CN114477337A - 一种加速蒸发酸法地浸采铀废水的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种加速蒸发酸法地浸采铀废水的装置及方法，所述装置包括硫酸稀释换热器，所述的硫酸稀释换热器分为混合室和换热室两部分；其中，混合室进水口通过管路连接尾液管，用于接收吸附尾液；混合室进酸口通过管路连接储酸罐，用于接收浓硫酸；混合室出液口通过管路连接配液池。使用本发明，加热前蒸发池废水温度0‑20℃，加热后30‑90℃；加热后废水蒸发速度加快；与仅靠自然蒸发相比，蒸发池面积可减少为原来的0.2‑0.9倍，不仅缩小了蒸发池占地面积，同时可大大节省蒸发池建设成本。
Description
本申请是发明名称为“一种酸法地浸采铀蒸发池废液加速蒸发的装置及方法”的分案申请，其中母案的申请号为201811345727.8，申请日为2018.11.13。
技术领域
本发明属于地浸采铀环境保护领域，具体涉及一种加速蒸发酸法地浸采铀废水的装置及方法。
背景技术
地浸采铀已成为中国、美国、哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、澳大利亚等国家砂岩型铀矿床开采的重要方法。硫酸因具有价格低廉、性质稳定、对矿石中铀的浸出率高、易采购等优点而成为酸法地浸采铀首选的浸出剂原料。
工业浓硫酸质量浓度一般为92.5％。酸法地浸采铀矿山中，浓硫酸都是从储酸罐通过管道直接加入到配液池，与吸附尾液混合配制浸出剂。浸出剂硫酸质量浓度一般为5g/L～30g/L酸法地浸采铀矿山井场运行规范：Q/CNNC JB 17-2004。配液池中的浸出剂经地表管道输送到注液钻孔，注入地下矿体，浸出矿石中的铀。
铀的浸出和溶液运移发生在含矿含水层中，为了控制溶浸范围，要求井场抽液量大于注液量一定比例，核工业铀矿冶工程设计规范GB 50521-2009要求抽液量与注液量基本平衡，抽液量大于注液量0.3％-1.0％，使得浸出区域内形成地下水降落漏斗，从而控制溶浸液扩散。我国在产的地浸采铀矿山主要位于新疆和内蒙古等地，地表年蒸发量大，这些矿山都建造了依靠自然蒸发的蒸发池，用以容纳和蒸发多抽出的0.3％-1.0％的废液与工艺废水。根据处理的废水量，蒸发池的面积可达几亩，几十亩甚至更多，建设蒸发池时需大面积动土，地表植被破坏，使用过程渗漏风险大，退役治理地表恢复难度大。另一方面大面积的蒸发池需要投入征地租地、建设和维护等方面的成本。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种加速蒸发酸法地浸采铀废水的装置及方法，提高了废水的温度和蒸发速度，减小了蒸发池的建设面积，从而实现了降低成本、节能减排的目的。
本发明的技术方案如下：一种加速蒸发酸法地浸采铀废水的装置，包括硫酸稀释换热器，所述的硫酸稀释换热器分为混合室和换热室两部分；其中，混合室进水口用于接收吸附尾液；混合室进酸口用于接收浓硫酸；混合室出液口用于连接配液池；
换热室出水口能够与蒸发池进水口A连通，蒸发池进水口B用于接收废水；蒸发池出水口能够与换热室进水口连通；浓硫酸与吸附尾液在混合室进行混合，稀释放热进而对换热室中的废水进行加热。
优选地，混合室进水口通过管路连接尾液管，混合室进酸口通过管路连接储酸罐，换热室出水口通过管路连接蒸发池进水口A，蒸发池进水口B连接废水管；蒸发池出水口通过管路连接泵的一端，泵的另一端通过管路连接换热室进水口。
优选地，混合室进水口和混合室进酸口设置于混合室的一侧，混合室出液口设置于混合室的另一侧；换热室进水口与混合室出液口设置于同一侧，换热室出水口与混合室进水口设置于同一侧。
一种加速蒸发酸法地浸采铀废水的方法，使用本发明所述的装置，包括如下步骤：
步骤一，将浓硫酸通过混合室进酸口进入硫酸稀释换热器的混合室，同时通过混合室进水口向混合室注入吸附尾液，与浓硫酸进行混合、稀释放热，得到硫酸溶液；
