电渗析处理铀矿冶尾矿水.pdf

第6 3 卷第2 期 2Ol1 年5 月 有色金属 N o r 如r r o u sM e t a J s V 0 1 ．6 3 ．N o ．2 M a v2 0l l D o I 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 l 一0 2 1 1 ．2 0 1 1 ．0 2 ．0 6 8 电渗析处理铀矿冶尾矿水 胡凯光，史文革，胡鄂明，廖建军，李锦鹏 南华大学核资源与核燃料工程学院，湖南衡阳4 2 10 0 1 摘要研究电渗析处理铀矿冶尾矿水。结果表明，电渗析_ 廿『以从尾矿水中脱除8 0 ％以上的盐分。尾矿水中的盐分大部分 是硫酸钙，浓缩后硫酸钙沉淀F 来，不会使尾矿池中的尾矿水含盐浓度增高。电渗析矗法处理尾矿水，耗电量随尾矿水的浓度变 化，得到每吨淡水耗电量为0 ．5 一O ．9 k w ．h 。 关键词环境T 程；含铀废水；电渗折；尾矿水 中图分类号x 7 5 l ；x 5 9 l文献标识码A文章编号l 0 0 1 0 2 l l 2 0 1 1 0 2 一0 2 8 0 0 3 铀矿采冶过程中产生的废水足含铀废水的主要 来源。我国目前铀矿山开采主要采用酸法溶浸采矿 地浸、堆浸、原地破碎浸出 ，浸矿时需加入大量的 硫酸、氧化剂，这样使矿山周边水源和含矿层地下水 试剂组分含量增高和超标，对水环境有严重影响。 超标的主要污染物有s 0 。“、U 、H 及某些重金属。 在铀废水的处理方面，国内外进行了许多试验 研究与生产实践“o ，主要的方法有化学沉淀法、离 ．子交换法、蒸发浓缩法、生物吸附法、氧化还原法等 方法。 电渗析法在处理水的过程中，不需要投加其他 化学试剂，所以不会产生附加的污染，电渗析的另一 个特点是能不加选择地除去溶在水中的各种离子， 所以电渗析很适合处理化学成分比较复杂的尾矿 水。对电渗析处理铀矿冶尾矿水进行了探讨。 l实验方法 1 ．1 电渗析工作原理 电渗析工作原理如图1 所示。电渗析是在外加 直流电场的作用下，利用阴离子交换膜和阳离子交 换膜的选择透过性，使一部分离子透过离子交换膜 迁移到另一部分水中，从而使一部分水淡化而另一 部分水浓缩。在两电极之间，由阴、阳离子交换膜和 隔板多组交替排列，构成浓水室 1 ，3 ，5 和淡水室 2 ，4 ，6 。在直流电场的作用下，2 、4 、6 室中的阳离 收稿日期2 0 ∞一0 8 一加 基金项目湖南省自然科学摹金资助项目 0 9 j ．J 6 0 8 1 ；湖南省教育 厅重点项目 1 0 1 0 3 作者简介胡凯光 1 9 6 4 一 ，男，湖南宁乡县人．教授．硕士，主要从 事溶浸采矿、水冶工艺、废水处理等方嘶研究。 子向负极迁移，通过阳离子交换膜进入1 、3 、5 室，阴 离子向正极迁移，通过阴离子交换膜进入l 、3 、5 室。 这样2 、4 、6 室出来的水就减少了阴、阳离子而成为 淡水，1 、3 、5 室中水的阳离子向负极方向迁移时遇 到阴离子交换膜而被阻挡，阴离子向正极方向迁移 时遇到阳离子交换膜也被阻挡，这样本室的离子迁 移不出去，而邻室的阴、阳离子源源不断地涌入，此 室的水被浓缩成为浓水。于是电渗析实现了淡化一 部分水而浓缩另一部分水的目的。 阳极 尾矿水 浓水 淡水 极 图l电渗析工作原理 F i g ．1 S c h e m eo fe l e c t r o d i a l y s i sw o r k 1 ．2 试验装置 电渗析处理铀矿冶尾矿水试验装置为自制，包 括两个系统，水系统和电系统。由进水泵从排放口 抽取尾矿水，经过流量计、压力表后进入电渗析器进 行处理，出来时分成浓水和淡水，这就是水系统。工 业用交流电经可控硅整流器整流后，再经倒换电极 的换相装置，送人电渗析器，构成电系统。启动时， 应首先启动水系统，关闭时，应首先关闭电系统。试 验用电渗析器有关参数见表l 。 2 电渗析处理铀废水结果与讨论 2 ．1 铀矿冶尾矿水 铀矿冶尾矿水的成分与工艺流程和铀矿石的性质 万方数据 第2 期胡凯光等电渗析处理铀矿冶尾矿水 2 8 l 有密切关系，而其成分的变化则与气候条件和矿石处 理情况有很大关系。铀矿冶尾矿水成分见表2 。 表l 电渗析器参数 T a b l el E l e c t r o d i a l y s i sp 8 r a m e t e r B 名称参数 离子交换膜f I i i 积 一张隔板通水槽总长度 隔板厚度 通水槽中的障碍物 膜阿积利用宰 极水隔板厚度 电擞材料 8 0 0 m m 1 6 0 0 m m 1 3 ．2 m 2 m m 0 ．