某铀矿石多桶串联细菌溶浸试验.pdf

2 0 1 2 年1 2 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y [ ．b g r i m m ．c n d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 2 ．1 2 ．0 1 2 3 9 某铀矿石多桶串联细菌溶浸试验 周仲魁1 ，高峰2 ，孙占学1 ，高柏1 1 ．东华理工大学水资源与环境工程学院，江西抚州3 4 4 0 0 0 ； 2 。出东省地质环境监测总站，济南2 5 0 0 1 4 摘要对某铀矿石进行了多桶串联细菌溶浸试验，分析了串联装置和充气时间对浸出率、酸耗的影响。 结果表明，该矿石三梗串联、弼桶串联和单桶的铀平均浸出率分别为8 2 ．3 3 ％、8 1 ．4 2 ％和8 3 ．6 2 ％，同一 串联工艺中，越靠后的桶的铀浸出率越低，耗酸也越低；另外，充气可以明显加快离子交换速度，提高细 菌活性。 关键词铀矿石；串联；细菌溶{ 曼；浸出率 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 2 1 2 - 0 0 3 9 - 0 4 B a c t e r i a lL e a c h i n g E x p e r i m e n t o nU r a n i u mO r ew i t hS e r i e sC o n n e c t i o n Z H O U Z h o n g k u i l ，G A OF e n 9 2 ，S U NZ h a n - x u e l ，G A O B a i l 1 ．E a s tC h i n aI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y ，F u z h o u3 4 4 0 0 0 。J i a n g x i ，C h i n a ； 2 ．G e o l o g i c a lE n v i r o n m e n tM o n i t o r i n gS t a t i o no fS h a n d o n gP r o v i n c e J i n a n2 5 0 0 1 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h eb a c t e r i a ll e a c h i n ge x p e r i m e n tw a sc a r r i e do u tf o ru r a n i u mo r eu n d e rs e r i e sc o n n e c t i o nc o n d i - t i o n s 。T h ee f f e c t so fs e r i e sc o n n e c t i o ne q u i p m e n ta n da i ri n f l a t i o nt i m eo nu r a n i u ml e a c h i n gr a t ea n da c i d c o n s u m p t i o nw e r ea n a l y z e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ea v e r a g eu r a n i u ml e a c h i n gr a t e so ft h r e e - b a r r e l s s e r i e sc o n n e c t i o n ，t w o b a r r e l s s e r i e sc o n n e c t i o na n ds i n g l e b a r r e la r e8 2 ．3 3 ％，8 1 ．4 2 ％a n d8 3 ．6 2 ％r e s p e c t i v e l y ．T h eu r a n i u m l e a c h i n gr a t ea n da c i dc o n s u m p t i o no ft h eb a r r e lr e l yo nt h el a t t e ra r el o w e r ．I n f l a t i o n c a na c c e l e r a t ei o ne x c h a n g es p e e da n di m p r o v eb a c t e r i a la c t i v i t yo b v i o u s l y ． K e yw o r d s u r a n i u mo r e ；s e r i e sc o n n e c t i o n ；b i o l e a c h i n g ；l e a c h i n gr a t e 细菌浸铀技术是以微生物或其代谢产物溶浸矿 石中有用金属的一种新工艺口_ 2 ] ，能够处理传统冶 金方法不能或难以处理的低品位或难处理矿，该工 艺流程短、操作简便、成本低、能耗小、对环境友好， 已经有不少的工业应用实例I L 3 _ 8 J 。