1、低品位铀矿石微生物柱浸试验 李江，刘亚洁，周谷春，车江华 (东华理工大学，江西抚州 344000) 摘要 ： 对 某 低品位铀矿石进行了不同喷淋条件的微生物柱浸试验。 结果 表明 ， 试验 用 混合 菌群 对目标铀矿石 具有较强 适应 性 ， 浸出周期 172 d， 菌浸期间 5%和 10%喷淋量条件下渣计平均浸出率 分别 为 87.70%和 88.53%， 耗酸率 分别 为 5.36%和 5.37%。 菌浸阶段 采用较大 喷淋量 可提高 浸出率 ， 但 液固比 会 显著 增加， 综合成本相应提高 。因此，喷淋量的选择 应综合考虑铀资源回收率与浸出成本 。 关键词 ： 低品位铀矿石 ； 微生物
2、柱浸 ； 喷 淋量 ； 浸出率 ； 耗酸率 中图分类号： TL212.1+2 文献标识码： A 文章编号： 1007-7545（ 2012） 06-0000-00 Column Bioleaching of Low-grade Uranium Ore LI Jiang, LIU Ya-jie, ZHOU Gu-chun, CHE Jiang-hua (East China Institute of Technology, Fuzhou 344000, Jiangxi, China) Abstract: Column bioleaching of a low-grade uranium ore
3、with a variety of spraying methods was carried out. The results show that the mixed culture of acidophilic microorganisms in use have a high adaptation to the uranium minerals, and the average uranium leaching rates are 87.70% and 88.53%, the acid consumption is 5.36% and 5.37% within 172 days, at 5
4、% and 10% spraying condition, respectively. A bigger spray liquid quantity could increase uranium leaching rate at the bioleaching stage, however, the ratio of liquid to solid rises greatly as well, which resulted in a rise of cost for uranium recovery. Therefore, the optimum spray liquid quantity s
5、hould be confirmed with a consideration of both uranium recovery and leaching cost. Key words: low-grade uranium ore; column bioleaching; spray liquid quantity; leaching rate; acid consumption rate 我国铀矿资源相对贫乏， 而且铀矿石品位偏低，矿床的矿石品位多数在 .1%0.3%，占总资源储量的 60%，低于 0.1%的 低品位铀矿石 占 33%1。 采 用常规水冶方法处理 低品位铀矿石 的 成本太高
6、 、 经济效益很差 ，因此这部分铀矿资源长期得不到有效利用 。 如果低品位 铀 矿石能够得到经济利用，将 我国 硬岩铀矿出矿品位由 0.1%以上降低到 0.03%0.07%，则铀矿石采冶量将 大幅 增长， 大大 提高我国铀产量 和可利用的铀资源储量， 对解决我国铀资源的紧张局面产生重大影响。 微生物冶金技术由于其具有金属提取率高、投资少、 成本低、 环境友好等优点，对利用我国的低品位矿产资源具有重大意义。 国内多家单位开展了微生物 浸 铀研究工作 ，取得了可喜的成绩 2-8。 但低品位铀矿石 微生物浸出 尚 未见 成功的试验报道。 1 试验矿样和微生物菌群 1.1 试验 矿样 试验矿样取自 江
7、西某铀 矿 ，矿样筛分及原矿品位 测试 结果见表 1。 根据各粒径矿石品位及粒径比计算，原矿品位为 0.0626%。 表 1 矿样粒径分布及原矿品位 Table 1 Particle size distribution and minerals uranium grade 样 号 粒径 /mm 比 例 /% U含量 /% 干重 /kg 721-Z-1 0.5 15.06 0.128 11.276 721-Z-2 0.51 7.38 0.076 5.525 721-Z-3 12 12.52 0.093 9.374 721-Z-4 25 20.86 0.049 15.622 721-Z-5 510
