高流速固定床離子交換設備的製作方法

2023-05-11 18:07:26

專利名稱：高流速固定床離子交換設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鈾礦溼法冶金中鈾的回收設備，具體為一種高流速固定床離子交換設備。
背景技術：
固定床設備與流化床設備相比，樹脂床濃度梯度大，傳質效率高。對於浸出液為清液、尤其是鈾濃度較高或濃度變化範圍較大的場合，固定床設備更適合。
現有固定床(或密實床)設備從飽和樹脂是否轉移可分為兩大類第一類，吸附和淋洗在同一設備中進行，樹脂不需轉移，磨損小，適應不同濃度的浸出液處理，但設備的吸附流速小，處理量小；第二類，吸附流速大，處理量大，但吸附和淋洗在不同設備中進行，樹脂需要轉移，磨損大，一般只適合處理較低濃度的浸出液。第一類設備典型的是敞開式上進液吸附塔，這是傳統的固定床設備，採用多塔串聯吸附，塔之間用泵進行溶液轉移。飽和樹脂的淋洗採用單塔操作，分別產生淋洗合格液、一次貧和二次貧淋洗液。這種設備可適用鈾濃度較高或鈾濃度變化的情況，但操作比較麻煩，勞動條件差，吸附流速一般不超過10m/h，處理量受到限制。第一類設備的另一種型式是密閉式下進液吸附塔，這是一種改進型固定床設備，採用多塔串聯吸附，塔之間用管線串接，不需要用泵來轉移溶液。淋洗採用三塔串聯操作，直接得到淋洗合格液，不產生一次貧和二次貧淋洗液。這種設備可適用鈾濃度較高或鈾濃度變化的情況，操作簡單，運行平穩，勞動條件好，但吸附流速只能在7m/h以下，處理量小。流速更高時成為懸浮床操作模式，吸附效果受到影響。第二類設備在國內有密實移動床吸附塔，吸附在單塔設備中進行，採用下進液方式，每隔一段時間(2～4小時)停止進液並從塔底排出部分飽和樹脂，同時從塔頂加入再生樹脂。吸附流速約38m/h(要求大於35m/h而小於45m/h)，適合處理大流量、低濃度的浸出液，如地浸礦山或原地爆破浸出中後期的浸出液。但該設備不適合處理較高濃度的浸出液，否則樹脂的排、加頻繁，影響運行穩定；樹脂需要轉移，損耗較高。在國外，這類設備的典型代表是美國鈾地浸礦山使用的上進液固定床設備，這是一種專用吸附設備，採用加壓順流模式、2～3個塔串聯操作，單塔樹脂床高不超過2m，吸附流速可達40m/h。首塔樹脂飽和後，將所有樹脂排出，同時加入再生樹脂作為末塔。該設備處理量大，且能適用不同流量，但飽和樹脂需要轉移到專用淋洗設備中淋洗，樹脂損耗大，操作比較麻煩，需要專門的樹脂轉移與運輸設施。

發明內容
本發明的目的在於綜合以上兩種設備的優點並解決各自的不足，所提供的固定床離子交換設備既能使吸附和淋洗在同一設備中進行，樹脂不需轉移，減小樹脂磨損，簡化操作，又能在高流速下穩定運行，提高設備處理能力，且適應流速和濃度的大範圍變化。
本發明的技術方案如下高流速固定床離子交換設備由多臺離子交換塔串聯組成，離子交換塔包括塔體和設置在塔體上部的進液機構以及設置在塔體下部的出液機構，進液機構內設有過濾筒，過濾筒外部套有過濾網，過濾筒下方為樹脂床，其中，進液機構包括水平設置的進液管，在塔體內進液管入口處的下方設有檔板，豎直設置的中心管穿過檔板，中心管上部與塔體上方的引流管相通；塔體底部出液口上設有篩板，篩板上設有多層介質過濾層。
本發明在運行時，樹脂床為密實固定床狀態，傳質效率高；吸附和淋洗在同一設備中進行，樹脂不需轉移，磨損小，操作簡單；線速度0～40m/h範圍內均能穩定運行，處理量大，又能適應變化的流量(即流速)和濃度(如浸出液鈾濃度可在0.1～1.5g/L範圍內變化)；採用多塔(3～5塔，視吸附原液濃度而定)串聯吸附，吸附尾液鈾濃度低於3mg/L，多塔(一般為3塔)串聯淋洗直接得到淋洗合格液，不產生中間貧淋洗液，負載樹脂鈾容量為20mg/ml時淋洗合格液鈾濃度可達8g/L以上。可應用於鈾礦地浸、堆浸和原地爆破浸出液中鈾的回收，也能作為其它溼法冶金和水處理等過程的離子交換設備。


