含铀废矿石细菌堆浸试验.pdf

．2 6 ．有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年4 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 1 1 ．0 4 ．0 0 8 含铀废矿石细菌堆浸试验 袁保华，孙占学，史维浚 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 摘要采用0 5 B 混合菌种对含铀废石进行堆浸回收铀的可行性研究，并确定该废石细菌堆浸工艺流程与 工艺参数。结果表明0 5 B 菌种组合具有优良的适应性、活性和很强的耐氟性，能完全适应该废石细菌 堆浸的要求。渣计铀浸出率为5 0 ．0 ％，渣品位已达到环境允许要求 o ．0 1 ％ 。堆浸试验酸耗2 ．6 ％，浸 铀期1 4 6 天，每吨含铀废石消耗硫酸亚铁1 2k g 。 关键词微生物浸铀；含铀废石；铀；堆浸 中图分类号T F 8 8文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 1 0 4 - - 0 0 2 6 0 4 S t u d yo nU r a n i u mR e c o v e r yf r o mU r a n i u m C o n t a i n i n gW a s t e D u m pU s i n gH e a p B i o l e a c h i n g Y U A NB a o - h u a ，S U NZ h a n - x u e ，S H IW e i i - 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 u ，J 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 ef e a s i b i l i t yo fu r a n i u m c o n t a i n i n gw a s t ed u m p b i o l e a c h i n gu s i n g0 5 Bm i x e ds t r a i n sw a ss t u d i e d ，a n dt h et e c h n o l o g i c a lp r o c e s sa n dt e c h n i c a lp a r a m e t e r sw e r ed e t e r m i n e d ．T h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t 0 5 Bm i x e ds t r a i n sw a so ff i n ea d a p t a b i l i t y ，a c t i v i t ya n dh i g ht o l e r a n c eo ff l u o r i n ea n ds u i t a b l ef o ru r a n i u m c o n t a i n i n gw a s t ed u m p b i o l e a c h i n g ．T h el e a c h i n gr a t ev a l u eo f5 0 ．0o Aw a sa c h i e v e d ，a n dt h eu r a n i u mc o n t e n ti nt h eh e a pl e a c h i n gr e s i d u em e tt h ee n v i r o n m e n t a lr e q u i r e m e n t O ．0 1 ％ ．