Sanace ložiska Stráž

 

RNDr. Rudolf Josefi, Ing. Zdeněk Šrýtr, DIAMO, s. p., o. z. TÚU Stráž pod Ralskem

 

Úvod

Na základě  usnesení vlády ČR č. 244/95 byl zpracován návrh koncepce sanace ložiska Stráž po chemické těžbě. Technologie Stanice pro likvidaci kyselých roztoků (SLKR I) je její významnou částí. Stavba stanice byla uskutečněna v rámci projektu „Likvidace roztoků podzemní těžby uranu - I. etapa“. Celý projekt byl rozdělen na tři hlavní části "odpařování", "krystalizaci a rekrystalizaci" a "reverzní elektrodialýzu" (EDR). Část odpařování a EDR byla povolena k trvalému provozu v srpnu 1998, část krystalizace  a expedice kamence v únoru 2000. Rekrystalizace byla zprovozněna v červnu 2001.

Provozem odparek se snižuje úroveň hladiny cenomanské zvodně a vytváří se hydraulická deprese v ploše dobývacího prostoru chemické těžby. Tím se zároveň omezuje rozptyl kontaminantů v podzemních vodách mimo kontury ložiska. Při provozu krystalizace a rekrystalizace se ze zahuštěného roztoku z odparek vyvádějí krystaly kamence hlinito-amonného. Vyvádění solí z ložiska a jejich komerční využití je nejvýznamnější částí sanace horninového prostředí.

Zařízení EDR je určeno k čištění kontaminovaných turonských vod .

Odpařování

Proces odpařování zahrnuje vlastní tepelné zahušťování roztoku po separaci uranu s vyváděním destilátu a s následnou úpravou koncentrovaného roztoku.

Čerpání roztoků

Transportní trasa roztoku I (cenomanské důlní vody z podzemního loužení uranu, po jeho separaci na chemické stanici chemické těžby) se skládá z přečerpávací stanice  provozních roztoků umístěné v areálu CHS I, potrubní propojky a z nádrží pro příjem roztoku I a pro expedici zkoncentrovaného roztoku,  umístěných v areálu SLKR.

Trasa potrubního kanálu je volena v souběhu s přístupovou silnicí na chemickou těžbu a skládá se ze čtyř PVC potrubí o průměru 280 mm a délky asi 2500 m. Dvě potrubí jsou určena pro čerpání roztoku I, jedno potrubí pro čerpání vratného roztoku a jedno potrubí je rezervní. 

Celistvost všech dopravních tras je kontrolována vždy dvěma průtokoměry umístěnými na začátku a konci  potrubí. Údaje o měřeném okamžitém  průtoku se  porovnávají v řídícím a kontrolním systému SLKR a velínu stanice chemické těžby I. V případě větší diference ohlásí systém poruchu. Celistvost potrubí transportní trasy I je navíc kontrolována v nejnižším místě potrubního kanálu vodivostní sondou.

Tepelné zahušťování

Vstupní roztok pro tepelné zpracování tvoří roztok I. Vlastní odparka se skládá z výměníku a  spodní, na dvě části rozdělené jímky. Roztok je z obou částí spodní jímky cirkulován dvěma čerpadly do horního, rovněž  rozděleného, prostoru nad výměníkem. Odtud je roztok pomocí rozdělovače rovnoměrně distribuován na vnitřní stěnu každé z vertikálních trubek výměníku a stéká v podobě filmu zpět do příslušné části spodní jímky. Malá část roztoku se při stékání trubkovým výměníkem odpaří. Vzniklá brýdová pára je po průchodu zařízením na odlučování kapek nasávána do parního kompresoru, kde se mírně komprimuje a tím ohřeje na teplotu 138 °C. Komprimovaná  pára je poté zavedena do vnější plášťové strany trubek tepelného výměníku odparky, kde předá své teplo chladnějšímu roztoku, stékajícímu po vnitřní straně trubek. Tím pára zkondenzuje. Vzniklý destilát pak z odparky samospádem odtéká do zásobníku destilátu, odkud je odčerpáván do deskových výměníků tepla. Ještě do horkého destilátu je dávkována v nezbytně nutném množství kyselina amidosírová k odstranění dusitanů vznikajících absorpcí nitrozních plynů ve vodě. Nezkondenzovatelné plyny a malé množství páry jsou ze zásobníku destilátu odváděny do kondenzátoru. Odtud jsou po  odloučení většiny obsažené páry odváděny do spalovny NO_x.