8、 44.19 0.036 33.101 合计 100.0 74.898 基金项目 ：国家自然科学基金资助项目 ( 50974043)；江西省教育厅产学研合作基金资助项目 (GJJ09008) 收稿日期： 2011-12-15 作者简介 ：李江 (1966-)，男， 山东 济南市人，副教授，博士 . doi： 10.3969/j.issn.1007-7545.2012.06.011 1.2 试验菌群 采用从 某 铀 矿 矿石样中经富集、分离、驯化、 诱变等培育得到的混合菌群 作为试验菌群，主要组成菌种为嗜酸氧化亚铁硫杆菌（ Acidithiobacillus ferrooxidans）、嗜铁钩端
9、螺旋菌（ Leptospirrillum sp.）和嗜酸氧化硫硫杆菌 (Acidithiobacillus thiooxidans)等。该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 柱 浸试 验采用自行设计制作的 100 mm1 000 mm有机玻璃柱，试验分 A、 B两组 共 6个试验柱，每组 3个平行样，编号分别为 A1、 A2、 A3、 B1、 B2、 B3。每柱装矿石量为 10 kg， 喷停比 1 1， 酸化阶段至 12小时 pH反弹到小于 2.0为止 ， 菌浸时控制出液 pH=2.0左右。 具体 试验方案 为 ： 酸化阶段喷淋量 15%10%
10、， 20 g/L的酸液喷淋若干天， 15 g/L的酸液喷淋若干天， 10 g/L的酸液喷淋至酸化结束 ；在 菌浸阶段和尾液浸出阶段 ， 2组的 喷淋时间 均为 12小时， A组 喷淋量 5%， B组喷淋量 10%。 2.2试验 过程 酸化阶段： A、 B两组喷淋量 均 为 15%10%， 硫酸酸度 205 g/L， 喷淋 至 浸 出液 pH稳定在 2以下，总计用时30天。 菌浸阶段： A组喷淋量 5%， B组 喷淋量 10%。用 总 Fe 26 g/L的 菌液进行喷淋，中间因为菌液循环使用， 总Fe一度 高达 815 g/L， 硫酸酸度 100 g/L。第 4447天翻柱， 总计用时 52天。
11、 尾液循环浸出 阶段 ： 第 88172天， A组喷淋量 5%， B组喷淋量 10%。 随着菌群在矿石中的生长，出液 Fe3+已连续多天高于进液 Fe3+，改用 溶浸液经离子树脂吸附除铀后的 尾液进行喷淋， 第 118123天翻柱，总计用时 88天，最后两天用喷淋量 20%清水洗柱， 取样，结束 试验。 3 试验结果与分析 3.1铀的 浸出及 浸出率比较 A1 柱铀浸出率结果见 图 1（其它各柱情况与 A1 柱类似） 。 图 1 A1柱铀浸出率 变化 图 Fig.1 Uranium leaching rate of column A1 vs.time 由图 1可见，浸出尾期 （ 121157天
12、 ）铀的浸出率增加缓慢，日浸出率很低， 浸铀 效率极低，应综合考虑铀资源回收率与铀浸出成本，适时结束浸出或采取其它措施强化铀的浸出。 A、 B两组渣计 浸出率 比较 结果 见表 2。 由表 2可知， B组平均渣计浸出率比 A组高 0.83个百分点 。 表 2 渣计浸出率 结果 Table 2 Results of uranium leaching rate 样号 渣品位 /% 渣计浸出率 /% A1 组合样 0.0061 88.96 A1 组合样 0.0072 A1 组合样 0.0074 A2 组合样 0.0078 87.38 A2 组合样 0.0079 A2 组合样 0.0080 A3 组合
13、样 0.0067 86.76 A3 组合样 0.0099 A3 组合样 0.0083 A组平均 0.0077 87.70 B1 组合样 0.0122 85.70 B1 组合样 0.0074 B1 组合样 0.0073 B2 组合样 0.0066 89.59 B2 组合样 0.0068 B2 组合样 0.0061 B3 组合样 0.0066 90.29 B3 组合样 0.0058 B3 组合样 0.0059 B组平均 0.0072 88.53 由于采用相同的 酸化 条件，两组试验酸化期间液固比相同；菌浸开始后， A组采用 5%的喷淋量， B组采用10%的喷淋量， B组的 总液固比是 A组的 1.
