周意如，夏良樹，張青林，蘇永鋒，夏新成，朱 寧

(1.南華大學(xué)，湖南 衡陽 421000；2.新疆中核天山鈾業(yè)有限公司，新疆 伊寧 835000)

某鈾礦采用密實(shí)移動床水冶工藝，以離子交換樹脂作為載體。隨著服役時(shí)間的增加，樹脂自身老化，在周期性的氣力提升過程中，樹脂磨損較大，導(dǎo)致工藝系統(tǒng)中的小粒徑(φ<0.6 mm)樹脂比例上升至20%。小粒徑樹脂會降低離子交換塔的線速度，不利于工藝運(yùn)行。漂洗工序[1]利用不同粒徑樹脂的質(zhì)量差異，通過控制離子交換塔底的進(jìn)液流速，使小粒徑樹脂與大粒徑樹脂分離，小粒徑樹脂隨漂洗尾液從離子交換塔頂流出，經(jīng)排液系統(tǒng)進(jìn)入蒸發(fā)池；大粒徑樹脂留在離子交換塔內(nèi)。漂洗工序可以有效地降低工藝系統(tǒng)中小粒徑樹脂所占的比例。對漂洗出的樹脂取樣篩分發(fā)現(xiàn)，漂洗過程中仍有8%的大粒徑樹脂隨漂洗尾液進(jìn)入了蒸發(fā)池，造成可用樹脂的損失。另外，原有漂洗塔集液盤呈敞開狀，漂洗尾液中的放射性物質(zhì)衰變，造成區(qū)域內(nèi)氡及其子體含量升高；而且漂洗尾液也容易濺到周邊鋼平臺上，引起電化學(xué)腐蝕。因此，對漂洗工序進(jìn)行改進(jìn)十分必要。

1 漂洗工序運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 漂洗工序簡介

轉(zhuǎn)型后的貧樹脂由計(jì)量罐氣力提升至漂洗塔內(nèi)。開啟漂洗塔底部進(jìn)液閥門，配液罐管道泵將吸附尾液通過進(jìn)液閥門泵入漂洗塔，小粒徑樹脂隨漂洗尾液快速從漂洗塔頂流至集液盤；利用高差，夾帶小粒徑樹脂的漂洗尾液自動流入排水井，最終進(jìn)入蒸發(fā)池。漂洗完畢后，塔內(nèi)的大粒徑樹脂排入計(jì)量罐，依據(jù)工序需要，經(jīng)氣力提升至吸附塔或者回收再吸附塔內(nèi)。漂洗塔為不銹鋼塔體，塔底進(jìn)液，塔頂出液，出液口無篩板，塔頂設(shè)置集液盤。漂洗工序流程如圖1所示。

1.2 漂洗工序存在的問題

1.2.1 產(chǎn)生氡及其子體

漂洗工序的進(jìn)液為吸附尾液，其鈾質(zhì)量濃度低于1 mg/L。吸附尾液從漂洗塔底進(jìn)入，與樹脂接觸，夾帶小粒徑樹脂的漂洗尾液從塔頂流出，經(jīng)集液盤進(jìn)入尾液蒸發(fā)池。集液盤呈敞開狀，漂洗尾液及小粒徑樹脂上的鈾發(fā)生α、β衰變[2]，產(chǎn)生Rn，反應(yīng)式為

(1)

(2)

(3)

Rn繼續(xù)衰變形成子體。氡及其子體通過呼吸道進(jìn)入作業(yè)人員的體內(nèi)，造成內(nèi)照射輻射損傷[3]，傷害呼吸道或肺部等。氡及子體繼續(xù)衰變產(chǎn)生的射線，造成外照射輻射損傷，傷害人體生殖系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)以及造血器官等。

1.2.2 引起電化學(xué)腐蝕

轉(zhuǎn)型后的貧樹脂經(jīng)氣力提升至漂洗塔內(nèi)進(jìn)行漂洗。轉(zhuǎn)型貧樹脂會夾帶部分轉(zhuǎn)型劑進(jìn)入漂洗塔內(nèi)，轉(zhuǎn)型劑與吸附尾液混合形成酸度為4 g/L的漂洗溶液。漂洗產(chǎn)生的漂洗尾液流至集液盤，少量漂洗尾液會濺至鋼平臺，引起電化學(xué)腐蝕，陽極產(chǎn)生的Fe2+與空氣中的O2進(jìn)一步反應(yīng)，生成鐵銹，主要成分為Fe2O3·H2O[4]。電化學(xué)腐蝕會造成鋼平臺損壞。

