某高碱贫铀矿石的微生物酸法池浸探索.pdf

2 0 1 4 年第6 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y Lb g r i m m ．c n 4 9 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 4 ．0 6 ．0 1 3 某高碱贫铀矿石的微生物酸法池浸探索 王鹏，孙占学，史维浚 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 摘要先采用盐酸去除某高碱性铀矿石中的大部分碱性物质，然后采用微生物酸法池畏技术对铀进行浸 出。结果表踞，大粒径 5m m 矿石中的铀很难被提取，去除部分大粒径矿石后，当碱性物质去除率达 6 5 ％时，铀的浸出率可以达到9 1 ．2 ％。 关键词高碱贫铀矿石；粒径；微生物浸出；酸法池浸 中囝分类号T L 2 1 2 ．1 2文献标志码A文章编号l 0 0 7 7 5 4 5 1 2 0 1 4 } 0 6 一∞4 9 一0 3 M i c r o b i a lA c i d i cT a n kL e a c h i n gf o rL o w 。G r a d eU r a n i u m o r ew i t hH i g hA l k a l i n eM i n e r a l sB e a r i n g W A N GP e n g ，S U NZ h a n x u e ，S H IW e i ju n S c h D o 】o fW a t e rR e s D 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 l a n g x i ，C h i n a A b s t r 舵t M o s ta l k a l i n es u b s t a n c e sc o n t a i n e di no n eu r a n i u mo r ew e r er e m o v e df i r s t l yw i t hh y d r o c h l o r i c a c i d ．A f t e rr e m o v a } o fa l k a l i n em i n e r a l s ，u r a n i u mo r ew a si e a c h e db ym i c r o b i a ls u l f u r i ca c i d i ct a n k1 e a c h i n g p r o c e s s ． T h er e s u l t ss h o wt h a tu r a n i u mi nu r a n i u mo r ew i t hl a r g e rg r a i ns i z e 5m m i sh a r dt ob ee x t r a c t e d ．U r a n i u mr e c o v e r yr a t eo f91 ．2 ％c a nb eo b t a i n e da f t e rr e m o v a lo fl a r g e rs i z e dg r a i n sa n da tl e a s t 6 5 ％o fa l k a l i n es u b s t a n c e s ． K e yw o r d s 1 0 w g r a d eu r a n i u mo r ew i t hh i g ha l k a l i n em i n e r a l sb e a r i n g ；g r a i ns i z e ；m i c r o b i o l o g i c a ll e a c h i n g ；a c i d i ct a n kl e a c h i n g 我国铀冶金工艺主要包括原地浸出、井下爆破 堆浸、堆浸、搅拌浸出及生物浸出等口q ] 。但随着铀 矿品位不断下降、矿石成分越来越复杂，生产成本也 逐渐增加[ 5 ] 。某铀矿山碱性铀矿石所占比例越来越 高，导致耗酸率急剧上升至高达2 0 ％以上，铀浸出 率明显下降，仅为7 0 ％左右。