一种铀浓缩工厂尾气HF处理工艺

摘要

本发明属于铀浓缩工艺技术领域，具体涉及一种铀浓缩工厂尾气HF处理工艺。本发明的铀浓缩工厂尾气HF处理工艺采用制冷柜冷冻的中间容器、NaF吸附塔和局排净化系统对尾气HF进行净化处理，尾气检测合格后排入环境；并对达到吸附量限值的吸附塔进行脱附处理，脱附处理产生的中和废液与石灰反应，得到符合排放标准的废液和达到清洁解控水平的固体废物。本发明解决了现有铀浓缩工厂尾气HF处理工艺工序复杂、综合成本高、不利于安全环保的技术问题，摆脱了HF收集对液氮的依赖，简化了工艺流程，降低了综合成本，大幅提高了尾气HF处理工艺的安全性和环保性。

说明书

技术领域

本发明属于铀浓缩工艺技术领域，具体涉及一种铀浓缩工厂尾气HF处理工艺。

背景技术

铀浓缩工厂生产涉及的供料净化、精料净化、吹洗和抽空过程产生的尾气包括UF₆、HF、空气/氮气，必须对尾气中的UF₆和HF加以去除、使尾气达到排放标准后才能实施排放。

供料净化和精料净化过程中尾气中含有较多UF₆，UF₆总计质量多于HF总计质量。吹洗和抽空过程尾气中UF₆含量已较低，UF₆总计质量与HF总计质量比值约为5％～15％。

现有技术中，采用如下工艺收集HF：①在供料净化和精料净化系统采用单级-80℃制冷柜冷冻的中间容器冷凝收集UF₆，此时UF₆总计质量与HF总计质量比值降低至约10％；②之后采用-196℃液氮冷冻的凝冻器冷凝收集HF和少量UF₆，在吹洗及抽空系统直接采用-196℃液氮冷冻的凝冻器冷凝收集HF和少量UF₆；③利用清水、碱水等直接清洗收集了HF和少量UF₆的凝冻器，之后利用离子交换树脂等对废液中U元素进行收集，最后进行石灰沉淀处理得到U、F含量合格的废液。

现有工艺存在以下缺陷：①需要液氮的连续供应及液氮周转添加，凝冻器较为频繁地拆装清洗组装试验；②装有HF的凝冻器在解冻后存在HF泄漏的风险，凝冻器水洗过程存在因化学反应释放较大热量的风险，水解过程中氢氟酸处理的风险；③最终产生的废液量较大，易产生达不到解控标准的含有重铀酸盐的放射性固废。综上所述，现有铀浓缩工厂尾气HF处理工艺依赖于液氮的连续供应及周转添加，工序复杂，综合成本高，同时也不利于安全环保。

发明内容

本发明需要解决的技术问题为：现有铀浓缩工厂尾气HF处理工艺工序复杂，综合成本高，不利于安全环保。

本发明的技术方案如下所述：

一种铀浓缩工厂尾气HF处理工艺，包括对供料净化及精料净化系统进行尾气HF处理和对吹洗及抽空系统进行尾气HF处理。

对供料净化及精料净化系统进行尾气HF处理，包括如下步骤：

尾气先后经过制冷柜冷冻的中间容器I、制冷柜冷冻的中间容器II、双级NaF吸附塔和局排净化系统，尾气检测合格后排入环境；当吸附塔的吸附量达到吸附量限值时，周转拆下尾气先经过的吸附塔并对其进行脱附处理，脱附处理产生的中和废液与石灰反应，得到符合排放标准的废液和达到清洁解控水平的固体废物；

对吹洗及抽空系统进行尾气HF处理，包括如下步骤：

尾气先后经过制冷柜冷冻的中间容器III、单级NaF吸附塔和局排净化系统，尾气检测合格后排入环境；当吸附塔的吸附量达到吸附量限值时，周转拆下该吸附塔并对其进行脱附处理，脱附处理产生的中和废液与石灰反应，得到符合排放标准的废液和达到清洁解控水平的固体废物。