Roztok I ze vstupního zásobníku odparky je nejprve předhříván v deskovém výměníku na teplotu blízkou bodu varu horkým destilátem. V první části odparky se pak smísí s částečně zahuštěným cirkulujícím roztokem. Část koncentrovaného cirkulujícího roztoku z druhé části odparky je vyváděna  do zásobníku pro krystalizaci k dalšímu zpracování.

Destilát po ochlazení v deskových výměnících natéká do zásobníku neupraveného destilátu. Část destilátu je ze zásobníku  odčerpávána k opětnému využití v procesu. Zbylá část destilátu je upravena přídavkem roztoku louhu sodného na pH 6,5 - 9 a ze zásobníku upraveného destilátu pak odčerpávána do vodoteče. Malé části upraveného destilátu se využívá k doplnění vody v okruhu chladícího systému.

Zpracování koncentrovaného roztoku z odparek

Koncentrovaný roztok z odparek lze zpracovávat několika způsoby:

·         bez vyvádění kamence

·         s vyváděním surového kamence

·         s vyváděním rekrystalovaného kamence

Roztok z odparek po zpracování prochází před jeho zpětným načerpáním do vyluhovacích polí přes usazovací nádrž, kde dochází k odstranění přítomných nerozpustných látek.

Provoz bez vyvádění kamence

Při prvním způsobu provozu  zahuštěný roztok z odparek s teplotou 104 °C natéká do zásobníku vstupního roztoku pro krystalizaci, kde se ochlazuje  na 54 °C ředěním  studeným vstupním roztokem I. Částečně ochlazený roztok je poté odčerpáván do krystalizátoru FC-2. Tam se vakuově dochlazuje na teplotu 36 °C a ze spodní části krystalizátoru pak odčerpává do expedičního zásobníku roztoku. Odtud je odčerpáván zpět do procesu chemické těžby. Jestliže odparky nepracují na plnou kapacitu, může být koncentrovaný roztok dostatečně zředěn na potřebnou teplotu již ve vstupní nádrži pro krystalizaci a odtud pak přímo čerpán do expedičního zásobníku vratného roztoku.

Vakuové systémy udržují podtlaky v krystalizátorech. Pára, která se uvolňuje  v krystalizátorech, je odsávána parními ejektory do kondenzátorů, kde spolu s hnací parou zkondenzuje po styku s cirkulující chladící vodou. Kondenzáty jsou odváděny do jímky oteplené chladící vody individuelními stojatými trubkami zaústěnými pod hladinou vody ( pro udržení vakua v každé trubce vodním uzávěrem).

Odpadní teplo z oteplené chladící cirkulující vody se rozptyluje do atmosféry v chladící věži. Proudění vzduchu věží je zajištěno ventilátory.

Výroba surového kamence

Koncentrovaný horký roztok z odparky je ze zásobníku pro krystalizaci odčerpáván do prvního krystalizátoru. Tam je vakuově ochlazován na teplotu 71°C. Odtud je dále odčerpáván do druhého krystalizátoru, kde je vakuově ochlazen na teplotu 27°C. Surové krystaly jsou ze spodní části krystalizátoru odčerpávány přes zahušťovač do dvou paralelně pracujících odstředivek. Z horní části krystalizátoru jsou přepadem vyváděny oddělené čisté matečné louhy, které jsou dále přes zásobník vratného roztoku odčerpávány zpět na chemickou těžbu.

