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        用納濾膜從硝酸鹽溶液中分離富集鈾試驗(yàn)研究

        2022-12-24 07:23:10胥國(guó)龍聞?wù)袂?/span>姚益軒李宏星房文良
        濕法冶金 2022年6期
        關(guān)鍵詞:濾膜硝酸鹽通量

        胥國(guó)龍,聞?wù)袂?周 越,姚益軒,高 尚,李宏星,房文良

        (1.核工業(yè)北京化工冶金研究院,北京 101149;2.中國(guó)鈾業(yè)有限公司,北京 100010)

        在酸法地浸過(guò)程中,硫酸與鈾礦物反應(yīng)強(qiáng)烈,可將鈾快速浸出;但同時(shí)也與長(zhǎng)石、黏土、云母等脈石礦物反應(yīng),導(dǎo)致浸出液中雜質(zhì)離子成分復(fù)雜[1]。浸出液中雜質(zhì)離子的存在,使后續(xù)以離子交換法富集鈾時(shí)很難將鈾富集至較高濃度[2]。

        試驗(yàn)研究了用納濾膜從硝酸鹽溶液中分離富集鈾,并確定硝酸鹽濃度與操作壓力對(duì)鈾分離富集的影響,以期為酸法地浸液的處理提供參考方法。

        1 試驗(yàn)部分

        1.1 試驗(yàn)材料

        試驗(yàn)用溶液:酸性含鈾溶液,以重鈾酸鈉溶解于稀硫酸溶液配制;模擬硝酸鹽溶液,在酸性含鈾溶液中加入一定質(zhì)量硝酸銨制得。溶液的主要組成見(jiàn)表1,pH=1.79。

        表1 試驗(yàn)用溶液的主要組成 g/L

        試驗(yàn)用納濾膜:卷式膜組件,聚酰胺復(fù)合材料,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,生物穩(wěn)定性好,操作壓力低,脫鹽率高。納濾膜N1、N2、N5、N6、N7為國(guó)產(chǎn);納濾膜N3、N4為進(jìn)口。所有膜表面均帶負(fù)電,適于溶液pH為2~11。納濾膜物理參數(shù)見(jiàn)表2,其中Zeta電位為表征膜表面荷電性能參數(shù),采用流動(dòng)電位法測(cè)得[14]。

        表2 納濾膜的物理參數(shù)

        1.2 納濾膜分離富集鈾原理

        納濾膜對(duì)溶液中不同離子的分離富集是物理過(guò)程,分離效果取決于納濾膜本身特性,主要包括孔徑結(jié)構(gòu)和表面所帶電荷,即篩分效應(yīng)和電荷效應(yīng)。篩分效應(yīng)是指納濾膜孔徑為納米級(jí),可以截留相對(duì)分子質(zhì)量為200~1 000的離子或有機(jī)物,截留溶解性鹽的能力為20%~98%[15]。電荷效應(yīng)是指納濾膜表面和孔道中帶有電荷,在靜電力作用下,排斥溶液中同性電荷離子透過(guò),而異性離子電荷強(qiáng)度存在差異,在通過(guò)納濾膜時(shí)表現(xiàn)出分離效果上的差異。因此,相對(duì)分子質(zhì)量大或價(jià)態(tài)高的離子更易被納濾膜截留[16-17]。

        納濾膜分離富集鈾的原理如圖1所示。

        該馬爾可夫過(guò)程在第[tk+(l-1)T0]秒時(shí)的過(guò)程元A′[tk+(l-1)T0]的一步傳導(dǎo)轉(zhuǎn)移過(guò)程元變化為

        1.3 試驗(yàn)方法

        料液罐設(shè)計(jì)容量10 L。用循環(huán)泵供液。卷式膜組件在壓力作用下對(duì)溶液進(jìn)行分離。透過(guò)液通過(guò)塑料軟管分流出去,濃縮液回流至料液罐。試驗(yàn)流程如圖2所示。

        圖2 試驗(yàn)工藝流程

        取8 L溶液進(jìn)行試驗(yàn),分析濃縮液和透過(guò)液中鈾及其他雜質(zhì)離子質(zhì)量濃度。

        2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

        2.1 納濾膜的選擇

        2.1.1 納濾膜通量

        料液罐中加入酸性鈾溶液,體積8 L,溫度25 ℃,操作壓力2.0 MPa。透過(guò)液體積為7 L,N1~N7納濾膜的通量如圖3所示。

        圖3 不同納濾膜的通量

        由圖3看出:所選納濾膜都有較高通量,都在100 L/(m2·h)以上,大小順序?yàn)镹3>N2>N4>N7>N1>N6>N5。膜通量越大,表明處理效率越高。

        圖4 不同納濾膜對(duì)鈾的分離富集效果

        2.2 硝酸鹽質(zhì)量濃度的影響

        2.2.1 硝酸鹽質(zhì)量濃度對(duì)膜通量的影響

        料液罐中分別加入酸性鈾溶液和不同質(zhì)量濃度硝酸鹽溶液,體積8 L,納濾膜為N1,溫度25 ℃,操作壓力2.0 MPa。透過(guò)液體積為7 L,硝酸鹽質(zhì)量濃度對(duì)膜通量的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

        圖5 硝酸鹽質(zhì)量濃度對(duì)膜通量的影響

        2.2.2 硝酸鹽質(zhì)量濃度對(duì)納濾膜分離富集鈾的影響

        試驗(yàn)條件同上,溶液中硝酸鹽質(zhì)量濃度對(duì)鈾分離富集的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

        圖6 硝酸鹽質(zhì)量濃度對(duì)鈾分離富集的影響

        2.3 操作壓力的影響

        2.3.1 操作壓力對(duì)膜通量的影響

        料液罐中加入8 L模擬硝酸鹽溶液3,納濾膜為N1,溫度25 ℃,操作壓力分別為0.5、1.0、1.5、2.0 MPa。透過(guò)液體積為7 L,操作壓力對(duì)膜通量的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

        圖7 操作壓力對(duì)膜通量的影響

        由圖7看出:隨操作壓力升高,膜通量增大;操作壓力升至2.0 MPa時(shí),膜通量提高至39.85 L/(m2·h)。隨操作壓力升高,溶液克服滲透壓和濃差極化作用增強(qiáng),更易透過(guò)膜層,升高操作壓力有利于提高膜通量;但操作壓力超過(guò)一定限值時(shí),納濾膜會(huì)壓實(shí)形變,導(dǎo)致膜通量降低和膜的老化。綜合考慮,確定操作壓力以2.0 MPa為宜。

        2.3.2 操作壓力對(duì)鈾分離富集的影響

        試驗(yàn)條件同上,操作壓力對(duì)溶液中鈾分離富集的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

        圖8 操作壓力對(duì)鈾分離富集的影響

        3 結(jié)論

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