作者：李喜龙１，王海珍２，蔚龙凤２，陈 乡２，甘 泉１，季扬威１，阮志龙１ （１．中核通辽铀业有限责任公司，内蒙古 通辽 ０２８０００； ２．核工业北京化工冶金研究院，北京 １０１１４９）

摘要：地浸采铀矿山废水处理的主要方法是自然蒸发法，该方法受环境影响大、蒸发效果差。针对自然蒸发法 的缺点提出了风能增效蒸发法，通过扩大液面的蒸发面积，在风能和太阳能作用下对废水进行加速蒸发。风能 增效蒸发装置可模块化设计，和自然蒸发池相比蒸发面积扩大了约２７倍，蒸发耗能为１．４６７ｋＷ·ｈ／ｔ，成本为 ０．８８元／ｔ，具有较好的经济性。

关键词：风能；增效；蒸发；蒸发面积；废水

目前，地浸矿山废水采用自然蒸发法处理，处 理效果受自然条件影响较大，冬季蒸发量很小，该 法仅适用于蒸发量远大于降雨量的地区。随着地 浸矿山生产能力的增加，产生更多的废水，需要扩 大蒸发池的面积，这对征地和环保提出了较高要 求。以内蒙古某铀矿为例，产生废水４８．４９ｍ３／ｄ， 按当 地 蒸 发 量 １５００ ｍｍ／ａ计算，需 建 设 面 积 为 １１８８０ｍ２、容积为１８０１２ｍ３的蒸发池。 针对自然蒸发法处理地浸采铀矿山生产废水 的不足，探索一种高效蒸发的方法势在必行。目 前废水处理应用较多的方法有反渗透和电渗析 法；但对于高盐和高含固量的地浸废水，这些方法 在应用条件和处理成本上难以满足要求。风能增 效蒸发技术在澳大利亚、以色列和墨西哥等地海 水提盐和废水处理上应用较多［１－２］，本研究在此基 础上提出适用于地浸矿山的风能增效蒸发装置， 增大蒸发池废水的蒸发量、有效减少蒸发池废水 存量，为采铀工艺的连续运行提供保障。

１ 废水来源

地浸矿山废水的主要来源：１）外排 母 液。浸 出液中的铀经离子交换吸附、饱和树脂淋洗、贫树 脂反冲洗、淋洗合格液酸化、沉淀并最后沉降，得 到产品。沉降母液中铀浓度较低的部分排入蒸发 池，外排母液 量 占 总 废 水 量 的９．３％。２）贫树 脂 转型废水［３］。饱和树脂经淋洗后，进 行 贫 树 脂 反 冲洗转型，外排转型废水占总废水量的７１．５％。 贫树脂转型废水中的 Ｃｌ－ 质量浓度高于２ｇ／Ｌ时 外排至蒸发池；低于２ｇ／Ｌ时进行反渗透处理，反 渗透浓水（占反渗透进水量的２５％）排入蒸发池。 ３）洗井废水。钻孔堵塞后，利用空压机洗井产生 的废水，外排的洗井废水占总废水量的１９．２％。 ２ 废水化学组分 地浸采铀废水主要化学组分见表１。 转型废 水 包 含 一 些 化 学 沉 淀 物，如 ＣａＣＯ３ 等，经过２～４ＶＲ的反冲洗，其含量逐渐降低。洗 井废水化学组分与地下水本底值相当；但由于洗 井废水含固量较高，简单回用作浸出剂会堵塞注 液井，作为浸出液处理又会造成吸附塔上层树脂 板结，目前还没有较好的工艺将其回用。沉淀母 液ｐＨ 在１２．３左右，当沉淀母液中铀浓度较高时 配制淋洗剂；铀浓度较低且淋洗剂量足够时，因其 Ｃｌ－ 浓度较高，做外排处理。