Surové krystaly kamence jsou po promytí na odstředivkách buď vyváděny pomocí expedičního zařízení kamence k dalšímu zpracování mimo objekt ZLKR, a nebo jsou odvedeny do procesu rekrystalizace. Filtrát z odstředivek a promývací vody se vrací zpět do krystalizátoru pro zvýšení výtěžku kamence.

Cirkulační systém horké vody je používán pro proplach zařízení krystalizace a rekrystalizace v případě odstavení provozu krystalizace. Horká  voda se připravuje ohřevem studeného neupraveného destilátu parou dodávanou do topného hadu. Ohřev je regulován tak, aby se teplota v nádrži udržela v rozmezí 60‑70 ^oC.

Výroba rekrystalovaného kamence

Surové promyté krystaly z krystalizátorů se smíchají s roztokem z rekrystalizátorů, s destilátem z odparek a s filtrátem z tlakového filtru. Směs je poté ohřívána ve dvoustupňovém přímém ohřívači s přímým kontaktem, dokud se veškeré surové krystaly znovu nerozpustí. Získaný roztok je veden přes saturátor, kde dojde k úplnému rozpuštění krystalů a dále přes filtry za účelem  odstranění pevných látek a nerozpustných složek. Z větší části se pevné suspendované látky odstraní na univerzálních Pall filtrech s automatickou regenerací, zbytek pak na kazetových filtrech. Přefiltrovaný roztok je veden na elektrochemickou redukci trojmocného železa na dvojmocné. Tím se sníží obsah  železa jako nečistoty v rekrystalizovaném produktu. V krystalizátorech FC-3 a FC-4 se tak získá mnohem čistší kamenec. Ten se dále ve dvou paralelně pracujících odstředivkách oddělí, promyje čistým destilátem a je vyváděn jako konečný produkt.

Nerozpustné látky zachycené na Pall filtru jsou zpětnou  promývkou z filtru automaticky odstraňovány a koncentrované dále znovu filtrovány na tlakovém filtru Oberlin s nekonečným pásem. Filtrát z tlakového filtru je znovu využíván při rozpouštění surových krystalů po krystalizaci. Filtrační koláč je nutné před jeho odvozem na odkaliště zneutralizovat alkalickou promývkou 5%ním roztokem hydroxidu sodného. Filtrát z této promývky je shromažďován odděleně a je dále po neutralizaci 2%ní kyselinou sírovou z procesu elektrochemické redukce železa odčerpáván do zásobníku expedičního roztoku na technologickém platu.

Elektrodialýza

Provoz elektrodialýzy se skládá ze tří základních částí:

a)    systému předúpravy

b)    systému elektrodialýzy

c)    systému doúpravy

 

Stanice byla navržena pro zpracování 120 m³/hod roztoku II. Voda z vybraných turonských vrtů (roztok II) je nejprve přivedena rozvody po vyluhovacích polích do rekonstruované čerpací stanice VP-10C. Odtud je čerpána volně na zemi položeným potrubím v délce 1800 m k jímce VN-3, kde se napojuje do dříve postavené potrubní trasy pro kyselé vody mezi CHÚ a hydraulickou barierou.

Systém předúpravy

Z roztoku II je nutné před vstupem na membrány EDR nejprve odstranit nerozpustné látky pod hodnotu 1 ppm.  Toho se dosáhne filtrací na  čtyřech paralelně řazených dvouvrstvých filtrech. Každý filtr je schopen zpracovat 33%  přitékajícího roztoku. Záchytem nerozpustných látek se postupně zvyšuje tlakový spád na filtrech. Při dosažení určeného tlakového spádu jsou filtry čištěny praním vzduchem a vodou.

Další ochranou membránového zařízení elektrodialýzy proti poškození mechanickými nečistotami jsou tři kazetové filtry.

