本發(fā)明屬于鈾純化領域，具體涉及硝酸鈾酰溶液的濃縮方法。
背景技術：
硝酸鈾酰發(fā)生熱解脫硝反應時，需要吸收大量的熱，使脫硝流化床反應器的熱負荷非常大。為了減少熱解脫硝所需熱量、降低反應設備加熱功率，需對鈾濃度較低的硝酸鈾酰溶液進行濃縮，提高溶液的鈾濃度。目前，國內(nèi)乏燃料后處理廠硝酸鈾酰濃縮工藝采用的是單效蒸發(fā)，以外加熱式蒸發(fā)器為關鍵設備。在鈾純化轉化領域，濃縮工藝有采用多效蒸發(fā)技術的。不管是單效蒸發(fā)還是多效蒸發(fā)，蒸發(fā)操作的熱源主要采用源源不斷的生蒸汽，對于濃度低處理量大的物料，蒸汽耗費的能源是相當可觀的，對于需外購蒸汽的企業(yè)，隨著市場蒸汽價格的上漲，蒸汽運行成本越來越高，企業(yè)的負擔急劇增大。
我國新建9000tu/a鈾純化轉化生產(chǎn)線項目，選擇了脫硝技術路線來實現(xiàn)中間產(chǎn)品形態(tài)的轉化。其中，硝酸鈾酰溶液的濃縮影響著熱解脫硝設備的設計和工藝參數(shù)的控制，其能耗的大小在經(jīng)濟核算中占有舉足輕重的分量。因此，設計一條既經(jīng)濟又合理的濃縮工藝路線，使其能與脫硝工序生產(chǎn)能力相匹配并能降低成本、是鈾純化轉化生產(chǎn)線亟待解決的問題，對提高我國鈾純化轉化技術水平也是具有重要意義的，目前應用較多的有浸沒蒸發(fā)法、負壓蒸發(fā)法和機械壓縮蒸發(fā)法等。
而膜分離技術是一種先進的濃縮技術。納濾和高壓反滲透濃縮技術對硝酸鈾酰溶液組分的分離在常溫常壓下即可進行，過程中無相態(tài)變化、無化學變化、能耗低，即可用于低濃度硝酸鈾酰溶液的濃縮，也可用于高濃度硝酸鈾酰溶液的濃縮。故納濾和高壓反滲透濃縮技術為硝酸鈾酰溶液的濃縮提供了新的技術途徑。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種用于核純級硝酸鈾酰溶液的濃縮方法，具體的說是采用納濾膜和反滲透膜對硝酸鈾酰溶液進行分離，尤其是針對低濃度的硝酸鈾酰溶液。
為了實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明采取的技術方案是：
一種用于核純級硝酸鈾酰溶液的濃縮方法，包括以下步驟：
(1)確定本方法所用系統(tǒng)
本方法所用系統(tǒng)包括供料單元、一級納濾單元、二級納濾單元、反滲透單元；
一、供料單元包括原液罐、原液泵、進料罐；
硝酸鈾酰溶液經(jīng)取樣分析后倒入原液罐中，原液罐底部設置手動閥門；
當開始濃縮時，打開原液罐底部手動閥門，硝酸鈾酰溶液經(jīng)過原液泵進入進料罐開始供料；
二、一級納濾單元包括一級納濾泵、一級納濾膜；
一級納濾罐底部設置手動閥門，一級納濾膜設置一級納濾膜進出口閥門；
當進行一級納濾濃縮時，打開進料罐底部手動閥門及一級納濾膜進出口閥門，硝酸鈾酰溶液通過一級納濾泵進入一級納濾膜開始濃縮，透過液返回進料罐循環(huán)濃縮，截留液進入二級納濾單元繼續(xù)濃縮；
三、二級納濾單元包括二級納濾泵、二級納濾膜；
二級納濾罐底部設置手動閥門，二級納濾膜設置進出口手動閥門；