３ 风能增效蒸发技术路线和工艺流程

３．１ 技术路线 蒸发是指物质从液态转化为气态的相变过 程。蒸发量是指在一定的时段内，水分经蒸发而 散布在空中的量。影响蒸发的因素主要有温度、 湿度、液体的表面积、液体表面上方空气的流动速 度等。温度越高，蒸发越快；液面表面积 越 大，处 于液体表面积附近的分子数目越多，蒸发越快；液 面上方空气流动速度越大，蒸发越快［４］。 温度、液体表面空气流动速度受大气 物 理 环 境影响较大，难以改变，人为提高温度和增大液体 表面空气流动速度又会增加成本消耗，因此主要通 过改变液面表面积大小来实现加快蒸发的目的。

３．２ 工艺流程 研究在不同环境温度、水体温度以及 湿 度 条 件下废水的蒸发量。通过耐腐潜水泵将蒸发池废 水提升至风能增效蒸发装置上，通过布液管将废 水 均匀分布于基体材料，未喷淋至基体材料上的 废水通过底部防渗混凝土垫层返回蒸发池，避免 污染周围环境。研究过程间歇操作，喷淋完成后 停止布液，基体材料废水蒸干后再重新启动。为 了便于计量整个基体材料的保水量，在进液管加 装液体流量计，同时在装置底部设置返回废水收 集器［５］。风能增效蒸发工艺流程如图１所示。 ４ 风能增效增发装置研制

４．１ 基体材料选型 对于蒸发基体材质，需要具备适宜的 吸 水 性 能，即吸水能力足够蒸发但不能过强以至于降低 有效蒸发压。无内部表面的材料（网）比有内部表 面的材料（无 纺 土 工 布）更 不 易 堵 塞，效 果 更 好。 同时考虑温度对蒸发效率的影响，基体材料应具 有一定的吸光能力，选颜色深的较适宜。另外，基 体材质应具有很好的强度和耐候的特性［６－７］。 本试验选择目前国产应用较广泛的碳纤维编 织布和聚丙烯编织布。基体材质基础参数见表２。 试验 中 分 别 取 １２ｋ（３６０ｇ／ｍ２）、３ｋ 斜 纹 （２００ｇ／ｍ２）、平 纹 （２００ｇ／ｍ２）碳 纤 维 编 织 布 和 ４００ｇ／ｍ２聚丙烯编织布样品放入烘箱，在５０℃下 烘干５ｈ，各取１Ｌ蒸馏水将样品浸湿，取出后直 至样品不滴水为止，称量样品吸水量，同时将样品 放室外晾晒，每５ｍｉｎ称重 一 次。浸 湿 样 品 后 无 明水至样品恢复原重量的时间为蒸发时间，试验 结果见表３。

从表３可看出，碳纤维编织布比聚丙 烯 编 织 布单位保水量低，而 聚 丙 烯 编 织 布所需的蒸发时 间较长。综合价格因素，碳纤维编织布１００元／ｍ２， 聚丙烯编织布１５元／ｍ２，最终选择黑色聚丙烯编 织布作为基体材料。 ４．２ 基体材料悬挂方式 基体悬挂方式有单个缠绕悬挂方式和连续交 错悬挂方式，如图２所示。单个缠绕悬挂方式缠 绕工序复杂，且每个接口都需要缝接；而连续交错 悬挂基体材料面积大于单个缠绕方式，因而选择 基体连续交错悬挂方式。 选择基体材料支撑管主要考虑对浸湿后基体 材料总质量的承受能力，选择耐腐蚀镀锌钢管为 基体材料支撑管，规格ＤＮ１５ｍｍ×２１０５ｍｍ，间 距２４０ｍｍ。 ４．３ 机架结构设计 机架结构设计主要考虑布液管和基体支撑管 的安装，同时要方便移动和安装。本研究将机架 设计模块化，单个机架模块规格２．５ｍ×２ｍ×１０ ｍ；整体 骨 架 选 择 Ｈ 型 钢，便 于 整 体 焊 接 或 螺 栓 连接；辅助部分选择角钢。增效蒸发装置主视图 如图３所示。

