酸化预处理加快浸铀细菌生长速度.pdf

3 4 ．有色金属 冶炼部分2 0 0 7 年3 期 酸化预处理加快浸铀细菌生长速度 郑志宏，李寻，刘亚洁，张卫民 东华理工大学，江西抚州3 4 4 0 0 0 摘要对铀矿石进行酸化预处理，然后菌浸。结合对照试验结果，酸化预处理有利于氧化亚铁硫杆菌和 氧化硫硫杆菌对铀矿石的适应，可以加快其生长速度。 关键词酸化预处理；细菌浸铀；生长速度 中图分类号T L 2 1 2文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 7 0 3 0 0 3 4 一0 4 R e s e a r c ho nA c c e l e r a t i n gG r o w t hV e l o c i t yo fB a c t e r i ab y A c i d i f i c a t i o nP r e t r e a t m e n t Z H E N GZ h i h o n g ，L IX u n ，L I UY a - j i e ，Z H A N GW e i m i n 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 u ，J i a n g x i3 4 4 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ea c i d i f i c a t i o np r e t r e a t m e n to fU r a n i u mo r ei su s e di no r d e rt Oa c c e l e r a t eg r o w t hv e l o c i t yo ft h e b a c t e r i a ．T h er e s u l t ss h o wt h a ta c i d i f i c a t i o np r e t r e a t m e n ti sg r e a tb e n e f i tt Oa d a p t a t i o nt OU r a n i u m o r e f o rt h eb a c t e r i aa n da c c e l e r a t i n gg r o w t hv e l o c i t yo ft h eb a c t e r i a ． K e y w o r d s A c i d i f i c a t i o np r e t r e a t m e n t ；B i o l e a c h i n gu r a n i u m ；G r o w t hv e l o c i t y 近年来，随着我国核电事业的蓬勃发展，将微生 物冶金技术应用于铀矿生产的研究工作迅速开展起 来[ 1 - 2 ] 。微生物浸铀广泛采用的菌种主要有t h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n s 、t h i o b a c i l l u st h i o o x i d a n s 、l e p t o s p i r i l l u mf e r r o o x i d a n s 、t h e r m o p h i l l i ct h i o b a c i l l i 、 s u l f f o l b u s 及各种混合菌种[ 3 ] ，细菌的生长受到各种 因素的影响[ 4 - s 3 。本文主要研究使用氧化亚铁硫杆 菌和氧化硫硫杆菌的混合菌进行铀矿槽浸时，如何 利用酸化预处理缩短细菌对矿石的适应时间，从而 加快细菌转化F e 2 和产酸的速度，减少硫酸和氧化 剂的人为添加量。 1 试验条件及方法 1 ．1 试验矿样 试验矿样取 m m ，每槽均为l U 总0 ．9 7 2 、U 6 某铀矿山，0 ．2 5m m 粒度 5 矿样化学成分分析结果 ％ 1 2 4 、U ”0 ．8 4 8 、S i 0 25 8 ．7 6 、 作者简介郑志宏， 1 9 7 6 一 ．