微生物柱浸法从铀矿石堆浸尾渣中回收铀的研究.pdf

2 0 1 2 年1 1 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 7 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 ．“．0 1 1 微生物柱浸法从铀矿石堆浸尾渣中回收铀的研究 李江，刘亚洁，车江华，饶军 东华理工大学，江西抚州3 4 4 0 0 0 摘要对广东某铀矿微生物堆浸后品位为o ．0 1 4 ％的尾渣进行了不同喷淋条件下的微生物柱浸试验。 结果表明，浸出周期4 个月，在2 天喷淋1 次条件下，液固比为1 ．7 4 ，渣计浸出率5 0 ％；在4 天喷淋1 次 条件下，液固比为o ．9 4 ，渣计浸出率2 8 ．6 ％。小喷淋量、间歇式喷淋的微生物浸出工艺，成本低，能有效 回收堆浸尾渣中的铀资源，同时减少环境污染。 关键词铀；堆浸尾渣；微生物柱浸；喷淋；回收 中图分类号T I 。2 1 2 ．1 2文献标识码A文章编号l 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 2 1 10 0 3 7 一0 4 U r a n i u m R e c o V e r yf r o mU r a n i u m M i n e r a l B i o H e a p R e s i d u e sw i t hM i c r o b i a lC o l u m n L e a c h i n gP r o c e s s L IJ i a n g ，L I UY a j i e ，C H EJ i a n g h u a ，R A oJ u n E a s tC h i n aI n s t i t u t eo fT e c h n 0 1 0 9 y ，F u z h o u3 4 4 0 0 0 ，J i a n g x l ，C h i n a A b s t r a c t C 0 1 u m nb i o 一1 e a c h i n gt e s t su n d e rd i f f e r e n ts p r a y i n gc 。n d i t i o n so nt h eu r a n i u mm i n e r a lb i o h e a p r e s i d u e sw e r ec o n d u c t e dw i t h b i o h e a pl e a c h i n gp r o c e s s ． T h eu r a n i u mc o n t e n to ft h er e s i d u e sw a s O ．0 1 4 ％．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h el e a c h i n gr a t ei s5 0 ％a f t e ral e a c h i n gp e r i o do ff o u rm o n t h sw i t hr a t i o o f1 i q u i dt os o l i do f1 ．7 4a n do n es p r a yf o rt w o d a y s ，w h i l et h el e a c h i n gr a t ei s2 8 ．6 ％w i t hr a t i oo fl i q u i d t os o l i do fO ．9 4a n do n es p r a yf o rf o u r d a y s ．T h i s1 e a c h i n gp r o c e s sw i t hs m a l la n di n t e r v a ls p r a yh a st h e a d V a n t a g e so fl o wc o s t ，e f f i c i e n tu r a n i u mr e c o v e r yf r o mt h eb i o h e a pr e s i d u e sa n d l e s se n v i r o n m e n t a lp 0 1 l u t i o n ． K e yw o r d s u r a n i u m ；b i o h e a pr e s i d u e s ；m i c r o b i a lc 0 1 u m n1 e a c h i n g ；s p r a y1 e a c h i n g ；r e c o v e r y 我国铀矿品位在0 ．