本發(fā)明屬于硝酸回收的工藝技術領域，特別是鈾純化轉(zhuǎn)化及核燃料后處理工業(yè)中含鈾廢液中硝酸回收的工藝方法及裝置。

背景技術：

國內(nèi)外天然鈾的純化工藝主要有“干法”和“濕法”兩種，其中“濕法”工藝為在國際上使用較多的鈾純化工藝，鈾純化“濕法”工藝是在轉(zhuǎn)化前，通過溶解、萃取或離子交換等工藝過程以除去雜質(zhì)，在此過程中會產(chǎn)生大量酸性含鈾廢液，目前，國內(nèi)外鈾純化生產(chǎn)廠未見對含鈾酸性廢液中硝酸回收的報道，有文獻顯示，國外后處理廠對后處理過程中產(chǎn)生的放射性硝酸廢液大多采取蒸發(fā)濃縮技術進行處理，以降低放射性廢液體積，提高后處理廠的經(jīng)濟性。

但由于經(jīng)過萃取后產(chǎn)生的含鈾酸性廢液中會含有一定量的TBP，直接對這些廢液進行蒸發(fā)濃縮處理，存在“紅油爆炸”的風險，所以就急需要一種能夠降低生產(chǎn)運行成本、環(huán)保減排、操作安全的從含鈾酸性廢液中回收硝酸的工藝方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是設計、建立酸性含鈾廢液中硝酸回收的工藝方法，回收萃取純化過程中酸性含鈾廢液中的硝酸進行復用，達到降低成本、環(huán)保減排、操作安全的目的。

為了實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明采取的技術方案是：

一種含鈾廢液中硝酸回收的工藝方法，包括如下步驟；

(1)鈾純化生產(chǎn)中產(chǎn)生的硝酸濃度為1.0mol/L～2mol/L，鈾濃度為0.01～0.10g/L的含鈾酸性廢液進入高位槽，

精餾塔的從水平面算起水平高度12000mm處開設側(cè)面進料口；

高位槽的水平高度高于側(cè)面進料口的水平高度；

含鈾酸性廢液進入高位槽后，通過自流進入側(cè)面進料口，

精餾塔底部與再沸器底部通過管道相連，

精餾塔的從水平面算起水平高度4000mm處開設硝酸蒸汽入口；

再沸器上部氣體出口與硝酸蒸汽入口通過管道相連，根據(jù)連通器原理控制再沸器的液位與精餾塔液位持平；

(2)精餾塔及再沸器內(nèi)的含鈾酸性液到達精餾塔內(nèi)含鈾酸性廢液的最低設置液位后開始對再沸器升溫，將再沸器的溫度控制在85～95℃范圍內(nèi)；

再沸器中的含鈾酸性廢液受熱后產(chǎn)生的氣體通過再沸器上部氣體出口進入進入精餾塔的硝酸蒸汽入口，之后在精餾塔內(nèi)不斷上升，與自上而下的含鈾酸性廢液發(fā)生熱和質(zhì)的傳遞；

發(fā)生熱和質(zhì)的傳遞后得到物質(zhì)包括兩部分，一部分是水蒸氣及不凝氣體，另一部分是含硝酸液體；

(3)步驟(2)中得到的水蒸氣及不凝氣體從精餾塔頂部逸出進入塔頂冷凝器，

其中水蒸氣在塔頂冷凝器中經(jīng)過冷凝形成冷凝液，冷凝液經(jīng)過回流器分流后80％進入冷凝水收集槽回收復用，20％通過精餾塔側(cè)面回流口進入精餾塔；

在塔頂冷凝器中不能冷凝的不凝氣體和夾雜的液滴進入氣液分離器，在氣液分離器中氣液分離，其中不凝氣體進入空氣噴射器，夾雜的液滴得到聚集后進入冷凝水收集槽；

進入空氣噴射器的不凝氣體在空氣噴射器的作用下排入尾氣管道；

(4)步驟(2)中得到的經(jīng)過傳熱傳質(zhì)后得到的含硝酸液體在再沸器及精餾塔內(nèi)不斷富集，得到精餾殘液；

定期檢測精餾殘液中的硝酸濃度和鈾濃度，當硝酸濃度為8-12mol/L、鈾濃度為2-6g/L時，排出精餾殘液。

進一步的，如上所述的一種含鈾廢液中硝酸回收的工藝方法，步驟(1)中，精餾液位最高不高于再沸器上部氣體出口，同時具有設定的持液量。

進一步的，如上所述的一種含鈾廢液中硝酸回收的工藝方法，步驟(1)中，控制精餾塔內(nèi)含鈾酸性廢液的液位在700～3900mm。

進一步的，如上所述的一種含鈾廢液中硝酸回收的工藝方法，步驟(3)中，通過空氣噴射器降低精餾系統(tǒng)的運行壓力及操作溫度。

進一步的，如上所述的一種含鈾廢液中硝酸回收的工藝方法，步驟(3)中，空氣噴射器采用兩級串聯(lián)為精餾裝置提供-70～-50kPa的壓力。

進一步的，如上所述的一種含鈾廢液中硝酸回收的工藝方法，整個運行過程中，硝酸蒸汽自側(cè)面硝酸蒸汽出口進入氣相采酸冷凝冷卻器，經(jīng)過冷凝后形成濃度為10mol/L的硝酸溶液進入回收酸儲槽復用。

