一种含铀废液中硝酸回收的工艺方法及装置

摘要

本发明属于硝酸回收的工艺技术领域，特别是铀纯化转化及核燃料后处理工业中含铀废液中硝酸回收的工艺方法及装置。本发明通过减压精馏回收硝酸的工艺方法，回收了含铀酸性废液中的硝酸及水进行了复用，避免了硝酸的浪费、大大减少了废液的体积、降低了设备腐蚀过快及“红油”爆炸的风险，从而达到了降低了铀纯化生产成本、环保减排、提高操作安全性的目的。

说明书

技术领域

本发明属于硝酸回收的工艺技术领域，特别是铀纯化转化及核燃料后处理工业中含铀废液中硝酸回收的工艺方法及装置。

背景技术

国内外天然铀的纯化工艺主要有“干法”和“湿法”两种，其中“湿法”工艺为在国际上使用较多的铀纯化工艺，铀纯化“湿法”工艺是在转化前，通过溶解、萃取或离子交换等工艺过程以除去杂质，在此过程中会产生大量酸性含铀废液，目前，国内外铀纯化生产厂未见对含铀酸性废液中硝酸回收的报道，有文献显示，国外后处理厂对后处理过程中产生的放射性硝酸废液大多采取蒸发浓缩技术进行处理，以降低放射性废液体积，提高后处理厂的经济性。

但由于经过萃取后产生的含铀酸性废液中会含有一定量的TBP，直接对这些废液进行蒸发浓缩处理，存在“红油爆炸”的风险，所以就急需要一种能够降低生产运行成本、环保减排、操作安全的从含铀酸性废液中回收硝酸的工艺方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是设计、建立酸性含铀废液中硝酸回收的工艺方法，回收萃取纯化过程中酸性含铀废液中的硝酸进行复用，达到降低成本、环保减排、操作安全的目的。