T h ee x p e r i m e n tw a sc o r n p l e t e di n1 4 6d a y s ，t h eF e S 0 4 7 H 2Oc o n s u m p t i o nw a s1 2k gp e rt o no fu r a n i u m c o n t a i n i n gw a s t ed u m p ， a n dS U l f u r i ca c i dc o n s u m p t i o nr a t ew a s2 ．6 ％． K e yw 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 m c o n t a i n i n gw a s t ed u m p ；U r a n i u m ；D u m p l e a c h i n g 微生物浸矿技术是近几十年来兴起的以湿法冶 金和微生物学为基础的一门新兴交叉学科n _ 2 J 。细 菌浸矿的优势在于反应温和、环境友好、能耗低、流 程短。细菌浸矿技术已被广泛用于低品位铀、铜、金 矿石的浸出[ 3 _ 6 ] 。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利 用E 7 3 。铀矿石细菌堆浸是将细菌浸出技术与铀矿石 堆浸工艺相融合的一项工艺技术，利用细菌氧化代 谢产物H S 0 。和F e 抖为铀的浸出提供浸出试剂， 通过改善铀浸出动力学条件、强化浸出过程来弥补 酸法堆浸的不足，从而提高铀浸出率H _ 8 J 。 基金项目国家科技部国际合作计划项目 2 0 0 8 D F A 7 1 7 6 0 作者简介袁保华 1 9 8 6 一 ，男，江西抚州，硕士研究生． 我国的铀矿床经过多年开采，都不同程度的堆 放有较多的低品位铀矿石、含铀废石和尾矿，这些物 质由于用常规水冶方法处理，成本高、经济效益低， 往往不被利用，这不仅造成铀资源的极大浪费，也对 环境造成危害。为了提高铀金属资源的回收率，降 低环境污染，进行了含铀废石铀金属细菌堆浸回收 试验研究工作。 1 试验准备工作 1 ．1 含铀废石 本项研究在我国某硬岩型铀矿床进行。该铀矿 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年4 期 2 7 床经过几十年的开采，堆积了大量的含铀废石。将 此含铀废石破碎至一2 5m l T l ，然后进堆。其矿物成 分分析结果为 ％ S i O 6 9 ．6 2 、A l O 。1 3 ．3 8 、 F e 2 0 30 ．8 4 、F e O2 ．4 3 、C a O2 ．0 6 、M g O0 ．8 5 6 、K 2 0 4 ．3 4 、N a 2 01 ．9 6 、T i 0 20 ．3 、M n O0 ．1 0 8 、P 2 0 5 0 ．1 3 、H 2 00 ．0 2 、F 一0 ．1 4 、烧失量3 ．2 3 。可以看出 矿石中F e 含量较大，且F e 2 斗是F e 3 的3 倍多，F 一 的含量较低。因此，该含铀废石有利于微生物浸铀。 1 ．2 堆场概况 选择该矿区某一含铀废石堆放场为工业试验场 地，将残留物质清理干净，并根据细菌堆浸工艺特点 及要求对堆场及工业试验所需设施进行新建或改 造。采用四周收缩筑堆，斜坡倾角约4 5 度，实际含 铀废石量45 0 0t ，表面布喷淋系统。 1 ．3 菌种 本试验采用分离驯化出的一株耐氟、高活性、高 适应性的菌株。该菌株在对该含铀废石进行微生物 浸铀的室内试验时取得了良好的浸出效果。 2 主要设备及工艺流程 2 ．1 主要设备 试验所需设施及设备明细表见表1 。 表1 主要设备表 T a b l e1M a i ne q u i p m e n tl i s t 2 ．2 工艺流程 现场堆浸工艺流程见图1 。 3 含铀废石堆浸试验过程 本次细菌堆浸工业试验过程共分4 个阶段。 1 自来水湿润矿堆 2 0 0 9 年8 月1 7 日进行，历时1 2 小时。喷自来 水3 2 4t ，喷淋强度9L ／ h m 2 ，喷停比1 1 。 2 酸化阶段 主要目的是尽快降低浸出液的p H 。当浸出液 的p H ≤2 时，视为这一阶段结束。