進一步的，如上所述的一種含鈾廢液中硝酸回收的工藝方法所用的裝置，包括以下部件：

(1)精餾塔：硝酸溶液在此設備內(nèi)進行傳熱傳質(zhì)，最終實現(xiàn)水和硝酸分離；其中上部設有含鈾酸性廢液進料口與高位槽的出口相連，所述精餾塔頂部設置與塔頂冷凝器的入口連接的水蒸氣出口；

(2)塔頂冷凝器：精餾塔塔頂產(chǎn)生的水蒸氣在此設備內(nèi)得到冷凝形成冷凝水；塔頂冷凝器的出口分別與精餾塔、氣液分離器及回流器相連；

(3)氣液分離器：精餾塔塔頂產(chǎn)生的不凝氣體經(jīng)過塔頂冷凝器后進入該設備，使得氣相的不凝氣體和水相得以分離；氣液分離器設有兩個出口，水相進入冷凝水收集槽，氣相與空氣噴射器的入口相連；

(4)空氣噴射器：用于為精餾塔提供所需的負壓；空氣噴射器設有兩個入口，一個與氣液分離器的氣相出口相連，另一個引入壓力為0.8MPa的壓縮空氣；

(5)回流器：用于氣液分離器中產(chǎn)生的水相的冷凝液的分流，80％的冷凝液進入冷凝水收集槽，20％的冷凝液返回至精餾塔；

(6)冷凝水收集槽：用于收集儲存水蒸氣冷凝后產(chǎn)生的冷凝水；

(7)氣相采酸冷凝冷卻器：用于冷凝冷卻精餾塔采出的硝酸蒸汽；精餾塔下部與氣相采酸冷凝冷卻器的進口相連，將氣相硝酸冷凝后送入回收酸儲槽進行復用；

(8)回收酸儲槽：用于收集儲存硝酸蒸汽冷凝后產(chǎn)生的硝酸溶液；

(9)再沸器：用于對精餾內(nèi)的含鈾酸性廢液加熱，為整個精餾系統(tǒng)提供熱量；再沸器具有側(cè)面及底部兩個出口，側(cè)面出口與精餾塔相連通，所述底部出口為殘液排放口；

(10)高位槽:用于盛裝鈾純化生產(chǎn)線產(chǎn)生的含鈾酸性廢液，并將其輸送至精餾塔內(nèi)。

本發(fā)明提供一種含有酸性廢液硝酸回收的工藝方法，所述方法在確保安全操作的前提下實現(xiàn)了硝酸的回收利用，大大減少了放射性廢液量，降低了生產(chǎn)成本，同時做到了環(huán)保減排。

本發(fā)明通過減壓精餾回收硝酸的工藝方法，回收了含鈾酸性廢液中的硝酸及水進行了復用，避免了硝酸的浪費、大大減少了廢液的體積、降低了設備腐蝕過快及“紅油”爆炸的風險，從而達到了降低了鈾純化生產(chǎn)成本、環(huán)保減排、提高操作安全性的目的。

附圖說明

圖1為鈾廢液中硝酸回收的技術路線及體現(xiàn)該路線的裝置。

圖中1、精餾塔，2、塔頂冷凝器，3、氣液分離器，4、空氣噴射器，5、回流器，6、冷凝水收集槽，7、氣相采酸冷凝冷卻器，8、回收酸儲槽，9、再沸器，10、高位槽。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明技術方案進行詳細說明。

根據(jù)含鈾廢液中硝酸回收的技術方案，結(jié)合硝酸水溶液的物理化學性質(zhì)，確定含鈾廢液中硝酸回收的技術路線及其體現(xiàn)的裝置如圖1所示。

本發(fā)明一種含鈾廢液中硝酸回收的工藝方法，包括如下步驟；

(1)鈾純化生產(chǎn)中產(chǎn)生的硝酸濃度為1.0mol/L～2mol/L，鈾濃度為0.01～0.10g/L的含鈾酸性廢液進入高位槽，

精餾塔的從水平面算起水平高度12000mm處開設側(cè)面進料口；

高位槽的水平高度高于側(cè)面進料口的水平高度；

含鈾酸性廢液進入高位槽后，通過自流進入側(cè)面進料口，

精餾塔底部與再沸器底部通過管道相連，

精餾塔的從水平面算起水平高度4000mm處開設硝酸蒸汽入口；

再沸器上部氣體出口與硝酸蒸汽入口通過管道相連，根據(jù)連通器原理控制再沸器的液位與精餾塔液位持平；

精餾液位最高不高于再沸器上部氣體出口，同時具有設定的持液量。具體的，控制精餾塔內(nèi)含鈾酸性廢液的液位在700～3900mm。

(2)精餾塔及再沸器內(nèi)的含鈾酸性液到達精餾塔內(nèi)含鈾酸性廢液的最低設置液位后開始對再沸器升溫，將再沸器的溫度控制在85～95℃范圍內(nèi)；

