1、南 华 大 学核资源与环境大学生创新训练中心创新实验项目申 请 书项 目 名 称： 纳滤-反渗透处理离子交换酸性铀矿废水申 请 者： 周双平指 导 老 师： 梁建龙 所 在 学 院： 核资源工程学院电 话： 13170333994电子信箱 (Email): 申 请 日 期： 2014 年 5 月核资源工程学院2014 年制2项目名称 纳滤- 反渗透处理离子交换酸性铀矿废水项目来源 科研 教学 设计 工程 自选 其他（ ）申请经费 5000 起止时间 2014 年 7 月至 2015 年 7 月姓 名 周双平 所在专业 矿物加工 联系电话 13170333994学 号 20124720116
2、学院名称 核资源工程 E-mail L项目负责人自身具备的知识条件（学习成绩、特长、兴趣等） ，与本项目相关的研究工作积累和已取得的研究工作成绩本人对科研研究非常有兴趣，大学两年经常关注科学研究的前沿动态。而且本人也具有较强的实验操作，数据处理及文献查阅的能力。在申报该项目之前，查阅大量铀矿山污染地下水处理技术及相关方面的发展现状，着重查阅纳滤反渗透处理铀矿废水的相关文献，掌握了该方法的基本原理以及它相比其他方法的优点与不足之处。姓名 学号 所在学院及专业 联系电话 分工 签字鲁雯 20124720126 核资源工程；矿物加工 15211491662 相关仪器的操作及试剂的采购张席 20124
3、520127 核资源工程；矿物资源 15211489747 实验数据的记录及后续处理周双平 20124720116 核资源工程；矿物加工 13170333994 实验设计及理论分析项目组成员姓名 职务/职称 所在学院及研究方向 联系电话 E-mail 签字梁建龙 副教授 核资源工程矿物加工方向 13575296898指导教师3一、立项背景（研究现状、趋势、意义等，参考文献和其他有关背景材料）在我国几乎所有矿山都采用离子交现换回收铀，这主要由于离子交换它具有运成成本低，操作简单，易于管理，浸出液采用离子交换后，由于 NaCl 价格便宜，易得。所以一般采用酸性 NaCl 作淋洗剂，大约 95%以上
4、矿山均采用这一淋洗剂。整个离子交换工艺的操作包括吸附、水洗、淋洗、脱淋等步骤：吸附：4R4NCl+UO2(SO4)34-（R4N）4【UO2（SO4 ）3】 +4Cl-淋洗：（R4N）4【UO2（SO4）3】 +4Cl-4R4NCl+UO2(SO4)34-从上反应式可以看出;吸附过程中，树脂上的 Cl- 就转移到吸附尾液中了，而用 NaCl淋洗时，由于树脂交换上 Cl- ，成为氯型树脂。在实际生产中，树脂就是这样吸附、淋洗反复循环的过程。然而如果不想方设法去除 Cl-，每进行一个循环都有一定量的Cl-转入吸附液中，为了节约工业用水（在干旱地区和不充足地方该问题尤为突出）和充分利用余酸及 Fe3
5、+，循环使用吸附尾液，即将吸附尾液补加酸和氧化剂后，又循环使用，这样，势必造成浸出原液中 Cl-累积，当浸出液 Cl-达到一定浓度后，由于 Cl-对树脂的亲和力比 UO2(SO4)34-大，它会优先吸附 Cl-，对于吸附工序产生不良影响。会使树脂吸附铀容量下降，尾液铀浓度超标。有文献报道1 ， ，当吸附原液 Cl-浓度大于 2.5g/l 树脂的吸附容量下降 20%25%。只有当吸附原液 Cl-500mg/l 这种影响才会很少，在生产实际中，树脂容量下降，会造成以下影响：（1）生产设备就周转不过来，严重的话，造成生产局部或全面停产（2）从经济上考虑，总希望树脂 U 饱和度高，这样树脂上的杂质如