本研究结合某矿 山铀矿石特点和工业生产实际，对该矿石进行多桶 串联细菌溶浸试验，分析浸出过程中串联装置和充 气时间对浸出率、酸耗的影响，并尝试将尾液循环利 用，达到减少酸耗和排放、节约材料、保护环境的目 1试验原料与装置 1 ．1 矿样 试验所用矿石样来自某铀矿山。矿物以沥青铀 矿为主，钛铀矿和铀钍矿次之，含U I V 0 ．1 2 8 ％、 U V 1 0 ．0 7 1 ％。主要脉石为方解石、磷灰石、萤 石、石英、绿泥石等。粒径 2m m 矿石占6 2 ．2 ％， 具体粒径分布和主要化学成分见文献[ 9 ] 。 收稿日期2 0 1 2 0 91 7 基金项目国家高技术研究发展计划项目 2 0 1 2 A A 0 6 1 5 0 4 ；国家自然科学基金项目 4 1 1 6 2 0 0 7 ；科技都国际合作项目 2 0 1 1 D F R 6 0 8 3 0 ； 江西省科技厅科技计划项目 2 0 1 1 2 B F B 2 9 0 0 2 作者简介周仲魁 1 9 8 0 ．9 - ，男，广西资源人，硕士，讲师；通讯作者孙占学 1 9 6 2 一 ，男，江西修水人，博士，教授． 万方数据 4 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 2 年1 2 期 1 ．2 细菌 菌种采用氧化亚铁硫杆菌 A f i d ￡ i o 妇c i z z “s f e r r o o x i d a n s 和氧化硫硫杆菌 A f i d ￡ i 0 6 口c i z z “s t h i o o x i d a n s 混合菌种【6 ．8 ] ，为让细菌更好地适应矿 石，采用稀释后的矿石酸化尾液 已去除铀 作为培 养基。 1 ．3 试验装置 试验装置见图1 。试验从A 1 桶单独开始，等到 放出的溶液铀浓度低到一定程度 具体数值可以由 工业生产决定 ，将浸出液加入到A 2 桶中 此时矿 石已经酸化好 ，形成串联装置。溶液从A 1 桶中流 出，进入A 2 桶，此时A 2 桶刚刚使用细菌溶液浸泡， 铀浓度可以很容易达到很高的值，充分利用了细菌 溶液。一旦从A 2 桶流出的铀浓度低到一定程度 后，将浸出液加入到A 3 桶中，形成串联装置。第一 个桶中的铀矿石浸出率达到一定指标以后，A 1 桶停 止浸出，A 2 桶成为串联装置的起始桶，A 1 桶成为 最后的桶。如此循环浸出，可以在生产上实现不问 断生产。 冗气，良 确气 良 寻萄气 娃 』 雹濑。漱 傅丁型4 丁型 0瞪 液 图1 试验装置示意图 F i g ．1 S k e t c hm a po fe x p e r i m e n t a le q u i p m e n t 2 试验过程 溶浸试验分酸化、尾液浸出和细菌浸出3 个阶 段。在酸化阶段，先用强酸浸泡矿石以消耗矿石内 的耗酸物质，这样在细菌浸出阶段加入菌液时，就可 以避免因p H 上二升过高而引起铁的沉淀。尾液浸出 阶段浸出初期有少数细菌在矿石表面存活，由于尾 液中含有极高的F e ”，此时铀主要由F e 3 氧化浸 出。尾液浸出p i t 一般在2 左右，可以节省培养细 菌所用成本和浸出酸耗。在细菌浸出阶段，溶液中 的细菌侵蚀矿石中的黄铁矿生成硫酸和硫酸铁，生 成的硫酸铁再将黄铁矿氧化生成元素硫和硫酸亚 铁。细菌继续将硫酸亚铁和元素硫氧化成硫酸铁和 硫酸。在细菌、硫酸和硫酸铁的联合作用下，不溶性 四价铀转变成可被酸浸出的六价铀，使铀进入溶液。 本试验将6 个桶分为3 组A 1 、A 2 、A 3 为一组， 不充气，组成一个串联装置，验证在不充气情况下串 联装置的可行性，研究不充气时矿石浸出顺序和浸 出率的关系；B 4 、B 5 为一组，每天充气1 6h ，主要验 证在充气情况下串联装置的可行性，研究充气时矿 石浸出顺序和浸出率的关系；C 6 桶单独一组，每天 充气2 4h ，主要验证2 4h 充气时的浸出率和耗酸 率。具体试验过程如下 A 1 桶首先开始酸化，观测调节溶液p H 至 0 ．9 0 左右，返回原桶，3 天左右彻底放出酸化液并加 入新鲜硫酸溶液 p H 一0 ．9 0 左右 ，继续酸化1 2h ， 控制p H 由0 ．9 0 上升到小于1 ．5 0 为止。之后加人 吸附铀后的尾液 初期调节p H 至0 ．9 ，后期调节至 1 ．1 0 或者1 ．2 0 。 继续浸泡，1 2h 后控制p H 在 1 ．8 0 左右。细菌浸出阶段，菌液初期调节p H 至 1 ．3 0 ，后期调节至1 ．4 0 。