对供料净化及精料净化系统进行尾气HF处理，具体包括如下操作：

步骤S1

尾气进入-80℃制冷柜冷冻的中间容器I，UF₆在中间容器I内凝华；

步骤S2

步骤S1处理后的尾气进入-90℃制冷柜冷冻的中间容器II，UF₆在中间容器II内凝华；

步骤S3

步骤S2处理后的尾气进入由两个单级NaF吸附塔前后串联而成的双级NaF吸附塔，HF与NaF反应产生NaHF₂，从而被吸附收集；

步骤S4

采用局排净化系统对步骤S3处理后的尾气实施净化处理，经检测合格后排入环境；

步骤S5

步骤S3所述双级NaF吸附塔中，尾气先经过的单级NaF吸附塔为一级吸附塔，尾气后经过的单级NaF吸附塔为二级吸附塔；当一级吸附塔或二级吸附塔的吸附量达到吸附量限值时，周转拆下一级吸附塔，对该周转拆下的吸附塔进行下述脱附处理；

步骤S6

步骤S5所述中和废液与石灰反应，经过石灰沉淀得到合格废液和放射性达到清洁解控水平的固体废物；

对吹洗及抽空系统进行尾气HF处理，具体包括如下操作：

步骤P1

尾气进入-80℃制冷柜冷冻的中间容器III，UF₆在中间容器III内凝华；

步骤P2

步骤P1处理后的尾气进入单级NaF吸附塔，HF与NaF反应产生NaHF₂，从而被吸附收集；

步骤P3

采用局排净化系统对步骤P2处理后的尾气实施净化处理，经检测合格后排入环境；

步骤P4

步骤P2所述单级NaF吸附塔吸附量达到吸附量限值时，周转拆下单级NaF吸附塔，对该吸附塔进行下述脱附处理；

步骤P5

步骤P4所述中和废液与石灰反应，经过石灰沉淀得到合格废液和放射性达到清洁解控水平的固体废物。

作为优选方案：步骤S5中，一级吸附塔吸附量限值为20kg，二级吸附塔吸附量限值为1kg；步骤P4中，单级NaF吸附塔吸附量限值为10kg。

作为优选方案：步骤S5和步骤P4中，周转拆下的吸附塔装至烘箱，加热时连续使用压缩空气将吸附塔中NaHF₂分解产生的HF带入使用碱性溶液作为喷淋液的喷淋塔内中和，得到中和废液，吸附塔经过连续加热脱附处理后循环使用。

作为进一步的优选方案：步骤S5和步骤P4中，所述烘箱加热温度为320℃～340℃，所述压缩空气压强为(0.15±0.01)MPa，所述碱性溶液为NaOH溶液，吸附塔经脱附处理直至脱附量大于等于吸附量的80％时方能再次循环使用。

作为优选方案：步骤S4步骤P3中，所述检测合格标准为氟含量小于等于1mg/m³，铀含量小于等于2μg/m³；步骤S6和步骤P5中，所述合格废液的标准为U含量小于等于50μg/L、F含量小于等于10mg/L。

本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种铀浓缩工厂尾气HF处理工艺，摆脱了HF收集对液氮的依赖，简化了工艺流程，降低了生产劳动强度，提高了处理效率，减少了废物产生量，降低了综合成本，大幅提高了尾气HF处理工艺的安全性和环保性；

(2)本发明的一种铀浓缩工厂尾气HF处理工艺，采用制冷柜冷冻的双级或单级中间容器回收尾气中的UF₆，可将尾气中UF₆与HF的质量比降低至0.00001甚至更低水平，从而使得NaF吸附塔单次收集和累计残留的铀含量远远低于临界安全限值(5％丰度物料U-235的临界质量为1.59kg)，同时可有效减少进入三废系统的UF₆量，避免了废液中的铀回收工作，简化工序的同时有利于环境保护；