在高硫酸浸出工艺中 出现石膏板结现象[ 6 ] ，影响了正常的浸铀进程。为 解决这一问题，本项研究针对该矿生产的高碱贫铀 矿 C 0 含量加权平均值为5 ．6 9 ％，铀平均品位 o ．1 ％ 进行了碱性矿物去除试验和生物浸铀试验， 以探索出一条可行的工艺路线。 1 试验原料及方法 矿石取自我国华东某铀矿床，矿石中绿泥石、磷 灰石含量较高[ 7 ] ，通常采用碱浸工艺处理，以尽量降 低试剂的消耗量。但是磷灰石在碱性介质中仍难以 分解，即使在加温加压条件下 如1 8 0 ℃、氧分压 o ．4M P a 、加入K M n 0 4 ，浸出效果仍不理想，被其 包裹或呈类质同象存在的铀难以浸出。常规的酸法 搅拌浸出由于耗酸物质较多，且需要较高的余酸，而 导致浸出剂成本较高，也容易造成石膏沉淀[ 6 ] ，导致 浸出率达不到要求。另外，采用浮选也难以实现碳 酸盐矿物碱法浸出与磷酸盐矿物酸法浸出分开进 收稿日期2 0 1 3 一l O 0 8 基金项目国家高技术研究发展计愆I 8 6 3 计划 项目 2 0 1 2 A A 0 6 1 5 0 4 ；科技部国际合作项目 z 0 1 1 D F R 6 0 8 3 0 作者简介王鹏 1 9 8 7 一 ，男，江苏淮安人，硕士研究生；通信作者孙占学 1 9 6 2 一 男，江西修水人，博士生导师． 万方数据 5 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 4 年第6 期 行[ 7 ] 。因此，本文采用先去碱再用微生物酸法浸铀 工艺。 本试验所用矿石的粒径组合及相应的铀品位分 析结果如表1 ～2 所示。 从表1 可以看出，大粒径 5m m 矿石所占比 重偏大，且大粒径矿石的铀品位与组合样近似。为 了解大粒径矿石对浸出率的影响，有必要设计一组 去除大粒径矿石的对照试验。 从表2 可以看出，该矿石中C 0 含量高达5 ％ 以上，明显属于高碱性矿石。而C 0 2 主要以碳酸钙 形式存在，大量使用硫酸浸矿时，必然会导致石膏板 结现象的产生。这对传统酸法和细菌浸矿工艺都不 利。因此，在正常浸铀前，对该矿石先进行去碱除钙 作业‘引，才能保证获得满意的铀的浸出率。 表l 矿样粒径及铀含量分析结果 T a b l el A n a l y s i sr 瞄u l t So fo 心s 锄p l es i z e a n du r a n i H mc o n t e n t 表2 矿样化学成分分析结果 ’r a b l e2C h 锄i c a lc o m p 嬲i t i o no fo 弛s a m p l 髑 ／％ 试验主要设备和仪器有1 台充气泵、3 个垂3 0 0 m m 3 0 0m m 有机玻璃反应槽、3 个西1 0 0m m 1o o om m 有机玻璃离子交换柱、p H 和E 是计、 H A C H 矿化度测定仪、分光光度计等。 采用氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌混合菌 种。此菌种可在p H1 ．8 0 条件下快速生长[ 4 ] ，适应 性好，在p H1 ．2 0 时也能缓慢生长。菌种采用9 K 培养基和矿石酸化液培养驯化[ 9 ] ，控制p H 在1 ．8 0 左右，总铁5g ／L 左右，过吸附柱的尾液为培养基。 本研究共设3 组试验，试验编号分别为J U l 、 J U 2 、J U 3 ，每组试验均分为去碱和浸铀两个部分。 去碱阶段各组试验的设计参数如表3 所示，浸铀阶 段菌液F e 3 浓度5g ／L ，起始硫酸浓度1 5g ／L 。 表3 试验设计参数 T h b I e3E x p e r i 眦n t a ld e s i g np a r 锄e t e 噶 1 池浸方法的作用时间比喷淋长。第一次加液 时，各试样的溶浸液加入量一致。进液时，注意不要 过猛。浸泡过程中，注意观察记录矿样高度的变化 和产生气泡的现象，并予以详细描述。 2 每浸泡1 2h 后换液1 次，并记为1 个回次。 尽量控制放液量一致，并基本等于进液量。 