某铀矿石微生物柱浸翻柱对比试验.pdf

2 0 1 3 年5 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 3 1 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 3 ．0 5 ．0 0 9 某铀矿石微生物柱浸翻柱对比试验 赵志斌，文冬林，孙占学，李江，王学刚 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 摘要以某铀矿堆浸生产线的矿石为原料，考察微生物柱浸翻柱方式对铀浸出率的影响。结果表明，经 过1 1 3 天试验，两柱液计累计铀浸出率分别为8 0 ．6 2 ％和7 6 ．4 9 ％，渣计铀浸出率分别为8 8 ．6 7 ％和 8 5 ．2 4 ％，耗酸率分别为9 ．1 7 ％和9 ．0 4 ％。在酸化阶段提前翻柱可有效减轻泥化、板结现象，促进铀的 浸出。 关键词铀；微生物浸出；翻柱；对比；耗酸率；浸出率 中图分类号T L 2 1 2 ．1 2文献标志码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 3 0 5 0 0 3 1 0 4 C o l u m nT u r n i n gC o m p a r a t i v eT e s to fC o l u m nB i o l e a c h i n go nU r a n i u mO r e Z H A OZ h i b i n ，W E ND o n g f i n ，S U NZ h a n x u e ，L IJ i a n g ，W A N GX u e g a n g S c h o o lo fW a t e rR e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g ，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 A b s t r a c t T h ee f f e c to fc o l u m nt u r n i n go nc o l u m nb i o l e a c h i n gr a t eo fu r a n i u mw a si n v e s t i g a t e dw i t ht h eo r e c o l l e c t e df r o mu r a n i u mo r eh e a pl e a c h i n gp r o d u c t i o nl i n ea sr a wm a t e r i a l s ．T h er e s u l t ss h o wt h a ta f t e r113 d a y so fe x p e r i m e n t ，t h el e a c h i n gr a t e so fl i q u i do fu r a n i u mi nt W Oc o l u m n sa r e8 0 ．6 2 ％a n d7 6 ．4 9 ％r e s p e c t i v e l y ，w h i l et h el e a c h i n gr a t e so fs l a go fu r a n i u ma r e8 8 ．6 7 ％a n d8 5 ．2 4 ％r e s p e c t i v e l y ，a n da c i dc o n s u m p t i o nr a t e sa r e9 ．17 ％a n d9 ．0 4 ％r e s p e c t i v e l y ．C o l u m nt u r n i n gi nt h ee a r l ys t a g eo fa c i d i f i c a t i o nc a n e f f e c t i v e l yr e d u c eo r eh a r d e n i n ga n da r g i l l i z a t i o na n dp r o m o t eb i o l e a c h i n go fu r a n i u m ． K e yw o r d s u r a n i u m ；b i o l e a c h i n g ；c o l u m nt u r n i n g ；a c i dc o n s u m p t i o nr a t e ；r e c o v e r yr a t e 随着我国铀矿资源的不断开采，矿石品位不断 降低、开采深度日益加深，矿石成分日益复杂，采冶 难度加大，生产成本越来越高。因此，开发低品位、 复杂难处理铀矿的高效提取技术追在眉睫。近年来 兴起的微生物浸铀技术[ 1 ‘1 u 在难浸铀矿的浸出中虽 然具有很大优势，但也存在很多影响铀浸出的不利 因素。如试验初期由于不均匀酸化，出现的铀矿石 板结和泥化现象，严重影响铀矿的浸出。如在酸化 阶段，提前对酸化中的铀矿石进行翻柱处理，保持柱 内矿石均匀、良好的渗透性，为细菌的生长和铀的浸 出创造有利的条件，最终可以提高铀的浸出率，缩短 浸出周期。 