Zkušenosti s membránovými procesy na Chemické úpravně uranové rudy

Transkript

1 DIAMO, státní podnik, odštěpný závod GEAM Dolní Rožínka, závod Chemická úpravna Zkušenosti s membránovými procesy na Chemické úpravně uranové rudy František Toman

2 Historie výstavby ZCHÚ Dolní Rožínka 1963: 1964: : : rozhodnutí o výstavbě úpravny v povodí řeky Svratky na Českomoravské vrchovině rozhodnutí o velikosti, kapacitě a technologii CHÚ výstavba CHÚ zahájen zkušební provoz : zahájen trvalý provoz Pohled na KI plánovaná životnost úpravny: 10 let (vzhledem k zásobám U-rudy na ložiskách Rožná a Olší) 2

3 Zpracovávaná ruda na ZCHÚ Ložiska uranové rudy na Vysočině Důl Rožná I - dříve Karel Havlíček Borovský (1957 -????) Důl Olší ( ) Důl Rožná II - dříve Jasan ( ) Složení rudy z ložiska Rožná základem těžené rudy je amfiboliticko - biotitická rula dále pak biotit, živec, křemen, pyrit, chlorit, jílové materiály, grafit, karbonáty, uranové minerály, smolinec, coffinit, uranové černě a silikáty uranu Uranová ruda Smolinec 3

4 Množství zpracované rudy na ZCHÚ Zpracovaná ruda [tisice t]

5 Schéma cyklu výroby CHKU Rudné depo Mletí Zahušťění Alkalické loužení Sušení Srážení Promývání Eluce Alkalická sorpce Expedice Rmut na odkaliště 5

6 Pásové cesty a mletí rudy Transport rudy ruda je transportována na CHÚ automobily buldozerem je ruda nahrnována do přijímacího zásobníku šikmý pás dopraví rudu do zásobníku mlýnů Mlýn č. 1 Mletí rudy 2 stupně mletí 1. stupeň mlýn č. 1, 2, příp stupeň mlýn č. 4 2 stupně třídění 1. stupeň spirálové klasifikátory 2. stupeň hydrocyklóny Výsledná velikost částic 0,150 mm - max. 5 % 0,074 mm - min. 70 % Poměr pevné:kapalné fáze 1:6 6

7 Zahušťování zahuštění rmutu na požadovanou hustotu z 1100 g/l na 1500 g/l snížení kapalného podílu v poměru k pevné fázi výsledný poměr 1:1 (původní poměr 6:1) Pohled na Z1 a Z3 Zahušťovače 5 ks Dorrův typ - průměr 24 m 2 stupně zahušťování objem m 3 1. stupeň - přídavek flokulantu a CuSO 4 2. stupeň - promytí a ochlazení rmutu před sorpcí 7

8 Alkalické loužení vyloužení U z pevné do kapalné fáze působením sody ve formě uranylkarbonátu Linka alkalického loužení 8 kónických kolon výška 21 m, pracovní objem 550 m 3 kaskádovité přepady mezi kolonami podmínky loužení: míchání vzduchem teplota loužení: 80 C koncentrace sody: 10 g/l doba loužení: 5 dnů výtěžnost AL: 90 % Kolony AL linky Koncentrace U v rudě [0,001 %] Koncentrace U v k. f. po AL 1 2 g/l Koncentrace U v p. f. po AL [0,001 %] 8

9 Alkalická sorpce a Eluce Linka alkalické sorpce sorpce vylouženého U z k. f. na ionex 8 kónických kolon s kaskádovými přepady podmínky sorpce: míchání vzduchem teplota max 45 C protiproudé dávkování ionexu a rmutu AS linka Linka eluce eluce U z ionexu elučním roztokem (směs Na 2 SO 4 a Na 2 CO 3 ) 2 pulzační kolony Množství U v k. f. před AS Množství U v k. f. po AS Množství U na ionexu před AS (po eluci) Množství U na ionexu po AS (před elucí) 500 mg/l < 5 mg/l 0,25 g/l 8-10 g/l 9