1 ％～o ．3 ％的矿石占总储 量的6 0 ％[ 1 ] ，导致常规水冶法冶铀成本过高，因此， 在我国南方硬岩铀矿石铀的提取中广泛应用堆浸技 术和微生物堆浸技术1 2 ～⋯。近年来，国内广泛开展 了微生物浸铀研究，并取得了一系列成果n 1 引。但 在铀矿石堆浸和微生物堆浸过程中存在着一个共同 的问题，即在浸出的尾期，拖尾很长，铀浸出效率十 分低下，浸出时间和成本增加，若此时结束堆浸，则 铀的浸出率难以达到国家要求的资源回收率。即使 经过一个较长时间的低效浸出尾期，目前各矿山的 出渣品位也普遍在O ．0 1 ％～O ．0 2 ％，还有部分可浸 出的铀未能浸出，这既浪费了宝贵的资源又对环境 产生一定的危害。目前堆浸生产还面临另一问题， 即堆浸尾渣中残余的硫化矿物，在堆浸结束出堆后 被继续氧化产酸，造成中和成本的增加和环境污染， 微生物堆浸后的尾渣由于细菌的作用，这一问题更 为突出。本研究针对上述问题开展铀矿石堆浸尾渣 的微生物柱浸试验，以期找到一种低成本处理堆浸 尾渣，进一步降低尾渣铀品位，有效回收铀金属同时 减轻尾渣环境污染的工艺。 收稿日期2 0 1 2 一0 5 1 0 基金项目江西省教育厅产学研合作基金项目 G J J 0 9 0 0 8 ；核能开发项目 科工二司[ 2 0 0 9 ] 1 2 3 0 号 作者简介李江 1 9 6 6 一 ，男，山东济南人，副教授，博士． 万方数据 3 8 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 1 期 1试验矿样和微生物茵群 1 ．1 试验矿样 试验矿样取自广东某铀矿微生物堆浸尾渣，尾 渣铀品位为o ．0 1 4 ％，矿石粒径一6m m 。 1 ．2 试验菌群 采用课题组培育的耐高氟的混合菌群作为试验 菌群m ] ，在适宜条件下菌群铁转化速率可达4 ．5 g ／ L d 。 2 试验工艺和过程 2 ．1 试验工艺 采用自行设计制作的规格为1 5 0m m 1O O o m m 的圆形有机玻璃柱作为试验柱。试验分二个试 验柱，编号分别为C 1 、C 2 。每柱装矿量均为4 5k g ， 酸化阶段喷淋量5 ％，喷停比1 1 ，4 ～2g ／L 的硫 酸溶液喷淋若干次。菌浸阶段和尾液浸出阶段 菌 液总铁浓度3 ～6g ／L ，E 5 0 0m V ，出液F e 3 。高于 进液时改用尾液 喷淋量2 ％，喷停比1 1 。所不同 的是C 1 柱2 天喷淋一次，C 2 柱4 天喷淋一次。 浸m 次数 2 ．2 试验过程 两柱的第一次喷淋均为4g ／L 的硫酸溶液，喷 淋量为1 0 ％。此后，C 1 柱每2 天喷淋一次，溶浸液 为4 ～2g ／L 的硫酸溶液或尾液，喷淋量5 ％，喷淋 1 4 次后改用菌液以2 ％的喷淋量进行喷淋，出液 F e 3 。高于进液后改用吸附尾液以2 ％的喷淋量进行 喷淋至试验结束。c 2 柱每4 天喷淋一次，溶浸液为 4 ～2g ／L 的硫酸溶液或尾液，喷淋量5 ％，喷淋了8 次，然后改用菌液以2 ％的喷淋量进行喷淋，出液 F e 抖高于进液后改用吸附尾液以2 ％的喷淋量进行 喷淋至试验结束。监测进、出液的p H 、E 矗值、二价 铁、三价铁和铀浓度。 3试验结果与分析 本次试验历时4 个月，液固比C 1 柱1 ．7 4 、C 2 柱O ．9 4 ，主要试验结果液计浸出率C 1 柱5 1 ．1 2 ％、 C 2 柱3 1 ．3 1 ％，渣计浸出率C 1 柱5 0 ． 1 ％、C 2 柱 2 8 ．6 ％。 3 ．1 浸出液的p H 变化 各柱p H 变化如图1 所示。 士 浸m 次数 图1浸出过程p H 变化曲线 F i g ．