[发明专利]处理含铵及氟离子废液的方法

说明书

本发明主要涉及一种处理来自铀核燃料生产中的含有铵离子和氟离子的废液之工艺过程，其中包括无水氟化氢（氢氟酸）和氨的回收及重复利用。

二氧化铀是一种典型的核燃料材料，它是由铀核燃料生产厂的六氟化铀生成的。在生成中间产物二铀酸铵的工艺中，产生一种含有铵离子和氟离子的废液。目前，这种废液的处理在铀核燃料生产厂里是用氢氧化钙使废液分离成为氨水和氟化钙，而只有氨水在核燃料材料的生产中能被重复利用。

氟化钙在核燃料生产厂中，由于它在厂里无法直接利用，所以只是简单地将之贮存和堆放着。在核燃料生产厂之外，氟化钙可作为生产无水氢氟酸的初始原料。但在这种情况下，为了从核燃料生产厂里提供这种材料作为令人满意的原料，就需要有附加的工艺处理。该体系由此而复杂化了。从氟化钙生产氢氟酸，同时还生成无法直接利用的付产物。

本发明针对处理铀核燃料生产厂的含有氟化铵和氨水的废液，分别地回收氟料和氨料以将产生的废料降到最低程度，其中，氟料能以无水氟化氢的形式回收，它是用于六氟化铀转变的原料。另外，在本发明的工艺中，用于上述分离过程的试剂继处理后能循环再利用，从而使废料的量降到最低限度。有鉴于氯化镁的特性，我们利用氯化镁的有关特性设计了达到上述目的的联合工序，从而完成了本发明。

本发明提供一种封闭循环系统处理含有铵离子和氟离子的废液的方法，它包括用强酸型离子交换树脂对铵离子进行离子交换吸附作用而使之分离;如果需要，对留下的氟化氢稀溶液进行蒸馏浓缩;加入浓硫酸用萃取蒸馏法回收氟化氢;浓缩余下的稀硫酸，循环它到前述的萃取蒸馏工段;用盐酸溶液再生已经吸附了铵离子的离子交换树脂，将已除去铵离子的树脂再次用来吸附铵离子;从余下的氯化铵水溶液中加入氢氧化镁，经过蒸馏以回收氨水;剩余的溶液中含有氯化镁，用水解热分解法回收盐酸和氢氧化镁;将盐酸循环到离子交换树脂的再生工序，该氢氧化镁循环到从氯化铵溶液蒸馏氨水的工序。

本发明的方法不仅能应用于处理铀核燃料生产厂的废液，而且通常可用于处理任何含有NH⁺₄和F^-的废液。在这种情况下，其它少量共存的杂质离子并不会引起麻烦。但如它们的含量很大，可事先用适当的方法予以除去。

通常，废液首先经离子交换吸附作用以分离铵离子。在这道工序中使用强酸型阳离子交换树脂。任何一种树脂载体的阳离子交换树脂，如聚苯乙烯型，苯酚型，石墨型等，只要它们具有强酸基团，就均可使用。使用这些离子交换树脂既可以使待处理的废液通过树脂填充柱，也可以简单地将树脂与待处理废液混合，搅拌，然后再予分离。这样填充或混合使用的树脂的用量可根据待处理废液中NH⁺₄和F^-的浓度而适当变动。使用强酸型离子交换树脂时，可不必考虑待处理废液的酸度，因此，所使用的废液，就没必要调节它的酸度。

关于六氟化铀再转换厂的废液，经离子交换处理后，其水相实际上是一种仅含百分之几HF的溶液。向废液加入浓硫酸（70%或更高），再用已知的方法加以蒸馏，可从此废液中以无水氟化氢的形式回收总含氟量近90%，实际上更好的方法是先通过蒸馏，使HF含量提高到约30%。这道工序中的废硫酸可在下一步蒸馏一一浓缩中转化成浓硫酸，并可在萃取蒸馏工序中使用。因此在HF浓缩工序中蒸出和收集的水分，以及在硫酸浓缩工序中蒸出和收集下来的水分仅作要被倾弃的废料。此废水中只含有少量的杂质如HF，因而可用常规的方法处理之。本发明的工艺中弃去的固体废料是极少量的。

另一方面，因吸附而含有NH⁺₄的离子交换树脂经再生即分离了NH⁺₄之后可以再利用。任何一种无机酸均可用来解吸。但在本发明的条件下必须使用盐酸，因为意在回收氨。从这样得来的氯化铵水溶液中，只要加入氢氧化镁并简单地煮沸就可回收氨水。每1摩尔氯化铵至少加入0.5摩尔的氢氧化镁。在这一道工序中，浓度为3～20%的氨水约可获得97%的回收，留下的是氯化镁水溶液。

此种氯化镁水溶液在下道工序被加热分解，此时盐酸被蒸出而留下氢氧化镁的淤浆。这些物料可以再用于前面的工序中，并可重复利用，直至除了NH⁺₄以外的阳离子积累在氢氧化镁中，使之不能继续再循环为止。

所得结论是，由本发明提出的工艺中，只有硫酸浓缩工序中产生的含有少量氟料的水是唯一的废料，氨水和无水氟化氢均以直接再利用的方式被回收，参与本工艺的全部物料都在这一工艺的封闭体系中被重复地使用。