圖1為離子交換塔外部結構圖。
圖2為進液機構結構示意圖。
圖3為出液機構結構示意圖。
圖中，1.進液機構 2.塔體 3.出液機構 4.引流管 5.中心管6.進液管 7.檔板 8.過濾筒 9.多層介質過濾層 10.篩板 11.過濾筒 12.出液管 13.封蓋具體實施方式
高流速固定床離子交換設備由多臺(3～5臺)離子交換塔串聯組成，離子交換塔的外部結構如圖1所示，包括塔體2和設置在塔體2上部的進液機構1以及設置在塔體1下部的出液機構3。進液機構1的結構如圖2所示，包括水平設置的進液管6，在塔體內進液管6入口處的下方設有檔板7，豎直設置的中心管5穿過檔板7，中心管5上部與塔體上方的引流管4相通，中心管5的側壁上設有若干個孔，一般為4個，對稱設置。在塔體內檔板7下方設有過濾筒8，過濾筒8外部套有過濾網，過濾筒下方為樹脂床。出液機構3的結構如圖3所示，包括設置在出液口上設有篩板10，篩板10上設有多層介質過濾層9，過濾層9從下至上依次為粗礫層、中礫層和粗砂層。篩板10下設有過濾筒11，過濾筒11上設有封蓋13，過濾筒11下部連接出液管12。
正常運行時，液體按照圖2中的箭頭方向從進液管6進入塔體，經中心管5改變方向，落到檔板7上，檔板7將液體分流減速，並迫使液體衝擊塔的內壁。由於進液口是對稱布置，液體基本上是對稱衝擊塔的內壁，這樣將液體衝擊力基本抵消。液體在塔體內向下流動，經過樹脂床和沙濾層9，從出液管12排出塔體。
在反衝工藝當中，反衝液體從出液管12打入塔體內，樹脂床在反衝水的作用下呈懸浮狀，反衝液體由過濾筒8的底部和側面的孔進入過濾筒8，樹脂則由於過濾筒8外部的過濾網作用，留在塔體內。反衝液體通過中心管5進入引流管4，流出塔體。
出液機構採用多層介質過濾層是本發明的一個創新，不同空隙度過濾介質通過反衝水及自身重力的作用可以直接分層，形成一個自然的過濾系統，有效的防止了塔體內的樹脂外洩。
本實施例選用3塔串聯吸附，在線速度分別為38m/h(此時首塔、中塔、末塔壓力分別為0.26、0.19、0.08MPa)和25m/h時可長期穩定運行，45m/h下運行未出現異常。吸附原液鈾濃度80～130mg/L，吸附尾液鈾濃度小於3mg/L，負載樹脂鈾容量18～22mg/ml。3塔串聯淋洗，流速1～2m/h，淋洗合格液鈾濃度達10g/L以上。吸附運行時以及樹脂床反衝時的進液與排液順暢，未出現堵塞和樹脂洩漏現象。
權利要求1.一種高流速固定床離子交換設備，由多臺離子交換塔串聯組成，離子交換塔包括塔體(2)和設置在塔體(2)上部的進液機構(1)以及設置在塔體(2)下部的出液機構(3)，進液機構(1)內設有過濾筒(8)，過濾筒(8)外部套有過濾網，過濾筒(8)下方為溶液緩衝層和樹脂床，其特徵在於進液機構包括水平設置的進液管(6)，在塔體內進液管(6)入口處的下方設有檔板(7)，豎直設置的中心管(5)穿過檔板(7)，中心管(5)上部與塔體上方的引流管(4)相通；塔體底部出液口上設有篩板(10)，篩板(10)上設有多層介質過濾層(9)。
2.如權利要求1所述的高流速固定床離子交換設備，其特徵在於所述的篩板(10)下設有過濾筒(11)，過濾筒(11)上設有封蓋(13)，過濾筒(11)下部連接出液管(12)。
3.如權利要求1所述的高流速固定床離子交換設備，其特徵在於所述的多層介質過濾層(9)從下至上依次為粗礫層、中礫層和粗砂層。
4.如權利要求1或2或3所述的高流速固定床離子交換設備，其特徵在於所述的中心管(5)的側壁上設有若干個孔，中心管(5)與過濾筒(8)一起組成可拆卸的中心過濾筒。
專利摘要本實用新型涉及一種鈾礦溼法冶金中鈾的回收設備，具體為一種高流速固定床離子交換設備。該設備由多臺離子交換塔串聯組成，離子交換塔包括塔體和設置在塔體上部的進液機構以及設置在塔體下部的出液機構，進液機構內設有過濾筒，過濾筒外部套有過濾網，過濾筒下方為溶液緩衝層和樹脂床，進液機構包括水平設置的進液管，在塔體內進液管入口處的下方設有檔板，豎直設置的中心管穿過檔板，中心管上部與塔體上方的引流管相通；塔體底部出液口上設有篩板，篩板上設有三種不同空隙度的過濾介質層。本實用新型能使吸附和淋洗在同一設備中進行，樹脂不需轉移，減小樹脂磨損，簡化操作，又能在高流速下穩定運行，提高設備處理能力，且適應流速和濃度的大範圍變化。
文檔編號C22B60/00GK2848870SQ20052012757
公開日2006年12月20日 申請日期2005年11月10日 優先權日2005年11月10日
發明者鍾平汝, 雷澤勇, 曾毅君 申請人:核工業北京化工冶金研究院