6、Fe3+可以减少到最少，相应就提高了产品的纯度， （3）更重要是淋洗单位体积树脂成本与铀容量无关， ，也就是说，树脂 U 容量越高，则折算淋洗单位 U 量的成本低，反之则高。所以，为了控制吸附尾液不至于影响铀的吸附（一般吸附原液控制 Cl-500mg/l） ，不得不将部分废水外排，一般吸附尾液外排量为树脂量 20-30 倍，即外排废水量 V=（20-30）VR，并且每一循环就要外排这么多废水才能保证生产的正常进行。同时，为了不是废水外排造成污染，所有矿山吸附尾液经石灰加 BaCl2 中和后，沉淀渣堆存与尾渣坝，废水存于尾水库，废水中主要成分是有NaCl 与 Na2SO4,，由于 Cl-和 SO
7、42-废水中外排有要求，所以不能外排，每一个矿山除了建一个尾矿坝还要有一个尾水库，这尾水库不仅有我们可以利用的 NaCl，还时常有垮库的风险，也可能有害杂质随水体的迁移的危险。如果我们采用纳滤反渗透膜处理铀矿废水则不会出现上述情况，它基本原理是铀矿4废水经过预处理，消除沉淀渣滓等，然后通过 Nf（纳滤膜） ，由于纳滤膜只对特定的溶质比如二价 SO2-4、及 Fe3+、Al3+ 、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Ra2 水合离子半径比较大的去除率比一价 Cl-根高得多，具有高脱除率，所以这些离子被富集在浓液中，加入石灰石沉淀后堆存即可，母液中含有 NaSO4 和 Nacl,我们可以通过他们的溶解度
8、不同在 0 摄氏度结晶分离，其母液与反渗透浓水混合再自然蒸发。通过纳滤出来的含 Cl-和含酸淡水可以作为反渗透液原液，它再出来的基本纯洁的淡水可以补加酸和氧化剂后返回堆浸和地浸，而含 Cl-和含酸的浓水可以纳滤出来浓水中和后母液结晶出十水硫酸钠后合并且蒸发到一定浓度后就可以返回淋洗工序，该工序可能不需补酸因为该工序有吸附尾液中余酸，实现零排放。二、研究内容主要研究纳滤反渗透膜在处理铀矿废水的应用，包括以下几个方面1） NF RO 的选择2） 铀矿山污染地下水成分分析；主要针对 U(VI)、SO 42-、Fe 3+、Al 3+、Mn 2+、Ca 2+、Mg 2+3）铀矿山污染地下水中不同 U(V
9、I)、SO 42-、Fe 3+、Al 3+、 Mn2+、Ca 2+、Mg 2+-浓度对 Nf，RO 膜的影响；4）分析污水处理后的成分。5）分析试验数据，撰写研究报告。要解决的主要问题：1） 探究 Nf 膜对 SO2-4、及+ Fe3+、Al3+ 、Mn2+、Ca2+、Mg2+的去除率2）探究纳滤反渗透膜处理铀矿废水的能力，及最佳组合效率。5三、项目方案（科学性、创新性、技术可行性、进程计划、成员分工等）1500 字左右，不够可以附件补充膜过程是一门新兴的多学科交叉的高技术，以膜分离介质的膜分离技术近半个世纪以来取得了令人鼓舞的重大发展，膜有以下优点：膜是在室温条件下，采用无相变的物理方法使水