當進行二級納濾濃縮時，打開一級納濾罐底部手動閥門及二級納濾膜進出口閥門，硝酸鈾酰溶液通過二級納濾泵進入二級納濾膜開始濃縮，透過液返回一級納濾罐循環(huán)濃縮，截留液進入反滲透單元繼續(xù)濃縮；
四、反滲透單元包括增壓泵、高壓泵、反滲透膜；
反滲透罐底部設置手動閥門，反滲透膜設置進出口手動閥門；
當進行反滲透濃縮時，打開二級納濾罐底部手動閥門及反滲透膜進出口閥門，硝酸鈾酰溶液依次通過增壓泵和高壓泵進入反滲透膜開始濃縮，透過液返回二納濾罐循環(huán)濃縮，截留液作為產(chǎn)品采出。
(2)水試步驟
a)供料單元水試時，向原液罐中加入自來水，打開原液罐底部手動閥門，當自來水全部進入泵中后開啟原液泵，使原液罐中的自來水在原液泵的作用下進入進料罐中；
對系統(tǒng)進行密封性檢查，確定密封性檢查合格后關閉原液罐底部手動閥門；
b)一級納濾單元水試時，依次開啟進料罐底部手動閥門及一級納濾膜進出口手動閥門；
啟動一級納濾泵，將一級納濾的壓力調(diào)整在設定的操作壓力，記錄該操作壓力下的溫度、進料流量；
控制其它條件不變，調(diào)整一級納濾進液壓力，記錄調(diào)整后不同的一級納濾進液壓力下的溫度、進料流量，同時對系統(tǒng)進行密封性檢查；
c)二級納濾單元水試時，依次開啟一級納濾罐底部手動閥門及二級納濾膜進出口手動閥門；
啟動二級納濾泵，將二級納濾的壓力調(diào)整在設定的操作壓力，記錄該操作壓力下的溫度、進料流量；
控制其它條件不變，調(diào)整二級納濾進液壓力，記錄調(diào)整后不同的二級納濾進液壓力下的溫度、進料流量，同時對系統(tǒng)進行密封性檢查；
d)反滲透單元水試時，依次開啟二級納濾罐底部手動閥門及反滲透單元進出口手動閥門；
依次啟動增壓泵和高壓泵，將反滲透的壓力調(diào)整在設定的操作壓力，記錄該操作壓力下的溫度、進料流量、截留液流量；
控制其它條件不變，調(diào)整反滲透進液壓力，記錄調(diào)整后不同的反滲透進液壓力下的溫度、進料流量，截留液流量，同時對系統(tǒng)進行密封性檢查；
(3)膜性能驗證步驟
a)水試密封檢查合格后，按照步驟(2)b)、(2)c)，配制設定濃度的nacl水溶液對一級納濾單元的一級納濾膜和二級納濾單元的二級納濾膜性能進行測試；
上述測試過程中記錄不同壓力條件下一級納濾膜和二級納濾膜透過液的電導率，根據(jù)電導率計算納濾膜對設定濃度的nacl水溶液中鈉離子與氯離子的截留率，判斷一級納濾膜和二級納濾膜是否合格；
b)一級納濾膜和二級納濾膜性能檢測合格后，按照步驟(2)d)，配制設定濃度的nacl水溶液對反滲透單元的反滲透膜性能進行測試；
上述測試過程中記錄不同壓力條件下反滲透膜透過液的電導率，根據(jù)電導率計算反滲透膜對設定濃度的nacl水溶液中鈉離子與氯離子的截留率，判斷反滲透膜是否合格；
(4)納濾膜濃縮步驟
(4.1)一級納濾濃縮
a)對硝酸鈾酰溶液取樣分析鈾含量和酸度后進行一級納濾膜濃縮；
b)對系統(tǒng)進行檢查后，關閉其它閥門，打開一級納濾罐底部手動閥門及一級納濾膜進出口手動閥門；
c)啟動一級納濾泵，通過調(diào)節(jié)一級納濾膜出口截止閥控制一級納濾進液壓力，根據(jù)所需透過液流量調(diào)節(jié)一級納濾膜截留液流量；
