选矿厂设计.docx
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选矿厂设计
二设计部分
（1）工作制度、设计规模及产品方案
工作制度：
年工作日:
300天，每天三班，每班工作8h。
设计规模：
小时处理量：
16m3/h
年处理原液量：
115200m3/a
浸出液铀含量：
1g/L
吸附原液pH值：
1.5
年处理金属铀量：
115.2t
产品方案：
最终产品：
重铀酸钠“111”
产品质量：
产品铀含量≥60%含水≤30%
（2）主要工艺参数
吸附工序
吸附方式:
三塔串联顺流吸附
树脂型号：
201×7
单塔树脂层高：
3.5m
吸附空塔线速度为：
18m/h
吸附原液pH：
1.5
吸附原液铀浓度为：
1g/L
饱和树脂工作容量：
80kgU/m3R
吸附尾液铀浓度≤10mg/L
淋洗工序：
淋洗方式：
三塔串联顺流淋洗
淋洗剂：
1mol/LNH4NO3+0.1mol/LH2SO4
淋洗空塔线速度：
1m/h
合格液铀浓度：
15g/L
反冲洗工序：
反冲洗液体：
原液
反冲洗液体积：
2倍树脂床体积
沉淀工序
沉淀剂：
片碱
沉淀温度:
常温
沉淀pH值:
7-7.5
沉淀时间：
1h
沉淀母液铀浓度＜10mg/L
产品过滤工序
压力：
0.5MPa
滤饼含水≤30%
产品铀含量≥60%
（3）工艺流程
工艺流程描述：
吸附原液被耐腐蚀的离心泵送入三塔串联顺流淋洗的吸附塔，吸附塔的树脂饱和后，饱和塔从吸附系统切断，再进行反冲洗，进行反冲洗的原液由塔底部进入，从塔顶排出至配液池，接着进入三塔串联顺流淋洗工序，淋洗剂由耐腐蚀泵送入塔内，淋洗采用上进液方式，流出的合格液用片碱沉淀铀，当沉淀母液铀浓度＜10mg/L后物料用板框压滤机过滤，滤饼用水洗涤就得产品黄饼。
工艺流程图
工艺设备配置系统图
（4）物料衡算
根据设计任务规定年产铀量为111.69t,取年工作日为300天,每天工作24h，每天按三班轮流操作，每班操作8h。
每小时处理铀量:
16×1×1＝16kg
每天处理铀量：
16×24×1＝384kg
年处理铀量:
16×24×300×1＝115.2t
〈1〉吸附工序物料衡算
假定饱和树脂工作容量为80kgU/m3R，吸附尾液铀浓度为10mg/L，则有：
吸附效率：
（1g/L－10mg/L）÷1g/L×100%＝99%
一个树脂床的体积V1＝3.14×（0.6）2×3.5＝3.9564m3
一个树脂床吸附铀量:
3.9564×80＝316.512kg
每小时吸附金属铀量：
16×1×1×99%=15.84kg
一个树脂床吸附饱和时间：
316.512÷15.84=19.98h
一个树脂床饱和时消耗的原液量：
316.512÷99%×1＝319.71m3,
同等体积尾液铀损失量：
319.71m3×10mg/L＝3.1971kg
〈2〉淋洗工序物料衡算
合格液铀浓度15g/L，假定淋洗效率为98%，则有：
淋洗一个饱和塔得到的铀量：
316.512×98%＝310.18kg
淋洗剂体积：
310.18kg÷15g/L＝20.68m3
NH4NO3的用量：
20.68m3×1mol/L×80g/mol÷1000＝1654.4kg
H2SO4的用量：
20.68m3×0.1mol/L×98g/mol÷1000＝202.664kg
〈3〉沉淀工序物料衡算
设定沉淀母液铀浓度为10mg/L，则有
沉淀效率:
（15g/L-10mg/L）÷15g/L×100%=99.93%
沉淀金属铀量：
310.18×99.93%=309.96kg
沉淀剂的用量：
2UO2SO4+6NaOH=Na2U2O7+2Na2SO4+3H2O
1mol3mol0.5mol
309.96/238x/40y/634
求得片碱用量x=156.28kg
重铀酸钠质量y=412.85kg
片碱与酸中和的用量：
2NaOH+H2SO4=Na2SO4+2H2O
