中國北方某鈾鐵共生礦在開采及加工過程中，產生大量的工業廢水。這些廢水主要含有放射性物質鈾，還含有大量的非放射性物質鐵、鎘、鉻、銅、鋅、錳及硫酸根離子。因屬于露天采礦，環境污染較為嚴重，經檢測，廢水中的鈾含量超標，必須處理達標后方可排放。

　　含鈾廢水的處理方法很多，常用的有離子交換、化學沉淀、納濾法、生物濾池等。選擇哪一種處理方法需要根據每類水的水質、體積等實際情況而定。

　　離子交換技術是目前處理廢水和保護環境的較好方法之一，被廣泛地用于處理含有大量重金屬離子的礦山廢水，處理后廢水可再循環利用或者直接外排。目前應用較多的離子交換樹脂為強堿性陰離子交換樹脂。本研究的目的在于在實際生產中尋找一種深度凈化處理鈾礦冶生產廢水并回收鈾的高效離子交換樹脂。

　　1、試驗部分

　　1.1 試劑和儀器

　　主要試劑：201×7強堿性陰離子交換樹脂；D363B大孔弱堿性陰離子樹脂；分析純NaCl，配制成質量濃度為60g/L的溶液；分析純Na2CO3，配制成質量濃度為10g/L的溶液。

　　試驗用吸附原液為中國北方某鈾鐵共生礦床的井下水，pH為8.06，密度為1.12×10³kg/m3，含有Si、P、Mn等雜質離子，吸附原液組成見表1。

　　主要儀器設備：pH計(PHS-3C型)；可見光光度計(721型)；恒溫振蕩器；樹脂柱(有機玻璃材質，內徑��10mm，每柱裝樹脂20mL，床層高250mm)。

　　1.2 試驗操作與分析方法

　　1.2.1 樹脂的預處理

　　先將樹脂用去離子水浸泡24h，再用0.5mol/LHCl浸泡4h，然后用清水洗至中性，再用等濃度的NaOH溶液浸泡4h后，用清水洗至中性，晾干備用。

　　1.2.2 靜態吸附試驗

　　將5mL濕樹脂直接加入250mL具塞錐形瓶中，然后加入200mL一定濃度的標準液。將具塞錐形瓶放在恒溫振蕩器上震蕩一定時間，溫度控制在25℃，轉速控制在80r/min。間隔一定時間取5mL樣品，用偶氮砷Ⅲ分光光度法測定濾液中的U(Ⅵ)含量，樹脂的吸附容量按式(1)計算：

　　式中：Q—樹脂吸附容量，mg/L；C₀—U初始質量濃度，mg/L；C_e—吸附后殘留U質量濃度，mg/L；V₁—溶液體積，mL；V₂—樹脂體積，mL。

　　1.2.3 動態吸附試驗

　　將20mL濕樹脂裝在內徑為10mm的樹脂柱內，裝填高度為250mm，在一定溫度下采用上進料方式進行動態吸附或淋洗試驗，每2h取樣一次，并計量流出液或淋洗液體積，便于累積計算。用偶氮砷Ⅲ分光光度法測定流出液或淋洗液中的U(Ⅵ)，確定動態吸附或洗脫曲線。試驗裝置如圖1所示，高位槽底部出水口距離樹脂柱頂端850mm。

　　2、試驗結果與討論

　　2.1 靜態吸附

　　靜態吸附間隔時間選取30、60、90、120、150、180min，2種樹脂靜態吸附曲線如圖2所示。

　　由圖2可看出：隨著吸附時間的增加，2種樹脂對U(Ⅵ)的吸附容量逐漸增加，201×7樹脂吸附90min后達到平衡，吸附容量為30.22mg/mL；D363B樹脂吸附80min后達到平衡，吸附容量為24.10mg/L。吸附時間繼續增加，U(Ⅵ)吸附容量基本不變，吸附基本達到平衡。因吸附平衡時間與樹脂的極性和空間結構有關，D363B樹脂屬于大孔樹脂，結構較為疏松，空間位阻較小，所以平衡時間較201×7樹脂短。