(3)本发明的一种铀浓缩工厂尾气HF处理工艺，采用双级或单级NaF吸附塔吸附收集尾气中的HF后，通过试验测试，NaF吸附塔对进入其的HF吸附率可达99.9％以上，且局排排放尾气中氟含量范围为8.4×10^-4～2.1×10^-3mg/m³、铀含量范围为6.3×10^-4～6.8×10^-3μg/m³，相对现有工艺尾气中氟含量范围9.8×10^-4～2.5×10^-3mg/m³、铀含量范围5.8×10^-4～6.9×10^-3μg/m³，可见NaF吸附工艺对HF的吸附收集是有效的；本发明采用NaF吸附工艺后，摆脱了HF收集对液氮的需求，从而避免了液氮购买、储存、转运、添加等繁杂工作，同时也使HF收集装置的周转拆装量减少了85％；另外，用NaF吸附塔收集HF，避免了现有工艺下凝冻器解冻后HF泄漏的风险，有利于安全环保；

(4)本发明的一种铀浓缩工厂尾气HF处理工艺，采用加热脱附工艺后，不再清洗容器从而减少了HF处理工艺产生的废液量，统计表明，脱附工艺产生的最终废液量约为原清洗工艺的10％；

(5)本发明的一种铀浓缩工厂尾气HF处理工艺，由于采用的吸附塔吸附是非能动的，不需要连续维护，于是有效的降低了对劳务的依赖，减少周转拆装工作85％。新工艺有效减少进入三废系统的UF₆量，降低废液产生量90％，不再产生重铀酸盐废物，避免了凝冻器使用中存在的HF泄漏、大量HF直接水解处理存在的风险，提高了工艺生产的安全性、可靠性和环保性。新工艺简化了HF处理工艺流程，减少了对劳务的需求，提高了效率和科学技术水平，利于行业健康发展；

(6)本发明的一种铀浓缩工厂尾气HF处理工艺，能够显著降低综合成本：①液氮购置成本，3个供取料厂房年液氮消耗在50万升左右，按液氮价格为0.6元/L，此项年可节约成本30万元；②液氮储运、厂内转运、添加等成本，此部分可分为人工成本和设备材料成本，按照目前的工作实际情况可减少8个左右的人员，按每人每年10万元估计可减少人工成本80万元，设备材料年成本估计为20万元，此项年节约成本约为100万元；③回收精料UF₆增加的效益，估计精料年回收量约为20kg，精料单价按1万元/kg计，则年可增加效益约20万元；④吸脱附处理一台凝冻器所装HF较清洗处理成本约1万元，按年处理100台量估算，则年节约成本约100万元；故采用本发明的技术方案可节约的年成本估算为250万元。

附图说明

图1为本发明的供料净化及精料净化系统HF处理工艺流程图；

图2为本发明的吹洗及抽空系统HF处理工艺流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明的一种铀浓缩工厂尾气HF处理工艺进行详细说明。

实施例1

如图1所示，采用本实施例的工艺进行供料净化及精料净化系统尾气HF处理，包括如下步骤：

步骤S1

尾气首先进入约-80℃制冷柜冷冻的中间容器I，-80℃下UF₆饱和蒸气压为0.19Pa，从而绝大部分的UF₆凝华在中间容器I内，尾气中UF₆与HF的质量比降低至10％左右。

本实施例中，中间容器I入口压力小于等于800Pa，中间容器I出口本身阀开度为1～2圈。

步骤S2

步骤S1处理后的尾气进入约-90℃制冷柜冷冻的中间容器II，-90℃下UF₆饱和蒸汽压为0.032Pa，且此时UF₆含量已大幅降低，从而UF₆被进一步凝华收集，尾气中UF₆与HF的质量比降低至0.00001甚至更低水平。

