一種含鈾廢水去污劑及處理含鈾廢水的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及廢水處理領(lǐng)域，尤其涉及一種含鈾廢水去污劑及處理含鈾廢水的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈾礦開采、鈾冶煉、鈾礦冶設(shè)施退役、反應(yīng)堆操作、放射化學(xué)分離等工藝過程所產(chǎn) 生的含鈾放射性廢水對生態(tài)環(huán)境和人類健康的危害極大，如果不加處理即排入到環(huán)境中， 就會造成極其嚴(yán)重的后果。含鈾放射性廢水對生物和人體會產(chǎn)生多種損傷和致病效應(yīng)，能 導(dǎo)致人體脫發(fā)、皮膚起紅斑、白血球、紅血球或血小板減少、白內(nèi)障、癌癥，還能影響生殖機(jī) 能等，在大劑量照射下能使人死亡。隨著核事業(yè)的發(fā)展，為了處理這些含鈾放射性廢水各國 的科研工作者幾乎嘗試了各種先進(jìn)方法。但迄今為止，仍未獲得既能降低廢水的輻射水平 又能回收水資源與貴重金屬鈾的較優(yōu)的方案。
[0003] 傳統(tǒng)的含鈾廢水處理的方法主要有萃取、蒸發(fā)濃縮法、氧化還原法等，這些傳統(tǒng)的 處理含鈾廢水的方法在實際運(yùn)行過程中存在工藝流程冗長復(fù)雜，處理繁瑣、還需對二次廢 物進(jìn)行再處理，并且用于處理低含量、大水量含鈾放射性廢水時，往往操作費(fèi)用和原材料成 本相對較高。因此，多年來人們一直致力于研究和尋求經(jīng)濟(jì)、高效、安全、設(shè)備投入少且操作 簡易的放射性含鈾廢水的治理和鈾回收的新方法、新技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種含鈾廢水去污劑，本發(fā)明將一 定粒度的磷酸鈣、天然沸石和人造沸石按一定比例混合制備成廢水去污劑，當(dāng)具有一定條 件的含鈾放射性廢水以適當(dāng)流速流經(jīng)所述廢水去污劑時，廢水中的鈾離子即被去除，從而 得到鈾元素含量達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)的水體，而被去除的鈾元素則被截留在所述廢水去污劑 中形成次生含鈾礦物，這些次生含鈾礦物可通過酸浸出進(jìn)行提煉利用，從而達(dá)到既去除污 染又回收鈾元素的目的。
[0005] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述含鈾廢水去污劑在去除含鈾廢水中的應(yīng)用。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種處理含鈾廢水的方法。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種含鈾廢水去污劑，所述含鈾廢水去污劑由粒度為40~150目的沸石與粒度小于60 目的磷酸鹽組成，所述沸石與磷酸鹽的體積比為50~75:1，所述沸石包括天然綠沸石和人 造沸石。
[0008] 磷酸鹽對含鈾廢水的處理雖具有快速、高效的特點，但大多數(shù)工業(yè)磷酸鹽的顆粒 細(xì)小、抗壓性差，致使在填料塔內(nèi)磷酸鹽固體床層的透水性差，不利于大量廢水的處理，且 有的磷酸鹽在處理含鈾廢水時還析出磷酸根具有造成二次污染的風(fēng)險；沸石也可以作為吸 附劑來吸附含鈾廢水中的鈾，但是單獨(dú)使用一種沸石存在吸附速度慢的缺點，并且使用沸 石對大量含鈾廢水進(jìn)行處理后得到的水難以達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
[0009] 為了增強(qiáng)填充床層的抗壓性能、抗水力沖擊性能和透水性能，同時為了節(jié)約成本， 選用Si-O較豐富的天然綠沸石礦物作為沸石的主體組成。但是，發(fā)明人在前期的實驗中發(fā) 現(xiàn)，天然綠沸石的質(zhì)地過硬，該組分的加入雖能有效地增強(qiáng)床層整體的孔隙率，但這也使得 無定形態(tài)的磷酸鈣粉末在水力沖擊下從填充床層中泄露出來，還使得磷酸鈣粉末被沖擠至 床層的局部造成磷酸鈣反應(yīng)不均勻和床層空隙的局部阻塞，同時天然的綠沸石礦物在吸附 等反應(yīng)方面的效果還比較欠佳。因此，發(fā)明人在磷酸鈣與天然綠沸石的組合體系中引入了 少量質(zhì)地較軟的且對床層空隙中的磷酸鈣粉末具有一定阻擋作用的人造沸石作為補(bǔ)充，這 些人造沸石對磷酸根和鈾的吸附效果也較強(qiáng)，可以增強(qiáng)廢水去污劑的整體性能。
