申請(qǐng)日2015.10.01

　　公開(公告)日2017.06.09

　　IPC分類號(hào)G21F9/10

　　摘要

　　本發(fā)明提供一種用于含鈾廢水處理的電還原沉淀鈾的方法。首先根據(jù)廢水性質(zhì)采用硫酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)含鈾廢水的pH值至2‑4，然后以金屬鐵為陽極，石墨為陰極，采用直流電源進(jìn)行電還原，通過控制工藝參數(shù)，鐵離子轉(zhuǎn)變成四氧化三鐵，六價(jià)鈾被還原成四價(jià)鈾，并使鈾與四氧化三鐵發(fā)生共沉淀，從而達(dá)到去除廢水中鈾的目的。本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)單、無二次污染、易控制、去除效率高、所沉淀的鈾可回收的優(yōu)點(diǎn)。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種用于含鈾廢水處理的電還原沉淀鈾的方法，其特征在于，首先控制含鈾廢水的pH值在2-4之間，然后以金屬鐵板為陽極，惰性石墨為陰極，采用直流電源進(jìn)行電還原，通過控制電還原參數(shù)，使廢水中的鈾在電還原過程中產(chǎn)生形成沉淀物，電還原結(jié)束后對(duì)沉淀物進(jìn)行過濾，從而達(dá)到去除廢水中鈾的目的，

　　所述控制電還原參數(shù)，具體包括：控制電源電壓在27-32V之間，電還原過程中用循環(huán)泵在陽極鐵板附近對(duì)廢水進(jìn)行攪動(dòng)，待陰極板附近開始出現(xiàn)黃褐色絮狀物時(shí)，繼續(xù)通電直至黃褐色絮狀物轉(zhuǎn)變成黑色顆粒狀沉淀物后再通電保持10min;

　　所述鈾在電還原過程中產(chǎn)生形成沉淀物，具體過程為：

　　(1)以金屬鐵板為陽極，電解過程中陽極鐵板逐漸溶解并產(chǎn)生二價(jià)鐵離子，廢水中的鈾以U(VI)形式存在，則二價(jià)鐵充當(dāng)還原劑將U(VI)還原為U(IV)，同時(shí)二價(jià)鐵轉(zhuǎn)變成三價(jià)鐵;

　　(2)在電場(chǎng)的作用下，二價(jià)鐵、三價(jià)鐵與U(IV)同時(shí)向陰極板移動(dòng)，由于電解過程中氫離子同樣也被還原成氫氣，導(dǎo)致廢水的pH值緩慢上升，并逐漸接近中性，此時(shí)，二價(jià)鐵、三價(jià)鐵與U(IV)在陰極板附近發(fā)生共沉淀，形成以四氧化三鐵夾雜鈾結(jié)晶的沉淀物。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于含鈾廢水處理的電還原沉淀鈾的方法，其特征在于，所述控制含鈾廢水的pH值在2-4之間，具體為采用稀硫酸或氫氧化鈉調(diào)整含鈾廢水的pH值在2-4之間。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于含鈾廢水處理的電還原沉淀鈾的方法，其特征在于，所述含鈾廢水含鈾濃度為0.5mg/L以上的含鈾廢水。

　　說明書

　　一種用于含鈾廢水處理的電還原沉淀鈾的方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及鈾礦水冶領(lǐng)域，具體涉及鈾礦山含鈾廢水中鈾的去除。

　　背景技術(shù)