1.2.3 大粒徑樹脂流失

當(dāng)漂洗塔內(nèi)樹脂空高為0.8～1.5 m、進(jìn)液流量為8～12 m3/h時(shí)，肉眼觀察到漂洗尾液中無明顯大粒徑樹脂。以漂洗1 d為研究周期，收集漂洗出的樹脂并進(jìn)行篩分，發(fā)現(xiàn)仍有8%的大粒徑樹脂隨漂洗尾液流出。大粒徑樹脂的流失會增加工藝系統(tǒng)中新樹脂的補(bǔ)充量，不利于控制生產(chǎn)成本。

2 漂洗塔改進(jìn)措施

2.1 集液盤安裝密封罩

降低作業(yè)區(qū)域內(nèi)氡及其子體的常見方法包括加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)通風(fēng)，利用活性炭吸附氡及其子體，隔離氡源等；其中隔離氡源法具有一定規(guī)律，不同材質(zhì)的密封物對氡析出的抑制程度存在差異，且抑制程度與密封物厚度成正比[5]。根據(jù)實(shí)際情況，采用隔離氡源的方法降低作業(yè)區(qū)域內(nèi)氡及其子體的濃度。對漂洗塔集液盤安裝密封罩進(jìn)行密封，為保證支撐強(qiáng)度，密封罩骨架材料采用不銹鋼軸與不銹鋼片；為提升密封性，密封物選用透明有機(jī)板。集液盤密封罩如圖2所示。

集液盤安裝密封罩后，減少了鈾衰變產(chǎn)生的氡及其子體擴(kuò)散至區(qū)域空氣中的量，部分氡及子體溶解在漂洗尾液中。根據(jù)格林定律[6]，液體中的氡活度濃度與氣體中的氡活度濃度成正比，關(guān)系式為

(4)

式中：ω—氡氣的溶解系數(shù)；V液、V氣—相應(yīng)液體與氣體的體積，m3；C液、C氣—相應(yīng)液體與氣體中氡的活度濃度，Bq/m3。

2.2 排水井設(shè)置嵌入式篩板

部分樹脂隨漂洗尾液流出，經(jīng)排水井、排水管線進(jìn)入蒸發(fā)池。在排水井設(shè)置嵌入式篩板，利用樹脂粒徑的差異，回收大粒徑樹脂；并保證小粒徑樹脂繼續(xù)隨尾液流動，然后進(jìn)入蒸發(fā)池。對排水井進(jìn)行改進(jìn)，篩板與排水井連接，用篩板高效回收大粒徑樹脂。當(dāng)篩板內(nèi)大粒徑樹脂量較多時(shí)，取出篩板，將篩板內(nèi)部的樹脂直接加入到離子交換塔中；再重新將篩板與排水井連接，繼續(xù)使用。嵌入式篩板排水井如圖3所示。

嵌入式篩板排水井由嵌入式篩板、排水井兩部分組成，嵌入式篩板與排水井均選用PVC材質(zhì)。漂洗尾液管入口直徑為80 mm。手柄為不銹鋼材質(zhì)，長100 mm、高100 mm、直徑20 mm，以上下螺母形式與法蘭固定。透明有機(jī)板厚度為20 mm，中心布設(shè)直徑為80 mm的孔眼，作為漂洗尾液管入口，以圓心對稱設(shè)長100 mm、寬20 mm的空槽各1個(gè)，用于手柄伸出。溢流管高700 mm、寬50 mm、直徑50 mm，溢流管下端與篩板底部持平，篩板過液不順暢時(shí)，溶液經(jīng)溢流管流出，避免溶液從排水井上端溢出。篩網(wǎng)為不銹鋼材質(zhì)，孔徑0.6 mm(30目)，小粒徑段樹脂隨尾液流出；大粒徑段樹脂留在篩網(wǎng)內(nèi)，回收利用。篩板主體每隔20 mm均勻布設(shè)直徑為20 mm的孔眼，用于溶液流動。排水井上下端口直徑分別為600和1 000 mm，高1 000 mm；距排水井下端200 mm處，設(shè)置直徑為200 mm的孔，用于焊接固定排水管。

