基于重铀酸铵沉淀母液的结晶剂制备方法技术

基于重铀酸铵沉淀母液的结晶剂制备方法，应用于基于重铀酸铵沉淀母液的结晶剂制备系统，所述方法针对铀纯化工艺路线中的重铀酸铵沉淀母液进行回收，制备得到碳酸铵溶液；所述基于重铀酸铵沉淀母液的结晶剂制备系统，包括固液分离组件、脱氨组件、碳化合成组件和储槽组件；脱氨组件包括汽提塔、水蒸气发生装置、冷凝器、三通阀A、三通阀B和三通阀C；碳化合成组件包括填料塔A、文丘里混合器、二氧化碳汽化器、液态二氧化碳储罐和三通阀D。本发明专利技术针对铀纯化工艺路线中的重铀酸铵沉淀母液进行回收，制备得到碳酸铵溶液，碳酸铵溶液可返回铀纯化工艺路线中作为结晶剂使用，从而降低了铀纯化的生产成本。的生产成本。的生产成本。

【技术实现步骤摘要】
基于重铀酸铵沉淀母液的结晶剂制备方法


[0001]本专利技术涉及核工业天然铀纯化
，特别是一种基于重铀酸铵沉淀母液的结晶剂制备方法。

技术介绍

[0002]天然铀纯化生产(从黄饼
→
核纯级UO2)是核燃料生产的前端，在原子能工业中占有重要地位。铀纯化的工艺路线包含以下步骤：1、黄饼与硝酸反应，制备得到含杂质较高的硝酸铀酰(简称UNH)；2、硝酸铀酰(简称UNH)经过TBP
‑
磺化煤油萃取，微硝酸反萃取，得到核纯级的硝酸铀酰(UNH)；3、硝酸铀酰(简称UNH)与氢氧化铵(NH4OH)反应，制备得到重铀酸铵(简称ADU)；4、重铀酸铵(简称ADU)与碳酸铵((NH4)2CO3反应，制备得到三碳酸铀酰铵(简称AUC)；5、三碳酸铀酰铵(简称AUC)经过滤和煅烧，制备得到核纯级UO2。
[0003]上述工艺路线中，用氨水沉淀硝酸铀酰制备重铀酸铵的工艺(对应上述的第3个小步骤)，从上世纪50年代末沿用至今，其化学反应式为：UO2(NO3)2+NH4OH
→
(NH4)2U2O7↓
+NH4NO3；反应生成的沉淀母液中含有；反应生成的沉淀母液中含有等离子，宜回收利用，减少资源浪费。
[0004]目前针对上述沉淀母液的回收方法主要用于回收其中的硝酸根和铵根，具体步骤如下：
[0005]1、首先在沉淀母液中加入浓硫酸，使硝酸根变为硝酸，再加热反应后的溶液，使硝酸变为硝酸蒸汽，最后收集冷凝后的硝酸，得到浓度为40％的硝酸，即实现硝酸根的回收，其化学反应式为：NH4NO3+H2SO4→
HNO3↑
+NH4HSO4；
[0006]2、向上个步骤反应所得的硫酸氢铵溶液中加入石灰乳，将固定态的铵变为游离态的铵，再经过加热，使游离铵变为气态氨，最后收集冷凝后的气态氨，得到浓度低于25％的氨水，即实现铵根的回收，其化学反应式为：NH4HSO4+Ca(OH)2→
NH3↑
+2H2O
↑
+CaSO4↓
。
[0007]上述针对沉淀母液的回收方法,在实际应用中存在以下不足之处：通过添加浓硫酸引入了硫酸根，将硝酸根体系的溶液变更为硫酸根体系的溶液，再通过添加石灰乳，使硫酸根与钙离子结合生成硫酸钙沉淀，这相当于在回收硝酸根和铵根的同时，又产生了新的副产品(硫酸钙沉淀)；由于沉淀母液中本身含有放射性铀元素，使得反应生成的硫酸钙沉淀中也不可避免的会含有放射性铀元素，含有放射性铀元素的硫酸钙沉淀无法转商用出售，也难以做进一步的脱铀处理。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，而提供一种基于重铀酸铵沉淀母液的结晶剂制备方法，它解决了目前针对重铀酸铵沉淀母液的回收方法会产生难以处理的副产品的问题。
[0009]本专利技术的技术方案是：基于重铀酸铵沉淀母液的结晶剂制备方法，其应用于基于重铀酸铵沉淀母液的结晶剂制备系统，所述方法针对铀纯化工艺路线中的重铀酸铵沉淀母
液进行回收，制备得到碳酸铵溶液；