　　2.2 動態吸附

　　2.2.1 吸附試驗

　　201×7樹脂接觸時間為5min，D363B樹脂接觸時間為10min，在接觸時間和減半接觸時間內分別對2種樹脂進行動態吸附考察。1#柱為201×7樹脂，接觸時間為2.5min，日耗吸附原液4500mL；2#柱為201×7樹脂，接觸時間為5min，日耗吸附原液為2300mL;3#柱為D363B樹脂，接觸時間為5min，日耗吸附原液為2300mL;4#柱為D363B樹脂，接觸時間為10min，日耗吸附原液為1100mL。以吸附尾液床層體積數為橫坐標，尾液鈾質量濃度為縱坐標，可得動態吸附曲線如圖3所示。經計算，1#柱、2#柱、3#柱和4#柱達到穿透點時樹脂吸附負載容量分別為45.9、51.0、22.4和30.6mg/mL。

　　根據無受納水體的外排水U濃度標準，控制穿透點鈾質量濃度為0.05mg/L。由圖3可看出：1#柱、2#柱、3#柱和4#柱穿透床體積分別為4400、5200、2400和3200BV;在吸附接觸時間內，2種樹脂(2#柱和4#柱)吸附結果差別不大，吸附效果都較好;吸附接觸時間縮短1/2后，201×7樹脂和D363B樹脂吸附容量都有所降低，但吸附效果變化不大。上述試驗說明，在接觸時間和減半接觸時間內對礦井水中的U(Ⅵ)吸附效果影響不大，都可以完成吸附任務。但是，在達到穿透點時201×7樹脂較D363B樹脂吸附容量大，因此，在未來生產中，應選擇201×7樹脂。由于待吸附的礦井水中鈾的質量濃度低，平均為10mg/L左右，因此縮短吸附接觸時間對未來的生產是非常有利的，吸附接觸時間選擇2.5min。如此可以大幅度降低樹脂塔的體積及樹脂的一次投入量，減少投資。

　　2.2.2 淋洗試驗

　　采用上進料順流方式對1#樹脂柱達到穿透點時的樹脂進行動態淋洗，淋洗劑為60g/LNaCl與10g/LNa2CO3的混合液，淋洗接觸時間為30min，淋洗曲線如圖4所示。淋洗過程中，每10min取樣一次，記錄淋洗液體積，分析淋洗液濃度，累積求取鈾總量。動態脫附量可根據式(2)計算：

　　式中：Q_d—樹脂動態脫附量，g/L；C_i—淋洗液鈾質量濃度，g/L；V_i—淋洗液的體積，mL；V—樹脂的體積，mL。

　　由圖4可看出，淋洗峰線比較集中，前5個床層體積淋洗液中U(Ⅵ)濃度較高，淋洗10個床層體積后，淋洗液中U(Ⅵ)質量濃度可降至60mg/L以下。60g/LNaCl+10g/LNa2CO3的混合液可以用作從201×7樹脂中回收U(Ⅵ)的淋洗劑。根據回收金屬可知，樹脂有效容量為12.36g/L，U(Ⅵ)回收率可達到70.2%。為控制外排鈾濃度，穿透點鈾質量濃度不超過0.05mg/L，導致樹脂整體吸附率低，總回收率不高。

　　2.2.3 樹脂的重復吸附性能

　　如果通過簡單的方法能循環使用樹脂，這將大大提高樹脂的有效利用率，降低工業成本。對1#樹脂循環吸附—淋洗—吸附6次，循環次數與吸附U(Ⅵ)能力的關系如圖5所示。

　　由圖5可知，201×7樹脂在對礦井水原液的重復吸附過程中，樹脂對U(Ⅵ)的吸附容量沒有急劇降低，重復吸附6次后，對U(Ⅵ)的吸附容量仍為最大吸附容量的70%以上。由于在淋洗過程中會有少量樹脂損耗，因此，理論上的重復吸附效果會更好。這說明201×7樹脂可以被循環利用，相對于鈾提取工藝中，在水處理中因污水成分較為穩定，pH偏中性，預處理較為徹底，更具有實用價值。

　　3、結論

　　1)201×7強堿性陰離子樹脂和D363B大孔弱堿性陰離子樹脂都可以實現對某礦井廢水中U(Ⅵ)的吸附回收，使其達到外排水標準。在達到穿透點(0.05mg/L)時，201×7樹脂較D363B樹脂吸附容量大。選用201×7樹脂和接觸時間2.5min，可以大幅度降低吸附塔體積，降低樹脂的一次投入量，降低建設投資。

　　2)201×7樹脂處理鈾鐵共生礦井下廢水，對U(Ⅵ)回收率可達到70.2%。經6次循環吸附—淋洗—吸附后，201×7樹脂對U(Ⅵ)的吸附容量為最大吸附容量的70%以上，仍保持著較好的吸附性能，具有一定的實用價值。(來源：中核北方鈾業有限公司)