某铀矿石微生物浸出工艺实验研究.pdf

3 2 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年5 期 某铀矿石微生物浸出工艺实验研究 张亚鸽，孙占学，史维竣 东华理工大学土木与环境工程学院，江西抚州3 4 4 0 0 0 摘要在前期实验结果的基础上，在不同酸度下加菌。通过对比总浸出率、总耗酸率、以及泥化板结等现 象探索降低酸耗、减少板结、提高浸出率、缩短周期的微生物浸铀工艺流程和参数。实验结果表明，在 p H 降为2 ．4 5 时开始加菌的方案是可行的，并且在菌浸阶段采用1 0 ％的喷淋量连续喷淋可以达到较好 的效果。 关键词微生物浸铀；铀矿石；浸出率；浸出周期；耗酸率 中图分类号T F 8 8 ；T L 2 1 2 ．1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 0 0 5 - - 0 0 3 2 0 4 E x p e r i m e n t a lS t u d yo nt h eB i o l e a c h i n gT e c h n i c so faU r a n i u mM i n e Z H A N GY a - g e ，S U NZ h a n - x u e ，S H IW e i - j u n S c h o o lo fC i v i la 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 ，C h i n a A b s t r a c t B a s e do nt h ef o r m e re x p e r i m e n tr e s u l t s0 fau r a n i u mm i n e r a l ，t h eb a c t e r i u mi Sa d d e da td i f f e r e n t p H ，i no r d e rt os e a r c hf o rt h eb e s tt e c h n i c a lp r o c e d u r ea n dp a r a m e t e rb yt h ec o m p a r i s o no fl e a c h i n gy i e l d r a t i o ，a c i dc o n s u m p t i o nr a t i o ，t h ep h e n o m e n o no fc l o g g i n ga n dh a r d e n ．T h er e s u l t si n d i c a t et h a ti t sf e a s i b l et oa d db a c t e r i u ma tp H 2 ．4 5 ，a n dt h e1 0 ％s p r a yc a p a c i t yc a nl e a dt o ab e t t e rr e s u l t ． K e y w o r d s U r a n i u mb i o l e a c h i n g ；U r a n i u mm i n e ；L e a c h i n gy i e l dr a t i o ；L e a c h i n gc y c l e ； A c i dc o n s u m p t i o nr a t i o 随着我国核电事业的发展，对铀矿资源的需求 日趋增加。矿石细菌浸出是利用细菌的生物化学作 用，选择性地将被浸矿物从矿石中浸出来的一种方 法[ 1 ] 。细菌浸矿被广泛应用于低品位铀矿石、铜矿 石、金矿石的浸出，特别对含硫化物 如黄铁矿 的矿 石尤其有效，使得一些低品位的矿石能得到充分的 利用。到目前为止，虽然生物浸矿取得了很大的成 果，前景也非常乐观，但在生物浸矿复杂的反应机 制、改善细菌浸出速度和浸矿动力学方面仍需要更 深入的研究。 1 实验矿样与条件 1 ．1 实验矿样 实验矿样来自于该铀矿堆浸生产线。粒度组 基金项目科技部国际合作项目 2 0 0 8 D F A T l 7 6 0 作者简介张亚鸽 1 9 8 4 一 。女，陕西西安人．硕士研究生 成 O ．1m m5 ．6 4 ％、0 ．1 ～0 ．5m m1 3 ．7 4 ％、0 ．5 ～1m m7 ．8 6 ％、1 ～2m m6 ．2 9 ％、2 ～5m m 2 2 ．8 8 ％、5 ～1 0m m4 3 ．5 9 ％，铀平均品位为 0 ．2 0 5 ％。实验设计四个浸出柱，编号分别为Z G l “ - 4 。每个柱子矿石量约2 5k g 。每个柱子都是按 照同一比例装柱的，并严格参照矿山现场实验碎样 后的粒径比例。Z G l 化学分析结果 ％ S i O 6 7 ．2 7 、A 1 2 0 31 3 ．8 2 、F e 2 0 32 ．7 5 、U T 0 ．1 9 、U V I 0 ．0 7 、F e O2 ．