d)待一級納濾截留液和透過液流量穩(wěn)定后，定期對一級納濾截留液和透過液各取樣一次，分析鈾濃度和酸度；
e)待一級納濾罐內(nèi)的料液剩余量達到設定量時，停止一級納濾泵運行，并分別取截留液和透過液分析鈾濃度和酸度；
步驟(4.1)全過程中記錄一級納濾進液壓力下的一級納濾截留液和透過液的溫度、流量、電導率；
(4.2)二級納濾濃縮
a)對硝酸鈾酰溶液取樣分析鈾含量和酸度后進行二級納濾膜濃縮；
依次開啟一級納濾罐底部手動閥門及二級納濾膜進出口手動閥門；
啟動二級納濾泵，將二級納濾的壓力調(diào)整在設定的操作壓力，記錄該操作壓力下的溫度、進料流量；
b)對系統(tǒng)進行檢查后，關閉其它閥門，打開二級納濾罐底部手動閥門及二級納濾膜進出口手動閥門；
c)啟動二級納濾泵，通過調(diào)節(jié)二級納濾膜出口截止閥控制二級納濾進液壓力，根據(jù)所需透過液流量調(diào)節(jié)二級納濾膜截留液流量；
d)待二級納濾截留液和透過液流量穩(wěn)定后，定期對二級納濾截留液和透過液各取樣一次，分析鈾濃度和酸度；
e)待二級納濾罐內(nèi)的料液剩余量達到設定量時，停止二級納濾泵運行，并分別取截留液和透過液分析鈾濃度和酸度；
步驟(4.2)全過程中記錄二級納濾進液壓力下的二級納濾截留液和透過液的溫度、流量、電導率；
(5)反滲透膜濃縮步驟
a)對二級納濾的截留液取樣分析鈾濃度和酸度；
b)對系統(tǒng)進行檢查后，打開二級納濾罐底部的手動閥門，打開反滲透膜進出口手動閥門；
c)啟動增壓泵，待增壓泵運行穩(wěn)定后再啟動高壓泵，根據(jù)透過液流量逐步提高反滲透進液壓力；
d)待反滲透截留液和透過液流量穩(wěn)定后，定期對反滲透截留液和透過液各取樣一次，分析鈾濃度和酸度；
e)直至沒有透過液流出時，停止增壓泵與高壓泵運行，并分別取反滲透截留液和透過液分析鈾濃度和酸度；
f)上述過程中記錄反滲透進液壓力下反滲透截留液和透過液的溫度、流量，電導。
進一步的，如上所述的一種用于核純級硝酸鈾酰溶液的濃縮方法，步驟(2)a)中，試驗中全程監(jiān)控原液罐中的自來水剩余量，防止水過少時形成漩渦，原液罐中進入空氣，影響原液泵的使用。
進一步的，如上所述的一種用于核純級硝酸鈾酰溶液的濃縮方法，步驟(2)b)中，一級納濾時設定的操作壓力為0.1mpa；步驟(2)c)中，二級納濾時設定的操作壓力為0.1mpa；步驟(2)d)中，反滲透時設定的操作壓力為0.5mpa。
進一步的，如上所述的一種用于核純級硝酸鈾酰溶液的濃縮方法，步驟(2)b)中，調(diào)整一級納濾進液壓力時，按照0.3mpa、0.5mpa、0.7mpa、0.9mpa、1.1mpa、1.3mpa的梯度逐漸上升。
進一步的，如上所述的一種用于核純級硝酸鈾酰溶液的濃縮方法，步驟(2)c)中，調(diào)整二級納濾進液壓力時，按照0.3mpa、0.5mpa、0.7mpa、0.9mpa、1.1mpa、1.3mpa的梯度逐漸上升。