每日1 5 时加人4L 细菌 溶液，次日放出，测试p H 和E h 值，以及U 、F e 、F 的 浓度。 A 2 桶于4 天后开始酸化，具体操作同A 1 桶。 A 2 桶尾液浸出阶段的结束取决于A 1 桶细菌浸出 液的铀含量，在A 1 桶细菌浸出液铀小于5 0 0m g ／I 。 后，不再将其留置吸附铀，而是直接加入A 2 桶，作 为A 2 桶的细菌溶液的来源。同样每日1 5 时加入 细菌溶液，次日放出。 A 3 桶于8 天后开始酸化，具体步骤同A 2 桶， 细菌溶液的来源是A 2 桶。 B 4 桶与A 1 桶同时开始酸化，初期加入p H 一 1 ．2 0 左右酸液，如果效果不好，改用p H 一1 ．0 左右 的酸液，具体步骤同A 1 桶．此外每天利用充气泵充 气1 6h ，提供细菌所需氧气。 B 5 桶与A 2 桶同时开始酸化，酸液p H 一0 ．9 左 右，尾液p H 一1 ．4 0 左右。具体步骤同A 2 桶，细菌 溶液的来源是B 4 桶，每天充气1 6h 。 C 6 桶与A 3 桶同时开始酸化，酸液p H 一1 ．0 左 右，具体步骤同B 4 桶，细菌浸出期间2 4h 充气，目 的是研究充气2 4h 相比充气1 6h 的浸泡的优势有 多大。 3试验结果与分析 3 ．1 铀浸出率对比分析 试验结束后，A 1 、A 2 、A 3 、B 4 、B 5 和C 6 的总浸 出时间分别为 d 5 5 、5 7 、6 0 ．5 、4 9 、5 5 ．5 、4 7 ．5 ，铀浸 出率分别为 ％ 8 4 ．7 6 、8 1 ．3 4 、8 0 ．8 8 、8 3 ．0 4 、 7 9 ．3 9 、8 3 ．6 2 ，耗酸率分别为 ％ 7 ．5 、7 ．4 、6 ．2 、 7 ．4 、6 ．8 、7 ．3 ，铀总浸出率曲线见图2 ，铀日浸出率 万方数据 2 0 1 2 年1 2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 曲线见图3 。 冰 、 褂 丑 型 啦 4 1 图2 铀总浸出率曲线 F i g ．2 C u r v e so ft o t a l l e a c h i n gr a t eo fu r a n i u m 由图2 可看出，同一串联装置中，铀总浸出率 随着桶的次序而降低，即A 1 A 2 A 3 ，B 4 B 5 ；总 浸出时问则相反，随着桶的次序而增长，即A 1 A 2 A 3 ，B 4 B 5 。原因主要有首先，位于前端的桶在 浸出过程中浸出液各种成分浓度较高，当加入到后 面的桶中后，影响了化学平衡，阻碍了铀的浸出；其 次，由于其中氟含量以及前端桶的浸出液加入到后 面的桶后，使得后者溶液中氟含量及其他成分 U 、 P 、A 1 等离子 含量增大，从而降低了细菌的活性，影 响了铀的浸出。 冰 、 斛 丑 型 丑 时问I d 图3 铀日浸出率曲线 F i g ．3 C u r v e so fl e a c h i n gr a t eo f u r a n i u mo fp e rd a y 图3 表明，各桶铀日浸出率随着时问延长均呈 现先升高后降低的趋势，且铀浸出率高峰期均出现 在加入细菌溶液后，之后逐渐降低。由于酸化期问 矿石结构被酸破坏，细菌浸出初期，细菌与矿石表面 的锚发生作用，使溶液中铀的含量急剧升高；进入后 期，由于矿石内部的铀较难直接与细菌作用，故浸出 率逐渐降低。 3 ．2 酸耗对比 试验中的硫酸消耗为消耗的硫酸质量与矿石质 量的百分比。各桶酸耗情况如图4 所示。 时间／d 图4 酸耗曲线 F i g ．4 C u r v e so fa c i dc o n s u m p t i o n 图4 表明，各桶耗酸变化趋势基本一致，随着 时间的延长逐渐耗酸量不断增加；A 3 、B 5 耗酸比其 他桶要低，主要是因为前端桶流出的溶液中含有部 分酸，进入最末端的桶后从而节省了酸。由前文各 桶硫酸消耗比例可知，同该矿床采用化学方法浸铀 时硫酸消耗 大约1 6 ％ 相比，有较大的优越性。 3 ．3 细菌生长情况 为了解试验过程中细菌的生长情况，酸化结束 细菌浸出开始后，每天检测浸出液中F e ”浓度，具 体情况如图5 所示。 l 己1 攀 趟 蜂 矗 出 1 2 03 04 0S n6 0 时问／d 图5浸出液F e 2 浓度曲线 F i g ．5 C u r v e so fF e 2 c o n c e n t r a t i o n i nl e a c h i n gs o l u t i o n 由图5 可看出，在细菌浸出初期各桶浸出液中 F e 2 浓度随着时问的延长先升高后降低；进入后 期，除A 3 外其他各浸出液中F e 2 浓度维持2g ／L 以下。