本实施例中，中间容器II出口本身阀开度为1～2圈。

经步骤S2处理后，能够保证尾气中U含量合格。

步骤S3

步骤S2处理后的尾气进入由两个单级NaF吸附塔前后串联而成的双级NaF吸附塔，HF与NaF反应产生NaHF₂，从而被吸附收集。

本实施例中，为保证吸附效果，使用的NaF填料由NaF和NaHF₂混合而成，其中，NaHF₂质量占比大于等于50％，填料球体有效直径为10mm～30mm，粉末质量占比小于等于5‰。且首次装填填料的吸附塔需通过脱附处理后才能投入吸附工艺过程使用。

本实施例中，为保证使用便捷和吸附效果，单级NaF吸附塔需达到以下技术指标：单级NaF吸附塔采用内外筒体式结构，内筒装吸附剂，外筒为通道，内、外筒之间除内筒底部设有大量直径为10mm的通孔的筛板连通外其余部位完全隔离；内筒直径约400mm，外筒直径小于等于450mm，内、外筒有效长度均约1000mm；外筒连接处采用焊接方式链接，进出口通过法兰与本身阀连接，内筒焊接法兰直径约为200mm，密封垫片材料为聚四氟乙烯，在上端面设置有吊耳，配置有匹配的厂房内转运工具，新填料装填量约为75kg。单级NaF吸附塔出口本身阀开度为1～2圈。所述单级NaF吸附塔出口本身阀可以采用B型DN25阀。

此步骤中，尾气中的微量UF₆会与NaF反应生成络合物3NaF·UF₆。

步骤S4

采用局排净化系统对步骤S3处理后的尾气实施净化处理，经检测合格后排入环境。检测合格标准为氟含量小于等于1mg/m³，铀含量小于等于2μg/m³。

步骤S5

步骤S3所述双级NaF吸附塔中，尾气先经过的单级NaF吸附塔为一级吸附塔，尾气后经过的单级NaF吸附塔为二级吸附塔。当一级吸附塔或二级吸附塔的吸附量达到吸附量限值时，周转拆下一级吸附塔，二级吸附塔可作为一级继续使用，对该周转拆下的吸附塔进行下述脱附处理：

周转拆下的吸附塔装至烘箱，该吸附塔外筒约90％的部分需置于烘箱加热部位，最高加热温度约为320℃～340℃，加热时连续使用(0.15±0.01)MPa的压缩空气将吸附塔中NaHF₂分解产生的HF带入使用NaOH等碱性溶液作为喷淋液的喷淋塔内中和，得到中和废液，吸附塔经过连续15小时以上的加热脱附处理保证脱附量不低于吸附量的80％后，拆下吸附塔更换其聚四氟乙烯垫片，密封性测量合格后吸附塔进入步骤S3循环使用。与此同时，在步骤S3中形成的3NaF·UF₆会部分分解产生气态的UF₆并被带入喷淋塔，另外有一小部分生成UF₄等不挥发的含铀化合物从而沉积在吸附塔内，但步骤S1、S2能够保证进入吸附塔和吸附塔在循环使用过程中沉积的U-235量远低于1.59kg(U-235丰度为5％时的次临界安全限值)。

本实施例中，一级吸附塔吸附量限值为20kg，二级吸附塔吸附量限值为1kg，吸附量限值的设定及步骤S3中吸附塔出口本身阀开度限制能够保证尾气中F含量合格。

本实施例中，需控制所述中和废液中U含量不高于0.2mg/L，以保证进入下道工序前时U含量合格。

本实施例中，所述密封性测量合格的标准为封闭测量时内部压强在6小时内的增长值不大于26.6Pa。

步骤S6

步骤S5所述中和废液与石灰反应，经过石灰沉淀得到U含量低于50μg/L、F含量低于10mg/L的合格废液和放射性达到清洁解控水平的固体废物。

实施例2

如图2所示，采用本实施例的工艺进行吹洗及抽空系统尾气HF处理，包括如下步骤：

步骤P1

尾气首先进入约-80℃制冷柜冷冻的中间容器III，-80℃下UF₆饱和蒸气压为0.19Pa，经过UF₆凝华，尾气中UF₆与HF的质量比由10％左右降低至0.00001甚至更低水平。本步骤能够保证尾气中U含量合格。