5 m m 厚冲、塑料鱼鳞网 8 0 ％ 4 m m 含银l ％的铅银合金板 表2 铀矿冶尾矿水成分 T a b l e2U m i 岫m i n i n g 阴dm e t a l l u r g yt a i l i n 铲w a t e rc o m p o s i t i o n 由表2 可见，铀矿冶尾矿水中可能对外界造成 污染的物质可分为两类。一为无机盐类，主要是硫 酸盐，其中以硫酸钙占大部分。二为放射性物质，如 铀、镭等。表2 中所列数值表明，大部分无机盐类都 超过了国家规定的露天水源最大允许污染水平，而 一放射性物质铀和镭各单项则均未超过国家标准。从 超过的倍数来看，以锰为最高，其次是氧化钙、硫酸 根和总溶解固体，而放射性物质铀、镭，即便综合考 虑，仅为国家标准的1 ．4 倍。 欲使铀矿冶尾矿水达到国家标准，各种有害物 应清除的比例S O 。2 。应清除6 7 ％，c a O 应清除 6 9 ％，F e 应清除4 0 ％，M n 应清除9 8 ．5 ％，总溶固应 清除6 7 ％，铀和镭应清除2 8 ．6 ％。大部分有害物的 清除在7 0 ％以下，只有锰一项要求的清除率较高。 2 ．2 铀矿冶尾矿水脱盐效果 铀矿冶尾矿水脱盐效果和电能消耗列于表3 中。从表3 可以看出，4 0 3 5 组装在极限电压下， 盐分脱除率可达8 0 ％左右，除个别样品因尾矿水较 混浊脱除率稍低外，运行情况是稳定的。每得到 l m 3 淡水需耗直流电0 ．5 0 ．9 k W h 。 表34 0 3 5 组装的脱盐效果和电能消耗 T a b l e34 0 一3 5a s s e m b l e dd e s a l i n a t i o np e r f b m a n c ea n dp o w e rc o n s u m p t i o n 2 ．3 电能消耗 由表3 中可看出电能的消耗与外加电压和尾矿 水中S O ．2 ’浓度有直接的关系。外加电压愈高，尾 矿水中S O 。2 一浓度越大，电能消耗愈多。 2 ．4 浓水情况 试验流程要求浓水中硫酸钙应超过其饱和溶解 度，以使硫酸钙在尾矿池中沉淀下来，但不允许硫酸 钙沉淀在电渗析器内，所以要对浓水进行分析。浓 水分析结果见表4 。 C a S O ．的溶度积K ． 7 ．1 0 1 0 ～。可见表4 中 2 6 、8 一1 0 各编号浓水中C a S O 。的溶解度均巳超 过其饱和溶解度，但并未影响电渗析的正常运行。 表4 浓水分析结果 T a b l e4C o n c e n t m t e dw a t e rc o n t e n ta n a l y s i 8 陀“一 黼嘶吣哪㈣㈣ ∽～ 叫固一o o 。，o 一溶一t六一i m％巫“酡“竹为 竺油百￡翟一妣一眨m眦眈虬 一圊一5 6 7 ●2一籼一拿啪跏跏m 岩篙哪一‰一一北∞2他 惴一删一踮m w 酊钙 淡互 ．翌啪渤抛Ⅲ懈 丁一 萼篓怒∽一㈨一M啪％∞躬哪一№一一m盼“钉杉一刚一o，，。鲋一啪丽Ⅲ蕃|粥Ⅲ亚黑篇啦水力一⋯一矗_一。。 茎一喘m m }量㈣一淋一 作流一A一，o， 广] o 一 作压v一5 0 0 0 O酬啦川一帖∞∞∞∞编号一。，。， 万方数据 2 8 2有色金属 第6 3 卷 3结论 从电渗析法试验结果来看，电渗析器可以从尾 矿水中脱除8 0 ％以上的盐分，尾矿水中的盐分大部 参考文献 [ 5 ] [ 6 ] 分是硫酸钙，浓缩后硫酸钙沉淀下来，不会使尾矿池 中的尾矿水含盐浓度增高。电渗析法处理尾矿水， 耗电量随尾矿水的浓度变化，得到每吨淡水的耗电 量为O ．5 ～0 ．9 k w h 。 张有贤，马卫东．某矿区微量放射性原水的处理[ J ] ．中国给水排水，2 0 0 2 ，1 8 5 7 2 7 3 ． 苏凯洲，汤志军．含铀钍废水的处理研究[ J ] ．湖南有色金属，1 9 9 9 ，1 5 5 1 8 2 2 ． 李涤，韩寿岭，石二为．活性炭清除水中铀污染的效果观察[ J ] ．中国公共卫生，1 9 9 6 ，1 2 5 2 2 0 一2 2 4 ． A B e n j oA R ．T e c h n i c a lt 他a t m e n to p t i o n sf o rt h em i l le m u e n t 8o ft h el o sg 培a n t e sc o m p l e x [ c ] ／／T e c h n o l o g i e sf o rt h et r e a t m e n to f e m u e n t s ‰mu 瑚i u mm i n e 8 ，m i l l s ，蛐dt a i l i n g s ． I A E A - T E C D O C - l2 9 6 ，2 0 0 2 2 7 4 0 ． G e o r g e s c uDP ，A n d r e iL ．