0 3 、P 0 51 ．9 4 、C a O2 ．1 3 、T i 0 2 0 ．4 2 、C 0 20 ．4 8 、S Ⅱ 1 ．6 5 、F 一2 ．5 2 。可以看出， 此批矿石中黄铁矿含量较高，这对于此铀矿石的微 生物浸出是有利的【2 ] 。其中C O z 含量也高，说明此 批矿石含有较多的碳酸盐矿物，因此会导致耗酸量 较大。 万方数据 有色金属 冶炼部分2 0 1 0 年5 期 3 3 1 ．2 实验条件 1 ．2 ．1 实验设备 浸出柱中l o om m 2m 有机玻璃柱；离子交换 柱①5 0m mX1m 有机玻璃柱；离子交换树脂 D 2 6 3 ；B T l o o 一2 J 型蠕动泵。 1 ．2 ．2 实验工艺参数 各柱矿石质量2 5k g 左右，矿层高度1 ．8m ；酸 预浸液起始p H o ．5 1 ～1 ．3 ；菌浸液起始p H 1 ．5 ～1 ．9 ，控制出液p H 1 ．8 ～2 ．0 ；淋浸剂三价铁 浓度5g ／L 左右。 1 ．2 ．3 实验菌种 细菌采用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。在9 K 中菌种的生长周期为1 8h ， 在酸化液中最终驯化为2 2h 左右。菌液扩大培养 时p H 控制在1 ．8 0 左右，室温培养，所用培养基为 过柱液。 2实验方案与过程 2 ．1 实验方案 表1 表l 实验方案 T a b l e1 E x p e r i m e n t a lp l a n 为了对前期酸化阶段做浸出剂的酸度对比，此 次实验设计1 、2 、3 号柱在酸化阶段采用较高酸度进 行喷淋，4 号柱则一直采用1 0g ／L 的酸液进行喷 淋。进入菌浸阶段之后进行的是不同喷淋量与喷停 比的比较，在实验进行过程中基本按照方案执行。 2 ．2 实验过程 在柱浸过程中，用蠕动泵控制溶浸液的流量，采 用单点滴灌的方式喷液。整个实验过程分为酸化阶 段、带菌酸化和菌浸阶段。酸化阶段淋浸矿石所产 生的酸化浸出液和菌浸阶段淋浸矿石所产生的菌浸 浸出液，经离子交换柱吸附铀后，产生的吸附尾液用 于培养细菌，培养的菌液再用于淋浸矿石，由此循 环，减少了尾液的排放量，有利于环境保护，同时也 减少了酸耗。Z O l 、Z 0 2 、Z G 3 、Z G 4 分别在浸出液 p H 为2 ．4 5 、2 ．0 3 、2 ．0 7 、2 ．6 5 的时候开始使用菌液 进行喷淋。当浸出液累计铀浸出率达到9 0 ％，且浸 出液的铀浓度连续3 天小于2 0m g ／L 时实验结束。 实验历时1 1 5 天。 3 实验结果及其分析 表2 表2 实验结果 T a b l e2 E x p e r i m e n t a lr e s u l t s 一越l J9 ‰0 ％然■1 4 篡1 1 { f 5 纂 从表2 可以看出，Z G l 柱的总浸出率最高，且 其耗酸率最低，在到达9 0 ％的渣计浸出率时，所用 时间最短。对比分析，Z G l 酸化阶段采用的酸度较 高，喷淋量较大，最先加菌。这也说明细菌在1 号柱 内的适应性较好，细菌对铀矿的浸出铀有很好的促 进作用。 3 ．1 各柱p H 变化情况 p H 是堆浸过程中的重要技术参数，它一方面 反映了硫杆菌的发育状况，另一方面决定了水岩作 用过程中溶质离子的存在形态。 酸化阶段1 、2 、3 号柱子具有相似性，菌浸阶段 1 、3 号相似，2 、4 号相似。典型的l 号柱子的酸化过 程见图1 。从图1 可看出酸化过程中，随着溶浸液 从柱顶渗滤到柱底，浸出液的p H 随之升高，其值可 以从0 ．5 1 上升到7 左右，随后较长时间维持在5 左 右，这主要是因为矿样含有较多耗酸物质，而且柱浸 的耗酸具有阶段性，硫酸首先被上部矿物所消耗，再 逐步酸化到柱子底部。菌浸阶段出液的p H 一般维 持在2 左右。1 、3 号在进入菌浸阶段之后其进、出 液p H 越来越贴近，而2 、4 号直至最末期浸出液p H 才比较接近。说明在菌浸阶段2 、4 号柱子仍有部分 难溶解的耗酸物质溶解耗酸。 3 ．2 各柱酸耗对比 由图2 可以看出，曲线总的斜率是前大后小，说 万方数据 3 4 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年5 期 厂 i 而订 k 。 l 二生竺厂一 。 、酸化带菌酸化 L ．-- ． 、 菌浸 ～l J L ．、 一一 k 一’巴墨酸托舞嘹种 一I ‘I √妒’”一一。 _ - 一 0 1 02 03 04 05 06 07 08 09 0l o o 1 1 0 时间／d 图1Z G Ip H 变化图 F i g ．1 T h ev a r i e t yp l o to fp Hi nZ G l 明微生物浸出酸化期耗酸量占了整体耗酸量的很大 部分，所以降低酸化期的耗酸量是实验的关键。 Z G 4 在在酸化阶段采用1 0g ／L 的酸进行喷淋，因此 耗酸率最低。