男。内蒙古乌兰察布人。讲师，硕士 A 1 2 0 31 6 ．9 1 、F e 2 0 31 ．3 2 、F e O0 ．8 8 、C a O8 ．6 3 、 M g O0 ．4 9 。 1 ．2 试验装置 溶浸试验槽槽高1 5c m ，平均直径1 2c m ，槽底 均匀分布3 孑L ，且与充气泵相接充气，总充气量3 ．2 L ／m i n 。试验装置见图1 。 接【J 图1 试验装置示意图 F i g ．1 T h es c h e m a t i cd i a g r a mo f e x p e r i m e n t a lf a c i l i t y 自妇m 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年3 期 3 5 1 ．3 细菌溶浸液 用于浸矿的细菌是由铀矿样及矿坑水经富集分 离而得的氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌的混合菌 种。浸矿前，将该混合菌种用9 K S 。培养基，按 2 0 ％ 每1 0 0m L 培养基中加2 0m L 活性菌液 接 种，在3 0 ℃、p H 2 ．0 条件下，置于转速9 0r ／r a i n 的恒温振荡箱中培养至活性期。培养基中 N H ‘ 2 S 0 4 、K C l 、K 2 H P 0 4 、M g S 0 4 7 H 2 0 、 C a N O 。 2 质量浓度分别为3 ．0 0 、0 ．1 0 、0 ．5 0 、0 ．5 0 、 0 ．0 1g ／L ；硫粉5g ／L ；F e S O ；7 H 2 0 质量浓度为 2 5g ／L ，折合F e 2 浓度为5g ／L 。 1 ．4 试验方法 试验采用两个溶浸槽进行对比试验 编号分别 为U 1 、U 3 。对比试验是在若干相同条件下 相同 项为矿石样、试验装置、充气强度、温度、液固比 进 行的同步浸出试验 即两槽同时加液、放液，同时测 定溶浸过程中的各项参数 。 不同之处在于U 1 自始至终都是用细菌溶浸 液进行铀矿石的浸出试验；U 3 则先用5g ／L 硫酸溶 液对矿石进行酸化预处理，然后再加入与U 1 相同 的细菌溶浸液 铁含量、p H 值、体积量等均相同 进 行铀的浸出，直至试验结束。 2 试验结果分析 2 ．1 氧化硫硫杆菌适应性分析 研究表明[ 6 ] ，菌浸铀矿时，浸出液p H 低于溶浸 液p H 可以作为氧化硫硫杆菌良好发育的标志，可 以判定体系中氧化硫硫杆菌的产酸速率大于矿石的 耗酸速率，证实氧化硫硫杆菌已完全适应矿石及其 体系溶液中的各种有害物质。 由图2 和图3 可以看出，U 1 和U 3 出现浸出液 p H 的稳定下降都是从第8 天开始，说明随着菌液 浸出和硫酸酸化的进行，矿石的耗酸能力在下降。 第1 4 天时，U 1 浸出液p H 开始低于溶浸液p H 且 一直持续到试验结束，说明从菌浸第1 4 天开始U 1 中的氧化硫硫杆菌的产酸速率超过了矿石的耗酸速 率，矿槽中氧化硫硫杆菌已完全适应体系环境并发 挥作用。而U 3 则在第1 0 天开始加菌浸铀，到第1 6 天时 菌浸第6 天 ，U 3 浸出液p H 也开始低于溶浸 液p H 并一直持续到试验结束，说明菌浸第6 天时 U 3 中的氧化硫硫杆菌的产酸速率也超过了矿石的 耗酸速率，矿槽中氧化硫硫杆菌也已完全适应体系 环境并开始发挥作用。相比而言，经过酸化预处理 的U 3 的体系环境更有利于氧化硫硫杆菌的发育， 其发育速率比U 1 中的氧化硫硫杆菌适应时间快了 8 天。 2 ．6 0 2 ．5 2 ．小】 2 ．3 0 _ 2 ．2 0 2 ．1 0 2 ． X l _ 9 0 1 ．踟 1 ．7 0 061 21 82 43 03 64 24 8 累汁天数／天 图2U l 溶浸液和浸出液p H 对比图 F i g ．2 T h ee o n v * 也o nd i a g r a mo fp Hi l I ∞她 a n dl e a c h i n gs o l u t i o no fU 1 累汁天数／天 图3U 3 溶浸液和浸出液p H 对比图 F i g ．