高氟铀矿石微生物堆浸工业试验.pdf

2 6 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年7 期 D O I 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 11 ．0 7 ．0 0 6 高氟铀矿石微生物堆浸工业试验 李江，饶军，刘亚洁，孙占学，李学礼，史维浚 东华理工大学化学生物与材料科学学院，江西抚州3 4 4 0 0 0 摘要在前期试验基础上，进行高氟铀矿石微生物堆浸工业试验。上堆矿石43 1 5t ，矿石粒径一6m l T l ， 品位0 ．1 8 6 ％，渣计浸出率9 2 ．6 3 ％，酸耗3 ．1 4 ％。所用的0 5 B 菌群在氟含量2 ～3 ．9 8g ／L 的尾液中生 长良好，浸出周期1 1 2d 。与常规酸法堆浸相比，浸出率提高约3 个百分点，酸耗降低1 ．8 个百分点，浸 出周期缩短1 个多月。 关键词高氟铀矿石；微生物冶金；浸出率；酸耗 中图分类号T I 。2 1 2 ．1 2文献标识码A文章编号1 0 0 7 - 7 5 4 5 2 0 1 1 0 7 0 0 2 6 0 4 I n d u s t r i a lB i o h e a pL e a c h i n go fU r a n i u mO r e sR i c hi nF l u o r i t e L IJ i a n g ，R A OJ u n ，L I UY a - j i e ，S U N ．East C h i n aI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y ， Z h a n x u e ，L IX u e - l i 。S H IW e i ju n F u z h o uJ 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 ei n d u s t r i a lp r o c e s so fb i o h e a pl e a c h i n gf o rt h eu r a n i u mo r e sw i t hh i g hf l u o r i t ec o n t e n ti s c o n d u c t e db a s e dont h ee a r l i e rr e s e a r c h e s ．T h eh e a pw i t h4315tu r a n i u mo r ei ss e tu pa n dt h ea v e r a g e u r a n i u mg r a d eo ft h eo r ei s0 ．1 8 6 ％a n dt h ep a r t i c l es i z ei s 一6 m m ．T h e0 5 Bf l o r ag r o w sw e l li nr a f f i n a t e w i t ht h ec o n c e n t r a t i o no ff l u o r i n e2 ～3 ．9 8g ／L ．A f t e r1 1 2dl e a c h i n g ，9 2 ．6 3 ％o ft h eu r a n i u mi nt h eo r ei s s o l v e dw i t h3 ．1 4 ％o fa c i dc o n s u m p t i o n ．C o m p a r e dt ot h ec o n v e n t i o n a lh e a pl e a c h i n gp r o c e s s ，t h el e a c h i n g r a t ei si n c r e a s e db ya b o u t3p e r c e n t a g e s ，t h el e a c h i n gp e r i o di ss h o r t e n e db ym o r et h a no n em o n t ha n dt h e a c i dc o n s u m p t i o ni sr e d u c e db ya b o u t1 ．