14、69倍。以渣计浸出结果计算， A、 B两组平均铀浓度分别为 58.14 mg/L、34.55 mg/L， A组是 B组的 1.68倍。 液固比低则溶浸剂用量少， 试剂及 动力消耗低 ；铀吸附分离效率高，后续处理费用低；尾液处理量和外排液量少，对环境影响小。因此应综合考虑铀资源回收率与铀浸出成本，而且在浸出后期，铀的溶出速度减慢，过高的喷淋量并不能有效增加铀的浸出，此时应降低溶浸剂的喷淋量。 3.2 浸出液 pH 变化及耗 酸 率 分析 浸出过程中 A1 柱 pH变化 情况见 图 2（其它各柱情况与 A1 柱类似） 。 图 2 A1柱 pH变化图 Fig.2 pH of column A1 vs
15、. time 由图 2可知， 50多 天 后，各柱 浸 出 液 的 pH基本等于或 低于 溶浸 液，直至 试验 结束， pH均在 2.0上下微小波动，且大多低于 2.0， 说明 菌群在 矿石中 生长 、代谢 活跃并产酸。 硫酸的使用主要在酸化阶段和菌浸阶段初期，后期因为浸铀菌群的作用，浸出系统内 pH基本维持相对稳定状态。因酸化阶段 A、 B两组试验条件相同，耗酸率 分别 为 5.36%和 5.37%， 耗酸率 非常 接近 。 3.3 浸出液 Eh值 变化分析 浸出过程中 A1柱 Eh值变化 情 况见 图 3（其它各柱情况与 A1柱类似） 。 图 3 A1柱 Eh值变化图 Fig.3 Eh o
16、f column A1 vs. time 浸出过程 中 Eh值 从第 60天开始，出液 Eh值 开始高于进液， 并一直维持很高的 Eh值，满足了铀浸出的需要，说明系统内铁氧化菌的活性很强， 并稳定地发挥作用，持续氧化二价铁 。 3.4 菌群的适应性及活性分析 由 图 2和图 3可知，此次试验所用菌群能很好地适应目标低品位铀矿石的浸出，在溶浸柱 矿石 中生长、代谢良好， 因此 尾液 循环利用过程中浸出效果稳定 。 试验菌群 05B对矿石中含硫矿物有很好的氧化活 性，产酸、产硫酸高铁能力强，维持了溶浸体系的酸度和高的氧化还原电位，对铀的浸出发挥了重要作用。 4 结论 1） 混合 菌群能适应浸出 体
17、系 ，表现出高的铁和硫氧化性能，适合在低品位铀矿石浸出中应用。 2） 在原矿品位为 0.0626%、 浸出周期 172 d的条件下，渣计平均浸出率 A组 和 B组分别 为 87.70%和 88.53%，耗酸率 A组和 B组分别 为 5.36%和 5.37%。菌浸期间采用较大的喷淋量可提高浸出率，但综合成本相应提高， 应综合考虑铀资源回收率与铀浸出 成本 。 3） 尾液 循环 利用 时 浸出效果稳定， 使用尾液浸出可降低成本， 适 合 于低品位铀矿石的浸出。 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 ， 2011， 20 (1)： 19-22.
18、 2 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 ， 2001(1)： 15-27. 3 陈家富 . 不同粒度柱浸浸铀试验研究 J. 有色金属 (冶炼部分 )， 2010(1)： 40-42. 4 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 ， 2002， 21 (2)： 67-73. 5 王有团 ， 李广悦 ， 刘玉龙 ， 等 . JX 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 )，2010(2)： 42-45. 6 张亚鸽，孙占学，史维竣 . 某铀矿石微生物浸出工艺实验研究 J. 有色金属 (冶炼部分 )， 2010(5)： 32-35. 7 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 ， 2003， 22 (2)： 85-88. 8 李江 ， 饶军 ， 刘亚洁 ， 等 . 高氟铀矿石微生物堆浸工业试验 J. 有色金属 (冶炼部分 )， 2011(7)： 26-29.
