.1中，膜电容模块充电电压1.1v；袋式过滤器产水经过阀进入膜电容模块，经电导率仪检测电导率＞1200μs/cm时，贫液产水阀开启，浓液产水阀、清液产水阀关闭，溶液经贫液产水阀回到集液池；经电导率仪检测电导率≤1200μs/cm时，清液产水阀、清液外排阀开启，贫液产水阀和浓液产水阀关闭，洗水阀关闭，溶液清液产水阀、清液外排阀外排再利用；当电导率仪检测电导率再次＞1200μs/cm时，系统进入下一步膜电容断路过程。

所述步骤3.2中，断路持续时间为设置值t，t取60。

所述步骤3.3中，经电导率仪检测电导率≤8000μs/cm时，贫液产水阀开启，浓液产水阀、清液产水阀关闭，溶液经阀回到系统前端集水池，直至电导率≤4400μs/cm时，系统回到膜电容模块6正充电过程。

所述步骤5中，膜电容系统停机浸泡1～2h。

本发明的显著效果在于：

(a)本发明可以将铀浓度5～100mg/l的浸出液富集1～30倍。

(b)本发明可以与离子交换工艺相结合，提高离子交换进液铀浓度，间接提高树脂吸附容量。

(c)本发明在铀富集的同时可以实现清液回收，清液可以作为配药用水等循环利用。

(d)本发明首次提出了采用膜电容铀富集技术进行低浓度铀溶液富集的方法及其工艺流程。

(e)本发明首次提出了，根据产水电导率进行系统自动控制的方法。

附图说明

图1是本发明所述富集方法示意图；

图中：1.提升泵2.集液池3.原液泵4.石英砂过滤器5.袋式过滤器6.膜电容模块7.电导率仪8.清洗剂储槽9.清洗剂泵10.浓液11.清液12.贫液13.进水阀14.贫液产水阀15.浓液产水阀16.清液产水阀17.清液外排阀18.洗水阀19.回流阀

具体实施方式

实施例1

一种铀溶液的富集装置，包括收集单元、预处理单元、膜电容铀富集单元、清洗单元。

收集单元包括提升泵1及集液池2，提升泵1连通集液池2；提升泵1用于直接从井场抽孔提升浸出液。集液池2用于对于浸出液的收集，同时实现均质均量的目的，为后续工艺服务。

预处理单元包括原液泵3、石英砂过滤器4、袋式过滤器5。其中集液池2连通原液泵3，原液泵3连通石英砂过滤器4，石英砂过滤器4连接袋式过滤器5，袋式过滤器5通过回流阀19连接集液池2；原液泵3采用潜污泵，提升集液池2中浸出液至石英砂过滤器4，石英砂过滤器4产水带压直接进入袋式过滤器5，用于截留浸出液中的大颗粒杂质，降低溶液悬浮物ss(suspendedsolids)。

膜电容铀富集单元包括膜电容模块6、电导率仪7。其中袋式过滤器5通过进水阀13连接膜电容模块6，膜电容模块6连接电导率仪7，而电导率仪7通过贫液产水阀14连接集液池2，电导率仪7还连接浓液产水阀15，电导率仪7还连接清液产水阀16，并通过清液产水阀16连接清液外排阀17，通过清液产水阀16连接洗水阀18，洗水阀18连接清洗剂储槽8；膜电容模块6包括活性炭、活性炭纤维、石墨、石墨烯及阴阳离子交换膜。该单元通过自动控制系统依次进行正充电工作过程、断路循环过程和反充电再生过程，三个过程循环往复。

清洗单元包括清洗剂储槽8和清洗泵9。清洗剂储槽8连接清洗泵9，清洗泵9再连接膜电容模块6；当膜电容模块6内压力大于0.6mpa时，进行膜电容模块6清洗，置换模块内溶液。

一种铀溶液的富集方法，包括以下步骤：

步骤1：地浸抽孔浸出液由提升泵1一级提升至集液池2进行均质均量。集液池2水质ph6～10，铀浓度为5mg/l～100mg/l，电导率0～10000μs/cm；

步骤2：集液池2内溶液经过预处理单元原液泵3二级提升至石英砂过滤器4，石英砂过滤器4产水带压进入袋式过滤器5降低溶液悬浮物ss砂过滤器4过滤精度达到10～20μm；袋式过滤器过滤精度达到5～10μm；

步骤3：袋式过滤器5产水通过进水阀13进入膜电容铀富集单元；该单元初始设置断路时间(t)、正充电电导率(x)、产水电导率(y)、贫液电导率(z)4个数值，通过电导率仪7测定的实际数值与设定数值的比较，实现系统自动控制，使膜电容模块6次进入膜电容断路过程、正充电工作过程和反充电再生过程；

