廖文胜，王立民，陈 乡，郑建平，王 振

(核工业北京化工冶金研究院，北京 101149)

地浸采铀工艺通过连续抽、注液，将浸出液从地下抽出，并将浸出液经吸附后产生的吸附尾液调配成浸出剂后重新注入地下[1]1-3。由于流体动力与化学作用，导致浸出液中有一定的固体物。为了保证树脂床不被污染及地下矿层的孔隙不被堵塞，需要在浸出液进树脂塔前及浸出剂注入地下矿层前对其进行过滤[2]。

目前，地浸采铀中基本采用袋式过滤器过滤。袋式过滤器结构简单、投资少，可以保证一定的过滤精度[3]1-4；但袋式过滤器纳污量小，更换滤袋操作繁琐，耗时长，劳动强度大。很多厂矿在无法保证及时更换过滤袋的情况下，只能使用滤孔较大的滤袋，这样会使小于滤孔直径的微粒进入树脂床或矿层，导致树脂床板结或矿层堵塞，致使吸附塔塔压升高或者抽注液量下降。目前，中国铀矿山的过滤精度一般为50～100 μm。

近年来，地浸矿山也应用了自动反清洗过滤器，采用不锈钢细滤网做过滤元件，通过不锈钢转刷进行反清洗[4]。这类过滤器使用的不锈钢滤网纳污量较小且网眼较大，一般过滤精度在50 μm。地浸采铀浸出液中的固体微粒主要是絮凝铁、钙镁沉淀物、黏土等，这些固体杂质粒径一般小于10 μm，在地表不易沉积，常规过滤器难以过滤[1]28-38。对于地浸采铀中大量的微粒，常规的反清洗过滤器效果一般，在实际使用过程中，仅用其过滤破碎树脂[1]166。因此，生产实践中需要设计一种适于地浸液处理的反清洗过滤装置，以提高过滤效果和自动化控制程度。

1 过滤方式的选择

过滤是借助粒状材料或多孔介质截除水中悬浮固体的过程，是属于流体动力过程的单元操作，过滤操作广泛用于各种工业生产中。

根据过程的推动力[5]，过滤方式可分为4类：1)重力过滤，其推动力是流体本身的液柱静压，此法仅适用于处理颗粒粒度大、含量少的液体；2)加压过滤，用泵或其他方式将流体加压，通过较高的操作压力，来加速液体中悬浮物的分离；3)真空过滤，通过对过滤介质抽真空来处理含有矿粒或晶体颗粒的过滤介质，并便于洗涤滤饼；4)离心过滤，对流动液体施加离心力，使悬浮物离心沉降，适用于晶体物料和纤维物料的过滤。

对于地浸液来说，由于溶液中固含量较少、流量大、原液池与尾液池容量小，导致地浸溶液在地面停留时间短、过滤容量大，采用重力过滤、真空过滤及离心过滤方式并不现实，实践中应用的只有压力过滤。

在地浸液处理过程中，可选用的压力过滤器有滤料过滤器、袋式过滤器、滤芯式过滤器、金属网式过滤器。滤料过滤器用于固含量较多、颗粒较大的溶液，一般用作前置过滤。滤芯式过滤器可精细过滤、纳污量大；但成本较高，更换滤芯的操作复杂。网式过滤器过滤能力大、易于自动化；但过滤精度、纳污量小。袋式过滤器成本低，清洗后可反复使用；但存在纳污量小、更换劳动量大、耗时长、更换困难等问题，使用中不得不降低滤袋精度。

从地浸液处理的角度看，应选择过滤容量大、纳污量大、精度高、易于自动化且可反冲洗的过滤器。因此，试验中选择了金属折叠网滤芯式过滤器，在保证过滤能力和精度的前提下，提高过滤面积，并实现自动化和反清洗操作。

2 全自动反清洗精细过滤器设计

2.1 设计原则

采用2级过滤方式，以合理分配过滤强度；采用金属折叠滤芯，保证纳污量；依据过滤的水样分析结果，确定过滤精度；设计自动化控制，保证反冲洗效果。

2.2 过滤器设计

2.2.1 过滤精度的选择

浸出剂中的固体颗粒注入地层后，会逐渐堵塞地层中的渗流通道，堵塞程度与悬浮颗粒大小、粒径分布及与孔喉的匹配相关[1]166。一般认为，液体中颗粒尺寸大小达到孔喉直径的1/3时，颗粒可在喉道处形成架桥[6];而不同粒径的颗粒在地层中流动时，还能够在孔喉处按颗粒由大到小的顺序形成严密堵塞[7]。因此，过滤器需要将液体中大部分的悬浮物除去，才能保证注液量的稳定。

对溶液(地下水、浸出液)进行分析，确定溶液中固体微粒的含量及粒径分布；并对溶液中主要化学成分、pH、Eh等进行分析，对溶液中固体物的变化进行预测，确定过滤器滤芯的级数与滤径。

对某地浸铀矿床北带运行半年以上的浸出液进行了分析，并与洗井水样的分析结果进行了比较，固体质量浓度为1.0～1.5 mg/L，结果见表1。可以看出：运行半年多的浸出液(BC-1)，已无50 μm以上的微粒，且总的微粒数也较少，溶液较为干净；而5个洗井水样，由于井筒周围抽液还未达到平衡，其中的微粒数量远远多于BC-1中的数量，且含有一定数量的较大颗粒。