本实施例中，中间容器III入口压力小于等于800Pa，中间容器IIII出口本身阀开度为1～2圈。

步骤P2

步骤P1处理后的尾气进入单级NaF吸附塔，HF与NaF反应产生NaHF₂，从而被吸附收集。

本实施例中，为保证吸附效果，使用的NaF填料由NaF和NaHF₂混合而成，其中，NaHF₂质量占比大于等于50％，填料球体有效直径为10mm～30mm，粉末含量小于等于5‰。且首次装填填料的吸附塔需通过脱附处理后才能投入吸附工艺过程使用。

本实施例中，为保证使用便捷和吸附效果，单级NaF吸附塔需达到以下技术指标：单级NaF吸附塔采用内外筒体式结构，内筒装吸附剂，外筒为通道，内、外筒之间除内筒底部设有大量直径为10mm的通孔的筛板连通外其余部位完全隔离；内筒直径约400mm，外筒直径小于等于450mm，内、外筒有效长度均约1000mm；外筒连接处采用焊接方式链接，进出口通过法兰与本身阀连接，内筒焊接法兰直径约为200mm，密封垫片材料为聚四氟乙烯，在上端面设置有吊耳，配置有匹配的厂房内转运工具，新填料装填量约为75kg。单级NaF吸附塔出口本身阀开度为1～2圈。所述单级NaF吸附塔出口本身阀可以采用DN25阀。

此步骤中，尾气中的微量UF₆会与NaF反应生成络合物3NaF·UF₆。

步骤P3

采用局排净化系统对步骤P2处理后的尾气实施净化处理，经检测合格后排入环境。检测合格标准为氟含量小于等于1mg/m³，铀含量小于等于2μg/m³。

步骤P4

步骤P2所述单级NaF吸附塔吸附量达到吸附量限值时，周转拆下单级NaF吸附塔，对该吸附塔进行下述脱附处理：

周转拆下的吸附塔装至烘箱，该吸附塔外筒约90％的部分需置于烘箱加热部位，最高加热温度约为320℃～340℃，加热时连续使用(0.15±0.01)MPa的压缩空气将吸附塔中NaHF₂分解产生的HF带入使用NaOH等碱性溶液作为喷淋液的喷淋塔内中和，得到中和废液，吸附塔经过连续15小时以上的加热脱附处理保证脱附量不低于吸附量的80％后，拆下吸附塔更换其聚四氟乙烯垫片，密封性测量合格后吸附塔进入步骤S3循环使用。与此同时，在步骤S3中形成的3NaF·UF₆会部分分解产生气态的UF₆并被带入喷淋塔，另外有一小部分生成UF₄等不挥发的含铀化合物从而沉积在吸附塔内，但步骤S1、S2能够保证进入吸附塔和吸附塔在循环使用过程中沉积的U-235量远低于1.59kg(U-235丰度为5％)。

本实施例中，单级NaF吸附塔吸附量限值为10kg，吸附量限值的设定及步骤P2中吸附塔出口本身阀开度限制能够保证尾气中F含量合格。

本实施例中，需控制所述中和废液中U含量不高于0.2mg/L，以保证进入下道工序前时U含量合格。

本实施例中，所述密封性测量合格的标准为即封闭测量时内部压强在6小时内的增长值不大于26.6Pa。

步骤P5

步骤P4所述中和废液与石灰反应，经过石灰沉淀得到U含量低于50μg/L、F含量低于10mg/L的合格废液和放射性达到清洁解控水平的固体废物。