排水井上端帶有深度為10 mm的凹槽，將篩板伸入排水井，篩板法蘭片與凹槽緊密銜接，固定篩板。將透明有機(jī)板覆蓋在篩板上，進(jìn)行密封，可透過有機(jī)板觀看篩板內(nèi)的樹脂量。將漂洗尾液管，通過有機(jī)板中心孔眼伸入篩板內(nèi)，夾帶樹脂的漂洗尾液流入篩板，大粒徑樹脂留在篩板內(nèi)，小粒徑樹脂繼續(xù)隨溶液進(jìn)入蒸發(fā)池。

現(xiàn)場應(yīng)用表明，嵌入式篩板排水井有效地解決了隨溶液流出的大粒徑樹脂的回收問題，避免了可用樹脂的損失。大粒徑樹脂與小粒徑樹脂隨溶液進(jìn)入篩板內(nèi)，大粒徑樹脂留下，小粒徑樹脂隨溶液繼續(xù)流出；當(dāng)篩板內(nèi)的樹脂較多時(shí)，僅需1人將篩板取出，將內(nèi)部樹脂直接加入離子交換塔，整個(gè)過程便捷高效。嵌入式篩板排水井平均回收大粒徑樹脂3.5 kg/d，全年回收大粒徑樹脂1.28 t，全年可節(jié)省生產(chǎn)成本4萬元。

2.3 漂洗塔頂安裝嵌入式篩板

嵌入式篩板排水井的應(yīng)用取得了一定效果，但仍需人工將篩板中的樹脂回收至離子交換塔。為解決此問題，直接在漂洗塔頂出液口制作安裝嵌入式篩板，篩板制作方法與排水井的嵌入式篩板類似。在漂洗塔出液口安裝嵌入式篩板后，避免了大粒徑樹脂隨尾液流出，且無需人工回收樹脂。漂洗塔頂安裝嵌入式篩板運(yùn)行，如圖4所示。

3 漂洗塔改進(jìn)后的運(yùn)行效果

漂洗塔集液盤安裝密封罩后，區(qū)域內(nèi)的氡活度濃度較密封前平均下降23 Bq/m3，子體潛能濃度較密封前平均下降18 nJ/m3。集液盤密封前后氡及子體濃度，如圖5所示。集液盤密封后也杜絕出現(xiàn)漂洗尾液濺出情況，延長了鋼平臺使用壽命。

漂洗塔頂安裝篩板后，保持漂洗塔運(yùn)行條件不變，進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)研究。篩板安裝前后，通過流量計(jì)監(jiān)測出液量變化情況，持續(xù)運(yùn)行時(shí)間不超過1個(gè)月時(shí)，出液量基本保持不變。規(guī)定作業(yè)人員每月清洗篩板1次，取出篩板并清理篩網(wǎng)網(wǎng)眼上附著的少量樹脂，以保證漂洗塔出液順暢。漂洗塔改進(jìn)后，對集液盤中漂洗出的樹脂進(jìn)行了收集和粒級篩分，小粒徑(φ<0.6 mm)樹脂比例為99.2%，效果較好。原嵌入式篩板排水井依然使用，以預(yù)防因漂洗塔頂篩板破損而造成大粒徑樹脂損失。

4 結(jié)論

對漂洗塔集液盤安裝密封罩后，隔離氡源，降低了區(qū)域內(nèi)的氡及子體濃度，有益于作業(yè)人員的健康；流入集液盤的漂洗尾液不易外濺，避免了鋼平臺的電化學(xué)腐蝕，延長了鋼平臺的使用壽命。漂洗塔頂與排水井均增設(shè)篩板，有效地防止大粒徑樹脂流失，可節(jié)省生產(chǎn)成本。密封罩與篩板制作簡單，成本低，應(yīng)用前景廣。