3 T h ec o m p a r i s o nd i a g r a mo fp Hi n s o a k i n ga n dl e a c h i n gs o l u t i o no fU 3 由表l 可以看出，经酸化预处理，氧化硫硫杆菌 的适应速率加快，且其产酸速率也加快，相同条件 下，U 1 的菌浸p H 下降率为0 ．0 6 8 ／天，而U 3 的菌 浸p H 下降率为0 ．1 1 ／天，具有明显的优势。 分析其原因认为，矿石经酸化预处理之后，其耗 酸能力下降，且矿石中溶解出的各种物质浓度降低， 对氧化硫硫杆菌的影响逐渐减弱，有利于氧化硫硫 杆菌的发育。因此，菌浸铀矿时，先进行酸化预处理 更有利于氧化硫硫杆菌对体系环境的适应，使其快 速发育和产酸，以减少人为加酸量。 万方数据 3 6 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年3 期 表1U 1 、U 3 的p H 变化对比 ”l h b l e1T h ec o m p a r i s o no fp Hc h a n g ei nU 1a n dU 3 2 ．2 氧化亚铁硫杆菌适应性分析 细菌浸铀时，氧化亚铁硫杆菌的主要作用是将 溶液中的F e 2 氧化为F e 3 ，而F e 3 十则是将U 4 氧 化为U 6 氧化剂，浸出液F e 2 的稳定下降说明氧化 亚铁硫杆菌将F e 2 转化为F e 件的量超过了U 件氧 化为U 6 所耗掉的F e 3 的量，因此，浸出液F e 2 的 稳定下降可以作为氧化亚铁硫杆菌发育的标志[ 6 ] 。 由图4 可以看出，U 1 浸出液F e 2 从第7 天之 后开始呈逐步稳定而快速的下降趋势，到第1 3 天时 则完全低于原菌液F e 2 ，并保持稳定低值到试验结 束。说明矿槽中的氧化亚铁硫杆菌在1 3 天时间内 已完全适应体系环境并发育良好，其消耗F e 2 的量 超过了体系中还原性物质产生的F e 2 的量。 0b1 21 82 43 03 64 24 8 累计天数／天 图4U 1 溶浸液和浸出液F e 2 对比图 F i g ．4 T h ec o m p a r i s o nd i a g r a mo fF e 2 十i n s o a k i n ga n dl e a c h i n gs o l u t i o no fU 1 由图5 ，U 3 在酸化预处理阶段，其浸出液中含 有约1 ．2g ／L 的F e 2 ，显然是矿石中溶解出来的。 第1 0 天菌浸开始后，U 3 浸出液中F e 2 迅速增加， 第1 3 天时达到最大，说明体系消耗F e 3 十的量较大。 加菌3 天之后 图5 中第1 3 天 ，浸出液F e 2 快速 下降，第9 天 图5 中第1 9 天 时开始低于原菌液 F e 2 ，直到试验结束。说明经酸化预处理之后，氧 化亚铁硫杆菌能够在9 天时间内完全适应体系环境 且其消耗的F e 2 超过体系产生的F e 2 。 61 21 82 43 03 64 24 8 累计天数／天 图5U 3 溶浸液和浸出液F e 2 对比图 F i g ．5 T h ec o m p a r i s o nd i a g r a mo fF e 2 i n s o a k i n ga n dl e a c h i n gs o l u t i o no fU 3 由此可以说明，氧化亚铁硫杆菌在U 3 中的发 育速度比在U 1 中的更快。分析认为可能的原因 是，硫酸酸化时，矿石中许多对细菌发育有害的物质 被浸出，而使其在菌浸时对细菌的毒害作用减弱，另 外，氧化硫硫杆菌的产酸作用使体系p H 下降到更 适合氧化亚铁硫杆菌生存的范围内，从而使氧化亚 铁硫杆菌能够更加快速地适应矿石。 3结论 以溶液p H 和F e 2 浓度的变化作为氧化硫硫 杆菌和氧化亚铁硫杆菌发育的标志，酸化预处理有 利于氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌对铀矿石的适 应，可以加快混合菌对目标铀矿石的适应速度。 