[0010]所述基于重铀酸铵沉淀母液的结晶剂制备系统，包括固液分离组件、脱氨组件、碳化合成组件和储槽组件；
[0011]固液分离组件包括浓密机、板框压滤机和静压过滤机；浓密机溢流出的滤液与板框压滤机连通，板框压滤机排出的滤液与静压过滤机连通；
[0012]脱氨组件包括汽提塔、水蒸气发生装置、冷凝器、三通阀A、三通阀B、三通阀C和管壳式换热器A；汽提塔内部从下至上依次设有塔釜液腔、气液传质腔和氨气腔，汽提塔顶部设有连通至氨气腔的氨气出口，汽提塔底部设有连通至塔釜液腔的塔釜液出口，汽提塔侧壁上设有连通至塔釜液腔与气液传质腔交界处的蒸气入口，汽提塔侧壁上设有连通至塔釜液腔与气液传质腔交界处的塔釜液回流口，汽提塔侧壁上设有连通至气液传质腔与氨气腔交汇处的氨水返流口，汽提塔侧壁上设有连通至气液传质腔的母液碱液入口；水蒸气发生装置与汽提塔的蒸气入口连通；冷凝器上设有气相入口、液相出口和不凝气出口，冷凝器的气相入口与汽提塔的氨气出口连通；三通阀A上设有第一端口、第二端口和第三端口，三通阀A的第一端口与冷凝器的液相出口连通，三通阀A的第二端口与汽提塔的氨水返流口连通，三通阀A的第三端口用于输出氨水；三通阀B上设有第四端口、第五端口和第六端口，三通阀B的第四端口与汽提塔的母液碱液入口连通，三通阀B的第五端口用于接收碱液，三通阀B的第六端口用于接收母液；三通阀C上设有第七端口、第八端口和第九端口，三通阀C的第七端口与汽提塔的塔釜液出口连通，三通阀C的第八端口连通至汽提塔的塔釜液回流口，三通阀C的第九端口用于排出塔釜液；管壳式换热器A设在沉淀母液储槽与三通阀C之间，管壳式换热器A上设有壳程入口、壳程出口、管程入口和管程出口；管壳式换热器A的壳程入口与沉淀母液储槽的出液口A连通，管壳式换热器A的壳程出口与三通阀B的第六端口连通，管壳式换热器A的管程入口与三通阀C的第九端口连通，管壳式换热器A的管程出口上连接有用于排出塔釜液的管道；
[0013]碳化合成组件包括填料塔A、文丘里混合器、二氧化碳汽化器、液态二氧化碳储罐和三通阀D；填料塔A内部从下至上依次设有底液腔、碳化合成腔和尾气腔，填料塔A内部在碳化合成腔与尾气腔的交界处设有喷水部件，喷水部件用于向碳化合成腔中喷射水雾，填料塔A侧壁上设有连通至喷水部件的去离子水入口，填料塔A顶部设有连通至尾气腔的尾气出口，填料塔A底部设有连通至底液腔的底液出口，填料塔A侧壁上设有连通至底液腔与碳化合成腔交界处的气液混合入口，填料塔A侧壁上设有连通至碳化合成腔的氨水入口；文丘里混合器上端设有设有溶液入口和气体入口，文丘里混合器下端设有气液混合出口，气液混合出口与填料塔A的气液混合入口连通；二氧化碳汽化器两端分别设有进液口和出气口，进液口与液态二氧化碳储罐连通，出气口与文丘里混合器的气体入口连通；三通阀D上设有第十端口、第十一端口和第十二端口，三通阀D的第十端口与填料塔A的底液出口连通，三通阀D的第十一端口与文丘里混合器的溶液入口连通；
[0014]储槽组件包括沉淀母液储槽、碱液储槽、氨水储槽和碳酸铵溶液储罐；沉淀母液储槽上设有进液口A和出液口A，沉淀母液储槽的进液口A与静压过滤机连通，沉淀母液储槽的出液口A与三通阀B的第六端口连通；碱液储槽与三通阀B的第五端口连通；氨水储槽上设有进液口C和出液口C，氨水储槽的进液口C与三通阀A的第三端口连通，氨水储槽的出液口C与填料塔A的氨水入口连通；碳酸铵溶液储罐与三通阀D的第十二端口连通；
[0015]方法步骤如下：
[0016]S01，去除固相：
[0017]a、浓密机对硝酸铀酰与氢氧化铵反应后的产物进行初步的固液分离，固相的重铀酸铵排出并进入铀纯化的后续工序中，用于制备三碳酸铀酰铵；液相的沉淀母液通过管道流入板框压滤机中，等待进一步的固液分离；