10、得以淡化、纯化。水的处理仅依靠水的压力作为推动力，其能耗在许多处理方法中最低。不用大量的化学药剂和酸、碱再生处理。无化学废液及废酸、碱排放，无废酸、碱的中和处理过程，无环境污染。系统简单，操作方便，产品水质稳定。适用于较大范围的原水水质，既适用于苦咸水、海水及污水的处理，又适用于低含盐量的淡水处理。设备占地面积少，需要的空间也小。运行维护和设备维修工作量极少。所以纳滤反渗透处理铀矿废水这项技术具有极大的前景，它基本原理是铀矿废水经过预处理，消除沉淀渣滓等，然后通过 Nf（纳滤膜） ，由于纳滤膜只对特定的溶质比如二价 SO2-4、及 Fe3+、Al3+、Mn2+、Ca2+ 、Mg2+ 、Ra2
11、水合离子半径比较大的去除率比一价 Cl-根高得多，具有高脱除率，所以这些离子被富集在浓液中，加入石灰石沉淀后堆存即可，母液中含有 NaSO4 和 Nacl,我们可以通过他们的溶解度不同在 0 摄氏度结晶分离，其母液与反渗透浓水混合再自然蒸发。通过纳滤出来的含 Cl-和含酸淡水可以作为反渗透液原液，它再出来的基本纯洁的淡水可以补加酸和氧化剂后返回堆浸和地浸，而含 Cl-和含酸的浓水可以纳滤出来浓水中和后母液结晶出十水硫酸钠后合并且蒸发到一定浓度后就可以返回淋洗工序，该工序可能不需补酸因为该工序有吸附尾液中余酸，实现零排放。进程计划为：先学习查阅相关文献，掌握基本原理和了解该技术的最新动态。1.
12、采集铀矿废水样本，分析其中的主要组成。2. 设计理论实验。3. 准备相关仪器和试剂进行实验。4. 处理实验数据得出最后结果，分析该方法的处理效果。5. 整理材料，收集各项数据，进行成果申报。6成员分工：本人负责理论及实验设计本组成员张席负责实验数据的记录以及后续处理本组成员鲁雯负责各项仪器的操作及试剂的准备最后共同完成材料的整理以及成果的申报四、项目特色与创新点1. 实现了 NaCl 和水的循环利用，从而大大减少了废水排放，企业基本不需要尾水库2. 方案本身不需要太多化学试剂，节约资源保护环境。3. 也消除了安全隐患如放射元素的随水体迁移，氯根和硫酸根造成的污染环境4. 方法简单，材料便宜，易
13、得。创新之处在于：把 NF 纳滤和 RO 反渗透膜组合使用，并利用了 NF 膜只对特定的溶质比如二价 SO2-4、及 + Fe3+、Al 3+、Mn 2+、Ca 2+、Mg 2+、 Ra2 水合离子半径比较大的去除率比一价 Cl-根高得多，具有高脱除率这个特点五、项目进度安排2014 年 5 月-2014 年 7 月，查阅相关文献，写一份文献综述，写出具体实验方案；2014 年 8 月，准备实验材料；2014 年 9 月-2015 年 1 月，开展实验；2015 年 2 月-2015 年 3 月，总结、分析实验数据；2015 年 4 月-2015 年 7 月，写论文，力争在核心期刊上发表一篇论
14、文六、拟利用资源（实验室、设备、资料等）NF 纳滤膜，RO 反渗透膜，铀矿废水样本，学校实验室，各种试剂等7七、经费预算与用途3000 用于 RO NF 膜，5u,20u 保安过滤器，各种试剂的购买1000 用于模型的制作材料的购买500 各种书面材料的打印500 流动资金，以防其他费用超出八、预期研究成果（结题验收时需要提交的支撑材料）提交各种原始数据材料，力争发表一篇文章，力争做出一个结构模型出来。九、项目执行环节文献查阅；社会调查；方案设计；建立理论模型； 实验研究；数据处理；平台开发；实物模型；样机研制；综合测试与完善； 撰写论文及研究报告；结题和答辩 成果推广或论文发表； 其他指导教师意见：签 名：年 月 日创新训练中心专家组评审推荐意见： 专家组组长签名：年 月 日创新中心意见：学院负责人签名 盖章：年 月 日学校意见：教务处负责人签名 盖章：年 月 日