步骤二，将步骤一中稀释后的硫酸溶液通过混合室出液口流入配液池配制浸出剂用于浸出；
步骤三，将蒸发池中的废水通过换热室进水口送入换热室，充分吸收浓硫酸稀释过程中放出的热；
步骤四，将步骤三中加热后的废水通过换热室出水口和蒸发池进水口A排入蒸发池中；蒸发池中的废水温度升高，蒸发速度加快。
步骤一中，所述的浓硫酸的浓度为92.5％。
步骤一中，所述的硫酸稀释换热器的材质为石墨，通入的浓硫酸与吸附尾液质量比为1:0.5～1:3。
步骤一中，进入配液池吸附尾液的流量为a(m3/h)，余酸浓度为b(g/L)，井场浸出工艺要求的配制溶浸液的酸度为c(g/L)，则需要浓硫酸的量(kg/h)为(c-b)×a；进入混合室的吸附尾液的量(kg/h)为：0.5(c-b)×a～3(c-b)×a。
步骤一中，所述的稀释后的酸液温度为60～100℃。
步骤三中，换热室进水口通入的废水流速与混合室酸溶液流速之比为1：2～2：1。
步骤三中，通入废水的温度为0～20℃。
步骤四中，加热后的废水温度为40～90℃。
步骤四中，蒸发池中废水温度为30～90℃。
本发明的显著效果在于：加热前蒸发池废水温度0-20℃，加热后30-90℃；加热后废水蒸发速度加快；与仅靠自然蒸发相比，蒸发池面积可减少为原来的0.2-0.9倍，不仅缩小了蒸发池占地面积，同时可大大节省蒸发池建设成本。
附图说明
图1为本发明所述的一种加速蒸发酸法地浸采铀废水的装置结构示意图；
图注：1.硫酸稀释换热器、2.混合室、3.混合室进水口、4.混合室进酸口、5.混合室出液口、6.换热室、7.换热室进水口、8.换热室出水口、9.泵、10.蒸发池、11.尾液管、12.储酸罐、13.配液池、14.废水管、15.蒸发池进水口A、16.蒸发池进水口B、17.蒸发池出水口。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明所述的一种加速蒸发酸法地浸采铀废水的装置及方法作进一步详细说明。
如图1所示，一种加速蒸发酸法地浸采铀废水的装置，包括硫酸稀释换热器1，所述的硫酸稀释换热器1分为混合室2和换热室6两部分；其中，混合室进水口3用于接收吸附尾液；混合室进酸口4用于接收浓硫酸；混合室出液口5用于连接配液池13；
换热室出水口8能够与蒸发池进水口A15连通，蒸发池进水口B16用于接收废水；蒸发池出水口17能够与换热室进水口7连通；浓硫酸与吸附尾液在混合室2进行混合，稀释放热进而对换热室6中的废水进行加热。
具体地，混合室进水口3通过管路连接尾液管11，混合室进酸口4通过管路连接储酸罐12，混合室出液口5通过管路连接配液池13，换热室出水口8通过管路连接蒸发池进水口A15，蒸发池进水口B16连接废水管14；蒸发池出水口17通过管路连接泵9的一端，泵9的另一端通过管路连接换热室进水口7。
具体地，混合室进水口3和混合室进酸口4设置于混合室2的一侧，混合室出液口5设置于混合室2的另一侧；换热室进水口7与混合室出液口5设置于同一侧，换热室出水口8与混合室进水口3设置于同一侧。即本实施例中混合室2中的硫酸溶液的流动方向与换热室6中废水的流动方向是相反的，进而提升换热效果，实现充分利用浓硫酸稀释过程中放出的热。
一种加速蒸发酸法地浸采铀废水的方法，使用本发明所述的装置，包括如下步骤：
步骤一，将来自储酸罐12中的浓硫酸通过混合室进酸口4进入硫酸稀释换热器1的混合室2，同时通过混合室进水口3向混合室2注入吸附尾液，与浓硫酸进行混合、稀释放热，得到硫酸溶液；
步骤二，将步骤一中稀释后的硫酸溶液通过混合室出液口5流入配液池13配制浸出剂用于浸出；
步骤三，利用泵9将蒸发池10中的废水通过换热室进水口7送入换热室6，充分吸收浓硫酸稀释过程中放出的热；
步骤四，将步骤三中加热后的废水通过换热室出水口8和蒸发池进水口A15排入蒸发池10中；蒸发池10中的废水温度升高，蒸发速度加快。
步骤一中，所述的浓硫酸的浓度为92.5％。
步骤一中，所述的硫酸稀释换热器1的材质为石墨，通入的浓硫酸与吸附尾液质量比为1:0.5～1:3。