[0018]b、板框压滤机对沉淀母液中残留的细晶进行截留，截留后得到的液相成分流入静压过滤机中，等待进一步的固液分离；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于重铀酸铵沉淀母液的结晶剂制备方法，其特征是：应用于基于重铀酸铵沉淀母液的结晶剂制备系统，所述方法针对铀纯化工艺路线中的重铀酸铵沉淀母液进行回收，制备得到碳酸铵溶液；所述基于重铀酸铵沉淀母液的结晶剂制备系统，包括固液分离组件、脱氨组件、碳化合成组件和储槽组件；固液分离组件包括浓密机、板框压滤机和静压过滤机；浓密机溢流出的滤液与板框压滤机连通，板框压滤机排出的滤液与静压过滤机连通；脱氨组件包括汽提塔、水蒸气发生装置、冷凝器、三通阀A、三通阀B、三通阀C和管壳式换热器A；汽提塔内部从下至上依次设有塔釜液腔、气液传质腔和氨气腔，汽提塔顶部设有连通至氨气腔的氨气出口，汽提塔底部设有连通至塔釜液腔的塔釜液出口，汽提塔侧壁上设有连通至塔釜液腔与气液传质腔交界处的蒸气入口，汽提塔侧壁上设有连通至塔釜液腔与气液传质腔交界处的塔釜液回流口，汽提塔侧壁上设有连通至气液传质腔与氨气腔交汇处的氨水返流口，汽提塔侧壁上设有连通至气液传质腔的母液碱液入口；水蒸气发生装置与汽提塔的蒸气入口连通；冷凝器上设有气相入口、液相出口和不凝气出口，冷凝器的气相入口与汽提塔的氨气出口连通；三通阀A上设有第一端口、第二端口和第三端口，三通阀A的第一端口与冷凝器的液相出口连通，三通阀A的第二端口与汽提塔的氨水返流口连通，三通阀A的第三端口用于输出氨水；三通阀B上设有第四端口、第五端口和第六端口，三通阀B的第四端口与汽提塔的母液碱液入口连通，三通阀B的第五端口用于接收碱液，三通阀B的第六端口用于接收母液；三通阀C上设有第七端口、第八端口和第九端口，三通阀C的第七端口与汽提塔的塔釜液出口连通，三通阀C的第八端口连通至汽提塔的塔釜液回流口，三通阀C的第九端口用于排出塔釜液；管壳式换热器A设在沉淀母液储槽与三通阀C之间，管壳式换热器A上设有壳程入口、壳程出口、管程入口和管程出口；管壳式换热器A的壳程入口与沉淀母液储槽的出液口A连通，管壳式换热器A的壳程出口与三通阀B的第六端口连通，管壳式换热器A的管程入口与三通阀C的第九端口连通，管壳式换热器A的管程出口上连接有用于排出塔釜液的管道；碳化合成组件包括填料塔A、文丘里混合器、二氧化碳汽化器、液态二氧化碳储罐和三通阀D；填料塔A内部从下至上依次设有底液腔、碳化合成腔和尾气腔，填料塔A内部在碳化合成腔与尾气腔的交界处设有喷水部件，喷水部件用于向碳化合成腔中喷射水雾，填料塔A侧壁上设有连通至喷水部件的去离子水入口，填料塔A顶部设有连通至尾气腔的尾气出口，填料塔A底部设有连通至底液腔的底液出口，填料塔A侧壁上设有连通至底液腔与碳化合成腔交界处的气液混合入口，填料塔A侧壁上设有连通至碳化合成腔的氨水入口；文丘里混合器上端设有设有溶液入口和气体入口，文丘里混合器下端设有气液混合出口，气液混合出口与填料塔A的气液混合入口连通；二氧化碳汽化器两端分别设有进液口和出气口，进液口与液态二氧化碳储罐连通，出气口与文丘里混合器的气体入口连通；三通阀D上设有第十端口、第十一端口和第十二端口，三通阀D的第十端口与填料塔A的底液出口连通，三通阀D的第十一端口与文丘里混合器的溶液入口连通；储槽组件包括沉淀母液储槽、碱液储槽、氨水储槽和碳酸铵溶液储罐；沉淀母液储槽上设有进液口A和出液口A，沉淀母液储槽的进液口A与静压过滤机连通，沉淀母液储槽的出液口A与三通阀B的第六端口连通；碱液储槽与三通阀B的第五端口连通；氨水储槽上设有进液