進一步的，如上所述的一種用于核純級硝酸鈾酰溶液的濃縮方法，步驟(2)d)中，調(diào)整反滲透進液壓力時，按照0.5mpa、1.0mpa、1.5mpa、2.0mpa、2.5mpa、3.0mpa、3.5mpa、4.0mpa的壓力梯度逐漸上升。
進一步的，如上所述的一種用于核純級硝酸鈾酰溶液的濃縮方法，步驟(3)a)中，配制的nacl水溶液濃度為0.03mol/l；步驟(3)b)中，配制的nacl水溶液濃度為0.5mol/l。
進一步的，如上所述的一種用于核純級硝酸鈾酰溶液的濃縮方法，步驟(3)a)中，一級納濾膜對0.03mol/lnacl水溶液中鈉離子與氯離子的截留率在70％以上視為合格，二級納濾膜對0.03mol/lnacl水溶液中鈉離子與氯離子的截留率在90％以上視為合格。
進一步的，如上所述的一種用于核純級硝酸鈾酰溶液的濃縮方法，步驟(3)b)中，反滲透膜對0.5mol/l的nacl水溶液中鈉離子與氯離子的截留率在99.0％以上視為合格。
本發(fā)明技術方案的有益效果在于：
(1)膜分離濃縮技術設備簡單、常溫操作、無化學變化、能耗低、清潔無污染。
(2)本專利通過納濾膜和反滲透膜對硝酸鈾酰溶液進行濃縮，去除硝酸鈾酰溶液中大部分水分。截留液中鈾濃度可濃縮至較高水平，透過液經(jīng)過循環(huán)過濾后可達標排放，對于環(huán)境保護，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)具有重大意義。
附圖說明
圖1為本發(fā)明硝酸鈾酰溶液膜濃縮裝置示意圖。
圖中：1.硝酸鈾酰溶液、2.原液罐、3.原液泵、4.進料罐、5.一級納濾泵、6.一級納濾膜、7.一級納濾截留液、8.一級納濾透過液、9.一級納濾罐、10.二級納濾泵、11.二級納濾膜、12.二級納濾截留液、13.二級納濾透過液、14.二級納濾罐、15.增壓泵/高壓泵、16.反滲透膜、17.產(chǎn)品、18.廢水。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明技術方案進一步詳細說明。
如圖1所示，本發(fā)明一種用于核純級硝酸鈾酰溶液的濃縮方法，包括以下步驟：
(1)確定本方法所用系統(tǒng)
本方法所用系統(tǒng)包括供料單元、一級納濾單元、二級納濾單元、反滲透單元；
一、供料單元包括原液罐、原液泵、進料罐；
硝酸鈾酰溶液經(jīng)取樣分析后倒入原液罐中，原液罐底部設置手動閥門；
當開始濃縮時，打開原液罐底部手動閥門，硝酸鈾酰溶液經(jīng)過原液泵進入進料罐開始供料；
二、一級納濾單元包括一級納濾泵、一級納濾膜；
一級納濾罐底部設置手動閥門，一級納濾膜設置一級納濾膜進出口閥門；
當進行一級納濾濃縮時，打開進料罐底部手動閥門及一級納濾膜進出口閥門，硝酸鈾酰溶液通過一級納濾泵進入一級納濾膜開始濃縮，透過液返回進料罐循環(huán)濃縮，截留液進入二級納濾單元繼續(xù)濃縮；
三、二級納濾單元包括二級納濾泵、二級納濾膜；
二級納濾罐底部設置手動閥門，二級納濾膜設置進出口手動閥門；
當進行二級納濾濃縮時，打開一級納濾罐底部手動閥門及二級納濾膜進出口閥門，硝酸鈾酰溶液通過二級納濾泵進入二級納濾膜開始濃縮，透過液返回一級納濾罐循環(huán)濃縮，截留液進入反滲透單元繼續(xù)濃縮；