10 Společné procesy rozkyselení, vysrážení a promytí U-koncentrátu Technologie společných procesů 4 stupně 1. rozkyselení eluátu H 2 SO 4 odstranění karbonátů ph = srážení U-koncentrátu čpavkem vysrážení (NH 4 ) 2 U 2 O 7 3. sedimentace a filtrace U-koncentrátu sedimentace sraženého (NH 4 ) 2 U 2 O 7 v přítomnosti flokulantu 4. rafinace U-koncentrátu Čpavková rafinace odstranění Mo Speciální rafinace HNO 3 odstranění nerozpustných látek Vodní rafinace odstranění rozpustných látek Kalolis 10

11 Sušení a expedice (NH 4 ) 2 U 2 O 7 sušení probíhá v proudu spalin topného plynu ve spalovací komoře (plyn je smíchán s atmosférickým vzduchem) plnění do ocelových sudů vzorkování, vážení a balení (NH 4 ) 2 U 2 O 7 Transportní sudy 11

12 Technologická voda na CHÚ uzavřený cyklus shromažďována na odkalištích K I a K II složitý systém a vysoká solnost zastoupení téměř všech prvků Pohled na závod Rožná I a odkaliště K I 12

13 Schéma vodní bilance P ZÁVOD T DV SR ODKALIŠTĚ KI ODKALIŠTĚ KII V K P DV SR T V K - přítok cizích vod (zejména do drenážního systému) - důlní (užitková) voda zejména pro oplachy zařízení - množství vody dodané srážkami - voda vázaná v koláči rmutu - výpar - vyčištěná voda vypuštěná mimo systém 13

14 Uzavřený cyklus technologických vod na CHÚ Objemová nadbilance: m 3 /rok Nadbilanční vody: m 3 /rok Objem vylouženého rmutu: m 3 /rok Odkaliště K I Síranová nadbilance: t Na 2 SO 4 /rok Loužení pyritů: t/rok Reakcí k. sírové a sody: t/rok Odkaliště K II 14

15 Uzavřený cyklus technologických vod na CHÚ Celková roční nadbilance: Nadbilanční vody: Objem vylouženého rmutu: Likvidace nadbilanční vody: Odpařovací stanice: Membránové procesy: Iontová výměna: m 3 /rok m 3 /rok m 3 /rok m 3 /rok m 3 /rok m 3 /rok m 3 /rok Odkaliště K I Odkaliště K II 15

16 Složení technologické vody rok Složení technologické vody (průměrná data z let ) ph RL [g/l] U [mg/l] SO 4 2- [g/l] NH 4 + [mg/l] NO 2 - [mg/l] NO 3 - [mg/l] Na + [mg/l] Ca 2+ [mg/l] Mg 2+ [mg/l] Mo [mg/l] 10 8,18 30,3 8,31 19, ,9 11 8,15 29,0 6,92 18, ,0 12 8,2 33,5 7,19 21, ,0 Parametry vyčištěné vody (dle vodohospodářského rozhodnutí) ph RL [g/l] NL [mg/l] U [mg/l] Ra 226 [mbq/l] NH 4 + [mg/l] Teplota [ o C] 6-9 < 0,8 < 25 < 0,3 < 400 < 6 < 40 16

17 Schéma čištění technologických vod K I Srážení Ca a Mg LNV Na 2 SO 4 Filtrace Sorpce Brýdový kondenzát ED Úprava ph RO Voda z areálu CHÚ ČVAK Vodoteč 17

18 1. Odpařovací stanice (LNV) Stupeň Teplota Tlak ( o C) (kpa) Koncentrace SO 4 2- (g/l) Silo na Na 2 SO 4 Expedice Na 2 SO 4 : t/rok Vyčištěná voda: m 3 /rok Krystalizátor 18

19 2. Membránové procesy (MP) nutnost vlastní specifické předúpravy používané typy MP: Elektrodialýza (ED) separace nabitých částic přes iontově selektivní membrány působením stejnosměrného elektrického pole Reverzní osmóza (RO) tlaková separace molekul přes membrány Historie výstavby linek MP: ED: : výzkum modelové linky : poloprovoz a testy membrán 1996: provoz 1. linky 2007: zvýšení výkonu RO: 2000: výzkum modelové linky 2007: provoz 1. linky 19