口C和出液口C，氨水储槽的进液口C与三通阀A的第三端口连通，氨水储槽的出液口C与填料塔A的氨水入口连通；碳酸铵溶液储罐与三通阀D的第十二端口连通；方法步骤如下：S01，去除固相：a、浓密机对硝酸铀酰与氢氧化铵反应后的产物进行初步的固液分离，固相的重铀酸铵排出并进入铀纯化的后续工序中，用于制备三碳酸铀酰铵；液相的沉淀母液通过管道流入板框压滤机中，等待进一步的固液分离；b、板框压滤机对沉淀母液中残留的细晶进行截留，截留后得到的液相成分流入静压过滤机中，等待进一步的固液分离；c、静压过滤机对沉淀母液进行检查过滤，进一步过滤沉淀母液中残留的细晶，使得从静压过滤机排出的沉淀母液中的铀含量＜15mg/L，并且，悬浮物SS＜200mg/L；d、从静压过滤机排出的沉淀母液进入沉淀母液储槽，静置储存3～5个月，使其放射性强度降低至天然铀水平；S02，固定氨转变为游离铵：a、静置储存后的沉淀母液输入管壳式换热器A的壳腔，壳腔中的沉淀母液与管壳式换热器A的管腔中的塔釜液换热，升温，再通过三通阀B的第六端口、三通阀B的第四端口和汽提塔的母液碱液入口，进入汽提塔的气液传质腔，向下喷淋；b、碱液储槽中储放的氢氧化钠溶液通过三通阀B的第五端口、三通阀B的第四端口和汽提塔的母液碱液入口，进入汽提塔的气液传质腔，向下喷淋；c、水蒸气发生装置产出的高温水蒸气通过汽提塔的蒸气入口进入汽提塔的气液传质腔，向上流动；d、在汽提塔的气液传质腔中，向上流动的水蒸气与向下喷淋的混合液逆流接触，进行气液传质，发生以下化学反应：NH4NO3+NaOH
→
NaNO3+NH4OH；反应产生的硝酸钠溶液和氢氧化铵溶液向下流动，汇集在塔釜液腔中，形成塔釜液；在汽提塔的塔釜液腔中，氢氧化铵吸热分解，发生以下分解反应：NH4OH
→
NH3↑
+H2O；分解产生的水存留在塔釜液腔中，分解产生的氨气向上流动，依次通过气液传质腔、氨气腔和氨气出口排出到汽提塔外部；基于上述两项反应即实现沉淀母液中的固定氨转变为游离氨；本步骤的a、b、c分步骤同时进行；本步骤的d分步骤中，混合液为氢氧化钠溶液与沉淀母液混合所得；S03，处理塔釜液：对汽提塔的塔釜液腔中的塔釜液进行取样，检测氨氮含量；若[NH4±
N]＜15mg/L，则将三通阀C的第七端口与第九端口连通，汽提塔的塔釜液腔中的塔釜液从汽提塔的塔釜液出口排出，再通过三通阀C进入管壳式换热器的管腔，管壳式换热器管腔中的塔釜液与管壳式换热器壳腔中的沉淀母液进行换热，对沉淀母液进行预热，换热后的塔釜液从管壳式换热器A的管腔中排出，作为废水排放或进入废水处理工序回收硝酸根；若[NH4±
N]≥15mg/L，则将三通阀C的第七端口与第八端口连通，汽提塔的塔釜液腔中的塔釜液从汽提塔的塔釜液出口排出，再通过三通阀C和汽提塔的塔釜液回流口返回汽提塔的塔釜液腔中，继续氢氧化铵的分解反应；
S04，收集氨水：a、汽提塔氨气腔中的气体为氨气、水蒸气和其它不凝气形成的混合气体，混合气体从汽提塔的氨气出口排出后，通过冷凝器的气相入口进入冷凝器内部，冷凝形成氨水，冷凝过程发生的反应如下：NH3↑
+H2O
↑→
NH3·
H2O；氨水通过冷凝器液相出口排出，不凝气从冷凝器的不凝气出口排出，再进入废气处理工序将其中的游离铵转变为固定氨；b、对冷凝器液相出口排出的氨水进行采样，检测氨水浓度；若氨水的质量分数在15
‑
20％之间，则将三通阀A的第一端口与第三端口连通，从冷凝器液相出口排出的氨水通过三通阀A进入氨水储槽储存；若氨水的质量分数低于15％，则将三通阀A的第一端口与第二端口连通，从冷凝器液相出口排出的氨水通过三通阀A和汽提塔的氨水返流口，回到汽提塔的气液传质腔，发生分解反应如下：NH3...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐儒煜，王育学，胡锦明，蒋树武，龚道坤，徐海军，孔东成，陈宇航，
申请(专利权)人：中核二七二铀业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：