步骤一中，进入配液池13吸附尾液的流量为a(m3/h)，余酸浓度为b(g/L)，井场浸出工艺要求的配制溶浸液的酸度为c(g/L)，则需要浓硫酸的量(kg/h)为(c-b)×a；进入混合室2的吸附尾液的量(kg/h)为：0.5(c-b)×a～3(c-b)×a。
步骤一中，所述的稀释后的酸液温度为60～100℃。
步骤三中，换热室进水口7通入的废水流速与混合室2酸溶液流速之比为1：2～2：1。
步骤三中，通入废水的温度为0～20℃。
步骤四中，加热后的废水温度为40～90℃。
步骤四中，蒸发池中废水温度为30～90℃。
浓硫酸从储酸罐经管道直接加入到配液池，在配制浸出剂的过程中，硫酸稀释会释放出大量的热。但是浸出剂中硫酸浓度低，温度的变化不明显。因此，在国内外酸法地浸采铀矿山中硫酸稀释放热的现象及其利用没有得到重视，也造成了热能的浪费。
本发明的目的是在浓硫酸加入配液池之前，将浓硫酸与吸附尾液按一定的比例在热交换器中混合释放出稀释热，利用蒸发池中的废水吸收浓硫酸稀释过程中放出的热，提高废水的温度和蒸发速度，减小蒸发池的建设面积，从而实现降低成本、节能减排的目的。
实施例1
内蒙古某铀矿山，平均年蒸发量为2449mm，平均年降雨量为185mm，1抽4注的酸法地浸采铀浸出单元，达到抽注平衡后抽液量为10m3/h，浸出液pH＝2.0，配液硫酸浓度为10g/L，采用本发明所述的酸法地浸采铀利用浓硫酸稀释放热方法加速废水蒸发包括如下步骤：
1)来自硫酸储罐的92.5％的工业硫酸和吸附尾液通入石墨换热器混合室，硫酸流速100kg/h，吸附尾液流量200L/h，体系温度20℃。稀释后硫酸溶液温度升高至71℃。
2)稀释后的硫酸溶液通过硫酸稀释换热器混合室出酸口流入配液池配制浸出剂用于浸出。
3)利用耐酸化工泵将蒸发池中的废水通过换热室进水口送入硫酸稀释换热器换热室，流量为160L/h。
4)硫酸稀释换热器换热室出口废水温度为41℃，将加热后的废水排入蒸发池中。41℃废水的蒸发速度约为17.6kg/m2·d。
5)蒸发池中的废水进入步骤3循环加热。
该地区平均年净蒸发量为2264mm，未采用本发明设计蒸发池面积为S，采用本发明后原设计蒸发池面积为S1为原蒸发池面积的0.26倍。
实施例2
内蒙古某酸法地浸采铀矿山，平均年蒸发量为1849mm，平均年降雨量为175mm，2抽6注的浸出单元，达到抽注平衡后抽液量为24m3/h，浸出液余酸为1g/L，配液硫酸浓度为8g/L，采用本发明所述的酸法地浸采铀利用浓硫酸稀释放热方法加速废水蒸发包括如下步骤：
1)来自硫酸储罐的92.5％的工业硫酸和吸附尾液通入石墨换热器混合室，硫酸流速170kg/h，吸附尾液流量170L/h。体系温度10℃。稀释后硫酸溶液温度升高至80℃。
2)稀释后的硫酸溶液通过硫酸稀释换热器混合室出酸口流入配液池配制浸出剂用于浸出。
3)利用耐酸化工泵将蒸发池中的废水通过换热室进水口送入硫酸稀释换热器换热室，流量为180L/h。
4)硫酸稀释换热器换热室出口废水温度为56℃，将加热后的废水排入蒸发池中。56℃废水的蒸发速度为48.0kg/m2·d。
5)蒸发池中的废水进入步骤3循环加热。
该地区平均年净蒸发量为1674mm，未采用本发明设计蒸发池面积为S，采用本发明后原设计蒸发池面积为S1为原蒸发池面积的0.9倍。
实施例3
新疆某酸法地浸采铀矿山，平均年蒸发量为2102mm，平均年降雨量为120mm，6抽12注的浸出单元，达到抽注平衡后抽液量为70m3/h，浸出液余酸为2g/L，配液硫酸浓度为5g/L，采用本发明所述的酸法地浸采铀利用浓硫酸稀释放热方法加速废水蒸发包括如下步骤：
1)来自硫酸储罐的92.5％的工业硫酸和吸附尾液通入石墨换热器混合室，硫酸流速210kg/h，吸附尾液流量210L/h。体系温度15℃。稀释后硫酸溶液温度升高至80℃。
2)稀释后的硫酸溶液通过硫酸稀释换热器混合室出酸口流入配液池配制浸出剂用于浸出。