　　為了緩解全球的溫室效應(yīng)，預(yù)計(jì)到2035年全球的核電規(guī)模將會(huì)擴(kuò)大44%以上。鈾作為核電的主要燃料，其需求量必定會(huì)大增。而在鈾礦的開采過程中會(huì)產(chǎn)生大量的含鈾廢水，這些鈾廢水將會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的危害。國(guó)內(nèi)外已開發(fā)出多種含鈾廢水處理工藝，其中主要包括吸附法、化學(xué)沉淀法、膜分離法、離子交換法等。吸附法是指鈾等物質(zhì)與吸附劑之間通過物理吸附和離子交換等反應(yīng)被吸附在多孔性物質(zhì)中，再通過離心等方式將吸附劑從廢水中分離，從而達(dá)到從廢水中去除鈾的目的。吸附法在放射性廢水處理中雖然經(jīng)濟(jì)且便于操作，但是由于吸附劑的吸附容量有限，且廢棄的吸附劑需要作特殊處理，因此吸附法只適合應(yīng)用于低濃度的含鈾廢水�；瘜W(xué)沉淀法是采用絮凝劑和助凝劑與含鈾廢水中的放射性核素以吸附架橋或電中和的形式使其發(fā)生共沉淀而形成某些難溶性的化合物而分離�；瘜W(xué)沉淀法雖然工藝簡(jiǎn)單，但在處理過程中加入的化學(xué)試劑會(huì)以沉淀的形式形成廢渣造成二次污染，因此，后續(xù)處理成本較高。膜分離法是利用膜的選擇透過性使鈾等污染物通過薄膜，而其他物質(zhì)不能通過薄膜而達(dá)到分離濃縮的目的，達(dá)到凈化廢水的目的。膜分離法具有分離效率高、能耗低、操作簡(jiǎn)單、易于管理、出水水質(zhì)好、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但其價(jià)格比較昂貴，不易大規(guī)模使用。離子交換法是采用具有物理吸附能力的離子交換劑，對(duì)廢水中的鈾進(jìn)行選擇性的去除，來達(dá)到凈化含鈾廢水的目的。離子交換法的優(yōu)點(diǎn)是去除效果好、操作性強(qiáng)、設(shè)備簡(jiǎn)單、產(chǎn)生含放射性的污泥少，適用于懸浮物含量少和含鹽量低的體系。但對(duì)于含有競(jìng)爭(zhēng)性離子的高濃度廢水其處理效果會(huì)受到極大的影響。目前，電沉積法因其設(shè)備簡(jiǎn)單、易自動(dòng)化、靈敏度高、能源利用率高、選擇性好、環(huán)境兼容性高等優(yōu)點(diǎn)逐步受到研究者的重視，目前已開展了含鉻廢水、印染廢水、氰化物、垃圾滲濾液等廢水的處理。然而，一般含鈾廢水中鈾的濃度較低(大約為0.5-50mg/L)，因此采用常規(guī)的電沉積方法難以獲得較高的鈾去除率。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是提供一種用于含鈾廢水處理的電還原沉淀鈾的方法，其具有工藝流程簡(jiǎn)單、凈化成本低、無二次污染、可實(shí)現(xiàn)鈾的回收等優(yōu)點(diǎn)。

　　在電還原技術(shù)方案必須包含以下特征，才能達(dá)到本發(fā)明的目的：

　　(1)電還原前含鈾廢水的pH值必須處于2-4之間，pH過低將導(dǎo)致陽極板的快速溶解以及溶液pH值的快速升高;pH過高將會(huì)導(dǎo)致溶液中鐵離子的快速沉淀，以上兩種情況均無法獲得四氧化三鐵的沉淀，不利于后續(xù)鈾的分離。

　　(2)電還原的陽極板必須為鐵板，陰極板必須為惰性石墨，其主要是利用鐵的變價(jià)金屬特性以及氧化還原特性，保證電還原過程中能形成含二價(jià)鐵、三價(jià)鐵、以及鈾離子的混合溶液環(huán)境，才能促成四氧化三鐵的結(jié)晶以及在此過程中對(duì)鈾的捕獲，如換成其他電極材料無法實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。

　　(3)電還原電壓必須為直流電源，且電壓值要控制在27-32V之間，電壓太低，反應(yīng)速率太慢;電壓過高，將導(dǎo)致還原過程廢水pH值上升較快，無法給四氧化三鐵晶體的形成提供時(shí)間，導(dǎo)致沉淀產(chǎn)物為氫氧化鐵膠體，不利于后續(xù)過濾分離。