步骤3.1：膜电容模块6正充电过程：膜电容模块6充电电压0.8～2.0v；袋式过滤器5产水经过进水阀13进入膜电容模块6，经电导率仪7检测电导率＞产水电导率(y)时，贫液产水阀14开启，浓液产水阀15、清液产水阀16关闭，溶液经贫液产水阀14回到集液池2；经电导率仪7检测电导率≤产水电导率(y)时，清液产水阀16、清液外排阀17开启，贫液产水阀14和浓液产水阀15关闭，洗水阀18关闭，溶液经阀16、阀17外排再利用；当电导率仪7检测电导率再次＞产水电导率(y)时，系统进入下一步膜电容断路过程；

步骤3.2：膜电容模块6断路过程：膜电容模块短路15s后断路；进水阀13关闭，回流阀19开启，为防止原液泵3频繁起停，袋式过滤器5产水经过回流阀19回流至集液池2；断路持续时间为设置值t,一般设置为60s～180s，之后进入下一步膜电容再生过程；

步骤3.3：膜电容模块6再生过程：膜电容模块6反向充电，充电电压0.8～2.0v；袋式过滤器5产水经过阀13进入膜电容模块6，进水阀13、浓液产水阀16开启，其余阀门关闭；被富集的铀溶液从浓液阀16排出；经电导率仪7检测电导率≤贫液电导率(z)时，贫液产水阀14开启，浓液产水阀15、清液产水阀16关闭，溶液经贫液产水阀14回到集液池2，直至电导率≤正充电电导率(x)时，系统回到膜电容模块6正充电过程；

步骤4：步骤3.1正充电过程清液产水期间，通过手动控制清液外排阀17和洗水阀18，将清洗剂储槽8灌满备用；

步骤6：系统运行至膜电容模块6内压超过0.6mpa时开始清洗过程；原液泵3停机，进水阀13关闭、贫液产水阀14开启，浓液产水阀15关闭，清液产水阀16关闭；膜电容模块6断路状态，清洗剂泵9将清洗剂储槽8的溶液打入膜电容模块6内，其中储存的溶液通过贫液产水阀14回流至集液池2；膜电容模块6内溶液置换完毕后，清洗剂泵9和贫液产水阀14关闭，膜电容系统停机浸泡1～2h。

步骤7：清洗过程结束，回到步骤2。

实施例2

步骤1：建立低浓度铀溶液膜电容富集系统。系统主要包括浸出液收集单元、预处理单元、膜电容铀富集单元、清洗单元。

收集单元由井场深井泵及集液池组成。深井泵用于直接从井场抽孔提升浸出液。集液池用于对于浸出液的收集，同时实现均质均量的目的，为后续工艺服务。

预处理单元由原液泵、石英砂过滤器、袋式过滤器组成。原液泵采用潜污泵，提升集水池中浸出液至石英砂过滤器，石英砂过滤器产水带压直接进入袋式过滤器，用于截留浸出液中的大颗粒杂质，降低溶液悬浮物ss(suspendedsolids)。

膜电容铀富集单元主要由膜电容模块、电导率仪组成。膜电容模块由活性炭、活性炭纤维、石墨、石墨烯及阴阳离子交换膜组成。该单元通过自动控制系统依次进行断路循环过程、正充电工作过程和反充电再生过程，三个过程循环往复。

清洗单元主要由清洗剂储槽和清洗泵组成。当膜电容模块内压力大于0.6mpa时，进行膜电容模块清洗，置换模块内溶液。

步骤2：地浸抽孔浸出液由提升泵一级提升至集液池进行均质均量。集水池水质在ph7.48，铀浓度为28mg/l，电导率3860μs/cm。

步骤3：集液池内溶液经过预处理单元原液泵二级提升至石英砂过滤器。过滤器产水带压进入袋式过滤器降低溶液悬浮物ss。石英砂过滤器过滤精度达到10～20μm。袋式过滤器过滤精度达到5～10μm。

步骤4：袋式过滤器产水通过进水阀13进入膜电容铀富集单元。该单元初始设置断路时间120s、正充电电导率4400μs/cm、产水电导率1200μs/cm、贫液电导率8000μs/cm。

1)膜电容正充电过程：膜电容充电电压1.1v。袋式过滤器产水经过阀13进入膜电容模块6，经电导率仪7检测电导率＞1200μs/cm时，贫液产水阀14开启，浓液产水阀15、清液产水阀16关闭，溶液经阀14回到系统前端集水池；经电导率仪7检测电导率≤1200μs/cm时，清液产水阀16、阀17开启，贫液产水阀14和浓液产水阀15关闭，洗水阀18关闭，溶液经阀16、阀17外排再利用；当电导率仪7检测电导率再次＞1200μs/cm时，系统进入下一步膜电容断路过程。