[0010] 在本發(fā)明中，發(fā)明人將磷酸鹽和沸石組合起來，充分利用了磷酸鹽的高效處理性 能，并且磷酸鹽析出的磷酸根又能為沸石所吸附用以增強(qiáng)沸石的吸附性能，另外，沸石顆粒 皇砌也能顯著增加床層的孔隙率從而增強(qiáng)整體的透水性。
[0011] 在本發(fā)明中，所述磷酸鹽為工業(yè)級或食品級的磷酸鈣或其它難溶性的磷酸鈣鹽， 為了減少水溶液中磷酸根的析出，選用常見化工原料中溶解度最小的工業(yè)磷酸鈣作為磷酸 鹽組分。
[0012] 發(fā)明人在實驗過程中經(jīng)過多次實驗之后，發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)沸石與磷酸鹽的體積比為 50~75:1才能達(dá)到較好的脫除廢水中鈾的效果，當(dāng)兩者的體積比小于50:1時，廢水去污劑 中的磷酸鹽含量較高，一方面磷酸鹽含量較高，在進(jìn)行裝柱時容易堵塞反應(yīng)床層，使得廢水 無法成功流出即無法實現(xiàn)廢水除鈾，另一方面，高含量的磷酸鹽也使得廢水中的磷酸根含 量上升，除鈾后的廢水中的磷酸根含量無法達(dá)到國家的排放標(biāo)準(zhǔn)，就需要再次對廢水中的 磷酸根進(jìn)行去除，從而增加含鈾廢水的處理程序以及處理成本；而當(dāng)沸石與磷酸鹽的體積 比大于75:1時，沸石的體積較大，導(dǎo)致反應(yīng)床層的孔隙率較大，而沸石對鈾的吸附能力又 較差，對含鈾廢水中鈾的去除容量小，其處理能力不足以處理大量含鈾廢水；本發(fā)明的廢水 去污劑在特定的比例下，即50~75:1的條件下既能成功對含鈾廢水中的鈾進(jìn)行脫除，又保 證了廢水中不引入磷酸根等其它影響水質(zhì)的雜質(zhì)離子，具有較好的技術(shù)效果。
[0013] 優(yōu)選地，所述天然綠沸石的粒度為40~120目，所述人造沸石的粒度為40~150 目。
[0014] 優(yōu)選地，所述天然綠沸石由粒度為40~60目、40~100目、100~120目的天然 綠沸石按照（〇. 5~1. 5) : (10~25) : (0. 5~1. 5)的比例均勻混合；所述人造沸石由粒 度為40~60目、40~100目、100~150目的人造沸石按照（0· 5~L 5) : (10~25): (0. 5~1. 5)的比例均勻混合。
[0015] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述天然綠沸石由粒度為40~60目、40~100目、100~120目 的天然綠沸石按照1:15:1的比例均勻混合；所述人造沸石由粒度為40~60目、40~100 目、100~150目的人造沸石按照1:15:1的比例均勻混合。
[0016] 優(yōu)選地，所述天然綠沸石、人造沸石和磷酸鈣按照體積比（50~75):(2. 5~7. 5): (1~1. 5)的比例均勻混合；進(jìn)一步優(yōu)選地，所述天然綠沸石、人造沸石和磷酸鈣按照體積 比60:4:1的比例均勻混合。
[0017] 本發(fā)明將一定粒度的磷酸鈣、天然沸石和人造沸石按一定比例混合制備成廢水去 污劑，當(dāng)具有一定條件的含鈾放射性廢水以適當(dāng)流速流經(jīng)所述廢水去污劑時，廢水中的鈾 離子即被去除，從而得到鈾元素含量達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)的水體，而被去除的鈾元素則被截 留在所述廢水去污劑中形成次生含鈾礦物，這些次生含鈾礦物可通過酸浸出進(jìn)行提煉利 用，從而達(dá)到既去除污染又回收鈾元素的目的。
[0018] -種處理含鈾廢水的方法，具體包括如下步驟： 51 :廢水去污劑的制備 將粒度為40~150目的沸石與粒度小于60目的磷酸鹽按照體積比為50~75:1的比 例均勻混合，其中，所述沸石包括天然綠沸石和人造沸石； 52 :裝柱 將步驟Sl中混合均勻的廢水去污劑填充至有機(jī)玻璃管中，每填充一段即用水濕化，濕 化一段后再填充，填充既定厚度的反應(yīng)床層； 53 :含鈾廢水處理 將含鈾廢水以小于或等于18個床層體積/h的流速通過反應(yīng)床層；連續(xù)檢測處理水中 的鈾離子含量，直至出水中的鈾離子含量超過礦業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)即停止反應(yīng)床層的運(yùn)行，更換 廢水去污劑，繼續(xù)處理含鈾廢水。