为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：

一种含铀废液中硝酸回收的工艺方法，包括如下步骤；

(1)铀纯化生产中产生的硝酸浓度为1.0mol/L～2mol/L，铀浓度为0.01～0.10g/L的含铀酸性废液进入高位槽，

精馏塔的从水平面算起水平高度12000mm处开设侧面进料口；

高位槽的水平高度高于侧面进料口的水平高度；

含铀酸性废液进入高位槽后，通过自流进入侧面进料口，

精馏塔底部与再沸器底部通过管道相连，

精馏塔的从水平面算起水平高度4000mm处开设硝酸蒸汽入口；

再沸器上部气体出口与硝酸蒸汽入口通过管道相连，根据连通器原理控制再沸器的液位与精馏塔液位持平；

(2)精馏塔及再沸器内的含铀酸性液到达精馏塔内含铀酸性废液的最低设置液位后开始对再沸器升温，将再沸器的温度控制在85～95℃范围内；

再沸器中的含铀酸性废液受热后产生的气体通过再沸器上部气体出口进入进入精馏塔的硝酸蒸汽入口，之后在精馏塔内不断上升，与自上而下的含铀酸性废液发生热和质的传递；

发生热和质的传递后得到物质包括两部分，一部分是水蒸气及不凝气体，另一部分是含硝酸液体；

(3)步骤(2)中得到的水蒸气及不凝气体从精馏塔顶部逸出进入塔顶冷凝器，

其中水蒸气在塔顶冷凝器中经过冷凝形成冷凝液，冷凝液经过回流器分流后80％进入冷凝水收集槽回收复用，20％通过精馏塔侧面回流口进入精馏塔；

在塔顶冷凝器中不能冷凝的不凝气体和夹杂的液滴进入气液分离器，在气液分离器中气液分离，其中不凝气体进入空气喷射器，夹杂的液滴得到聚集后进入冷凝水收集槽；

进入空气喷射器的不凝气体在空气喷射器的作用下排入尾气管道；

(4)步骤(2)中得到的经过传热传质后得到的含硝酸液体在再沸器及精馏塔内不断富集，得到精馏残液；

定期检测精馏残液中的硝酸浓度和铀浓度，当硝酸浓度为8-12mol/L、铀浓度为2-6g/L时，排出精馏残液。

进一步的，如上所述的一种含铀废液中硝酸回收的工艺方法，步骤(1)中，精馏液位最高不高于再沸器上部气体出口，同时具有设定的持液量。

进一步的，如上所述的一种含铀废液中硝酸回收的工艺方法，步骤(1)中，控制精馏塔内含铀酸性废液的液位在700～3900mm。

进一步的，如上所述的一种含铀废液中硝酸回收的工艺方法，步骤(3)中，通过空气喷射器降低精馏系统的运行压力及操作温度。

进一步的，如上所述的一种含铀废液中硝酸回收的工艺方法，步骤(3)中，空气喷射器采用两级串联为精馏装置提供-70～-50kPa的压力。

进一步的，如上所述的一种含铀废液中硝酸回收的工艺方法，整个运行过程中，硝酸蒸汽自侧面硝酸蒸汽出口进入气相采酸冷凝冷却器，经过冷凝后形成浓度为10mol/L的硝酸溶液进入回收酸储槽复用。

进一步的，如上所述的一种含铀废液中硝酸回收的工艺方法所用的装置，包括以下部件：

(1)精馏塔：硝酸溶液在此设备内进行传热传质，最终实现水和硝酸分离；其中上部设有含铀酸性废液进料口与高位槽的出口相连，所述精馏塔顶部设置与塔顶冷凝器的入口连接的水蒸气出口；

(2)塔顶冷凝器：精馏塔塔顶产生的水蒸气在此设备内得到冷凝形成冷凝水；塔顶冷凝器的出口分别与精馏塔、气液分离器及回流器相连；

(3)气液分离器：精馏塔塔顶产生的不凝气体经过塔顶冷凝器后进入该设备，使得气相的不凝气体和水相得以分离；气液分离器设有两个出口，水相进入冷凝水收集槽，气相与空气喷射器的入口相连；

(4)空气喷射器：用于为精馏塔提供所需的负压；空气喷射器设有两个入口，一个与气液分离器的气相出口相连，另一个引入压力为0.8MPa的压缩空气；

(5)回流器：用于气液分离器中产生的水相的冷凝液的分流，80％的冷凝液进入冷凝水收集槽，20％的冷凝液返回至精馏塔；

(6)冷凝水收集槽：用于收集储存水蒸气冷凝后产生的冷凝水；

(7)气相采酸冷凝冷却器：用于冷凝冷却精馏塔采出的硝酸蒸汽；精馏塔下部与气相采酸冷凝冷却器的进口相连，将气相硝酸冷凝后送入回收酸储槽进行复用；

(8)回收酸储槽：用于收集储存硝酸蒸汽冷凝后产生的硝酸溶液；

(9)再沸器：用于对精馏内的含铀酸性废液加热，为整个精馏系统提供热量；再沸器具有侧面及底部两个出口，侧面出口与精馏塔相连通，所述底部出口为残液排放口；

(10)高位槽:用于盛装铀纯化生产线产生的含铀酸性废液，并将其输送至精馏塔内。

本发明提供一种含有酸性废液硝酸回收的工艺方法，所述方法在确保安全操作的前提下实现了硝酸的回收利用，大大减少了放射性废液量，降低了生产成本，同时做到了环保减排。

本发明通过减压精馏回收硝酸的工艺方法，回收了含铀酸性废液中的硝酸及水进行了复用，避免了硝酸的浪费、大大减少了废液的体积、降低了设备腐蚀过快及“红油”爆炸的风险，从而达到了降低了铀纯化生产成本、环保减排、提高操作安全性的目的。

附图说明

图1为铀废液中硝酸回收的技术路线及体现该路线的装置。

图中1、精馏塔，2、塔顶冷凝器，3、气液分离器，4、空气喷射器，5、回流器，6、冷凝水收集槽，7、气相采酸冷凝冷却器，8、回收酸储槽，9、再沸器，10、高位槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。