1 试验原料和方法 试验所用矿石来自南方某铀矿堆浸生产线，矿 石粒径均小于l Om m ，粒度组成严格按照野外吨级 柱浸试验粒度组成进行配比，矿石铀品位为 0 ．1 6 6 ％。两柱各装矿石约2 0k g ，装柱高约1 ．7m ， 铀矿石上下均有厚约1 5c m 的砾石，砾石和铀矿石 之间均有滤网，编号分别为G T l 和G T 2 。矿石粒 度组成 ％ 5m m2 9 ．2 、2 ．5 ～5m m3 1 ．2 、1 ．2 5 ～2 ．5m m1 2 ．4 、0 ．6 ～1 ．2 5m m1 2 ．1 、 0 ．6m m 1 5 ．1 ，原矿全分析 ％ A 1 2 0 31 5 ．1 8 、F e 2 0 。3 ．1 9 、 F e O1 ．5 7 、P 2 0 51 ．1 5 、T i 0 20 ．3 7 6 、U T0 ．1 6 7 7 、U 6 收稿日期2 0 1 2 0 9 2 0 基金项目国家科技部国际合作项目 2 0 1 1 D F R 6 0 8 3 0 ；江西省教育厅科技项目 G J J l 2 3 9 2 作者简介赵志斌 1 9 8 5 一 ，男，山西阳泉人。硕士研究生． 万方数据 3 2 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 3 年5 期 0 ．0 2 8 、S 6 0 ．1 2 5 、S 2 _ 0 ．6 4 7 、F0 ．3 0 8 。 试验设备主要有4 个有机玻璃浸出柱西1 0 0 m m X10 0 0m m 、3 个有机玻璃离子交换柱西5 0m m 10 0 0m m 、2 台双头蠕动泵、1 台充气泵、分光光 度计、p H 计、E h 计及滴定管等。 细菌是从该矿山酸性矿坑水中富集分离、诱变 育种的混合菌种，并经过9 K 培养基和矿石酸化液 中培养驯化。试验中，菌液用过吸附柱的尾液扩大 培养，扩大比例3 0 ％～4 0 ％，控制菌液p H1 ．8 5 左 右，总铁5g ／L 左右，室温充气培养。 两柱矿石起始酸化酸度4 0g ／L ，喷淋实行6 ％ ～1 0 ％ 体积质量比 2 0h 单点连续喷淋，溶浸液总 铁控制5g ／L 左右。两柱酸化至浸出液p H2 ．0 时， 按3 ‰进行殖菌。之后控制溶浸液酸度，使浸出液 p H 稳定在1 ．8 。 2试验过程与翻柱情况 试验总天数1 1 3 天，试验中，G T l 累计翻柱3 次，G T 2 翻柱2 次。 G T l 第一次翻柱 第1 2 天 在酸化阶段浸出液 p H ～3 ．5 时进行，卸柱后发现柱内矿石泥化、结块 现象较为严重。装柱时，将柱内上下矿石分别混匀 后，上下颠倒装柱，使柱内下部没有酸化彻底的矿石 装在柱子上部进行再次酸化；第二次翻柱 第3 5 天 在菌浸阶段浸出铀质量浓度降低至1 5 0m g ／L 左右 时进行，卸柱后柱内矿石均匀，没有板结、泥化现象； 第三次翻柱 第5 1 天 在试验浸出后期进行，将柱内 全部矿石混匀，进行装柱喷淋。 G T 2 酸化阶段没有翻柱，其余两次翻柱与G T l 相同。G T 2 首次翻柱在菌浸阶段，与G T l 第二次 翻柱一同进行，从柱子外部可以看到明显的铁板结 颜色。卸柱时，柱子上半部没有明显的铁板结现象， 但矿石硬度较大。从柱子下半部开始出现明显的铁 板结现象，且越在柱内底部的矿石，铁板结愈加严 重，硬度较大；第二次翻柱，柱内矿石较均匀且松散， 无板结现象，对铀浸出基本没有促进作用。 3 试验结果与分析 3 ．1 试验结果 试验中，G T l 累计翻柱3 次，G T 2 翻柱2 次，即 G T l 在酸化阶段翻柱1 次，G T 2 没有，其余试验条 件基本一致。从表1 结果可以看出，酸化阶段对铀 矿石进行翻柱处理的G T l ，在累计铀浸出率、铀浸 出最大浓度、总铁浸出量等都优于G T 2 。 表1 试验结果 T a b l e1 E x p e r i m e n t a lr e s u l t s 项目 G T l 2 0 ．5 5 G T 2 2 0 ．4 7 装柱矿石质量／k g 原矿铀品位／％ 试验天数／d 日喷淋量／I 。 日喷淋时间／h 起始酸化酸度／ g L _ 1 加菌浸出液p H 首次翻柱时刻及累计翻柱次数 酸化／菌浸阶段浸铀最大值／ m g L 。 总铁净浸出量／g 累计耗酸率 除培菌液 ／％ 液计累计铀浸出率／％ 渣计铀浸出率／％ 渣样铀品位／％ 累计液固比 体积质量比 酸化浸出液p H ～3 ．5 ，共3 次 8 6 5 ．5 0 5 ／8 3 3 ．4 4 9 1 7 8 ．6 0 2 9 ．1 7 4 8 0 ．6 1 9 8 8 ．6 7 0 ．0 1 88 9 ．6 2 菌浸高峰过后，共2 次 6 9 4 ．0 7 7 ／5 3 7 ．9 7 9 1 4 4 ．2 2 1 9 ．0 4 0 7 6 ．4 9 0 8 5 ．2 4 0 ．0 2 45 9 ．6 2 3 ．2 不同翻柱工艺与铀浸出率 试验各阶段的浸出率对比结果见表2 ，两柱铀 浸出浓度对比结果见图1 。 