3)利用耐酸化工泵将蒸发池中的废水通过换热室进水口送入硫酸稀释换热器换热室，流量为210L/h。
4)硫酸稀释换热器换热室出口废水温度为56℃，将加热后的废水排入蒸发池中。56℃废水的蒸发速度为48.0kg/m2·d。
5)蒸发池中的废水进入步骤3循环加热。
该地区平均年净蒸发量为1600mm，未采用本发明设计蒸发池面积为S，采用本发明后原设计蒸发池面积为S1为原蒸发池面积的0.8倍。
Claims (10)
1.一种加速蒸发酸法地浸采铀废水的装置，其特征在于：包括硫酸稀释换热器(1)，所述的硫酸稀释换热器(1)分为混合室(2)和换热室(6)两部分；其中，混合室进水口(3)用于接收吸附尾液；混合室进酸口(4)用于接收浓硫酸；混合室出液口(5)用于连接配液池(13)；
换热室出水口(8)能够与蒸发池进水口A(15)连通，蒸发池进水口B(16)用于接收废水；蒸发池出水口(17)能够与换热室进水口(7)连通；浓硫酸与吸附尾液在混合室(2)进行混合，稀释放热进而对换热室(6)中的废水进行加热。
2.如权利要求1所述的一种加速蒸发酸法地浸采铀废水的装置，其特征在于：混合室进水口(3)通过管路连接尾液管(11)，混合室进酸口(4)通过管路连接储酸罐(12)，换热室出水口(8)通过管路连接蒸发池进水口A(15)，蒸发池进水口B(16)连接废水管(14)；蒸发池出水口(17)通过管路连接泵(9)的一端，泵(9)的另一端通过管路连接换热室进水口(7)。
3.如权利要求1所述的一种加速蒸发酸法地浸采铀废水的装置，其特征在于：所述混合室进水口(3)和所述混合室进酸口(4)设置于所述混合室(2)的一侧，所述混合室出液口(5)设置于所述混合室(2)的另一侧；所述换热室进水口(7)与所述混合室出液口(5)设置于同一侧，所述换热室出水口(8)与所述混合室进水口(3)设置于同一侧。
4.一种加速蒸发酸法地浸采铀废水的方法，其特征在于，使用权利要求1所述的装置，包括如下步骤：
步骤一，将浓硫酸通过混合室进酸口(4)进入硫酸稀释换热器(1)的混合室(2)，同时通过混合室进水口(3)向混合室(2)注入吸附尾液，与浓硫酸进行混合、稀释放热，得到硫酸溶液；
步骤二，将步骤一中稀释后的硫酸溶液通过混合室出液口(5)流入配液池(13)配制浸出剂用于浸出；
步骤三，将蒸发池(10)中的废水通过换热室进水口(7)送入换热室(6)，充分吸收浓硫酸稀释过程中放出的热；
步骤四，将步骤三中加热后的废水通过换热室出水口(8)和蒸发池进水口A(15)排入蒸发池(10)中；蒸发池(10)中的废水温度升高，蒸发速度加快。
5.如权利要求4所述的一种加速蒸发酸法地浸采铀废水的方法，其特征在于：步骤一中，所述的浓硫酸的浓度为92.5％。
6.如权利要求4所述的一种加速蒸发酸法地浸采铀废水的方法，其特征在于：步骤一中，所述的硫酸稀释换热器(1)的材质为石墨，通入的浓硫酸与吸附尾液质量比为1:0.5～1:3。
7.如权利要求6所述的一种加速蒸发酸法地浸采铀废水的方法，其特征在于：步骤一中，进入配液池(13)吸附尾液的流量为a(m3/h)，余酸浓度为b(g/L)，井场浸出工艺要求的配制溶浸液的酸度为c(g/L)，则需要浓硫酸的量(kg/h)为(c-b)×a；进入混合室(2)的吸附尾液的量(kg/h)为：0.5(c-b)×a～3(c-b)×a。
8.如权利要求4所述的一种加速蒸发酸法地浸采铀废水的方法，其特征在于：步骤一中，所述的稀释后的酸液温度为60～100℃。
9.如权利要求4所述的一种加速蒸发酸法地浸采铀废水的方法，其特征在于：步骤三中，换热室进水口(7)通入的废水流速与混合室(2)酸溶液流速之比为1：2～2：1。
10.如权利要求4所述的一种加速蒸发酸法地浸采铀废水的方法，其特征在于：步骤三中，通入废水的温度为0～20℃；步骤四中，加热后的废水温度为40～90℃，蒸发池中废水温度为30～90℃。
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