低品位铀矿石微生物柱浸试验.pdf

3 6 - 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g d r a m ．c n 2 0 1 2 年6 期 d o l 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．h s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 2 ．0 6 ．0 1 1 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3 4 4 0 0 0 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1 7 2d ，菌浸期间5 ％和1 0 ％喷淋量条件下渣计平均浸出率分别为 8 7 ．7 0 ％和8 8 ．5 3 ％，耗酸率分别为5 ．3 6 ％和5 ．3 7 ％。荫浸阶段采用较大喷淋量可提高浸出率，但液同 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T L 2 1 2 ．1 2文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 z 】0 80 0 3 6 0 3 C o l u m nB i o l e a c h i n go fL o w g r a d eU r a n i u mO r e L IJ i a n g ，L I UY a - j i e ，Z H O UG u c h u n ，C H EJ i a n g - h u a E a s tC h i n ai n s t i t u t eo fT e 洲曜y ，F u z h o u3 4 4 0 0 0 ，] i a n g x i ，C h i n a A b s t r a c t C o l u m nb i o l e a c h i n go fal o w g r a d eu r a n i u mo r ew i t hav a r i e t yo fs p r a y i n gm e t h o d sw a sc a r r i e d o u t ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h em i x e dc u l t u r eo fa e i d o p h i l i cm i c r o o r g a n i s m si nu s eh a v eah i g ha d a p t a t i o nt O t h eu r a n i u mm i n e r a l s ，a n dt h ea v e r a g eu r a n i u ml e a c h i n gr a t e sa r e8 7 ．7 0 ％a n d8 8 ．5 3 ％，t h ea c i dc o n s u m p t i o ni s5 ．3 6 ％a n d5 ．3 7 ％w i t h i n1 7 2d a y s ，a t5 ％a n d1 0 ％s p r a y i n gc o n d i t i o n ，r e s p e c t i v e l y ．Ab i g g e r s p r a yl i q u i dq u a n t i t yc o u l di n c r e a s eu r a n i u ml e a c h i n gr a t ea tt h eb i o l e a c h i n gs t a g e ，h o w e v e r t h er a t i oo f l i q u i dt os o l i d r i s e sg r e a t l ya sw e l l 。w h i c hr e s u l t e di nar i s eo fC O S tf o ru r a n i u mr e c o v e r y ．T h e r e f o r e ，t h e o p t i m u ms p r a yl i q u i dq u a n t i t ys h o u l db ec o n f i r m e dw i t hac o n s i d e r a t i o no fb o t hu r a n i u mr e c o v e r ya n dl e a c h i n gc o s t ． K e yw o r d s l o w - g r a d eu r a n i u mo r e ；c o l u m nb i o l e a e h i n g ；s p r a yl i q u i dq u a n t i t y ；l e a c h i n gr a t e ；a c i dc o n s u m p t i o nr a t e 我国铀矿资源相对贫乏，而且铀矿石品位偏 低，多数在0 ．1 ％～0 ．3 ％，占总储量的6 0 ％，低于 0 ．1 ％的低品位铀矿石占3 3 ％n ] 。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 ．0 3 ％～0 ．0 7 ％，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，对缓解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 - 引。但 低品位铀矿石微生物浸出尚未见成功的试验报道。 1 试验矿样和微生物茵群 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 收稿日期2 0 1 1 - 1 2 ．1 4 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 0 9 7 4 0 4 3 。江西省教育厅产学研合作基金资助项目 G J J 0 9 0 0 8 作者简介李f f 1 9 6 s 一 ，男，山东济南市人，副教授，博士． 万方数据 2 0 1 2 年6 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 3 7 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 ．0 6 2 6 ％。 表1 矿样粒径分布及原矿品位 T a b l e1P a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o na n dm i n e r a l s u r a n i u mg r a d e 样号 粒径／r a m 比例／％U 含量／％干重／k g 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 A c i d i t h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n s 、嗜铁 钩端螺旋菌 L e p t o s p i r r i l l u ms p ． 和嗜酸氧化硫硫杆菌 A c i d i t h i o b a c i l l u st h i o o w i d a n s 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中1 0 0m m 10 0 0m m 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A 1 、A 2 、A 3 、 B 1 、B 2 、B 3 。