此阶段铀累计浸 出率7 ．4 1 ％，累计耗酸率0 ．9 ％，最高喷淋量 4 8 6m 3 ／d ，最高铀浓度6 5m g ／1 ．。 3 菌喷阶段 9 月4 日开始喷菌，喷淋液p H l ．0 左右，保持 浸出液p H 2 。该阶段共历时6 2 天，喷淋菌液 37 2 6m 3 ，铀累计浸出率3 8 ．4 5 ％，累计耗酸率 2 ．0 7 ％。此阶段最高喷淋量1 7 8m 3 ／d ，最高浸出铀 浓度2 1 6 ．9 2m g ／L 。 4 尾期喷淋阶段 此时大量铀已被浸出，剩余的铀较难氧化溶解， 浸出速度明显减慢，应采用小喷淋强度，大约4 ．5 9 L ／ h m 2 。此阶段主要以喷淋尾液为主。期间进 行了翻堆。翻堆前累计铀浸出率4 8 ．6 8 ％，铀浓度 万方数据 2 8 有色金属 冶炼部分2 0 1 1 年4 期 破 r ] 矿仓 L ＼／ 图1 堆浸工艺流程图 F i g ．1 T h et e c h n o l o g i c a lp r o c e s so f d u m pl e a c h i n g 1 2 ～2 0m g ／L 。翻堆后，铀浓度最高达到3 7m g ／L ， 持续4 天浸出液铀浓度高于2 0m g ／L 。此阶段历时 6 5 天。集液槽液计铀累计浸出率5 6 ．9 2 ％，最终铀 渣计浸出率5 0 ．0 ％。 4试验结果分析与讨论 4 ．1 浸出结果分析 4 ．1 ．1 铀浸出率结果分析 本次堆浸试验浸出周期1 4 6 天，实际筑堆量 45 0 0t ，含铀废石粒径一2 5m m ，上堆废石铀品位 0 ．0 2 2 ％，试验结束时，渣品位0 ．0 1 1 ％，渣计铀浸出 率为5 0 ．0 ％。浸出液铀浓度按集液槽综合样平均 值计算，液计铀浸出率5 6 ．9 2 ％。试验过程中铀累计 浸出率与日浸出铀金属量曲线见图2 所示。 啦 、 碍 丑 谢 幕 ≤ 栅 噬 捎 暴 丑 剿 丑 时J 日J ／d 图2 累计浸出率与日浸出铀金属量曲线 F i g ．2 A c c u m u l a t e dl e a c h i n gr a t ea n dd a i l y l e a c h i n gr a t eo fm e t a lu r a n i u m 从图2 可以看出，在试验酸化阶段 前1 8 天 ， 铀累计浸出率为7 ．4 1 ％，最高铀浓度6 5m g ／L ，最 大日浸出铀金属量2 5 ．6 8k g ，此阶段铀浸出率增加 比较平缓，这是由于含铀废石中存在的六价铀和易 被氧化浸出的四价铀含量较低，因此硫酸溶液能够 淋浸出来的铀金属量较小。从第1 8 天至8 0 天为菌 喷阶段，铀累计浸出率达到3 8 ．4 5 ％ 铀净浸出率 3 1 ．0 4 ％ ，最高铀浓度2 1 6 ．9 2m g ／L ，最大日浸出铀 金属量3 1 ．6 3k g ，且日浸} H 铀金属量峰值高于酸化 阶段值。对于含铀废石堆浸，加人细菌后，含铀废石 中难以浸出的四价铀，在细菌及F e 3 的作用下得以 浸出，从而大大提高了堆浸的‘浸出效率，与常规酸法 浸出相比，浸出率明显增加。试验第8 1 天至1 4 6 天 为尾期喷淋阶段，由于含铀废石中铀含量较低，此时 包裹在含铀废石中铀的浸出是一较为缓慢的过程。 在菌喷阶段，含铀废石堆内细菌大量存活，浸出液三 价铁浓度达到6g ／L 。而在尾期喷淋阶段主要以喷 淋尾液为主，铀累计浸出率达到5 6 ．9 2 ％ 净浸出率 1 8 ．4 7 ％ ，最高铀浓度9 9 ．0 7m g ／L ，最大日浸出铀 金属量1 3 ．8 6k g 。对于该含铀废石堆浸，在浸出尾 期喷淋阶段采用尾液进行喷淋浸出也具有较好的浸 出效果。 综上分析，在含铀废石细菌堆浸过程中，细菌喷 淋阶段铀浸出效果明显。当浸出液铀浓度低于2 0 m g ／L 时，尾期喷淋阶段可以采用以尾液喷淋为主， 交替喷淋菌液以保持堆内细菌活性，从而达到较佳 的浸出效果。 4 ．1 ．2 耗酸及p H 变化分析 试验过程中耗酸率及p H 变化曲线见图3 。 