再沸器中的含鈾酸性廢液受熱后產(chǎn)生的氣體通過再沸器上部氣體出口進入進入精餾塔的硝酸蒸汽入口，之后在精餾塔內(nèi)不斷上升，與自上而下的含鈾酸性廢液發(fā)生熱和質(zhì)的傳遞；

發(fā)生熱和質(zhì)的傳遞后得到物質(zhì)包括兩部分，一部分是水蒸氣及不凝氣體，另一部分是含硝酸液體；

(3)步驟(2)中得到的水蒸氣及不凝氣體從精餾塔頂部逸出進入塔頂冷凝器，

其中水蒸氣在塔頂冷凝器中經(jīng)過冷凝形成冷凝液，冷凝液經(jīng)過回流器分流后80％進入冷凝水收集槽回收復用，20％通過精餾塔側(cè)面回流口進入精餾塔；

在塔頂冷凝器中不能冷凝的不凝氣體和夾雜的液滴進入氣液分離器，在氣液分離器中氣液分離，其中不凝氣體進入空氣噴射器，夾雜的液滴得到聚集后進入冷凝水收集槽；

進入空氣噴射器的不凝氣體在空氣噴射器的作用下排入尾氣管道；

通過空氣噴射器降低精餾系統(tǒng)的運行壓力及操作溫度。空氣噴射器采用兩級串聯(lián)為精餾裝置提供-70～-50kPa的壓力。

(4)步驟(2)中得到的經(jīng)過傳熱傳質(zhì)后得到的含硝酸液體在再沸器及精餾塔內(nèi)不斷富集，得到精餾殘液；

定期檢測精餾殘液中的硝酸濃度和鈾濃度，當硝酸濃度為8-12mol/L、鈾濃度為2-6g/L時，排出精餾殘液。

整個運行過程中，硝酸蒸汽自側(cè)面硝酸蒸汽出口進入氣相采酸冷凝冷卻器，經(jīng)過冷凝后形成濃度為10mol/L的硝酸溶液進入回收酸儲槽復用。

上述一種含鈾廢液中硝酸回收的工藝方法所用的裝置，包括以下部件：

(1)精餾塔：硝酸溶液在此設備內(nèi)進行傳熱傳質(zhì)，最終實現(xiàn)水和硝酸分離；其中上部設有含鈾酸性廢液進料口與高位槽的出口相連，所述精餾塔頂部設置與塔頂冷凝器的入口連接的水蒸氣出口；

(2)塔頂冷凝器：精餾塔塔頂產(chǎn)生的水蒸氣在此設備內(nèi)得到冷凝形成冷凝水；塔頂冷凝器的出口分別與精餾塔、氣液分離器及回流器相連；

(3)氣液分離器：精餾塔塔頂產(chǎn)生的不凝氣體經(jīng)過塔頂冷凝器后進入該設備，使得氣相的不凝氣體和水相得以分離；氣液分離器設有兩個出口，水相進入冷凝水收集槽，氣相與空氣噴射器的入口相連；

(4)空氣噴射器：用于為精餾塔提供所需的負壓；空氣噴射器設有兩個入口，一個與氣液分離器的氣相出口相連，另一個引入壓力為0.8MPa的壓縮空氣；

(5)回流器：用于氣液分離器中產(chǎn)生的水相的冷凝液的分流，80％的冷凝液進入冷凝水收集槽，20％的冷凝液返回至精餾塔；

(6)冷凝水收集槽：用于收集儲存水蒸氣冷凝后產(chǎn)生的冷凝水；

(7)氣相采酸冷凝冷卻器：用于冷凝冷卻精餾塔采出的硝酸蒸汽；精餾塔下部與氣相采酸冷凝冷卻器的進口相連，將氣相硝酸冷凝后送入回收酸儲槽進行復用；

(8)回收酸儲槽：用于收集儲存硝酸蒸汽冷凝后產(chǎn)生的硝酸溶液；

(9)再沸器：用于對精餾內(nèi)的含鈾酸性廢液加熱，為整個精餾系統(tǒng)提供熱量；再沸器具有側(cè)面及底部兩個出口，側(cè)面出口與精餾塔相連通，所述底部出口為殘液排放口；

(10)高位槽:用于盛裝鈾純化生產(chǎn)線產(chǎn)生的含鈾酸性廢液，并將其輸送至精餾塔內(nèi)。

通過上述硝酸回收減壓精餾操作，獲得了減壓精餾回收含鈾酸性廢液中硝酸的最佳工藝操作參數(shù)，確認了在全回流狀態(tài)下硝酸回收的效果，驗證了該工藝技術路線的可行性和裝置可靠性。