四、反滲透單元包括增壓泵、高壓泵、反滲透膜；
反滲透罐底部設置手動閥門，反滲透膜設置進出口手動閥門；
當進行反滲透濃縮時，打開二級納濾罐底部手動閥門及反滲透膜進出口閥門，硝酸鈾酰溶液依次通過增壓泵和高壓泵進入反滲透膜開始濃縮，透過液返回二納濾罐循環(huán)濃縮，截留液作為產(chǎn)品采出。
(2)水試步驟
a)供料單元水試時，向原液罐中加入自來水，打開原液罐底部手動閥門，當自來水全部進入泵中后開啟原液泵，使原液罐中的自來水在原液泵的作用下進入進料罐中；
對系統(tǒng)進行密封性檢查，確定密封性檢查合格后關閉原液罐底部手動閥門；
試驗中全程監(jiān)控原液罐中的自來水剩余量，防止水過少時形成漩渦，原液罐中進入空氣，影響原液泵的使用；
b)一級納濾單元水試時，依次開啟進料罐底部手動閥門及一級納濾膜進出口手動閥門；
啟動一級納濾泵，將一級納濾的壓力調(diào)整在設定的操作壓力，記錄該操作壓力下的溫度、進料流量；
控制其它條件不變，調(diào)整一級納濾進液壓力，記錄調(diào)整后不同的一級納濾進液壓力下的溫度、進料流量，同時對系統(tǒng)進行密封性檢查；在本實施例中，調(diào)整一級納濾進液壓力時，按照0.3mpa、0.5mpa、0.7mpa、0.9mpa、1.1mpa、1.3mpa的梯度逐漸上升；
c)二級納濾單元水試時，依次開啟一級納濾罐底部手動閥門及二級納濾膜進出口手動閥門；
啟動二級納濾泵，將二級納濾的壓力調(diào)整在設定的操作壓力，記錄該操作壓力下的溫度、進料流量；在本實施例中，二級納濾時設定的操作壓力為0.1mpa；
控制其它條件不變，調(diào)整二級納濾進液壓力，記錄調(diào)整后不同的二級納濾進液壓力下的溫度、進料流量，同時對系統(tǒng)進行密封性檢查；在本實施例中，調(diào)整二級納濾進液壓力時，按照0.3mpa、0.5mpa、0.7mpa、0.9mpa、1.1mpa、1.3mpa的梯度逐漸上升；
d)反滲透單元水試時，依次開啟二級納濾罐底部手動閥門及反滲透單元進出口手動閥門；
依次啟動增壓泵和高壓泵，將反滲透的壓力調(diào)整在設定的操作壓力，記錄該操作壓力下的溫度、進料流量、截留液流量；在本實施例中，反滲透時設定的操作壓力為0.5mpa；
控制其它條件不變，調(diào)整反滲透進液壓力，記錄調(diào)整后不同的反滲透進液壓力下的溫度、進料流量，截留液流量，同時對系統(tǒng)進行密封性檢查；在本實施例中，調(diào)整反滲透進液壓力時，按照0.5mpa、1.0mpa、1.5mpa、2.0mpa、2.5mpa、3.0mpa、3.5mpa、4.0mpa的壓力梯度逐漸上升；
(3)膜性能驗證步驟
a)水試密封檢查合格后，按照步驟(2)b)、(2)c)，配制設定濃度的nacl水溶液對一級納濾單元的一級納濾膜和二級納濾單元的二級納濾膜性能進行測試；
上述測試過程中記錄不同壓力條件下一級納濾膜和二級納濾膜透過液的電導率，根據(jù)電導率計算納濾膜對設定濃度的nacl水溶液中鈉離子與氯離子的截留率，判斷一級納濾膜和二級納濾膜是否合格；
