» » Аппаратурное оформление процесса применения ионитов
01.06.2015

Обычно ионный обмен осуществляют, фильтруя раствор через слой находящегося в колонке ионита. Работа ионитового фильтра слагается из чередующихся операций поглощения ионов из обрабатываемого раствора, элюирования (вымывания) поглощенных ионов и регенерации ионита. Последние две операции часто совмещают в одну, одновременно используя элюент и в качестве вымывающего, и в качестве регенерирующего раствора Помимо перечисленных основных операций, требуются промывка и взрыхление ионита и др.
Конструкции и габариты промышленных ионитовых фильтров и способы их эксплуатации подробно описаны применительно к водоподготовке. В металлургической промышленности аппаратурное оформление процесса освещено наиболее детально в производстве ура на; при этом процесс ионного обмена осуществляется как из осветленного раствора, так и из пульпы.
Первый способ применяется, например, на заводе в Рандфонтейн. Процесс осуществляется в колонках, расположенных сериями по три колонки в каждой серии; в двух колонках, включенных последовательно, происходит поглощение урана, в третьей — его элюация. Каждая серия работает самостоятельно, и каждая колонка серии проходит поочередно через все этапы процесса, как это схематически представлено на рис. 6.
Колонки диаметром 2 л и высотой 3,5 м, установленные на этом заводе, футерованы резиной. На дне колонки (рис. 7) находится слой просеянного песка и гравия, над ним — слой ионита (5,5 м3) высотой
1,5 м. Над слоем ионита имеется свободное пространство высотой 1,5 м, заполняемое водой или раствором. Раствор в колонки подают насосом Вильфлея, сделанным из нержавеющей стали 15х12,5 см, со скоростью 300--550 л/мин в зависимости от содержания урана.
Раствор после выщелачивания урановой руды подают под давлением около 4 ат в первою колонку цикла поглощения через распределитель вверху колонки, раствор проходит через колонку сверху вниз и выходит через перфорированную трубу под слоем гравия, затем его подают в верхнюю часть второй колонки цикла поглощения. Раствор проходит вторую колонку, выходит из нее снизу, проходит через автоматический клапан, регулирующий скорость потока, через измерительную диафрагму и поступает в бак для выходящего раствора
Прохождение раствора через отдельные серии колонок регулируется электропневматическими клапанами, управляемыми автоматически с контрольного щита, располагаемого обычно в отдельном незапыленном помещении вне главного здания.
Когда первая колонка цикла поглощения насыщается ураном, с помощью программного реле времени начинает осуществляться ряд операций. Сначала в верхнюю часть колонки подают воду до полного вытеснения оставшегося раствора во вторую колонку. Воду берут обычно в 3-кратном количестве от объема ионита и гравия. Она проходит через колонку сверху вниз с той же скоростью, что и исходный раствор; на заводе в Рандфонтейн промывка продолжается 55 мин со скоростью 300 л/мин.
После этого первую колонку промывают быстрой струей воды, подаваемой снизу вверх. Струя эта взрыхляет ионит и удаляет из него осевший во время поглощения тонкий шлам, скорость подачи воды 160 л/м2*мин. Взрыхление продолжают до получения прозрачной промывной воды. По окончании взрыхления раствор от выщелачивания направляют последовательно в колонки 2 и 3, а в колонке 1 (рис. 6) начинается элюация.
Элюирующие растворы поступают сбоку колонок, их подают по трубе к распределителю над слоем ионита; они также проходят через колонку сверху вниз и выгружаются внизу. Элюацию производят последовательно пятью растворами.
1) оборотным алюатом с направлением выходящего раствора в бак для раствора от выщелачивания;
2) оборотным элюатом с направлением выходящего раствора в бак с концентрированным элюатом для осаждения урана;
3) свежим элюентом с направлением выходящего раствора в бак с концентрированным элюатом для осаждения урана;
4) свежим элюентом с направлением выходящего раствора в бак для оборотною элюата;
Аппаратурное оформление процесса применения ионитов

5) промывной водой с направлением выходящего раствора в бак для оборотного элюата.

Такой способ элюации имеет целью получение минимального количества элюата для осаждения из него урана. Скорость элюации 50—70 л/мин.

Работа колонок полностью автоматизирована. Разрабатывается аппаратура для автоматического анализа выходящих из колонок растворов.