8098
z202.664
求得片碱用量z=165.44kg
片碱总用量:
156.28+165.44=321.72kg
每立方米合格液片碱用量：
321.72÷20.68=15.56kg/m3,
〈3〉过滤工序物料衡算
滤渣体积：
309.96×10-3÷0.6÷0.7÷2.5=0.2952m3
由以上可知年产金属铀量：
115.2×99%×98%×99.93%=111.69t
（5）设备的设计、选择与计算
〈1〉离子交换塔
设计的离子交换塔应能够确保液相与树脂相之间离子能进行良好的传递。
通常，离子交换塔的选择和设计应充分考虑交换离子的平衡分配关系，交换动力学以及料液特性等方面。
铀水冶厂中，离子交换塔的种类有很多，如密实床、流化床等。
在进行离子交换设备的设计时应重点考虑以下几个因素：
（1）树脂与溶液间接触良好，确保进行有效的传质。
（2）树脂与溶液间能有效分离，控制树脂在每级停留时间。
（3）尽量降低设备投资费，缩短溶液在设备中停留时间，但金属铀的吸附效率要更高。
（4）尽量减少有用组分的损失及溶液间相互污染。
（5）尽量减少或避免操作过程中树脂的磨损与破碎。
（6）饱和树脂与料液能进行有效分离，淋洗后的树脂与淋洗剂也能进行有效分离。
离子交换塔的设计与计算：
本设计是年产金属铀量为115.2t的水冶厂设计，离子交换塔选用固定床，采用三塔串联顺流进行吸附。
吸附原液铀浓度为1g/L,设定饱和树脂工作容量为80kgU/m3R，每年生产300天，吸附塔的空塔线速度为18m/h,溶液吸附流量16m3/h，据经验知树脂的孔隙度为0.4，吸附接触时间为12min,则有：
树脂床内液体流速：
18÷0.4=45m/h
树脂床高度:
45×12÷60÷3=3m则取树脂床高为3.5m.
塔的直径:
Q=S×vS=3.14×d2÷4d=1.06m则取为1.2m.
塔柱体的高度：
3.5÷（2/3）=5.25m则取其为5.3m.
塔的高度=柱体高度+上下封头+底柱高度
塔的高度：
5.3+1.2+0.5=7m
〈2〉板框压滤机的选择与计算
本设计是利用板框压滤机进行过滤，设定过滤压力为0.5Mpa，由于暗流板框压滤机具有避免料浆溅出等的优点，所以此处采用暗流板框压滤机。
根据处理固体量，由暗流板框压滤机规格表查出可选择型号为BMJ120/1000-35U的压滤机，具体技术规格如下表
型号
过滤面积/m2
框内尺寸/mm
滤框厚度/mm
滤框数（片）
滤板数（片）
框内总容积/L
工作压力/MPa
油缸额定压力/Mpa
头板最大位移/mm
外形尺寸/mm
机器总指质量/kg
长
宽
高
BAJ120/1000-35U
120
1000×1000
35
72
71
2087
0.5
16
500
7070
1450
1350
4760
设定每处理8次饱和塔所得合格液卸一次板框为一个操作循环，则所得滤渣体积：
0.2952×8=2.3616m3。
所用滤框尺寸与数量必须能容纳一个操作循环。
若以n表示板框数，以b表示框内的边长，以
表示框厚，则滤框容积为：
V固＝nb2δ＝2.3616m3
故所需滤框数为：
N=V固/b2δ=67.47≈68
BAJ120/1000-35U型压滤机有72个滤框，可见一台即可。
操作中
用框数为68个，其余可作为备用，该过滤机型号意义如下：
B——板框压滤机A——暗流式；
J——机械压紧120——过滤面积；
1000——框内边框长35——框厚；,
〈3〉辅助设备的选择与计算
（1）泵的选择：
选型原则:
1）所选泵的形式与性能符合设备流量、扬程、温度、压力、汽蚀余量、吸程等工艺参数的要求。
2）输送易燃、易爆有毒或贵重液体，采用轴封或无泄漏泵，输送腐蚀性液体，采用耐腐蚀性的泵，输送含固体颗粒的液体，其对流部件采用耐磨材料。
3）机械的可靠性高、噪声低、振动小。
4）设备费、运转费、维修费等的总成本最低。
选型依据：
泵的选型应根据工艺流程，给排水要求从以下五方面考虑：