４．４ 布液方式设计 如何高盐废水均匀分布到蒸发基体材料表 面，关系到蒸发能耗和蒸发量的大小，一般采用毛 细管吸力和溶液动力输送的方式进行溶液传输。 毛细管吸 力 布 液 方 式 是 将 基 体 材 料 放 入 蒸 发 池 中，利用基体材料中纤维与纤维间毛细空隙所产 生的毛细管吸力将溶液吸附在基体材料上；动力 输送是通过泵将废水均匀的布置在基体表面，布 液间断操作，能耗高。毛细管吸力布液可连续操 作，基本不产生能耗；但需要将机架布置在蒸发池 上，施工难度大，维护困难。综上所述，选 择 动 力 布液方式。布液管如图４所示。 布液管落水孔的大小影响布液时间的长短和 泵的选型。试验过程中，落水孔径为３．０ｍｍ 时， 存在落水不均匀现象，整个布液管靠近进水口处 落水较快；远离进水口处由于压力过低落水较慢， 有时不落水，造成部分基体材料闲置。当落水孔 径２．０ｍｍ、落 水孔距中心垂线夹角 ４５°两 侧 均 布、两相邻落水孔间距３５ｍｍ 时，落水过程带压， 可直接喷淋至基体材料上，布液符合要求。

４．５ 清洗方式选择 地浸采铀矿山废水含有较高的盐分，蒸 发 池 废水盐分最 高 达９ｇ／Ｌ。试 验 过 程 中，随 着 液 体 的蒸发，水体中盐类物质逐渐结晶，结晶物附着在 基体上，使整个基体材料显现白色，近距离观察部 分结晶悬挂在基体材料上。由于选择基体材料属 编织布种类，内部不含有纤维短丝，结晶物不会附 着于基体材料内部，所以结晶物无需专门清洗，直 接用外力敲打即可去除。 ５ 增效蒸发装置现场试验 风能增效蒸发试验主要对进水、出水、保水量 进行计量，同时考虑不同时间段对蒸发效果的影 响，每个模块 基 体 材 料 面 积 为１４２ｍ２，试验 装 置 如图５所示。室 外 温 度２７ ℃、相对 湿 度 为４０％ 条件下的试验 结 果 见 表４；温 度、风 速、湿 度 对 蒸 发的影响见表５

从表４可 知：现场试验的基体保水量为 ２１１ ～３５２ｇ／ｍ２，与室内试验基本相当；在保水量相同 的情况下，蒸发受温度、湿度、风速的影 响。从 表 ５可知，环境温度和环境湿度有相关性，同等风速 下，当温度逐渐升高时湿度逐渐降低，蒸发时间减 少。温度升高５．５ ℃时，蒸发时间可减少５ｍｉｎ。 当温度保持在２５ ℃左右，相对湿度 保 持 在４８％ 时，风速从１．８ｍ／ｓ升高到２．６ｍ／ｓ时，蒸发时间 从４２ｍｉｎ减少至３７ｍｉｎ，风速越大越有利于基体 材料上液体的蒸发。

６ 技术经济指标 风能增效蒸发装置拓展了蒸发面积，加 快 了 蒸发，该 装 置 的 耗 能 设 备 只 有 潜 水 泵 （功 率 １．５ ｋＷ），增效蒸 发 装 置 总 面 积２８４ｍ２，基体 材 料 保 水量３００ｇ／ｍ２，单次蒸发量为８５．２ｋｇ，单次耗电 ０．１２５ｋＷｈ（运行５ｍｉｎ），所以风能增效蒸发装置 能耗为１．４６７ｋＷ·ｈ／ｔ，经核算增效蒸发成本为 ０．８８元／ｔ。 ７ 结论 １）风能增效蒸发受温度和风速影响较大，单 位面积基体最大保水量３５２ｇ／ｍ２，最快蒸发时间 ２５ｍｉｎ。 ２）该装置模块化设计，可以根据实际情况进 行灵活调整。当 蒸 发 装 置 占 地 面 积 为１０ｍ２时， 基体材料蒸发面积可达２８４ｍ２，蒸发面积扩大了 约２７倍。 ３）风能增效蒸发装置，利用有限的占地面积 和自然资源，将蒸发面从平面向立体扩展，使其蒸 发面积和蒸发效率提高，达到高效低耗的目的，为 废水减量化处理提供新思路。