3 号柱与1 号柱相比，由于采用高酸 1 3 1 2 1 1 1 0 9 摹8 、 瓣7 艇 耀6 5 4 3 2 1 0 度喷淋，时间短，因此酸耗比1 号低。相比较之下 Z G l 总的耗酸率最低。Z G 2 总的耗酸率最高。从 四个柱子的耗酸率对比状况来看Z G l 在p H 2 ．4 5 和Z G 4 在p H 2 ．6 5 条件下加菌耗酸率较低。Z G 2 和Z G 3 柱分别在p H 一2 ．0 3 和2 ．0 7 下加菌耗酸率 大。通过此次对比实验可以看出，采用提前加菌工 艺可以达到省酸、节约成本的目的。 3 ．3 各柱铀浸出率状况对比 由图3 可以看出4 个柱子加菌后曲线斜率都有 明显的增大趋势，铀浸出速率加快。说明细菌对铀 矿石的浸出有很大的促进作用。Z G l 和Z G 3 曲线 斜率增加明显，而且增长期比较长。说明此菌液在 1 、3 号柱内适应性比较好。酸化阶段1 、2 号柱采用 2 0g ／L 浸出的时间长，因此铀的浸出速率明显高于 Z G 3 和Z G 4 。Z G l 比Z G 3 提前加菌，加菌之后铀浸 出率比Z G 3 明显增加很多。1 、3 号柱在菌浸阶段 采用1 0 ％喷淋，效果明显好于2 、4 号柱的5 ％喷淋。 日自蟪螋秽嬲罱茹蹦 ，M - 一，癫溶蟛掰 互●H 一一聋， 。f ／ 一，．∥Z ．J，f 矿 J ．L I ZJU 闻 J广∥ 叠 形 ， ， √ 猡f 一， ／J墨小困 一 ≯ Z ， f 十z G j z G 2 十z G 3 扣z G 4 ， 051 01 5 2 02 S 3 0 3 54 04 55 05 5 6 0 6 5 7 0 7 5 8 08 59 09 5 1 0 0 1 0 5 1 1 0 时J ’日】／d 图2 总耗酸率对比 F i g ．2 T h ec o m p a r i s o no ft o t a la c i dc o n s u m p t i o nr a t i o 从表2 可看出Z G l 总耗酸率最低，渣计浸出率 最高，表明其工艺条件适合此矿石，下一步扩大实验 中可采用此工艺。 3 ．4 泥化、结垢现象 泥化和结垢 板结 是浸矿过程中应重视的问 题，两者都可能降低浸出率。泥主要来源于矿床中 的粘土类矿物或被粘土所胶结成团的、风化成细粒 的矿石，某些亚粘土类矿物的风化或蚀变产物，在浸 矿过程被酸性溶浸液破坏成泥。此次实验利用浸出 液的浑浊程度和矿渣的粒径分析来判断是否在浸矿 过程中出现泥化现象。 前3 个柱子在实验刚开始阶段浸出液较浑浊， 溶浸液经静置后，底部有少量的泥质物，1 0 天后 Z G l 、Z G 2 的浸出液开始澄清。Z G 3 是在1 3 天后浸 出液开始澄清，Z G 4 前3 天浸出液澄清，之后开始 浑浊，持续2 0 天后浑浊现象消失。而后再没出现浸 出液浑浊和泥质物。早期的这种现象主要是少量的 小粒径的矿石被带出所导致，4 号柱子持续时间较 8 7 6 5 4 3 2 l O I { 厶 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年5 期 3 5 长的可能原因是酸化阶段酸度较低，对亚粘土类矿 物的破坏力度小，持续时间长。在实验结束卸柱时 未发现明显的板结现象。但是发现Z G l 在柱子矿 石顶部大约有2 0 多厘米出现铁沉淀，Z G 4 也有约 4结论 摹 、 得 董 燃 l o 多厘米的铁沉淀，说明此次实验提前加菌虽没有 明显的板结现象但是有引起了铁沉淀问题。这在工 业实验中可通过加大喷淋量来减小甚至消除。 ●●p ●- 一 ■■●一／ ／夕≯ ，一一一- ， 一●一． ■， j ，。 ，’。1 } 一。 i厶吖 ∥妒Z ／ ， 锄荫。， 彳簪 r瑾 j 加1茸●_ ， ．一 ≯笔 一≯ ，， 匦少啊 ．- 跨知 图3 各柱渣计铀浸出率对比 F i g ．3 T h ec o m p a r i s o no ft o t a ls l a gl e a c h i n gr a t e 1 对Z G l 柱酸化阶段采用2 0 ～1 0g ／L 的酸 液喷淋酸化至p H 2 ．4 5 时加菌，菌浸阶段采用 1 0 ％的喷淋量进行喷淋，此工艺能够达到缩短浸铀 周期减少酸耗、节约生产成本的目的； 2 酸化阶段对Z G 4 采用酸度为1 0g ／L 的硫 酸溶液进行1 0 ％的喷淋，此工艺虽然省酸，但是周 期过长，对比之下此工艺不占优势。若是在现场实 验中能够保证大的喷淋量采用1 0g ／L 的初始酸度 0 也是可行的； 3 在菌浸阶段1 0 ％喷淋量比5 ％喷淋量从铀 的浸出率方面来看明显要好。 参考文献 E l i 胡凯光．微生物浸矿机理和影响因素探讨E J - 1 ．湿法冶 金，2 0 0 6 ，2 3 3 ；1 1 3 1 2 1 ． [ 2 ] 胡凯光，李传乙，黄爱武，等．湖南某矿细菌浸铀[ J ] ．矿 冶，2 0 0 3 ，1 2 2 1 0 1 3 ． 万方数据