T 崦a t I n e n to ft 8 i l i n g sw a t e rf m mu m n i u mo 弛p m c e s s i n gb yr e v e 巧eo s m 0 8 i s [ M ] ／／o z b e r k ，o l i v e L U r 8 n i u m2 0 0 0 - P 阳c e 8 8m e t a l l u r g y “u 飓n i u m ．C a n a d i a nI n s tM i n i n g ，M e t a J l u r g y 柚dP e t r o l e u m ，2 0 0 0 5 5l 一5 5 8 ． M a t aYN ，G o n z d l e zF ，B a l l e s t e rA ，e ta LI n h i b i t i o no fa c i d r o c kd n i n a g ef b mu 豫n i u mo r ew a s t eu 8 i n g8c o n v e n t i o n a l n 叫t r a l i z a t i o na n dp 弛c i p i t a t i o nt r e a t m e n t [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 2 ，1 5 1 2 1 4 l 1 5 0 ． T r e a t m e n to fU r a n i u mM i n i n ga n dM e t a u r g yT a n i n gw a t e rb yE l e c t r o d i a I y s i s 、 小，勋f g 眦愕，S Ⅲ审e n - 伊．日UE m i 喈，ⅢD 知n 乒n ，Ⅱ五n 掣，l g s c | I I ∞f 矿Ⅳl ‘c 如淞R 甜D 址n 咄＆Ⅳ∽如口r 几e fE 昭i 聊e 一叼，踟觇掰竹矿S o H 胁c i 加，胁7 增亨口n g4 2 1 0 0 l ，肌船n 。c 打m A b s t r a c t T h et r e a t m e n to ft a i l i n g sw a t e ro ft I I eu r a n i u mm i n i n ga n dm e t a l l u r g yb ye l e c t r o d i a l y s i si si n v e s t i g a t e d ．T h e 陀s u l t ss h o wt h a tt l I e8 0 ％o ft h e8 a l tc a nb er e m o v e df 而mt h et a i l i n g sw a t e rb yt h ee l e c t r o d i a l y s i st r e a t m e n t ，t h e s a l ti nt l l et a i l i n g sw a t e ri sm o s t l ye a l c i u ms u H - a t e ，c a l c i u ms u l f a t ec o n c e n t m t e di 8 p r e c i p i t a t e d ， 明dt h e s a l i n i t y c o n c e n t r a t i o no ft h et a i l i n g sw a t e ri nt h et a i l i n g sp o n dw i l ln o tb ei n c r e a s e d ．A n dp o w e rc o n s u m p t i o no ft h e u l e a t m e n to ft a i l i n 9 8w a t e rb ye l e c t m d i a l y s i si 8c h a n g e dw i t } lc o n c e n t r a t i o no ft l I e t a i l i n g sw a t e r ， 山ef h s hw a t e r p o w e rc o n s u m p t i o ni s0 ．5 t o0 ．9k W h t 一1 ． K e y w o r d s e n V i r o n m e n te n g i n e e r i n g ；w a s t ew a t e rc o n t a i n i n gu m n i u m ；e l e c t r o d i a l y s i s ；t a i l i n g sw a t e r 责任编辑张振健 万方数据