堡 静 盛 耀 时阳J ／d 图3 耗酸率及p H 变化曲线 F i g ．3 R e l a t i o n s h i pb e t w e e ns u l f u r i ca c i d c o n s u m p t i o nr a t ea n dp H 耗酸率是微生物浸铀一个重要的工业参数，这 不仅关系到经济成本，过多的酸残留在矿石上还会 污染环境。本次试验截至试验结束时，硫酸消耗量 为6 5 ．4m 3 1 1 7 ．7 2t ，耗酸率2 ．6 2 ％。从图3 可看 ％舯筋舶m o ㈣⋯{ 三㈣ 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年4 期 2 9 出，试验在酸化阶段累计耗酸率曲线斜率较大，菌浸 阶段耗酸率曲线逐渐趋于平缓。酸化5 天后，浸出 液p H 为1 ．7 3 ，逐步调高喷淋液的p H ，酸化至第1 0 天时，浸出液的p H 稳定小于2 ．0 。说明试验含铀 废石表层中含有少量的耗酸物质，酸化初期耗酸物 质与溶浸液中的酸发生反应，导致浸出液的p H 略 有反弹现象。随着含铀废石中耗酸物质越来越少， 消耗的硫酸也就越来越少，浸出液的p H 稳定小于 2 ．0 ，此时酸化结束，耗酸率仅为0 ．9 ％。进入菌浸 阶段，喷淋液p H 维持在1 ．3 ～1 ．5 ，浸出液的p H 控 制在2 ．0 以下。菌浸阶段历时6 2 天，耗酸率 1 ．1 7 ％，由于本次试验采用的含铀废石粒度小于2 5 m m ，酸化阶段含铀废石并没有完全熟化，在含铀废 石内部尚存在一定的耗酸物质。但进入细菌浸出阶 段后，随着细菌在堆内成活并大量繁殖，细菌生长代 谢过程中消耗矿石中的黄铁矿，同时产生硫酸，减少 了溶浸液中加入的硫酸量，从而降低了整个试验过 程的耗酸量。另外，在试验过程中细菌在堆内生长 繁殖良好，使本次试验中大大减少了菌液的消耗量。 4 ．2 试剂消耗 主要消耗试剂为硫酸和硫酸亚铁。试验结束时 1 4 6 天 ，硫酸消耗量6 5 ．4m 3 1 1 7 ．7 2t ，耗酸率 2 ．6 2 ％。硫酸亚铁消耗量5 2t 。从耗酸率及硫酸亚 铁消耗量可以看出，该含铀废石堆浸对试剂消耗较 低。 5结论 1 0 5 B 菌种组合品种优良，具有优良的适应性 和活性，能完全适应该矿含铀废石细菌堆浸的环境 条件； 2 采用细菌强化堆浸技术对45 0 0t 含铀废石 进行细菌堆浸，铀浸出率达5 0 ．0 ％，试验酸耗为 2 ．6 ％，浸铀周期约5 个月 1 4 6 天 ，每吨含铀废石 消耗硫酸亚铁1 2k g ； 3 采用细菌堆浸方法处理铀矿开采中的表外 矿石是可行的。 参考文献 [ 1 1 王昌汉．溶浸采铀 矿 [ M ] ．北京原子能出版社， 1 9 9 8 1 2 ． [ 2 3 李尚远．铀、金、铜矿石堆浸原理与实践I - M ] ．北京原 子能出版社，1 9 9 7 7 ． [ 3 ] 李壮阔，桂斌队，段希祥．德兴铜矿堆浸厂的生产实践 及技术研究E J ] ．矿冶工程，2 0 0 2 ，2 2 1 4 6 - - 4 8 ． [ 4 1 曾毅君，牛玉清，张飞风，等．中国铀矿冶生产技术进展 综述[ J ] ．铀矿冶，2 0 0 3 ，2 2 1 2 4 2 8 ． [ 5 ] 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 ． [ 6 ] 殷志勇．生物技术在湿法冶金领域的应用现状及研究 趋势E J l ．湿法冶金，2 0 0 6 ，2 5 3 1 1 3 1 1 6 ． [ 7 3 李雄，柴立元，王云燕．生物浸矿技术研究进展[ J ] ．工 业安全与环保，2 0 0 6 3 1 3 ． [ 8 3 杨显万，沈庆峰，郭玉霞．微生物湿法冶金I - M ] ．北京 冶金工业出版社，2 0 0 3 9 ． [ 9 3 易法清，韩伟．某铀矿床矿石浸出试验研究[ 刀．湖南有 色金属，2 0 0 8 ，2 4 1 1 3 1 5 ． 万方数据