1p H V a r i a t i o nc u r V ei nb i o r l e a c h i n gp r o c e s s 由于尾渣冉堆前经过清水洗堆，p H 上升，因此 喷淋前期用4 ～2g ／L 的硫酸进行了酸化，此后的喷 淋过程中只根据需要使用少量硫酸维持浸出液p H 在2 ．o 左右，在浸出的大部分时间内，浸出液的p H 接近溶浸液的p H ，整个浸出过程耗酸率低于 o ．2 ％，说明经过微生物堆浸的尾渣已基本不再耗 酸。若不经清水洗堆，直接进行微生物堆浸，则酸耗 可忽略不计。 3 ．2浸出液的E 变化 各柱E ，，变化如图2 所示。 由图2 可见，前期的酸液和尾液喷淋酸化阶段， 浸出液E 矗值较低，但菌液喷淋数次后，E 值迅速 上升到5 0 0m V 以上，并且浸出液的E 值高于进 液，循环使用溶浸液吸附除铀后的尾液进行喷淋，依 然维持了溶浸体系很高的E 值，说明体系中菌群 的铁氧化活性良好，保证了浸出所需的高E 值，并 且不再需要进行菌液生产，进一步降低了生产成本。 分析两柱进出液的E 值变化可知，C 2 柱中菌群生 长状态好于C 1 柱，可能是因为C 2 柱喷淋间歇时间 长，更有利于细菌的生长繁殖。 万方数据 2 0 1 2 年1 1 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 9 浸出次数 浸出次数 图2 浸出过程E J l 值变化曲线 F i g ．2 E 矗v a r i a t i o nc u r V ei nb i o 。l e a c h i n gp r o c e s s 3 ．3 铀的浸出及浸出率比较 浸出过程c 1 柱和C 2 柱铀浓度和浸出率见图3 ～4 。 ， 一 - 鲁 ≤ 猷 逄 最 丑 浸出次数 图3C 1 柱浸出过程铀浓度和浸出率 F i g ．3 U r a n i u mc o n c e n t r a t i o na n dl e a c h i n g r a t ei nb i o I e a c h i n gp r o c e s so fc o l u m nC 1 浸出次数 。 蔷 疆 翟 图4C 2 柱浸出过程铀浓度和浸出率 F i g ．4 U r a n i u mc o n c e n t r a t i o na n dl e a c h i n g r a t ei nb i o l e a c h i n gp r o c e s so fc o I u m nC 2 由图3 可见，c 1 柱铀浸出浓度最高为8 8 ．8 m g ／L ，多数在4 0 ～8 0m g ／L ，远高于堆浸生产尾期 的2 0 ～1 0m g ／L ，最后连续3 次浸出液铀浓度在4 0 m g ／L 以下，终止试验。液计浸出率为5 1 ．1 2 ％，液 固比为1 。7 4 。渣品位o 。0 0 7 ％，渣计浸出率5 0 ％。 以渣计浸出结果计算，平均铀浓度为4 0 ．2 3m g ／L 。 由图4 可见，c 2 柱铀浸出浓度最高值为8 8 ．4 m g ／L ，多数在5 0 ～8 0m g ／L ，最后连续4 次均在7 0 ～8 0m g ／L ，为了与C 1 柱同步而终止了试验。液计 浸出率3 1 ．3 1 ％，液固比为0 ．9 4 。渣品位o ．0 1 0 ％， 渣计浸出率2 8 ．6 ％。以渣计浸出结果计算，平均铀 浓度为4 2 ．5 5m g ／L ，略高于C 1 柱的平均铀浓度。 从两柱的对比来看，C 1 柱铀的浸出速度较快， 而C 2 柱溶浸剂与矿石作用时间长，溶浸更为充分， 平均铀浓度高于c 1 柱，单位溶浸剂的浸铀效率更 高。今后生产时，可根据浸出液的铀浓度适当调整 喷淋量和喷淋问隔时间，以获得最佳的喷淋生产效 益。 3 ．4 分析讨论 本次试验的矿样取自一个微生物堆浸生产试验 堆。铀矿石堆浸生产尾期，浸出液铀浓度降低至3 0 m g ／L 以下时，浸出效率很低，为达到铀资源回收率 指标，浸出过程不得不低效维持一段时间，后经清水 洗堆后出堆结束生产。本次试验所用样品即为清水 洗堆后样品。原堆浸出时，菌群在矿堆中生长良好， 以尾液喷淋，出液E 五值高于进液，而出液p H 则低 于进液，此时矿堆的喷淋已不需要培养菌液及补酸。 