[0019] 優(yōu)選地，步驟Sl中的天然綠沸石由粒度為40~60目、40~100目、100~120目 的天然綠沸石按照〇. 5~1. 5) : (10~25) : (0. 5~1. 5)的比例均勾混合；所述人造沸 石由粒度為40~60目、40~100目、100~150目的人造沸石按照0· 5~L 5) : (10~ 25) : (0. 5~1. 5)的比例均勻混合；進(jìn)一步優(yōu)選地，所述天然綠沸石由粒度為40~60目、 40~100目、100~120目的天然綠沸石按照1:15:1的比例均勻混合；所述人造沸石由粒 度為40~60目、40~100目、100~150目的人造沸石按照1:15:1的比例均勻混合； 優(yōu)選地，所述天然綠沸石、人造沸石和磷酸鈣按照體積比（50~75) : (2. 5~7. 5): (1~1. 5)的比例均勻混合；進(jìn)一步優(yōu)選地，所述天然綠沸石、人造沸石和磷酸鈣按照體積 比60:4:1的比例均勻混合。
[0020] 優(yōu)選地，所述含鈾廢水的pH彡6. 5,若進(jìn)樣廢水pH值太低需用NaOH、Na2CO3等堿 調(diào)節(jié)，鈾離子的含量彡5. Omg/L，鐵、錳金屬雜離子含量彡8000mg/L，濁度小于100度；進(jìn)一 步優(yōu)選地，所述含鈾廢水為鈾礦山中的坑道廢水。
[0021 ] 優(yōu)選地，步驟S2中的所述反應(yīng)床層的厚度不小于lm，所述步驟S3中的含鈾廢水通 過反應(yīng)床層的流速為10個床層體積A ;在本發(fā)明中，所述床層體積為廢水去污劑的床層。
[0022] 優(yōu)選地，步驟S2中的所述反應(yīng)床層的厚度為lm，所述步驟S3中的含鈾廢水通過反 應(yīng)床層的流速為7. 5個床層體積/h。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果： 本發(fā)明運(yùn)用磷酸鹽與沸石等組合成的廢水去污劑來回收廢水中的鈾，具有如下優(yōu)點： (1) 本發(fā)明組成廢水去污劑的磷酸鹽和沸石兩類材料的協(xié)同去污效果好，磷酸鹽的加 入可克服單一的沸石材料的吸附效率低的缺點，沸石材料的加入可克服單一的磷酸鹽材料 透水性差且易析出磷酸根而造成次生污染的缺點；本發(fā)明提供的廢水去污劑具有處理速度 快，選擇性好、處理容量大、處理效率高的特點，并具有pH值和適應(yīng)溫度范圍寬的優(yōu)點，本 發(fā)明處理后的廢水里面的磷酸根含量低于〇. 5ppm，能夠達(dá)到國家的排放標(biāo)準(zhǔn)； (2) 本發(fā)明的廢水去污劑在完成除鈾處理之后，鈾元素被截留在廢水去污劑中形成次 生含鈾礦物，采用一般的化學(xué)方法如酸浸法即可浸出廢水去污材料上吸附的鈾離子； (3) 本發(fā)明提供的廢水去污劑可經(jīng)再生處理后再次利用； (4)廢水去污劑的原材料磷酸鹽與沸石來源廣泛，價格便宜，部分原料可直接通過采 礦獲取。
【附圖說明】
[0024] 圖1為廢水去污劑裝柱制備吸附反應(yīng)柱的示意圖： 圖2為廢水去污劑處理含鈾廢水的動態(tài)實驗曲線圖； 圖3為廢水去污劑處理含鈾廢水的飽和曲線圖； 圖4為"S"型曲線的去除容量算法示意圖； 圖5為廢水處理示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。 以下各實施例中的含鈾廢水采集于廣東金宏鈾業(yè)有限公司某礦區(qū)坑道水排水處，采集清澈 的礦坑廢水，pH值約為7. 8,含鈾I. 95mg/L ;以下各實施例中的磷酸鈣為常見化工原料中溶 解度最小的工業(yè)磷酸鈣；除非特別說明，實施例中所涉及的材料、方法均為本領(lǐng)域常用的材 料和方法。
[0026] 實施例1廢水去污劑1的制備 將天然綠沸石粉碎篩分至40~120目的粒度，再將40~60目、40~100目和100~ 120目三種粒度范圍的天然綠沸石按照體積比為1:15:1均勻混合；