由表2 和图1 可知，G T l 翻柱前，铀浸出效果 并没G T 2 好，但由于G T l 在酸化阶段翻柱，使柱内 矿石酸化较为彻底，并消除柱内矿石泥化结块现象， 使柱内矿石更加均匀。所以G T l 在之后的浸出过 程中，铀浸出效果明显变好。G T 2 虽然在菌浸后期 进行翻柱，浸出铀浓度有所上升。但是由于试验前 期由于不均匀酸化造成的矿石板结及柱内下半部矿 石酸化不彻底的原因，使得G T 2 直至试验结束，累 计铀浸出率仍相差3 ．6 5 个百分点。所以，酸化阶段 万方数据 2 0 1 3 年5 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 3 铀矿石的翻柱，对改善微生物柱浸铀的浸出效率有 很大的促进作用。 表2 试验各阶段浸出率对比 T a b l e2 C o m p a r i s o no fl e a c h i n gr a t e i ne v e r ys t a g e ， ● ● 曲 E ≤ 魁 篷 暴 裂 壬 型 图1 两柱铀浸出浓度对比图 F i g ．1C o m p a r i s o no fl e a c h e du r a n i u m c o n c e n t r a t i o ni nt w oc o l u m n s 3 ．2 不同翻柱工艺与累计耗酸率 不同翻柱工艺与累计耗酸率曲线见图2 。 1 0 2 03 舢 5 ‘ “J7 08 09 0l o o 1 1 0 1 2 01 3 1 天数，d 图2 两柱耗酸率与p H 对比图 F i g ．2C o m p a r i s o no fa c i dc o n s u m p t i o nr a t e a n dp Hi nt w oc o l u m n s 由图2 可看出，G T l 在A 点翻柱后，由于翻柱 使得柱内结块的内部和没有酸化彻底矿石的暴露以 及柱内矿石酸化梯度的关系，装柱后虽以4 0g ／L 酸 液酸化喷淋，浸出液p H 仍出现了较大反弹。没有 翻柱的G T 2 则由于板结及酸化梯度的关系，耗酸速 率明显减慢。两柱在B 点翻柱以后，G T 2 柱内较多 结块内及柱子下部没有酸化彻底矿石的暴露，使 G T 2 耗酸速率明显加快。试验最后，两柱耗酸率几 乎相等，但铀浸出率却相差3 ．6 5 个百分点。 3 ．3 翻柱对E h 的影响 由图3 可知，G T l 翻柱后，柱内均匀、疏松的矿 石环境为该菌提供了良好的生存环境。而G T 2 由 于板结原因，柱内渗透性较差，抑制了菌的生长。所 以A 点翻柱殖菌后，G T l 浸出液E h 增长较快。B 点翻柱后，由于G T l 装柱时，压实较密，矿石装柱高 相对G T 2 较低 相差0 ．1 5m 。而该菌为好氧型 菌，所以在翻柱后，较密的矿石抑制了菌的生长，导 致E h 没有上升，反而下降。C 点翻柱后，两柱矿石 装柱高度均约1 ．7m ，之后两柱浸出液E h 上升，证 明了G T l 浸出液E h 下降是装柱高度较低导致的。 图3 两柱E h 变化图 F i g ．3C o m p a r i s o no fE hi nt w oc o l u m n s 试验中，G T l 在第二次翻柱后，浸出液E h 突 然下降，结合第三次翻柱情况分析，是由于在第二次 翻柱中，矿石装柱较紧密，抑制了柱内细菌的生长， 从而不能将二价铁转化为三价铁，导致浸出液E h 下降，更导致了铀浸出浓度的下降。所以在翻柱过 程中，一定要均匀小量地将矿石装入柱内，为矿石表 面细菌的生长创造有利条件。如此，第三次翻柱就 可推迟或取消，降低试验成本，缩短试验周期。 3 ．4 两柱总铁浸出量 两柱总铁浸出量对比结果见图4 。 结合图4 及图1 可知，G T l 总铁的增加是因为 翻柱使得柱内结块及柱子下部没有酸化彻底矿石的 暴露，使得铁在强酸下得以溶出。而G T 2 则由于相 反的原因，抑制了铁及铀的浸出，从而在铀累计浸出 率及总铁浸出量上拉开差距。G T 2 在B 点翻柱后， 一方面消除了柱内结块的矿石，另一方面促进了菌 O 9 8 7 6 5 4 3 2 ●0 母＼碍魁耀I酶 万方数据 3 4 有色金属 冶炼部分 h t t p H y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年5 期 冰 赢 五 燃 岱 珀 天数，d 图4 两柱总铁浸出对比图 F i g ．4C o m p a r i s o no fq u a n t i t yo ft o t a l l e a c h e di r o ni nt w oc o l u m n s 的生长，使得铁的浸出相对较快。 4结论 1 经过1 1 3 天试验，按照不同翻柱方式进行细 菌浸出，两柱累计液计铀浸出率分别为8 0 ．6 2 ％、 7 6 ．4 9 ％，渣计铀浸出率分别为8 8 ．6 7 ％、8 5 ．2 4 ％， 耗酸率分别为9 ．1 7 ％、9 ．0 4 ％，累计液固比均为 9 ．6 2 。 2 在酸化前期或酸化阶段翻柱可以在很大程度 上减轻柱内泥化、板结情况，对铀的浸出起到很大的 促进作用。 