DIAMO, státní podnik, odštěpný závod GEAM Dolní Rožínka, závod Chemická úpravna Zkušenosti s membránovými procesy na Chemické úpravně uranové rudy František Toman 20.3.2014 1
Historie výstavby ZCHÚ Dolní Rožínka 1963: 1964: 1965-68: 28.3.1968: rozhodnutí o výstavbě úpravny v povodí řeky Svratky na Českomoravské vrchovině rozhodnutí o velikosti, kapacitě a technologii CHÚ výstavba CHÚ zahájen zkušební provoz 1.1.1969: zahájen trvalý provoz Pohled na KI plánovaná životnost úpravny: 10 let (vzhledem k zásobám U-rudy na ložiskách Rožná a Olší) 2
Zpracovávaná ruda na ZCHÚ Ložiska uranové rudy na Vysočině Důl Rožná I - dříve Karel Havlíček Borovský (1957 -????) Důl Olší (1959-1989) Důl Rožná II - dříve Jasan (1963-1995) 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
Množství zpracované rudy na ZCHÚ 600 500 Zpracovaná ruda [tisice t] 400 300 200 100 0 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 4
Schéma cyklu výroby CHKU Rudné depo Mletí Zahušťění Alkalické loužení Sušení Srážení Promývání Eluce Alkalická sorpce Expedice Rmut na odkaliště 5
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. 3 2. 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
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 1 200 m 3 1. stupeň - přídavek flokulantu a CuSO 4 2. stupeň - promytí a ochlazení rmutu před sorpcí 7
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 150 190 [0,001 %] Koncentrace U v k. f. po AL 1 2 g/l Koncentrace U v p. f. po AL 15 20 [0,001 %] 8
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
Společné procesy rozkyselení, vysrážení a promytí U-koncentrátu Technologie společných procesů 4 stupně 1. rozkyselení eluátu H 2 SO 4 odstranění karbonátů ph = 3 4 2. 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
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
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
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
Uzavřený cyklus technologických vod na CHÚ Objemová nadbilance: 430 000 m 3 /rok Nadbilanční vody: 330 000 m 3 /rok Objem vylouženého rmutu: 100 000 m 3 /rok Odkaliště K I Síranová nadbilance: 6 300 t Na 2 SO 4 /rok Loužení pyritů: 3 300 t/rok Reakcí k. sírové a sody: 3 000 t/rok Odkaliště K II 14
Uzavřený cyklus technologických vod na CHÚ Celková roční nadbilance: Nadbilanční vody: Objem vylouženého rmutu: Likvidace nadbilanční vody: Odpařovací stanice: Membránové procesy: Iontová výměna: 430 000 m 3 /rok 330 000 m 3 /rok 100 000 m 3 /rok 450 000 m 3 /rok 210 000 m 3 /rok 220 000 m 3 /rok 20 000 m 3 /rok Odkaliště K I Odkaliště K II 15
Složení technologické vody rok Složení technologické vody (průměrná data z let 2008-2010) 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 19,5 348 38 763 10 265 162 119 4,9 11 8,15 29,0 6,92 18,8 461 65 750 8 800 157 134 6,0 12 8,2 33,5 7,19 21,9 586 44 717 12 000 145 145 2,0 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
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
1. Odpařovací stanice (LNV) Stupeň 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Teplota Tlak ( o C) (kpa) Koncentrace SO 4 2- (g/l) 77 163 153 140 128 118 104 88 40 640 495 345 240 175 102 60 37 46 60 83 119 166 262 262 Silo na Na 2 SO 4 Expedice Na 2 SO 4 : 8 000 t/rok Vyčištěná voda: 210 000 m 3 /rok Krystalizátor 18
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: 1982-92: výzkum modelové linky 1992-96: poloprovoz a testy membrán 1996: provoz 1. linky 2007: zvýšení výkonu RO: 2000: výzkum modelové linky 2007: provoz 1. linky 19
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
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 35 65 Diluát 12 50 Koncentrát 100 15 Pohled na linku ED 21
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 12-15 50 Permeát 0,5 35 Retentát 40 15 Linka RO 22
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
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
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 164 78 75 163 18,7 101 2.stupeň 173 62 77 127 13,6 76 3.stupeň 171 45 82 100 9,5 51 1.stupeň 165 79 74 178 18,8 98 2.stupeň 174 57 80 136 13,8 74 3.stupeň 171 48 78 102 9,9 51 26
Parametry RO modulů Typ Výrobce spirálně vinutý Hydranautics, USA Označení ESPA 2-8040 Počet kusů 20 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 33 35 12 0,18 Ca mg/l 150 16 4 < 1 Mg mg/l 140 12 2 < 1 Mo mg/l 2 0,2 < 0,2 < 0,2 Cl - mg/l 370 370 135 10 NO 3 - mg/l 800 785 242 2 CHSK Cr mg/l 100 28 22 12 U mg/l 11,5 < 0,01 < 0,01 < 0,01 28
Porovnání spotřeby el. energie Spotřeba elektrické energie 30 25 Spotřeba el. energie (kwh/m3) 20 15 10 5 0 Kombinace odpařování a membránových procesů Odpařování Membránové procesy Způsob čištění 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
Srovnání výtěžnosti Podíl vyčištěné vody z nástřiku 90 80 70 Podíl čistých vod z nástřiku (%) 60 50 40 30 20 10 0 Kombinace odpařování a membránových procesů Odpařování Membránové procesy Způsob čištění 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
Děkuji za pozornost Pohled na závod CHÚ 33