2)膜电容断路过程：膜电容模块短路15s后断路。阀13关闭，阀19开启，袋式过滤器产水经过阀19回流至集水池。断路60s后进入下一步膜电容再生过程。

3)膜电容再生过程：膜电容反向充电，充电电压0.8～2.0v。袋式过滤器产水经过阀13进入膜电容模块6，进水阀13、浓液产水阀16开启，其余阀门关闭。被富集的铀溶液从浓液阀16排出。经电导率仪7检测电导率≤8000μs/cm时，贫液产水阀14开启，浓液产水阀15、清液产水阀16关闭，溶液经阀14回到系统前端集水池，直至电导率≤4400μs/cm时，系统回到膜电容正充电过程。

步骤5：步骤4正充电过程清液产水期间，通过手动控制清液外排阀17和洗水阀18，将清洗剂储槽8灌满备用。

步骤6：系统运行至膜电容内压超过0.6mpa时开始清洗过程。原水泵停机，进水阀13关闭、贫液产水阀14开启，浓液产水阀15关闭，清液产水阀16关闭。膜电容断路状态，清洗泵9将清洗剂储槽8的溶液打入膜电容模块内，其中储存的溶液通过阀14回流至集水池。膜电容模块内溶液置换完毕后，清洗泵9和贫液产水阀14关闭，膜电容系统停机浸泡1～2h。

步骤7：清洗过程结束，回到步骤2。

通过本工艺实现富集后浓液铀浓度437mg/l,富集倍数15.6倍；清液产水电导率298μs/cm，铀浓度＜1mg/l。

一种铀溶液的富集方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：地浸抽孔浸出液由提升泵1一级提升至集液池2进行均质均量；

步骤2：集液(2内溶液经过预处理单元原液泵3二级提升至石英砂过滤器4，石英砂过滤器4产水进入袋式过滤器5降低溶液悬浮物ss砂过滤器(4)过滤精度达到10～20μm；袋式过滤器过滤精度达到5～10μm；

步骤3：袋式过滤器5产水通过进水阀13进入膜电容铀富集单元；该单元初始设置断路时间t、正充电电导率x、产水电导率y、贫液电导率z，4个数值；其中正充电电导率x设置为待处理溶液电导率的1.1～1.5倍，产水电导率y设置在300～1200μs/cm，贫液电导率z为待处理溶液电导率的1.8～2.5倍；

步骤3.1：膜电容模块6正充电过程：膜电容模块6充电电压0.8～2.0v；袋式过滤器5产水经过进水阀13进入膜电容模块6，经电导率仪7检测电导率＞产水电导率y时，贫液产水阀14开启，浓液产水阀15、清液产水阀16关闭，溶液经贫液产水阀14回到集液池2；经电导率仪7检测电导率≤产水电导率y时，清液产水阀16、清液外排阀17开启，贫液产水阀14和浓液产水阀15关闭，洗水阀18关闭，溶液经阀16、清液外排阀17外排再利用；当电导率仪7检测电导率再次＞产水电导率y时，系统进入下一步膜电容断路过程；

步骤3.2：膜电容模块6断路过程：膜电容模块短路15s后断路；进水阀13关闭，回流阀19开启，为防止原液泵3频繁起停，袋式过滤器5产水经过回流阀19回流至集液池2；断路持续时间为设置值t,t设置为60s～180s，之后进入下一步膜电容再生过程；

步骤3.3：膜电容模块6再生过程：膜电容模块6反向充电，充电电压0.8～2.0v；袋式过滤器5产水经过阀13进入膜电容模块6，进水阀13、浓液产水阀16开启，其余阀门关闭；被富集的铀溶液从浓液阀16排出；经电导率仪7检测电导率≤贫液电导率z时，贫液产水阀14开启，浓液产水阀15、清液产水阀16关闭，溶液经贫液产水阀14回到集液池2，直至电导率≤正充电电导率x时，系统回到膜电容模块6正充电过程；

步骤4：步骤3.1正充电过程清液产水期间，通过手动控制清液外排阀17和洗水阀18，将清洗剂储槽8灌满备用；

步骤5：系统运行至膜电容模块6内压超过0.6mpa时开始清洗过程；原液泵3停机，进水阀13关闭、贫液产水阀14开启，浓液产水阀15关闭，

清液产水阀16关闭；膜电容模块6断路状态，清洗剂泵9清洗剂储槽8的溶液打入膜电容模块6内，其中储存的溶液通过贫液产水阀14回流至集液池2；膜电容模块6内溶液置换完毕后，清洗剂泵9和贫液产水阀14关闭。