细菌浸出初期，细菌处于适应期，未完全生长 好，活性较差，其将F e 2 转化为F e 3 的速度远远低 于矿石中析出F e 2 的速度，故出现浸出液中F e 2 浓 度升高的趋势；1 0 天左右，各桶中细菌在经过适应 期后逐渐生长良好，活性较强，其转化F e 抖为F e 3 十 的速度大于矿石中析出F e 2 1 的速度，浸出液中F e 2 逐渐降低，直至2 5 天左右达到平衡维持在2g ／L 以 下转第5 9 页 8 c 6 5 4 3 2 ● 0 母＼酹甾耀 万方数据 2 0 1 2 年12 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 5 9 常点检与维修以及适时调整十分重要。为了保证下 一周期系统的“安、稳、长、满、优”运行和有效地降低 生产成本，有针对性地对其持续进行技术装备创新， 加强对常见设备故障的控制，对关键零部件实施重 点维护保养、定期检修、及时监控、适时更新，是十分 必要的。 参考文献 [ 1 ] 唐尊球．铜P S 转炉与闪速吹炼技术比较[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 3 1 91 1 ． [ 2 ] 施维一．大型炼铜转炉[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，1 9 8 5 3 4 3 4 7 ． [ 3 ] 张华刚，姚群．转炉余热锅炉水循环管道振动分析及减 振措施[ J ] ．冶金动力，2 0 1 1 3 3 4 3 5 ． E 4 ] 陈宣才，杨友．锅炉水冷壁管过热损坏的原因分析[ J ] ． 石油化工设备技术，2 0 0 7 2 2 2 ，6 2 6 5 ． 上接第4 1 页 下。A 3 由于处在第一组串联试验最末端，A 1 浸出 液在A 2 中作用后进入A 3 中，增加了A 3 中的F e 2 浓度，同时也增加了A 3 中其他离子，如F 、A 1 ”， 这些离子都会抑制细菌的生长，减缓F e 2 转化为 F e 件的速度，故A 3 在2 5 天后浸出液中F e 2 浓度一 直在3g ／L 左右，直到5 6 天后才降低至2g ／L 以下。 如前所述，细菌的活性与溶液中F 浓度有密切 关系，溶液中F 浓度较高会抑制细菌的生长。试验 中各浸出液中F 一浓度变化情况如图6 所示。 d 攀 蜊 L 时问／d 图6浸出液F 一浓度曲线 F i g ．6 C u r v e so fF c o n c e n t r a t i o ni n l e a c h i n gs o l u t i o n 由图6 可知，各浸出液中F 浓度先升高后逐 渐降低，2 5 天左右维持在】．6g ／L 以下。酸化结束 加入细菌，由于细菌与溶液中矿石作用，表面的铀被 快速析出，此时矿石中F 也被大量析出，从而增大 了浸出液中F 一浓度，进而抑制了细菌的生长。随着 菌液的定期加入，浸出液不断更换，F 浓度逐渐降 低，在2 5 天左右达到平衡，F 浓度维持在1 ．6g ／L 以下，此时细菌生长良好，活性达到最强。 4结论 1 串联工艺中越靠后的桶铀浸出率越低，耗酸 越低。 2 串联浸出 A 1 ～A 3 、B 4 ～B 5 比不串联浸出 可以节省部分硫酸，但是串联装置增加了工艺流程。 3 1 6h 充气浸出可以获得满意的铀浸出率，从 而节省能耗，降低成本。 4 充气时间越长，后期浸出液中F e ”和F ～浓 度越低。 参考文献 [ 1 ] 杨显万，沈庆峰，郭玉霞．微生物湿法冶金[ M ] ．北京 冶金工业出版社，2 0 0 3 ． [ 2 ] 李尚远，陈明阳。李丛奎．铀、金、铜矿石堆浸原理与实 践L M ] ．北京原子能出版社，1 9 9 7 [ 3 ] 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 ，2 0 1 0 5 3 2 3 5 [ 4 ] 刘辉．某硬岩铀矿石细菌柱浸试验研究[ J ] ，矿业研究 与开发，2 0 0 8 6 3 1 3 3 [ 5 ] 袁保华，孙占学，史维浚．含铀废矿石细菌堆浸试验 [ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 1 4 2 6 2 9 [ 6 ] 王学刚，孙占学，刘金辉，等．某铀矿石不同细菌浸出方 式对比试验[ J ] ．金属矿山，2 0 1 0 4 8 1 8 3 [ 7 ] 刘金辉，陈功新，田娟．阴离子交换树脂法回收细菌浸 出液中的铀[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 8 1 4 2 4 5 ， [ 8 ] 王学刚，刘金辉，李学礼。等．低品位铀矿石细菌浸出试 验研究[ J ] ．金属矿山，2 0 0 9 1 1 1 7 9 1 8 2 ． [ 9 ] 周仲魁，孙占学，高峰，等．铀矿石不同酸度下细菌的溶 浸试验[ j ] ．有色金属 冶炼部分 ．2 0 1 2 1 1 5 2 5 5 ． 万方数据