8p e r c e n t a g e s ． K e yw o r d s u r a n i u mo r ew i t hh i g hf l u o r i n ec o n t e n t ；b i o - m e t a l l u r g y ；l e a c h i n gr a t e ；a c i dc o n s u m p t i o n 自1 9 5 8 年美国用细菌浸出铜和1 9 6 6 年加拿 大用细菌浸出铀的研究与工业应用成功之后，生物 湿法冶金的研究引起了许多学者的浓厚兴趣【l 嵋] 。 微生物溶浸铀矿的技术在原苏联、加拿大、美国等已 有生产应用实例。近年来国内也分别在多个铀矿开 展了微生物冶金试验研究工作，取得了可喜的成 绩[ 4 - 5 3 。然而，在高氟铀矿石的生物冶金技术研究与 应用方面尚无成功的试验报道。 氟对微乍物的生长具有很强的抑制或杀死作用， 高氟铀矿石的微生物浸出一直是一个难题。某微生物 冶金课题组采用自主分离、驯化的耐氟、高活性、强适 应性的菌群陋9 1 ，对含氟量高的铀矿石开展了微生物浸 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 0 9 7 4 0 4 3 作者简介李江 1 9 6 6 一 ，男，济南市人。副教授，博士。 铀的一系列研究工作并取得了成功，在前期试验基础 上，对该矿石进行微生物堆浸的工业化试验。 1矿堆条件和微生物菌群 1 ．1 矿堆条件 ． 上堆矿量43 1 5t ，铀金属8 ．0 2 6t ，矿石粒径 一6m m 。物探品位0 ．1 8 3 ％，化学品位0 ．1 8 6 ％，其 他主要元素 ％ C a O4 ．4 4 ，A 1 2 0 36 ．8 8 ，F e O0 ．6 ， M g O0 ．2 1 ，F1 ．2 3 ，F e 2 0 31 ．9 6 ，S i 0 26 8 。 1 ．2 微生物菌群 微生物浸出项目采用的是自主分离、驯化的耐 氟、高活性、强适应性的优良菌群 0 5 B 。该菌群铁 万方数据 有色金属 啸烁部分 2 0 1 1 年7 期 转化速率町选45g ／L d 2 试验I 艺和过程 21 工艺流程 礅生物堆浸主要工艺分为筑堆、酸化、苗液生产 和喷淋等几部分， 22 试验过程 试验堆为谤矿正常生产堆．自2 0 0 9 年8 月2 5 口开 始用硫酸溶液对矿石进行醴化，酸化起始时的硫酸浓 度为2 0 ∥L ，以后连渐降低酸度。9 月3 0H 开始喷淋 茁减．菌波喷淋至1 0 月3 01 1 t 1 0J l3 1u 起政州尾藏 喷淋，1 2 月8 日起清水洗堆清水洗至1 2 H 】3L I ．浸 出结束．1 z 月路H 取样分析最终浸出结粜。 3 试验结果与分析 3 1 喷淋生产概况 I ‘堆喷淋共1 1 2d ，其十睦溃喷淋3 7d 第4 9d 韶堆后喷淋了2d 尾诫 ，苗被喷淋2 8d ，尾液喷淋 3 8d 有9d - k 喷淋．实际喷淋2 9d ．清水疃淋7d ． 井于第4 9d 和9 3d 两次翻堆。 总喷淋堵2 17 4 7m 1 ．液固比50 4 含清水洗 堆 。喷酸3 7d ，喷淋量85 6 9m 。。喷苗2 8d ，喷淋 堆44 2 7m 3 。喷尾液3 8 十2d ．喷淋量73 8 4m 3 。喷 清水7d ，喷淋培I3 6 7m 1 。 3 ．2 醯耗 酸液喷淋{ 束计茁经阶段翮堆后2d 酸液喷淋 的醛耗．这部分酸耗02 7 蟛计 了苗浸酸耗 3 7d 酸耗为23 6 ％ 菌被喷淋3 1d 酸耗为07 8 ％，后期 尾液喷淋々清水喷淋术加陵．小计酸耗．1 12d 酸牦 总计3 l4 ％。 3 ．3 浸出率 液计浸出卑．试验堆液“提出率为8 87 ％ 至清 水洗堆前为8 84 ％ 。暗计浸出牢，l z 』l2 3H 取样 共取了1 5 个点的样品。集合样铀品位o0 1 12 “，1 5 个样的平均品位o0 1 37 蹦，以平均品位0 ．0 1 37 ％ 计算．1 矗计浸出牢9 26 3 蹦。 34 菌液生产情况 9 月3 0R 开始生产苗液 到1 0 月3 0 日共生产菌 液50 3 7 一，平均H 产菌液16 2 甜，苗液平均总铁浓 度42 4g ／L ．E h 2 5 1 0 m V 。其巾9 月3 0 日至l o 月g 日氧化槽房动阶段平均H 产蒲液1 1 8 一，1 0 月1 0 日 至2 6 日平均口产茁液2 0 2 酣．2 7 日停电3h ．影响了 菌液生长状态，2 7 日到3 0R 平均H 产苗液1 0 7 订。 此后生产的前液喷淋至5 号堆．3 lE t 生产凿液 15 4m ’．