低品位铀矿石微生物柱浸试验

doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2012.06.011低品位铀矿石微生物柱浸试验李江，刘亚洁，周谷春，车江华(东华理工大学，江西抚州344000)摘要：对某低品位铀矿石进行了不同喷淋条件的微生物柱浸试验。结果表明，试验用混合菌群对目标铀矿石具有较强适应性，浸出周期172d，菌浸期间5%和10%喷淋量条件下渣计平均浸出率分别为87.70%和88.53%，耗酸率分别为5.36%和5.37%。菌浸阶段采用较大喷淋量可提高浸出率，但液固比会显著增加，综合成本相应提高。因此，喷淋量的选择应综合考虑铀资源回收率与浸出成本。关键词：低品位铀矿石；微生物柱浸；喷淋量；浸出率；耗酸率中图分类号：TL212.1+2文献标识码：A文章编号：1007-7545（2012）06-0000-00ColumnBioleachingofLow-gradeUraniumOreLIJiang,LIUYa-jie,ZHOUGu-chun,CHEJiang-hua(EastChinaInstituteofTechnology,Fuzhou344000,Jiangxi,China)Abstract:Columnbioleachingofalow-gradeuraniumorewithavarietyofsprayingmethodswascarriedout.Theresultsshowthatthemixedcultureofacidophilicmicroorganismsinusehaveahighadaptationtotheuraniumminerals,andtheaverageuraniumleachingratesare87.70%and88.53%,theacidconsumptionis5.36%and5.37%within172days,at5%and10%sprayingcondition,respectively.Abiggersprayliquidquantitycouldincreaseuraniumleachingrateatthebioleachingstage,however,theratioofliquidtosolidrisesgreatlyaswell,whichresultedinariseofcostforuraniumrecovery.Therefore,theoptimumsprayliquidquantityshouldbeconfirmedwithaconsiderationofbothuraniumrecoveryandleachingcost.Keywords:low-gradeuraniumore;columnbioleaching;sprayliquidquantity;leachingrate;acidconsumptionrate我国铀矿资源相对贫乏，而且铀矿石品位偏低，矿床的矿石品位多数在０.1%~0.3%，占总资源储量的60%，低于0.1%的低品位铀矿石占33%[1]。采用常规水冶方法处理低品位铀矿石的成本太高、经济效益很差，因此这部分铀矿资源长期得不到有效利用。如果低品位铀矿石能够得到经济利用，将我国硬岩铀矿出矿品位由0.1%以上降低到0.03%~0.07%，则铀矿石采冶量将大幅增长，大大提高我国铀产量和可利用的铀资源储量，对解决我国铀资源的紧张局面产生重大影响。微生物冶金技术由于其具有金属提取率高、投资少、成本低、环境友好等优点，对利用我国的低品位矿产资源具有重大意义。国内多家单位开展了微生物浸铀研究工作，取得了可喜的成绩[2-8]。但低品位铀矿石微生物浸出尚未见成功的试验报道。1试验矿样和微生物菌群1.1试验矿样试验矿样取自江西某铀矿，矿样筛分及原矿品位测试结果见表1。根据各粒径矿石品位及粒径比计算，原矿品位为0.0626%。表1矿样粒径分布及原矿品位Table1Particlesizedistributionandmineralsuraniumgrade样号粒径/mm比例/%U含量/%干重/kg721-Z-1<0.515.060.12811.276721-Z-20.5~17.380.0765.525721-Z-31~212.520.0939.374721-Z-42~520.860.04915.622721-Z-55~1044.190.03633.101合计100.074.898基金项目：国家自然科学基金资助项目(50974043)；江西省教育厅产学研合作基金资助项目(GJJ09008)收稿日期：2011-12-15作者简介：李江(1966-)，男，山东济南市人，副教授，博士. 1.2试验菌群采用从某铀矿矿石样中经富集、分离、驯化、诱变等培育得到的混合菌群作为试验菌群，主要组成菌种为嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillusferrooxidans）、嗜铁钩端螺旋菌（Leptospirrillumsp.）和嗜酸氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillusthiooxidans)等。该菌群铁转化速率可达4.5g/(L·d)。2.试验工艺和过程2.1试验工艺柱浸试验采用自行设计制作的Φ100mm×1000mm有机玻璃柱，试验分A、B两组共6个试验柱，每组3个平行样，编号分别为A1、A2、A3、B1、B2、B3。每柱装矿石量为10kg，喷停比1∶1，酸化阶段至12小时pH反弹到小于2.0为止，菌浸时控制出液pH=2.0左右。