表1 某地浸铀矿床北带水样的微粒分布

根据以上分析结果，确定该铀矿床的过滤器选2级精度，第1级精度滤芯的滤径为10 μm，第2级精度滤芯的滤径为5 μm。

2.2.2 滤材的选择

滤材选用特种不锈钢，易于反冲洗和清除杂质。对常见的高精度金属纤维烧结网、金属粉末烧结毡、金属多层网进行了比选，见表2。

表2 3种不同滤材性能比较

金属纤维烧结网由不锈钢(316L)金属纤维制成的多孔深度型滤材折叠制成，具有处理量大、过滤精度高、纳污量大、压差低、使用寿命长等优点。金属粉末烧结毡采用金属粉末烧结而成，具有耐高温、耐腐蚀、孔径均匀稳定、透气性好、机械强度高、可清洗再生等特点[8]。高精度金属多层网处理量大、价格低、使用寿命长、易清洗、过滤精度高、耐压强度较好，工艺过程稳定可靠，尤其是该滤件具有优异的清洗再生功能，可确保过滤系统长期连续运行。因此，优选3层高精度不锈钢网做为滤材。

2.2.3 折叠滤芯的结构

根据过滤面积确定滤材的折叠层数，首尾滤层合缝处采用氩弧焊接，保证滤层合缝的强度。支承体采用1.0 mm厚的316L不锈钢板制成，其上设置筛孔，卷焊成筒状，内、外支承体可使滤芯满足单向流动的需要，防止作业中发生反向流动冲坏滤芯。将内、外支承体的一端和上端盖焊接，另一端和下端盖用螺纹连接；然后再用环氧树脂胶结，保证连接强度。下封头上装有密封圈，保证滤网内外的密封[9]。设计1级滤芯3个、2级滤芯3个，每级滤芯采用2用1备方式，折叠滤芯结构如图1所示。

2.2.4 过滤器控制系统设计

全自动反清洗精细过滤是地浸采铀溶液过滤的发展方向。应用自动控制方式不仅可减轻劳动强度，也可按时采集数据、保证设备在最佳状态下运行[10]49-54。自动控制系统采用可编程程序控制，设置了12个压力传感器、24个电动蝶阀和2个电磁阀。

采用西门子控制系统，设计4种控制方式：(压差控制、手动控制、时间控制、PLC智能控制)，各种控制方式都简单、易于操作。同时，设备可与中央控制系统连接，能够实现自动反冲洗，无需人工干预[10]49-54。系统控制界面如图2所示。

2.2.5 总体设计及效果

根据以上设计思路，进行了总流程设计，全自动反清洗精细过滤装置运行流程如图3所示。试验用全自动反清洗精细过滤装置如图4所示。

3 全自动反清洗过滤器的应用

3.1 应用操作流程

全自动反清洗精细过滤装置的应用流程，包括以下步骤：1)正常过滤。浸出液或下注液经过1级过滤进液管、1级过滤进液阀、1级过滤出液阀和2级过滤进液管、2级过滤进液阀、2级过滤出液阀进行过滤，合格滤液从2级过滤出液管流出。2)反清洗操作。当第1级滤芯滤前和滤后压差大于设定值，和/或第2级滤芯滤前和滤后压差大于设定值时，启动备用滤芯，然后关停需反洗滤芯，准备反冲洗。3)通过稳压阀控制反清洗剂压力，用减压阀控制压缩空气的压力，依次打开气包和反洗液阀门、反冲进液阀、排污阀进行反冲，直至反冲水中无铁和可见固体颗粒，结束反冲。4)反清洗结束，滤芯进入备用状态。

3.2 应用效果

正常情况下，在同等注液压力下，浸出剂经3～6个月运行后，其注液量会下降15%～40%[3]1-4。

设计的全自动反清洗过滤装置，在现场试验过程中，6个滤芯的反冲时间在30～45 min，反冲后1级和2级压差均小于0.1 MPa。本装置及应用工艺在地浸实践中取得了良好的过滤、反冲效果，节水、省时作用明显,系统自动化程度高。

在长达一年多的时间内，采用全自动精细过滤装置，某矿床北带试验的注液过程一直保持稳定，注液量、注液压力维持不变，显示出良好的过滤除杂作用。

4 与常规过滤器的比较

对本装置与常规过滤器进行了比较，见表3。

表3 本装置与常规过滤器的比较

由表3可见，由于刷洗的需要，常规反清洗过滤器需采用较高强度的过滤网，限制了高精度过滤网的应用，过滤精度一般为50 μm；且采用单层不锈钢网，纳污量小。全自动反清洗过滤装置采用高精度金属多层丝网折叠滤芯，过滤精度达5 μm，纳污量较大。理论上常规反清洗过滤器有较好的反冲洗效果；但在酸法浸出中，泥等杂质可能黏在滤网上，且无法滤除碱法浸出液中的泥土。折叠滤芯采用严格的反冲工艺，可以较好实现反冲目的。袋式过滤器虽然成本低；但其纳污量小、劳动强度大，导致过滤精度差，矿层堵塞严重。

5 结论

设计制造的全自动反清洗精细过滤装置，具有良好的过滤、反冲洗性能，系统自动化程度高，清洗装置保证了注液量、注液压力在长达一年多的时间内维持不变。该装置与常规的自动反清洗过滤器相比，过滤精度高、纳污量大，且易于反冲洗，有广阔的应用前景。