1 1 月1H 恢复至日产菌液2 。o 打“l j ， 试验苗液生产正常，虽然2 0 0 9 年试验现场遗坦 r 竿她的低温失气．茼液申产仍能基本满足生产需 要。从生产试验结皋- 』她．枉该矿．苗液，k 产町在全 ‘F 整个生产期j 目进行．保证仝年的苗浸生产。 由圈1 照片可见，细莆挂脱情况较好．弹性填材 料| 有人龟细苗附着，大大增加丁氧化槽巾细菌的 密度．提高了苘渡生产能J 】。试骑巾．使用很多 2 0 0 8 年留下的破损的曝7 t 头．冈此充‘t 小均匀，气 流太的地方冲刷力过强，细莆无法附着在填料上如 能改善充气条件控高细荫挂膜早，菌液生产能力冉 望进一步提高。 fa * m m * * 目’目 ．f 广】 。f “ 目 w ＆ 图I 苗液生产情况 F 嘻1 P } c l u r e s o fb a c ⋯u mp r m l u c lJ o ns t a t u s 35 浸出过程O H 与E h 殛铁浓度变化 吲2 足浸m 过判p i t 变化曲线蚓3 足浸出廿 程n 变化曲线 酸化3 7d I l l 矿r 撵作没打p H 和 E h 数据，故阿中不包括酸化阶段3 7d 的数椭 。由 罔2 可见．莆泣c } | 期开始进黻和出渣p H 曲线基本 重台，挫小过稚培堆币再牦陵．尾液喷淋阶段出渍 p H 低于进液p H ，直到1 1 月中F 柚’‘温连续下降 后m 液p I I _ 。瑶渐略高千进液。山阿3 町见- ￡h 也 万方数据 №m 类似的变化．菌提巾期J F 始裎山液肌运渐接 近进} | | cE h 优．尾液喷琳阶段出涟肼值高于进液 肼值．A t 清水洗堆阶段仍维持较高的肼值。这 观叨细茁彳E 堆内，E 妊起柬．轲化黄铁矿产生硫酸和 三价铁。网4q 一进、} I j 渡的。价铁稿l 总铁的变化情 M 印汪r 这推断细荫利川美铁矿产酸降低丁浸 出酸牦。细晦利川越铁可产生一价铁，维持堆内较 高的氧化坯朦电伸，加速r 阳价钠的衄化浸Ⅲ，提高 丁浸出率，缩短了程H 1 周期减少r 喷淋液的川景也 使僻硫酸川龉进 步降低。瞩此试验的酸牦只有 31 4 ％- 远低于对』f f l 的酸法乍产堆平均55 蟛的酸 耗。由r 细荫在堆内的作Ⅲ．可以适时将菌液喷淋 政为尾诚喷淋．降低茁满川髓．进一步降低生产成 水。如粜将莆陂喷淋时唰提曲，仍有进一步降低酶 耗、缩短秘Ⅲ用期的潜山。 图3 浸出过程E h 值变化 F i g3 E hv a r i a t i o ni nh i ．h e a pI c a c h i n 2 ⋯ 有色奄属c 冶鹕部分 2 0 1 1 年7 期 圈4 浸出过程铁离于浓度变化 F i g ．4 I r o nc o N c e n [ r a [ i o nv a r i a t i o ni n h i ．h e a pI H c h i n g ⋯ 3 ．6 铀的浸出分析 浦验堆浸Ⅲ液平均铀浓癯乜括滤水洗堆阶段为 3 4 2m g ／L ．不包括清水洗堆阶段为3 6 5m g ／L 。 m 嘲j 可见，巾于酸化时间长，易浸出的6 价铀 授出较为亢分．所以加 浦液后外束山觋明显的铀 浸出高峰。然而．加菌后加快了4 价铀的氧化浸出． 所m 使铀的浸m 浓度维持在较高水平的时问延长． 加伙了浸出进度，缩垃了浸出周期，降低r 液固比． 提高r 挂H 率。与三个对照堆的平均值棚比．渣计 蹬m 率提岛3 十臣分点左右．浸出罔期缩短一十月 左右．喷淋显降低约j00 0 0n f ，浸出液平均铀浓度 提高3 8 “左右．见轰1 。 围5 铀浸出率变化 F i g5 V a r i a t i o n fu ～i u ml e a c h i n gr a I ei n h i ．h e a pl e a c h l n g ⋯e s s 表I 试验堆与对照堆主要参数对比 l a b l e1 C o m p a r i N mo fm a i np 3 ⋯e t e nl I e t w e e nt ∞t i n gh 髑pa n dc o u r t s 嚣h 争i 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年7 期 2 9 3 ．7 浸出液中氟离子浓度分析 尾液中氟离子浓度大都在2g ／L 以上，最高达 3 ．9 8g ／i ，，见图6 。在如此高的氟离子浓度下，菌液 生长正常，朱受明显抑制，证明菌群完全适应该矿高 氟的环境，具有良好的适应性。