本實施例中，配制的nacl水溶液濃度為0.03mol/l；一級納濾膜對0.03mol/lnacl水溶液中鈉離子與氯離子的截留率在70％以上視為合格，二級納濾膜對0.03mol/lnacl水溶液中鈉離子與氯離子的截留率在90％以上視為合格；
b)一級納濾膜和二級納濾膜性能檢測合格后，按照步驟(2)d)，配制設定濃度的nacl水溶液對反滲透單元的反滲透膜性能進行測試；
上述測試過程中記錄不同壓力條件下反滲透膜透過液的電導率，根據(jù)電導率計算反滲透膜對設定濃度的nacl水溶液中鈉離子與氯離子的截留率，判斷反滲透膜是否合格；
本實施例中，配制的nacl水溶液濃度為0.5mol/l；反滲透膜對0.5mol/l的nacl水溶液中鈉離子與氯離子的截留率在99.0％以上視為合格。
(4)納濾膜濃縮步驟
(4.1)一級納濾濃縮
a)對硝酸鈾酰溶液取樣分析鈾含量和酸度后進行一級納濾膜濃縮；
b)對系統(tǒng)進行檢查后，關閉其它閥門，打開一級納濾罐底部手動閥門及一級納濾膜進出口手動閥門；
c)啟動一級納濾泵，通過調(diào)節(jié)一級納濾膜出口截止閥控制一級納濾進液壓力，根據(jù)所需透過液流量調(diào)節(jié)一級納濾膜截留液流量；
d)待一級納濾截留液和透過液流量穩(wěn)定后，定期對一級納濾截留液和透過液各取樣一次，分析鈾濃度和酸度；
e)待一級納濾罐內(nèi)的料液剩余量達到設定量時，停止一級納濾泵運行，并分別取截留液和透過液分析鈾濃度和酸度；
步驟(4.1)全過程中記錄一級納濾進液壓力下的一級納濾截留液和透過液的溫度、流量、電導率；
(4.2)二級納濾濃縮
a)對硝酸鈾酰溶液取樣分析鈾含量和酸度后進行二級納濾膜濃縮；
依次開啟一級納濾罐底部手動閥門及二級納濾膜進出口手動閥門；
啟動二級納濾泵，將二級納濾的壓力調(diào)整在設定的操作壓力，記錄該操作壓力下的溫度、進料流量；
b)對系統(tǒng)進行檢查后，關閉其它閥門，打開二級納濾罐底部手動閥門及二級納濾膜進出口手動閥門；
c)啟動二級納濾泵，通過調(diào)節(jié)二級納濾膜出口截止閥控制二級納濾進液壓力，根據(jù)所需透過液流量調(diào)節(jié)二級納濾膜截留液流量；
d)待二級納濾截留液和透過液流量穩(wěn)定后，定期對二級納濾截留液和透過液各取樣一次，分析鈾濃度和酸度；
e)待二級納濾罐內(nèi)的料液剩余量達到設定量時，停止二級納濾泵運行，并分別取截留液和透過液分析鈾濃度和酸度；
步驟(4.2)全過程中記錄二級納濾進液壓力下的二級納濾截留液和透過液的溫度、流量、電導率；
(5)反滲透膜濃縮步驟
a)對二級納濾的截留液取樣分析鈾濃度和酸度；
b)對系統(tǒng)進行檢查后，打開二級納濾罐底部的手動閥門，打開反滲透膜進出口手動閥門；
c)啟動增壓泵，待增壓泵運行穩(wěn)定后再啟動高壓泵，根據(jù)透過液流量逐步提高反滲透進液壓力；
d)待反滲透截留液和透過液流量穩(wěn)定后，定期對反滲透截留液和透過液各取樣一次，分析鈾濃度和酸度；
e)直至沒有透過液流出時，停止增壓泵與高壓泵運行，并分別取反滲透截留液和透過液分析鈾濃度和酸度；
f)上述過程中記錄反滲透進液壓力下反滲透截留液和透過液的溫度、流量，電導。