20 Specifická předúprava vody Srážení Ca a Mg nátok VCA a DRVO do zahušťovače Z6 a Z7 Písková filtrace - úprava ph a vysrážení Ca 2+ a Mg 2+ (sodou a vápnem) záchyt nerozpuštěných látek ve vodě Sorpce těžkých kovů a uranu záchyt U, Mo a Cu na ionexových filtrech LEWATIT TP 207 Sorpce organických látek záchyt organických látek na aktivním uhlí 20

21 Elektrodilalyzační linka instalace 2 linek po třech stupních 30 elektrodialyzérů (paralelní zapojení) každý stupeň obsahuje 5 elektrodialyzérů výstupní roztoky děleny v závislosti na vodivosti diluátová větev koncentrátová větev Solnost a průtoky proudů RLS [g/l] Průtok [m 3 /h] Vstup Diluát Koncentrát Pohled na linku ED 21

22 Linka reverzní osmózy instalace 2 linek (paralelní zapojení) tlaková separace přes svinutou membránu (2,6 MPa) výstupní roztoky děleny v závislosti na vodivosti permeátová větev retentátová větev produkce vyčištěné vody: 35 m 3 /h Solnost a průtoky proudů RLS [g/l] Průtok [m 3 /h] Vstup Permeát 0,5 35 Retentát Linka RO 22

23 3. Ionexová technologie ~ Čištění vod aktivní kanalizace (ČVAK) srážková voda a unikající technologická voda jsou svedeny do aktivní kanalizace a čištěny systémem iontové výměny charakteristika vody: nízká solnost 3 g/l koncentrace U 2 mg/l Zahušťovač Z12 Ionexová kolona 23

24 Parametry elektrodialyzéru ED II-2/200 Celkové rozměry 500 x 960 x 1750 mm Elektrické parametry max. 400 V / 120 A Vstupní tlak 50 kpa, max. 80 kpa Provozní průtoky 10 m 3 /h Počet membrán 200 párů Typ membrán Ralex CM (AMH)-PES Efektivní plocha mem. 320x1300 mm 25

25 Parametry elektrodialýzy 1.linka 2.linka U I Proud. účinnost MPS Koncentrace Na 2 SO 4 diluát koncentrát (V) (A) (%) (kg/h) (g/l) (g/l) 1.stupeň , stupeň , stupeň , stupeň , stupeň , stupeň ,

26 Parametry RO modulů Typ Výrobce spirálně vinutý Hydranautics, USA Označení ESPA Počet kusů 20 27

27 Složení jednotlivých proudů Jednotka Voda z odkaliště Výstup z předúpravy Diluát Permeát ph 8,08 3,2 3,4 6,7 RL g/l ,18 Ca mg/l < 1 Mg mg/l < 1 Mo mg/l 2 0,2 < 0,2 < 0,2 Cl - mg/l NO 3 - mg/l CHSK Cr mg/l U mg/l 11,5 < 0,01 < 0,01 < 0,01 28

28 Porovnání spotřeby el. energie Spotřeba elektrické energie Spotřeba el. energie (kwh/m3) Kombinace odpařování a membránových procesů Odpařování Membránové procesy Způsob čištění 29

29 Srovnání spotřeby tepla Spotřeba tepla 0,7 0,6 0,5 Spotřeba tepla (GJ/m3) 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Kombinace odpařování a membránových procesů Odpařování Membránové procesy Způsob čištění 30

30 Srovnání výtěžnosti Podíl vyčištěné vody z nástřiku Podíl čistých vod z nástřiku (%) Kombinace odpařování a membránových procesů Odpařování Membránové procesy Způsob čištění 31

31 Srovnání spotřeb chemikálií Spotřeba chemikálií 5 4,5 4 3,5 Spotřeba (kg/m3) 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Kombinace odpařování a membránových procesů Odpařování Membránové procesy Způsob čištění Spotřeba kyseliny sírové (kg/m3) Spotřeba louhu sodného (kg/m3) 32

32 Děkuji za pozornost Pohled na závod CHÚ 33