对氟离子有很强的耐 受性。这一优良的菌群足保证高氟铀矿石微生物浸 出成功的关键因素。 f 一 ● 粤 、 魁 崔 似 超 峰 图6 生产尾液的变化 F i g ．6 R a f f i n a t ev a r i a t i o ni nb i o - h e a p l e a c h i n gp r o c e s s 3 ．8 喷淋工艺分析 喷淋强度，试验过程中，由于受配液槽和人员安 排等因素的制约，喷淋主要集中在白天进行，喷淋强 度较大而喷淋时间短，喷淋效果相对较差。如能延 长喷淋时问，适当降低喷淋强度，提高喷淋效率，还 可以迸一步减少喷淋液的用量。 喷淋量，试验堆的总喷淋量比对照堆平均值减 少近1 00 0 0m 3 ，减少幅度达3 1 ％。喷淋量的减少， 既可以降低硫酸等试剂的用量，还可以降低提升喷 淋液的动力消耗，降低生产的综合成本。 3 ．9 经济效益分析 细菌浸出和常规浸出工艺参数对比见表2 。 表2 工艺参数对比表 T a b l e2P r o c e s sp a r a m e t e rc o m p a r i s o n 由表2 可知，细菌浸铀工艺可以提高铀的浸出 率、降低酸耗、缩短浸出周期并减少浸出液用量，降 低出渣品位和浸出液固比，减少废水外排，从而大大 提高经济效益。根据表2 数据，可以计算出试验堆 微生物浸出需要增加的费用为2 ．4 3 万元，而降低的 直接成本和增加的金属收入合计1 9 ．5 5 万元，与常 规堆浸相比可增加效益1 7 ．1 2 万元，同时铀资源的 回收率也明显提高。此外，采用微生物堆浸工艺提 高了浸出液平均铀浓度，为后续离子交换吸附、淋洗 及沉淀工序节能降耗提供了保证。 4结论 1 0 5 B 菌群完全适应高氟铀矿石 F 1 ．2 3 ％ 的浸出，在氟含量2 ～3 ．9 8g ／L 的尾液中细菌生长 良好。 2 与常规酸法堆浸相比，细菌浸出淹计浸出率 9 2 ．6 3 ％，提高r 约3 个百分点，浸出周期1 1 2d ，缩 短1 个多月，酸耗从4 ．9 5 ％下降到3 ．1 4 ％。 3 菌液生产基本上町覆盖全年生产时间，保证 全年生产需要。微生物浸出具有良好的经济效益。 参考文献 [ 1 ] 刘汉钊，张永奎．微牛物在矿物工程上应用的新进展 [ J ] ．国外金属矿选矿，1 9 9 9 1 2 9 - 1 2 ． E z ] B r y n e rLC ，A n d e r s o nR ．M i c r o o r g a n i s m si nl e a c h i n g s u l f i d em i n e r a l s [ J ] ．I n dE n gC h e m ，1 9 5 7 ，4 9 1 7 2 1 1 7 2 4 ． [ 3 ] B r i e r l e yJA ，B r i e r l e yCL ．P r e s e n ta n df u t u r ec o m m e r c i a la p p l i c a t i o n so fb i o h y d r o m e t a l l u r g y [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ，2 0 0 1 ，5 9 2 3 3 2 3 9 ． [ 4 ] 姜英琼．赣州铀矿石细菌堆浸新工艺通过中国核工业 集团公司鉴定[ J ] ．．铀矿冶，2 0 0 4 2 9 2 ． [ 5 ] 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 1 1 1 5 - 2 7 ． [ 6 ] 刘哑洁，李江，陈功新，等．适应铀矿石的耐极低 p H 值氧化哑铁硫杆菌的诱变育种E J ] ．矿产综合利用， 2 0 0 5 2 2 l 一2 5 ． [ 7 ] 刘亚沽，李江，牛建国，等．铀矿石生物浸出中氟对 铁一硫氧化细菌的影响[ J ] ．有色矿冶，2 0 0 6 ，2 2 2 1 8 - 2 1 ． ． [ 8 ] 李江。刘亚沽．铀矿浸出中化能自养菌种类及活性研 究[ J ] ．江西科学，2 0 0 1 ，1 9 3 1 5 3 1 5 6 ． [ 9 ] 刘亚洁，李江，陈功新．等．紫外线诱变获得耐极低 p H 值的氧化亚铁硫杆菌突变株[ J ] ．有色金属 冶炼部 分 ，2 0 0 5 3 6 9 ． 万方数据