每柱装矿石量为1 0k g ，喷停比1 1 ， 酸化阶段至1 2 小时p H 反弹到小于2 ．0 为止，菌浸 时控制出液p H 2 ．0 左右。具体试验方案为酸化 阶段喷淋量1 5 ％～1 0 ％，2 0g ／L 的酸液喷淋若干 天，1 5g ／L 的酸液喷淋若干天，1 0g ／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1 2h ，A 组喷淋量5 ％，B 组喷淋量 1 0 ％。 2 ．2 试验过程 酸化阶段A 、B 两组喷淋量均为1 5 ％～1 0 ％， 硫酸酸度2 0 ～5g ／L ，喷淋至浸出液p H 稳定在2 ．0 以下，总计用时3 0 天。 菌浸阶段A 组喷淋量5 ％，B 组喷淋量1 0 ％。 用总铁2 ～6g ／L 的菌液进行喷淋，中间因为菌液循 环使用，总铁一度高达8 ～1 5g ／L ，硫酸酸度1 0 ～0 g ／L 。第4 4 ～4 7 天翻柱，总计用时5 2 天。 尾液循环浸出阶段第8 8 ～1 7 2 天，A 组喷淋量 5 ％，B 组喷淋量1 0 ％。随着菌群在矿石中的生长， 出液F e 3 已连续多天高于进液F e ”，改用溶浸液经 离子树脂吸附除铀后的尾液进行喷淋，第1 1 8 ～1 2 3 天翻柱，总计用时8 8 天，最后两天用喷淋量2 0 ％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 A l 柱铀浸出率结果见图1 其它各柱情况与 A 1 柱类似 。 酸化阶段 菌浸阶段 昆液循环浸m 阶段 - 一 嚣觥 ／／ ．{’ 荫浸卅铀阶段鬯液浸出出铀阶取出铀昆期阶段 浸m 次数 图1A 1 柱铀浸出率变化图 F i g ．1 U r a n i u ml e a c h i n gr a t eo fc o l u m n A 1 惯．t i m e 由图1 可见，浸出尾期 1 2 1 ～1 5 7 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 ．8 3 个百分 点。 表2 渣计浸出率结果 T a b l e2 R e s u l t so fu r a n i u ml e a c h i n gr a t e 样号 渣品位／％渣i f 浸出率／％ A 1 组合样10 ．0 0 61 A 1 组合样Ⅱ0 ．0 0 728 8 ．9 6 A 1 组合样Ⅲ0 ．0 0 74 A 2 组合样10 ．0 0 78 A 2 组合样1 1 0 ．0 0 79 8 7 ．3 8 A 2 组合样m 0 ．0 0 80 A 3 组合样10 ．0 0 67 A 3 组合样1 1 0 ．0 0 99 8 6 ．7 6 A 3 组合样m0 ．0 0 83 A组平均0．00778 7 ．7 0 B 1 组合样1 0 ．0 1 22 B 】组合样Ⅱ0 ．0 0 748 5 ．7 0 B 1 组合样n l0 ．0 0 73 B 2 组合样1 0 ．0 0 66 B 2 组合样Ⅱ0 ．0 0 688 9 ．5 0 B 2 组合样mo ．0 0 61 B 3 组合样1 0 ．0 0 66 B 3 组合样1 1 0 ．0 0 58 9 0 ．2 9 B 3 组合样Ⅲ0 ．0 0 59 B组平均0．007 2 8 8 ．5 3 万方数据 3 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／] y s y l ．b g r i m m ．o n 2 0 1 2 年6 期 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1 0 ％的喷淋量，B 组的总液固比是A 组的 1 ．6 9 倍。以渣计浸出结果计算，A 、B 两组平均铀浓 度分别为5 8 ．1 4m g ／L 、3 4 ．5 5m g ／L ，A 组是B 组 的1 ．6 8 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p H 变化及耗酸率分析 浸出过程中A 1 柱p H 变化情况见图2 其它各 柱情况与A 1 柱类似 。 酸化阶野荫浸阶段 尾渡循环浸出阶段 ． 旷 弼拄 I 嬷，k v ”．．．冬，器。。勺哟 ＼一 州一进液p i 。 ／ 71 3 1 9 2 5 3 l3 7 4 3 4 9 衢6 l6 7 鹤为衢9 l9 7 l 僻1 9 9 1 1 5 翻1 嚣1 站瑚m 吼研 浸出次数 图2A I 柱p H 变化图 F i g ．2p Ho fc o l u m nA 1 坩．t i m e 由图2 可知，5 0 多天后，各柱浸出液的p H 基 本等于或低于溶浸液，直至试验结束，p H 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p H 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 ．3 6 ％和5 ．3 7 ％，耗酸率非常 接近。 3 ．3 浸出液E h 值变化分析 浸出过程中A 1 柱E h 值变化情况见图3 其它 各柱情况与A 1 柱类似 。 浸出过程从第6 0 天开始，出液E h 值开始高于 进液，并一直维持很高，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 图3A 1 柱E h 值变化图 F i g ．3 E ho fc o l u m nA 1V 3 ．t i m e 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 ．0 6 2 6 ％、浸出周期1 7 2 天的 条件下，渣计平均浸出率A 组和B 组分别为 8 7 ．7 0 ％和8 8 ．5 3 ％，耗酸率A 组和B 组分别为 5 ．3 6 ％和5 ．3 7 ％。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 E 1 ] 陈元初，赵声贵，梁毅．我国核电工业及铀资源供应对策 口] ．中国矿业，2 0 1 1 ，2 0 1 1 9 2 2 ． [ z 3 刘健，樊保团，张传敬．抚州铀矿细菌堆浸半工业试验研 究口] ．铀矿冶，2 0 0 1 1 1 5 2 7 ． [ 3 ] 陈家富．不同粒度柱浸浸铀试验研究E J 3 ．有色金属 冶 炼部分 ，2 0 1 0 1 4 0 4 2 ． E 4 3 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E J ] ．铀矿冶，2 0 0 2 ，2 1 2 6 7 7 3 ． [ 5 ] 王有团，李广悦，刘玉龙，等．J X 嗜酸异养菌与氧化亚铁 硫杆菌联合浸铀的研究E J 3 ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 0 2 4 Z 一4 5 ． E 6 3 张亚鹪，孙占学，史维竣．某铀矿石微生物浸出工艺实验 万方数据 2 0 1 2 年6 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／l y s y l ．b g r i m m ．o n 3 9 研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 0 5 ；3 2 3 5 ． [ 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。2 0 0 3 。2 2 2 8 5 - 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