3 测定每个回次浸出液的C a 2 、F e 抖、F e 3 十、全 铀u T 浓度，及E I } l 、p H 、矿化度和电导等，记录耗酸 量。试验结束时选择代表性水样，进行水质分析，测 试项目包括p H 、既、电导、矿化度、酸度，以及铀、 C l 一、S 0 42 一、P 0 43 一、C a 2 、M 9 2 、K 、N a 、F e 2 、 F e 3 十、A l 、S i 等的浓度。 2 试验结果与分析 去碱试验共用时3 7 ．3 天，浸铀部分共用时 2 7 ．1 天，整个试验共用时6 4 ．4 天。主要考察粒径、 碳酸钙累计浸出率对铀累计浸出率与耗酸率的影 响。试验结果如图1 ～3 所示。 从试验结束后的出渣情况看，J U l 有少量红色 板结物，J U 2 出现较大块的红色板结物；J U 3 渣样无 万方数据 z 0 1 4 年第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 5 1 图1 碳酸钙的累计浸出率 F i g ．1 C u m u I a t i V el e a c h i n gr a t eo f c a l c i u mc a r b o n a t e 时间，d 图2 铀的累计浸出率 F i g ．2 C u m u l a t i V eI e a c h i n gr a t eO fu r a n i u m 去碱阶段．．∥ ／t ∥。．一，． 7 ．一．．。。一． ／ ．／ ．‘j ’．’二’ 浸铀阶段 1 ．’．，’ ≯’。 ⋯‘J U l 一- J U 2 J U 3 l 2 【3 0舶J5 6 t l 时间，d 图3 累计耗酸率 F i g ．3 C u m u l a t i V ea c i dc o n s u m p t i o nr a t e 明显板结。结合试验数据来看，J U 3 的碳酸钙累计 浸出率大于7 0 ％，而J U l 和J U 2 的碳酸钙累计浸 出率分别约为6 0 ％和5 0 ％。由此推断，在去碱阶 段，盐酸的起始浓度高有利于碱性物质的去除，而碱 性物质的去除率对矿样板结可能起决定性作用，当 碳酸钙累计浸出率大于6 0 ％时，基本可避免浸铀阶 段板结现象的出现。 从图1 可以看出，不同起始盐酸浓度的去碱能 力不同，1 0g ／L 的试验组强于3 ．6 5g ／L 的试验组。 同样起始盐酸浓度的试验组，≤5m m 粒组的去碱 效果比全粒径 ≤1 0m m 的好。说明起始盐酸浓 度、矿样粒径对去碱有重要影响。 由图2 可见，≤5m m 粒组的矿样 J U l ，铀浸 出率比全粒径≤1 0m m 矿样的效果好，J U l 的液计 浸率达9 1 ％，而全粒径矿样J U 2 、J U 3 的液计铀浸 出率分别仅为7 4 ％和7 6 ％，说明大粒径中的铀不易 被浸出。在全粒径的2 组试验中，起始盐酸浓度大 的比小的浸铀效果略好，但均不理想。 由图3 可知，本次试验主要耗酸是在去碱阶段， 浸铀阶段采用微生物浸铀，耗酸相对较小。各组试 验曲线的斜率在去碱和浸铀两部分都是前大后小， 说明各阶段都是前期的耗酸要比后期的大，特别是 前2 0 天的酸液酸化阶段，占耗酸率的绝大部分。主 要原因是利用盐酸去除矿物中的碱性物质 主要是 碳酸钙 的同时，需要将矿石进行酸化至p H2 ．o 以 下，这时才可以开始进行微生物浸出。3 组试验浸 铀阶段最高耗酸率为4 ．2 8 ％。试验结束时，J U l 浸 出率最高，达9 1 ．2 ％，其耗酸为1 6 ．3 ％，明显低于传 统酸法工艺 耗酸率2 0 ％以上 。 3结论 1 先将高碱贫铀矿石中大部分碱性物质去除 后，再采用微生物酸法池浸工艺进行铀的浸出是可 行的。 2 碱性物质的去除率对铀的浸出有直接影响， 其去除率达到6 5 ％以上时，基本可以避免板结现 象，后续铀浸出率可以达到9 1 ％左右，耗酸率明显 低于传统酸法工艺。 3 适当减小大粒径 5m m 矿石粒径，有助于 提高铀的浸出率。 参考文献 [ 1 ] 李开文．中国铀矿开采技术特点及发展水平[ J ] ．中国 矿业，2 0 0 2 ，1 1 1 2 3 2 7 ． [ 2 ] 曾毅君，牛玉清，张飞凤，等．中国铀矿冶生产技术进展 综述口] ．