1）被输送液体的流量。
它关系到整个设备的生产能力与输送能力。
2）设备系统所需扬程。
一般放大5%—10%余量后扬程来选型。
3）液体性质。
包括液体介质名称、物理性质、化学性质和其它性质。
4）设备系统的管路布置条件。
如送液高度、距离和走向等。
5）操作条件的内容。
如液体的操作温度、饱和蒸汽压力等。
本设计吸附过程采用氟塑料离心泵其规格如下:
型号
转速n=2900r/min
流量（m3/h）
扬程
（m）
电机功率
（kw）
汽蚀余量
（m）
效率
（%）
IHF65-50-160
25
20
3
3.5
62
本设计淋洗过程采用氟塑料离心泵其规格如下:
型号
转速n=2900r/min
流量（m3/h）
扬程
（m）
电机功率
（kw）
汽蚀余量
（m）
效率
（%）
IHF40-25-125
6.3
20
1.5
3
41
本设计将沉淀的浓浆打入板框压滤机所用螺杆泵规格如下：
型号
流量m3/h
扬程
m
功率
kw
进口口径
mm
吸程
m
1-1B6
24
60
15-6
150
3
（2）管道的配置:
聚乙烯管具有良好的化学稳定性，除去强氧化性及芳香族碳氢化合物、氯代碳氢化合物外，几乎能耐任何浓度的各类酸、碱、盐类及有机溶剂的腐蚀。
聚乙烯管具有机械加工性能好、成型方便、以及可焊性和一定机械强度。
因此在石油、化工等领域被广泛的运用。
本次设计采用的是阴离子树脂交换法，溶液的酸性较强，具有较强的腐蚀性，所以应采用耐腐蚀的塑料管道。
吸附过程使用的管道：
吸附过程中设定流速为1m/s，根据Q=S×vS=3.14×d2÷4
求得管道直径d1=75mm，则吸附过程选用的管道为PE80级聚乙烯管材，公称外径为90mm，公称压力为0.8Mpa,公称壁厚为5.4mm。
淋洗过程使用的管道：
淋洗过程中设定流速为1m/s，淋洗空塔线速度为1m/h，求得淋洗流量Q=S×v=3.14×1.22÷4×1÷0.4=2.826m3/h,继续求得管道直径d2=20mm，则淋洗过程选用的管道为PE80级聚乙烯管材，公称外径为25mm，公称压力为1.25Mpa,公称壁厚为2.3mm。
将沉淀的浓浆打入板框压滤机所用管道:
据经验设定浓浆流速为1m/s，用上述方法求得d=92mm,该过程选用的管道为φ114×7的镀锌钢管。
〈4〉各种槽与池规格的设计
集液池的规格计算；
每天处理原液量：
16×24=384m3
集液池建为500m3=20m×5m×5m
淋洗池的规格计算：
每个饱和塔所需淋洗剂体积为20.68m3，则淋洗池的规格为r=2m,h=2.5m,总体积为31.4m3.
合格液槽的规格计算：
因合格液体积与使用淋洗剂的体积相等，所以合格液池规格为r=2m,h=2.5m,总体积为31.4m3.
沉淀槽的规格计算：
所有合格液都进入沉淀槽进行沉淀，故沉淀槽规格为r=2m,h=2.5m,总体积为31.4m3.
滤液槽的规格计算：
滤液槽规格为50m3=5m×5m×2m
〈5〉设备一览表
序号
名称
规格
单位
数量
备注
1
氟塑料离心泵
IHF65-50-160
台
1
2
氟塑料离心泵
IHF40-25-125
台
1
3
淋洗剂配制槽
φ2000×2500
个
1
钢衬PO
4
合格液槽
φ2000×2500
个
1
钢衬PO
5
沉淀槽
φ2000×2500
个
1
钢衬PO
6
滤液槽
50m3
个
1
7
螺杆泵
1-1B6
台
1
8
产品桶
个
270
9
板框压滤机
BMJ120/1000-35U
台
1
10
磅秤
1t
台
1
11
料斗
个
1
12
压力表
个
2
13
集液池
500m3
个
1
软PVC
14
配液池
500m3
个
1
软PVC
（6）铀回收工艺厂房设计
厂房面积:
吸附、淋洗、沉淀、过滤和各种贮池:
厂房的平面布置如图所示
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