参考文献 [ 1 ] 王玉棉，李军强．微生物浸矿的技术现状及展望[ J ] ．甘 肃冶金，2 0 0 4 3 3 6 3 9 ． [ 2 ] 黎维中，蓝卓越．微生物冶金进展及其在西部矿业开发 中的应用前景[ J ] ．中国工程科学，2 0 0 5 9 1 7 3 1 7 6 ． [ 3 ] 李宏煦，王淀佐．生物冶金中的微生物及其作用[ J ] ．有 色金属，2 0 0 3 ，5 5 5 5 8 6 3 ． [ 4 ] 王清良，刘选明．p H 值与温度对氧化亚钦硫杆菌氧化 5 0 5 0 5 O 5 O 5 0 4 4 3 3 2 2 l ● O 0 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年3 期 3 7 F e 2 影响的研究口] ．矿冶工程，2 0 0 4 4 3 6 3 8 ． [ 5 ] 胡凯光，胡鄂明，康泉，等．细菌浸矿机理和影响因素 [ J ] ．中国矿业，2 0 0 4 4 7 3 7 7 ． [ 6 ] 郑志宏，张卫民，刘亚洁，等．7 2 1 矿山南铀矿石微生物稽 浸的适应性试验研究E J ] ．华东地质学院学报，2 0 0 2 9 1 9 0 1 9 4 ． 4效果 来冶在1 9 9 8 年对反射炉的炉体结构进行改进， 对工艺参数进行优化后，反射炉炉床能力由1 9 9 8 的 1 ．2 3t ／ m 2 d 提高到2 0 0 2 年2 ．1 2t ／ m 2 d 。 反射炉炉墙、炉顶寿命由原来的3 ～4 个月提高到 1 0 个月，炉底大砖使用寿命由原来的8 个月提高到 2 0 个月，炉底捣打层寿命由原来的8 个月提高到4 8 个月。燃煤率由3 4 ．6 5 ％降低到2 3 ．5 6 ％。工序单 耗每吨物料降低了1 1 6k g 标煤。2 0 0 2 年后，虽然 来冶原料锡精矿供应严重不足，物料杂质成份高，入 炉物料平淡均品位只有4 0 ％左右，使反射炉处理返 回品的比例由原来的1 5 ％提高到7 0 ％，生产仍然保 持良好状态，炉床能力还有1 ．8 5t ／ m 2 d 左右。 2 0 0 4 年来冶反射炉共处理返回品金属量达10 2 3t ， 盘活资金8 0 0 多万元。2 0 0 5 年处理中间返回品金 属量12 3 lt ，盘活资金近9 0 0 多万元。虽然返回品 。及外购低锡物料大量投入，但反射炉的燃煤率保持 在2 7 ％左右，工序单耗保持在每吨物料3 5 0k g 标煤 左右。表3 为来冶反射炉1 9 9 8 ～2 0 0 5 年各项技术 经济指标 2 台5 0m 2 反射炉平均指标 。 表3 来冶反射炉技术经济指标 T a b l e ．3T h et e c h n o l o g ye c o n o m i ci n d e xo ft h er e v e r b e r a t o r yf u r n a c ef r o m1 9 9 8t o2 0 0 5 年度 1 9 9 819 9 92 0 0 02 0 0 12 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 5 1 ．2 3 1 ．5 7 1 ．9 2 2 ．2 22 ．0 11 ．9 01 ．7 l1 ．8 1 3 4 ．6 S3 3 ．1 83 0 ．2 62 3 ．5 6Z 9 ．3 82 8 ．8 2 7 ．2 62 5 ．1 5 4 3 94 2 83 7 23 2 33 4 73 5 03 5 63 3 8 炉床能力／ t m 一2 d 一1 燃煤率／％ 工序每吨物料耗标煤／k g 表3 说明，来宾冶炼厂的炼锡大反射炉经过炉 体结构改进和工艺参数优化后，提高了生产能力，降 低了燃料消耗，从而提升了反射炉生产应用的竞争 能力。 5结论 来宾冶炼厂的反射炉经过对炉体结构改进、供 热工艺和物料配比等工艺参数优化后，提高了生产 能力，降低了燃料消耗，从而也降低了生产成本，丰 富和发展炼锡反射炉的冶炼技术，提升了自身的竞 争能力。 万方数据