　　(4)電還原過程中需要采用循環(huán)泵在陽極附近對(duì)廢水進(jìn)行循環(huán)攪動(dòng)，其目的一是加快陽極附近產(chǎn)生的二價(jià)鐵離子在溶液中的擴(kuò)散，從而提高其還原廢水中六價(jià)鈾的速度;二是避免大量二價(jià)鐵離子在陽極附近停留，防止廢水pH升高過程中在陽極附近形成氫氧化鐵沉淀，減弱鈾的去除效果。

　　(5)電還原過程中，在陰極板附近會(huì)首先出現(xiàn)黃褐色絮狀物，繼而出現(xiàn)小顆粒黑色四氧化三鐵沉淀，此時(shí)應(yīng)繼續(xù)通電10min，給四氧化三鐵顆粒的結(jié)晶留下時(shí)間，否則產(chǎn)生的四氧化三鐵沉淀性質(zhì)不穩(wěn)定，不利于后續(xù)處理。

　　因此，本發(fā)明是充分利用電化學(xué)原理以及鈾離子的特性，在特定的電還原工藝條件下，使廢水中的鈾進(jìn)入四氧化三鐵沉淀中，缺乏以上條件，無法達(dá)到本發(fā)明的目的。其優(yōu)勢(shì)在于：(1)四氧化三鐵是晶體物質(zhì)，易于過濾分離;(2)四氧化三鐵性質(zhì)穩(wěn)定，便于后于存儲(chǔ);(3)四氧化三鐵可以被回收并用作其他工業(yè)的原材料。(4)整個(gè)還原過程中不會(huì)產(chǎn)生任何其他的二次污染物。

　　實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案：一種用于含鈾廢水處理的電還原沉淀鈾的方法，首先以稀硫酸或氫氧化鈉調(diào)整含鈾廢水的pH值在2-4之間，然后以金屬鐵板為陽極，惰性石墨為陰極，采用直流電源進(jìn)行電還原，并控制電源電壓在27-32V之間，電還原過程中用循環(huán)泵在陽極鐵板附近對(duì)廢水進(jìn)行攪動(dòng)，待陰極板附近開始出現(xiàn)黃褐色絮狀物時(shí)，繼續(xù)通電直至其轉(zhuǎn)變成黑色顆粒狀沉淀物后再通電保持10min，電還原結(jié)束后對(duì)沉淀物進(jìn)行過濾，其主要成分為四氧化三鐵及鈾的結(jié)晶物。

　　所述電還原沉淀鈾的方法對(duì)含鈾濃度為0.5mg/L以上的含鈾廢水均可處理。

　　本發(fā)明的基本原理如下：

　　(1)以金屬鐵板為陽極，電解過程中陽極鐵板逐漸溶解并產(chǎn)生二價(jià)鐵離子，由于廢水中的鈾主要以U(VI)形式存在，則二價(jià)鐵充當(dāng)還原劑將U(VI)還原為U(IV)，同時(shí)二價(jià)鐵轉(zhuǎn)變成三價(jià)鐵;

　　(2)在電場(chǎng)的作用下，二價(jià)鐵、三價(jià)鐵與U(IV)同時(shí)向陰極板移動(dòng)，由于電解過程中氫離子同樣也被還原成氫氣，導(dǎo)致廢水的pH值緩慢上升，并逐漸接近中性，此時(shí)，二價(jià)鐵、三價(jià)鐵與U(IV)在陰極板附近發(fā)生共沉淀，形成以四氧化三鐵并夾雜鈾結(jié)晶的沉淀物。

　　本發(fā)明與傳統(tǒng)的含鈾廢水處理工藝相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：

　　(1)對(duì)廢水的適應(yīng)性強(qiáng)，電還原前僅需要對(duì)含鈾廢水進(jìn)行pH值調(diào)節(jié);

　　(2)電還原過程中無需添加任何化學(xué)試劑，避免了二次污染;

　　(3)電還原工藝處理能力大，對(duì)0.5mg/L以上的含鈾廢水均可處理;

　　(4)電還原沉淀產(chǎn)物量少，且主要為四氧化三鐵與鈾的結(jié)晶物，后續(xù)可加以回收利用。