Systém reverzní elektrodialýzy

Systém reverzní elektrodialýzy se skládá ze dvou jednotek Aquamite 50 - 4/3, které pracují v sérii v protiproudém uspořádání. To znamená, že větší část vstupního zpracovávaného roztoku  vstupuje jako diluátový proud do vedoucí  jednotky. Výstup diluátového proudu z vedoucí jednotky je zároveň  diluátovým vstupem druhé, závislé jednotky. Diluátovým výstupem závislé jednotky je výsledný diluát. Menší část vstupního zpracovávaného roztoku vstupuje jako koncentrátový proud do závislé jednotky, výstup z ní je koncentrátovým vstupem do vedoucí jednotky. Výsledným koncentrátem pak je koncentrátový výstup vedoucí jednotky. Distribuční systém ventilů umožňuje libovolnou volbu vedoucího a závislého modulu.

U vystupující upravené vody z EDR (diluátu ze závislé jednotky) je nepřetržitě měřena vodivost. V případě vyhovujících parametrů natéká do srážecí nádrže, při nevyhovující vodivosti je vracená zpět do vstupního zásobníku jako produkt mimo specifikace.

V každé jednotce Aquamite přepíná řídící systém automaticky v pravidelných intervalech polaritu napětí na svazcích, zároveň automaticky nastaví i pozici vstupních a výstupních ventilů. Tato reverzace polarity má čistící účinek na membránový systém.

Systém doúpravy

Diluát z procesu EDR obsahuje mimo jiné i ionty železa a hliníku, které musí být před vypuštěním do vodoteče z roztoku odstraněny. Z tohoto důvodu natéká diluát nejprve do srážecí nádrže, kde se zneutralizuje hydroxidem sodným a přiměřeně zdrží, aby se mohly vyvločkovat sraženiny hydroxidů hliníku a železa. K dostatečnému vyvločkování sraženiny hydroxidů lze v případě potřeby přidat flokulant Sokoflok.

Zneutralizovaná voda s vyvločkovanými hydroxidy je poté čerpána do lamelového usazováku, kde se zachytí většina nerozpustných látek. Čistý sliv z usazováku je po smíchání s upraveným destilátem z odparek vypouštěn do vodoteče. Kal produkovaný  lamelovým usazovákem se odvodňuje na deskovém kalolisu a je ukládán na odkališti CHÚ.

 

Zjednodušené technologické schema zařízení SLKR I

Doprovodné činnosti

Spalovna NO_x a rozvody páry

Spalovna je určena pro tepelnou redukci nitrózních plynů, které jsou odsávány z  technologických zařízení souvisejících přímo s procesem odpařování. Zdrojem tepla je spalování zemního plynu. Tepelná redukce oxidů dusíku probíhá až na dusík, teploty spalin  se využívá pro výrobu páry, která má následné použití v technologii stanice. Kotel na využití odpadního tepla spalin je dimenzován na výrobu syté páry o tlaku 1,3 MPa v rozmezí 5,7 - 13,7 t/hod.

Spalovnou vyráběná pára se využívá jako hnací pára pro ejektory při chlazení roztoků v krystalizátorech a po redukci  na 0,4 MPa k vytápění provozních objektů.

 

Dosažené výsledky

Od počátku provozu v roce 1996 do 30. června 2001 bylo vypuštěno do vodoteče:

·         3 964 684 m³  destilátu

·         1 556 987 m³  diluátu

Bylo vyrobeno 3 009 t kamence, který byl přepracován na sanační materiály a uložen na odkališti .

Složení destilátu, diluátu a kamence  roce 2001 je uvedeno v následujících tabulkách:

Tabulka č. 1     Průměrné složení destilátu a diluátu

                                                                                                                                       

                                                                                                                                       

                                                                                                                                       

                                                                                                                                       

 

Tabulka č. 2    Složení rekrystalizovaného kamence