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    堿性含鈾廢水處理技術

    發布時間:2022-1-6 10:01:39  中國污水處理工程網

      鈾礦冶廢水主要來自礦石開采和鈾礦加工兩部分,包括礦坑水、吸附尾液、樹脂洗水、沉淀母液等。根據浸出介質的差異,可分為酸性和堿性廢水,酸性廢水除含有鈾、釷、鐳等放射性核素外,還含有汞、鎘、砷、鉛、銅、鋅、錳等非放射性核素;堿性廢水由于碳酸鹽選擇性溶解作用,鐵、鋁、鈦等幾乎不被溶解,浸出液僅含有少量的鉬酸鹽、硅酸鹽、釩酸鹽、磷酸鹽和碳酸鹽配合物。放射性核素釷在堿浸過程中也是不溶的,而鐳則溶解1.5%~3.0%。因此對于堿法浸出的鈾礦山來說,廢水的主要污染物為放射性核素鈾和鐳。

      某鈾礦山采用堿法浸出工藝,現有工藝廢水主要由礦井水、吸附尾液、沉淀母液和樹脂洗水四部分組成。廢水采用軟錳礦除鐳—三氯化鐵絮凝沉淀除鈾工藝處理。由于負載樹脂采用堿性氯化鈉溶液淋洗工藝,貧樹脂不轉型,造成廢水中Cl-濃度較高。廢水中CO32-和Cl-共存,現有廢水處理系統除鈾效果差,難以實現達標排放。經過試驗研究,提出了石灰堿化—硫酸亞鐵中和—氯化鋇除鐳—污渣循環處理堿性廢水的工藝流程。

      1、試驗部分

      1.1 廢水來源及組成

      試驗廢水為某鈾礦山礦井水、吸附尾液、沉淀母液、負載樹脂洗水的混合廢水,其主要成分見表1。

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      1.2 試驗方法

      取廢水0.5L,加入質量分數50%的石灰乳調節pH至12以上,漿體過濾,分析濾液中U和CO32-質量濃度;然后向濾液加入硫酸亞鐵攪拌2h,再添加氯化鋇繼續攪拌0.5h,沉降澄清后測定上清液的U質量濃度和Ra活度濃度。

      1.3 分析方法

      用釩酸銨滴定法測定常量鈾;2-(5溴代-吡啶偶氮)-5-二乙胺基苯酚分光光度法測定微量鈾;用氡射氣法測定鐳;用EDTA標準溶液滴定法測定鈣;用標準鹽酸溶液滴定法測定CO32-。

      2試驗原理

      堿性廢水的主要污染物為鈾和鐳,CO32-與UO22+配合能力強(k=2×1018),生成的UO2(CO3)34-比較穩定,使得鈾難以被吸附載帶除去。因此,應先消除CO32-的配合作用,用Ca(OH)2將CO32-和HCO3-定量轉變為OH-,并生成CaCO3沉淀而除去,主要反應為

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      硫酸亞鐵相比硫酸鐵價格低廉,選其作為中和劑,Fe2+在空氣作用下氧化水解生成Fe(OH)3沉淀,并緩慢釋放出酸而中和多余的OH-,使廢水達到外排pH標準;生成的Fe(OH)3沉淀帶正電,對鈾酰配合離子有較好的吸附作用,達到深度除鈾目的。另外,硫酸亞鐵的加入補充了除鐳工序所需的SO42-。主要反應為

    3.jpg

      加入氯化鋇與廢水中SO42-反應生成BaSO4沉淀,由于Ra2+與Ba2+離子半徑相近,在生成BaSO4沉淀過程中,Ra2+進入晶格形成Ba(Ra)SO4共沉淀。主要反應為

    4.jpg

      3、試驗結果與討論

      3.1 石灰用量對除CO32-的影響

      加入不同用量石灰去除廢水的CO32-,測定濾液U、CO32-和Ca2+質量濃度,試驗結果見表2。

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      從表2看出:石灰去除CO32-的同時,生成CaCO3沉淀將大部分鈾載帶下來,減輕了后續工序深度除鈾的負擔。以將ρ(CO32-)降至20mg/L以下為最小劑量,確定Ca(OH)2的最小用量為1.1倍化學計量。

      3.2 硫酸亞鐵用量對除鈾的影響

      石灰用量為化學計量的1.1倍,加入不同用量的FeSO4·7H2O進行中和試驗,測定上清液pH和鈾質量濃度,試驗結果見表3。

    6.jpg

      試驗結果表明:隨FeSO4·7H2O用量增加鈾濃度逐漸降低,當其用量達到2.0g/L時,鈾質量濃度低于0.05mg/L,達到了廢水排放標準。綜合考慮外排廢水pH要求,FeSO4·7H2O質量濃度需大于5.0g/L。

      3.3 氯化鋇用量對除鐳效果的影響

      硫酸亞鐵中和廢水使pH降至8左右,然后加入不同量的氯化鋇進行攪拌,分析濾液鐳活度濃度,試驗結果見表4?梢钥闯,隨鋇鹽用量的增加廢水鐳活度濃度逐漸降低,當其質量濃度達到60mg/L時,廢水鐳活度濃度可降至0.65Bq/L。因此,利用石灰堿化—硫酸亞鐵中和—氯化鋇除鐳工藝處理廢水,氯化鋇質量濃度用量為60mg/L,處理后廢水可達標排放。

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      3.4 廢水處理驗證試驗

      對廢水處理效果進行綜合驗證試驗,試驗條件:Ca(OH)2用量為化學計量1.1倍,FeSO4·7H2O質量濃度2.0g/L,氯化鋇質量濃度60mg/L,試驗結果見表5。

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      廢水處理平行試驗結果表明,處理后廢水鈾質量濃度都低于0.05mg/L,鐳平均活度濃度為0.48Bq/L,均低于廢水排放標準。

      3.5 污渣循環減容試驗

      硫酸亞鐵中和產生的污渣體積較大,主要原因為污渣含水率太高。污渣含水由空隙水、表面吸附水、毛細水和內部水4部分組成,其中空隙水約占70%。顯然,要使污渣減容主要是脫除空隙水。向石灰堿化得到的濾液中依次加入硫酸亞鐵、氯化鋇進行攪拌,然后靜置約22h,測量漿體體積,傾出上清液,完成一個循環。下一循環補加石灰堿化濾液至前一個循環得到的漿體中,重復上述操作過程,試驗結果見表6。

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      表6結果表明,采用污渣循環的方法,污渣之間的空隙水不斷地脫除,使漿體體積明顯減少,且污渣沉降速度加快,有利于過濾操作和實現槽式排放,7個循環后得到的污渣產量為5.7g/L。循環后廢水pH下降,可考慮減少FeSO4·7H2O用量,節約廢水處理成本。

      4、結論

      1)采用石灰堿化—硫酸亞鐵中和深度除鈾—氯化鋇除鐳—污渣循環減容工藝可使廢水中鈾質量濃度降至0.05mg/L以下,鐳活度濃度降至1.0Bq/L以下,處理后的廢水可達標排放。

      2)依次采用了石灰、硫酸亞鐵、氯化鋇三種沉淀劑,其中石灰堿化除去大部分鈾,而硫酸亞鐵兼有中和、深度除鈾、補充除鐳所需SO42-和抑制沉淀物返溶4種功能,使堿性含鈾廢水處理效果達到最佳。

      3)漿體循環操作可改善污渣過濾與沉降性能,提高工藝設備處理能力。(來源:核工業北京化工冶金研究院,西安中核藍天鈾業有限公司)

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