如取清水洗堆前的尾渣进行试验，则不必进行本次 试验的酸化和菌液喷淋，直接利用吸附尾液即可，因 此酸耗和菌液培养成本可忽略不计。 试验结果初步表明，如果在堆浸生产效率低下 的尾期提前结束生产，将各堆出堆的矿渣转人附近 莲醑壬蟛暴 Ⅲ帅踟硼㈤的∞∞舯Ⅲo一 ㈨∞∞加∞∞∞舯舯Ⅲo 万方数据 4 0 有色金属 冶炼部分 h t ‘p ／／y 5 y l ，b g r i n m ．c n 2 0 1 2 年1 1 期 合适的预先做好防渗处理的尾渣场，筑成大堆，利用 生产上多余的外排尾液，采用本试验的喷淋休闲工 艺进行小喷淋量的间歇式喷淋，则可以极低的成本 获得铀浓度相对较高的浸出液，进一步回收铀资源， 有效地降低矿石的渣品位至o ．0 0 7 ％以下，并减少 环境污染，同时缩短生产堆场的浸出周期，提高堆场 利用率，降低生产成本，提高堆场的生产能力和经济 效益。此外，在尾渣的微生物堆浸过程中，还可进一 步利用矿石中的硫化矿物产酸，降低尾渣中硫化物 含量，减轻尾渣返酸现象，降低环境污染。 4结论 1 浸出周期4 个月。在尾渣品位为o ．0 1 4 ％的 条件下，C 1 柱液计浸出率5 1 ．1 2 ％，液固比为1 ．7 4 ， 渣计浸出率5 0 ％。C 2 柱液计浸出率3 1 ．3 1 ％．液固 比为O ．9 4 ，渣计浸出率2 8 ．6 ％。C 2 柱的平均铀浓 度高于C 1 柱的平均铀浓度。 2 喷淋间隔短，则铀的浸出速度较快；而喷淋间 隔长，则溶浸剂与矿石作用时间长，平均铀浓度高， 单位溶浸剂的浸铀效率更高。可根据浸出液的铀浓 度和浸铀进程调整喷淋量和喷淋间隔时间，获得最 佳的生产效益。 3 对于低品位的堆浸尾渣，小喷淋量、间歇式喷 淋的微生物浸出工艺，成本低，浸出效果好，能有效 降低堆浸尾渣的铀品位，提高铀资源回收率并减轻 环境污染。 参考文献 [ 1 ] 陈元初，赵声贵，梁毅．我国核电工业及铀资源供应对策 [ J ] ．中国矿业，2 0 1 1 ，2 0 1 1 9 2 2 ． f 2 ] 张熙涛，徐乐吕，粱政．铀矿堆浸生产对环境影响的初步 调查[ J ] ．辐射防护通讯，1 9 9 7 ，l7 3 11 0 ． [ 3 ] 樊保} j j ，荒运生，刘建．等．铀矿石细菌堆浸新工艺及其 在赣州铀矿的T 业化应用[ J ] ．中国核科技报告，2 0 0 6 1 16 4 17 9 ． [ 4 ] 刘健，樊保团，张传敬．抚州铀矿细菌堆浸半工业试验研 究[ J ] ．铀矿冶，2 0 0 l ，2 0 1 1 5 2 7 ． [ 5 ] 樊保团，孟运生，刘建．等．赣州铀矿草桃背分矿细菌堆 浸工业试验[ J ] ．铀矿冶，2 0 0 2 ，2 l 2 6 77 3 ， [ 6 ] 陈家富．不同粒度柱浸浸铀试验研究[ J ] ．有色金属 冶 炼部分 ，2 0 1 0 1 4 0 4 2 ． [ 7 ] 王有团，李广悦，刘玉龙，等．J X 嗜酸异养菌与氧化亚铁 硫杆菌联合浸铀的研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 0 2 4 2 4 5 ． [ 8 ] 张亚鸽，孙占学，史维竣．某铀矿石微牛物浸} i { r 艺实验 研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 0 5 3 2 3 5 ． [ 9 ] 胡凯光，黄仕元，杨金辉，等．铀矿石的细菌浸出试验研 究[ J ] ．湿法冶金，2 0 0 3 ，2 2 2 8 5 8 8 ． [ 1 0 ] 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 6 6 6 8 ． [ 1 1 ] 李汀，饶军，刘亚浩，等．高氟铀矿石微生物堆浸工业试 验[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 1 7 2 6 2 9 ． [ 1 2 ] 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 ，2 0 1 2 3 63 9 ． 万方数据