参考文献 E l i 张建国，孟晋．世界铀资源、生产、供应与需求的新动态 [ J ] ．铀矿冶，2 0 0 6 ，2 5 1 2 1 2 8 ． [ 2 ] 阙为民，王海峰，牛玉清，等．中国铀矿采冶技术发展与 展望[ J ] ．中国工程科学，2 0 0 8 ，1 0 3 4 4 5 3 ． [ 3 ] 张亚鸽，孙占学，史维俊．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 ] 翟东亮，孙占学，李学礼，等．某铀矿石微生物浸铀酸度 试验[ J ] ．金属矿山，2 0 1 0 ，2 2 6 6 6 8 ． [ 5 ] 苑俊廷，孙占学．细菌堆浸浸铀技术的发展及展望[ J ] ． 中国矿业，2 0 0 8 ，1 7 6 4 5 4 6 ． [ 6 ] 李江，刘亚洁，周谷春，等．低品位铀矿石微生物柱浸试 验[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 6 3 6 3 9 ． [ 7 ] 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e8 1 Ra n da l a m i n e3 3 6 [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 3 ，1 6 3 2 9 1 2 9 4 ． [ 1 2 ] C h a g n e sA ，R a g e rMN ，C o u r t a u dB ，e ta 1 ．S p e c i a t i o no f v a n a d i u m V e x t r a c t e df r o ma c i d i cs u l f a t em e d i ab y t r i o c t y l a m i n ei nn d o d e c a n em o d i f i e dw i t h1 - t r i d e c a n o l [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ，2 0 1 0 ，1 0 4 1 2 0 2 4 ． [ 1 3 ] Z e n gL ，C h e n gCY ．R e c o v e r yo fm o l y b d e n u ma n dv a n a d i u mf r o ms y n t h e t i cs u l p h u r i ca c i dl e a c hs o l u t i o n so f s p e n th y d r o d e s u l p h u r i s a t i o nc a t a l y s t su s i n gs o l v e n te x t r a c t i o n [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ，2 0 1 0 ，1 0 1 3 ／4 1 4 1 1 4 7 ． [ 1 4 ] C h e nL ，L i uFQ ，L iDBP r e c i p i t a t i o no fc r y s t a l l i z e d h y d r a t e di r o n I I I v a n a d a t ef r o mi n d u s t r i a lv a n a d i u m l e a c h i n gs o l u t i o n [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ，2 0 1 1 ，1 0 5 3 ／ 4 2 2 9 - 2 3 3 ． [ 1 5 ] Z h o uXJ ，W e iC ，L iMT ，e ta 1 ．T h e r m o d y n a m i c so fv a n a d i u m s u l f u r - w a t e rs y s t e m sa t2 9 8 K [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ，2 0 1 1 ，1 0 6 1 ／2 1 0 4 1 1 2 ． [ 1 6 ] Z e n gL ，C h e n gCY ．Al i t e r a t u r er e v i e wo ft h er e c o v e r Yo fm o l y b d e n u ma n dv a n a d i u mf r o ms p e n th y d r o d e s u l p h u r i s a t i o nc a t a l y s t sP a r tI I S e p a r a t i o na n dp u r i f i c a t i o n [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ，2 0 0 9 ，9 8 1 ／2 1 0 2 0 ． 万方数据