При извлечении урана непосредственно из пульпы последнюю подвергают классификации для отделения песков, после чего в ней остается 10% твердого крупностью, обычно, тоньше 0,043 мм. Пульпа поступает в ванны с подвижными проволочными корзинами из нержавеющей стали, содержащими зернистый анионит крупностью от 0,8 до 1,6 мм (рис. 8). Обычно серия содержит 14 ванн, в каждой из которых находится от 2 до 10 корзин. В то время как в шести ваннах идет поглощение, в. других шести идет элюация; 2 ванны запасные для возможности быстрого переключения от цикла к циклу.
Каждая корзина с помощью специального механизма непрерывно движется вверх и вниз. Зерна смолы удаляются друг от друга при движении корзины вниз и сближаются при движении ее вверх, что обеспечивает удовлетворительный контакт смолы с пульпой: смола как бы находится во взвешенном состоянии (рис. 9). Помимо вертикального движения, производят слабое покачивание корзины, что улучшает циркуляцию пульпы и предотвращает оседание частиц пульпы внутри и снаружи корзины. Пульпу и вымывающий раствор подают в ванны эрлифтом; из одной ванны в другую она перетекает самотеком.
По мере насыщения смолы ванну отключают от сорбционной цепи и подключают в хвост цепи элюации. Одновременно головную ванну из цепи элюации с регенерированной смолой подключают в хвост цепи сорбции. После выделения урана пульпа становится отвальной.
После двух лет работы полузаводской установки общие потери ионита за счет истирания составили 23%, а емкость уменьшилась на 10%. хотя скорость поглощения и элюирования осталась та же.
Аппаратурное оформление процесса применения ионитов

Этот процесс исключает не только необходимость отделения твердого от жидкого, но и позволяет повысить извлечение за счет устранения потерь урана с раствором, выводимым с твердой частью пульпы. Недостаток способа, как уже отмечалось выше, — менее полное использование обменной емкости ионита по сравнению с работой в колонках. Конкурентоспособность же способов извлечения урана ионным обменом из растворов и непосредственно из пульпы определяется, с одной стороны, стоимостью осветления, а с другой — стоимостью избытка смолы и реагентов с учетом устранения потерь урана с твердой частью пульпы.
Наряду с описанными выше, заслуживают внимания предложенные в последнее время способы непрерывного осуществления ионного обмен-3 с использованием противоточного движения раствора и ионообменной смолы.
Описан лабораторный аппарат, в котором раствор пропускают противотоком через взвешенный слой ионита, после чего фазы разделяют вакуум-фильтрацией. Но эксплуатация подобного аппарата в большом масштабе была бы, видимо, дорогой, так как на каждом этапе необходимы приспособления для поддержания ионита во взвешенном состоянии и гидроциклоны для разделения фаз.
Другой способ заключается в том. что ионообменная смола под действием собственного веса проходит через раствор, затем ее возвращают на верх колонки архимедовым винтом, работающим в параллельной колонке. Главная трудность при этом способе — поддержание достаточно плотного слоя смолы, устраняющего протекание раствора мимо ионита. К недостаткам способа следует отнести также то, что значительное количество отработанного раствора со дна колонки увлекается ионитом и смешивается со свежим раствором.
В последующем варианте этого способа удаление ионита со дна колонки предусмотрено вращающимся пробковым краном: точно определенное количество смолы удаляется, дренируется, промывается и выгружается, а равное количество смолы вводится в верхнюю часть колонки для поддержания постоянной высоты слоя ионита. В ходе процесса плотный слой смолы непрерывно перемешивается установленными виброситами, чтобы обеспечить хороший контакт между твердым и жидким и предотвратить образование каналов.
В одном из способов смолу как при поглощении, так и при вымывании проталкивают вверх через раствор, что позволяет поддерживать плотный слой ионита. Положительная сторона метода — лучшее отделение ионита от раствора на обоих концах колонки. В Америке много внимания было уделено возможности использования этого способа для непрерывного извлечения урана из кислых растворов.
Предложено применение аппарата, представляющего собой видоизмененную отсадочную машину с подвижным решетом, назначение которого поддерживать, во взвешенном состоянии слой ионита и одновременно постепенно передвигать его вперед по отношению к раствору. Здесь тоже возможно значительное протекание раствора мимо ионита
Описан аппарат для непрерывного ионного обмена с применением бесконечной ленты из ионообменного материала, а также способ осуществления непрерывного противоточного процесса ионного обмена непосредственно в пульпе с применением пульсирующего слоя ионита. Свежий ионит поступает в колонку сверху, насыщенный выгружается внизу. Пульпа поступает в колонку внизу и выходит вверху. Пульпа в колонке подвергается пульсации, что позволяет ей проходить через ионит и предотвращает ее фильтрацию. Насыщенный ионит отмывают от пульпы и элюируют в другой противоточной установке. Регенерированный ионит возвращают на верх колонки для поглощения. При этом способе, как и при вышеописанном процессе ионного обмена в пульпе с применением корзин, употребляют значительно более крупнозернистый ионит.
В полупромышленных условиях на опытном заводе в Юта (США) успешно опробован непрерывный противоточный процесс ионного обмена для извлечения урана из пульп от сернокислотного выщелачивания руды. Противоток ионита по отношению к пульпе осуществляется системой эрлифтов, подающих ионит из колонки в колонку.