具体试验方案为：酸化阶段喷淋量15%~10%，20g/L的酸液喷淋若干天，15g/L的酸液喷淋若干天，10g/L的酸液喷淋至酸化结束；在菌浸阶段和尾液浸出阶段，2组的喷淋时间均为12小时，A组喷淋量5%，B组喷淋量10%。2.2试验过程酸化阶段：A、B两组喷淋量均为15%~10%，硫酸酸度20~5g/L，喷淋至浸出液pH稳定在2以下，总计用时30天。菌浸阶段：A组喷淋量5%，B组喷淋量10%。用总Fe2~6g/L的菌液进行喷淋，中间因为菌液循环使用，总Fe一度高达8~15g/L，硫酸酸度10~0g/L。第44~47天翻柱，总计用时52天。尾液循环浸出阶段：第88~172天，A组喷淋量5%，B组喷淋量10%。随着菌群在矿石中的生长，出液Fe3+已连续多天高于进液Fe3+，改用溶浸液经离子树脂吸附除铀后的尾液进行喷淋，第118~123天翻柱，总计用时88天，最后两天用喷淋量20%清水洗柱，取样，结束试验。3试验结果与分析3.1铀的浸出及浸出率比较A1柱铀浸出率结果见图1（其它各柱情况与A1柱类似）。图1A1柱铀浸出率变化图Fig.1UraniumleachingrateofcolumnA1vs.time由图1可见，浸出尾期（121~157天）铀的浸出率增加缓慢，日浸出率很低，浸铀效率极低，应综合考虑铀资源回收率与铀浸出成本，适时结束浸出或采取其它措施强化铀的浸出。A、B两组渣计浸出率比较结果见表2。由表2可知，B组平均渣计浸出率比A组高0.83个百分点。 表2渣计浸出率结果Table2Resultsofuraniumleachingrate样号渣品位/%渣计浸出率/%A1组合样Ⅰ0.006188.96A1组合样Ⅱ0.0072A1组合样Ⅲ0.0074A2组合样Ⅰ0.007887.38A2组合样Ⅱ0.0079A2组合样Ⅲ0.0080A3组合样Ⅰ0.006786.76A3组合样Ⅱ0.0099A3组合样Ⅲ0.0083A组平均0.007787.70B1组合样Ⅰ0.012285.70B1组合样Ⅱ0.0074B1组合样Ⅲ0.0073B2组合样Ⅰ0.006689.59B2组合样Ⅱ0.0068B2组合样Ⅲ0.0061B3组合样Ⅰ0.006690.29B3组合样Ⅱ0.0058B3组合样Ⅲ0.0059B组平均0.007288.53由于采用相同的酸化条件，两组试验酸化期间液固比相同；菌浸开始后，A组采用5%的喷淋量，B组采用10%的喷淋量，B组的总液固比是A组的1.69倍。以渣计浸出结果计算，A、B两组平均铀浓度分别为58.14mg/L、34.55mg/L，A组是B组的1.68倍。液固比低则溶浸剂用量少，试剂及动力消耗低；铀吸附分离效率高，后续处理费用低；尾液处理量和外排液量少，对环境影响小。因此应综合考虑铀资源回收率与铀浸出成本，而且在浸出后期，铀的溶出速度减慢，过高的喷淋量并不能有效增加铀的浸出，此时应降低溶浸剂的喷淋量。3.2浸出液pH变化及耗酸率分析浸出过程中A1柱pH变化情况见图2（其它各柱情况与A1柱类似）。图2A1柱pH变化图Fig.2pHofcolumnA1vs.time 由图2可知，50多天后，各柱浸出液的pH基本等于或低于溶浸液，直至试验结束，pH均在2.0上下微小波动，且大多低于2.0，说明菌群在矿石中生长、代谢活跃并产酸。硫酸的使用主要在酸化阶段和菌浸阶段初期，后期因为浸铀菌群的作用，浸出系统内pH基本维持相对稳定状态。因酸化阶段A、B两组试验条件相同，耗酸率分别为5.36%和5.37%，耗酸率非常接近。3.3浸出液Eh值变化分析浸出过程中A1柱Eh值变化情况见图3（其它各柱情况与A1柱类似）。图3A1柱Eh值变化图Fig.3EhofcolumnA1vs.time浸出过程中Eh值从第60天开始，出液Eh值开始高于进液，并一直维持很高的Eh值，满足了铀浸出的需要，说明系统内铁氧化菌的活性很强，并稳定地发挥作用，持续氧化二价铁。3.4菌群的适应性及活性分析由图2和图3可知，此次试验所用菌群能很好地适应目标低品位铀矿石的浸出，在溶浸柱矿石中生长、代谢良好，因此尾液循环利用过程中浸出效果稳定。试验菌群05B对矿石中含硫矿物有很好的氧化活性，产酸、产硫酸高铁能力强，维持了溶浸体系的酸度和高的氧化还原电位，对铀的浸出发挥了重要作用。4结论1）混合菌群能适应浸出体系，表现出高的铁和硫氧化性能，适合在低品位铀矿石浸出中应用。2）在原矿品位为0.0626%、浸出周期172d的条件下，渣计平均浸出率A组和B组分别为87.70%和88.53%，耗酸率A组和B组分别为5.36%和5.37%。菌浸期间采用较大的喷淋量可提高浸出率，但综合成本相应提高，应综合考虑铀资源回收率与铀浸出成本。3）尾液循环利用时浸出效果稳定，使用尾液浸出可降低成本，适合于低品位铀矿石的浸出。参考文献[1]陈元初，赵声贵，梁毅.我国核电工业及铀资源供应对策[J].中国矿业，2011，20(1)：19-22.[2]刘健，樊保团，张传敬.抚州铀矿细菌堆浸半工业试验研究[J].铀矿冶，2001(1)：15-27.[3]陈家富.不同粒度柱浸浸铀试验研究[J].有色金属(冶炼部分)，2010(1)：40-42.[4]樊保团，孟运生，刘建，等.赣州铀矿草桃背分矿细菌堆浸工业试验[J].铀矿冶，2002，21(2)：67-73.[5]王有团，李广悦，刘玉龙，等.JX嗜酸异养菌与氧化亚铁硫杆菌联合浸铀的研究[J].有色金属(冶炼部分)，2010(2)：42-45.[6]张亚鸽，孙占学，史维竣.某铀矿石微生物浸出工艺实验研究[J].有色金属(冶炼部分)，2010(5)：32-35.[7]胡凯光，黄仕元，杨金辉，等.铀矿石的细菌浸出试验研究[J].湿法冶金，2003，22(2)：85-88.[8]李江，饶军，刘亚洁，等.高氟铀矿石微生物堆浸工业试验[J].有色金属(冶炼部分)，2011(7)：26-29.