铀矿冶，2 0 0 3 ，2 2 1 2 4 - 2 7 ． [ 3 ] 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 ，9 3 4 4 5 3 ． [ 4 ] 张亚鸽，孙占学，史维俊．某铀矿石微生物浸出工艺试 验研究口] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 0 5 3 2 3 5 ． 下转第5 4 页 ㈣∞∞阳∞莠蛳舯∞m o 8 6 4 2 0 8 6 4 2 0 ％／碍盛耀 万方数据 5 4 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 4 年第6 期 时，金浸出率随氧气流量的增加缓慢上升。在氧气 流量为2 0 0m L ／m i n 时，金浸出率达到最大值9 5 ％。 氧气流量大于2 0 0m L ／m i n 后，金浸出率随氧气流 量的增加而下降。 当氧气流量较大时，铁的硫化物氧化 式2 和式 3 速率较快，产物S 0 。挥发速率也较快，因此硫化 物被氧化后暴露的显微金易被S O 。携带而损失，造 成金的浸出率下降。 通过以上试验结果可以看出，尽管在7 5 0 ℃和 氧气流量4 0 0m L ／m i n 时，硫的脱除率更高，但是水 氯化提金率却不高。因此，根据金浸出率结果，优化 后的氧化脱硫条件为温度6 5 0 ℃、氧气流量2 0 0 m L ／m i n 、时间2h 。在此优化条件下，硫的脱除率 为9 7 ％，矿中残留的硫含量为1 ．5 9 ％，氯化提金后 金的浸出率为9 5 ％。 3结论 在下述优化脱硫条件下温度6 5 0 ℃、氧气流量 2 0 0m L ／m i n 、时间2h ，硫的脱除率为9 7 ％，矿中残 留的硫含量为1 ．5 9 ％，氯化提金后金的浸出率为 9 5 ％。 参考文献 [ 1 ] 金创石，张廷安，牟望重，等．液氯化法浸金过程热力学 [ J ] ．稀有金属，2 0 1 2 ，3 6 1 1 2 9 1 3 4 ． [ 2 ] 张云，李坚，华一新，等．碲化金氯化浸出的热力学分析 口] ．稀有金属，2 0 1 3 ，3 7 3 4 6 1 4 6 7 ． [ 3 ] B a g h a l h aM ．L e a c h i n go fa no x i d eg o l do r ew i t hc h l o r i d e ／h y p o c h l o r i t es o l u t i o n s [ J ] ． I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo f M i n e r a lP r o c e s s i n g ，2 0 0 7 ，8 2 4 1 7 8 1 86 ． [ 4 ] H a s a bMG ，R a s h c h iF ，R a y g a ns ．S i m u l t a n e o u ss u l f i d e o 妇d a t i o na n dg o l dl e a c h i n go far e f r a c t o r yg o l dc o n c e n t r a t eb yc h l o r i d e h y p o c h l o r i t es o l u t i o n [ J ] ．M i n e r a l s E n g i n e e r i n g ，2 0 1 3 ，5 0 一5 1 1 4 0 一1 4 2 ． [ 5 ] 徐家振，符岩，金哲男，等．氯酸钠氯化提金的研究[ J ] ． 材料与冶金学报，2 0 0 2 ，1 1 7 7 8 0 ． [ 6 ] 张建涛，程矗，陈帅，等．脱除安徽难处理金矿中砷和硫 的研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 5 1 2 一1 6 ． [ 7 ] 谈建安，黑文龙，黄兴华，等．泡塑吸附一电感耦合等离子 体发射光谱法测定矿石中的金[ J ] 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