根据含铀废液中硝酸回收的技术方案，结合硝酸水溶液的物理化学性质，确定含铀废液中硝酸回收的技术路线及其体现的装置如图1所示。

本发明一种含铀废液中硝酸回收的工艺方法，包括如下步骤；

(1)铀纯化生产中产生的硝酸浓度为1.0mol/L～2mol/L，铀浓度为0.01～0.10g/L的含铀酸性废液进入高位槽，

精馏塔的从水平面算起水平高度12000mm处开设侧面进料口；

高位槽的水平高度高于侧面进料口的水平高度；

含铀酸性废液进入高位槽后，通过自流进入侧面进料口，

精馏塔底部与再沸器底部通过管道相连，

精馏塔的从水平面算起水平高度4000mm处开设硝酸蒸汽入口；

再沸器上部气体出口与硝酸蒸汽入口通过管道相连，根据连通器原理控制再沸器的液位与精馏塔液位持平；

精馏液位最高不高于再沸器上部气体出口，同时具有设定的持液量。具体的，控制精馏塔内含铀酸性废液的液位在700～3900mm。

(2)精馏塔及再沸器内的含铀酸性液到达精馏塔内含铀酸性废液的最低设置液位后开始对再沸器升温，将再沸器的温度控制在85～95℃范围内；

再沸器中的含铀酸性废液受热后产生的气体通过再沸器上部气体出口进入进入精馏塔的硝酸蒸汽入口，之后在精馏塔内不断上升，与自上而下的含铀酸性废液发生热和质的传递；

发生热和质的传递后得到物质包括两部分，一部分是水蒸气及不凝气体，另一部分是含硝酸液体；

(3)步骤(2)中得到的水蒸气及不凝气体从精馏塔顶部逸出进入塔顶冷凝器，

其中水蒸气在塔顶冷凝器中经过冷凝形成冷凝液，冷凝液经过回流器分流后80％进入冷凝水收集槽回收复用，20％通过精馏塔侧面回流口进入精馏塔；

在塔顶冷凝器中不能冷凝的不凝气体和夹杂的液滴进入气液分离器，在气液分离器中气液分离，其中不凝气体进入空气喷射器，夹杂的液滴得到聚集后进入冷凝水收集槽；

进入空气喷射器的不凝气体在空气喷射器的作用下排入尾气管道；

通过空气喷射器降低精馏系统的运行压力及操作温度。空气喷射器采用两级串联为精馏装置提供-70～-50kPa的压力。

(4)步骤(2)中得到的经过传热传质后得到的含硝酸液体在再沸器及精馏塔内不断富集，得到精馏残液；

定期检测精馏残液中的硝酸浓度和铀浓度，当硝酸浓度为8-12mol/L、铀浓度为2-6g/L时，排出精馏残液。

整个运行过程中，硝酸蒸汽自侧面硝酸蒸汽出口进入气相采酸冷凝冷却器，经过冷凝后形成浓度为10mol/L的硝酸溶液进入回收酸储槽复用。

上述一种含铀废液中硝酸回收的工艺方法所用的装置，包括以下部件：

(1)精馏塔：硝酸溶液在此设备内进行传热传质，最终实现水和硝酸分离；其中上部设有含铀酸性废液进料口与高位槽的出口相连，所述精馏塔顶部设置与塔顶冷凝器的入口连接的水蒸气出口；

(2)塔顶冷凝器：精馏塔塔顶产生的水蒸气在此设备内得到冷凝形成冷凝水；塔顶冷凝器的出口分别与精馏塔、气液分离器及回流器相连；

(3)气液分离器：精馏塔塔顶产生的不凝气体经过塔顶冷凝器后进入该设备，使得气相的不凝气体和水相得以分离；气液分离器设有两个出口，水相进入冷凝水收集槽，气相与空气喷射器的入口相连；

(4)空气喷射器：用于为精馏塔提供所需的负压；空气喷射器设有两个入口，一个与气液分离器的气相出口相连，另一个引入压力为0.8MPa的压缩空气；

(5)回流器：用于气液分离器中产生的水相的冷凝液的分流，80％的冷凝液进入冷凝水收集槽，20％的冷凝液返回至精馏塔；

(6)冷凝水收集槽：用于收集储存水蒸气冷凝后产生的冷凝水；

(7)气相采酸冷凝冷却器：用于冷凝冷却精馏塔采出的硝酸蒸汽；精馏塔下部与气相采酸冷凝冷却器的进口相连，将气相硝酸冷凝后送入回收酸储槽进行复用；

(8)回收酸储槽：用于收集储存硝酸蒸汽冷凝后产生的硝酸溶液；

(9)再沸器：用于对精馏内的含铀酸性废液加热，为整个精馏系统提供热量；再沸器具有侧面及底部两个出口，侧面出口与精馏塔相连通，所述底部出口为残液排放口；

(10)高位槽:用于盛装铀纯化生产线产生的含铀酸性废液，并将其输送至精馏塔内。

通过上述硝酸回收减压精馏操作，获得了减压精馏回收含铀酸性废液中硝酸的最佳工艺操作参数，确认了在全回流状态下硝酸回收的效果，验证了该工艺技术路线的可行性和装置可靠性。