细菌接种量对铀生物浸出的影响.DOC

1、细菌接种量对铀生物浸出的影响王学刚 a,b，高旭 a，孙占学 a,b，刘亚洁 a,b，郑志宏 a,b，王俊 a（东华理工大学，a. 水资源与环境工程学院，b.省部共建核资源与环境国家重点实验室培育基地，南昌 330013）摘要：以某难处理铀矿石为原料，开展了不同细菌接种量对铀生物浸出的影响研究。在相同浸出条件下，经84 h 浸出，5%、10% 、20%和 30%细菌接种量的铀浸出率分别为 50.46%、56.42% 、62.38%和 67.05%，细菌接种量越大，铀浸出率也越高。在铀矿生物浸出工艺中，可以通过控制细菌接种量来获得适宜的浸铀效率。关键词：低品位铀矿石；细菌接种量；生物浸出中图分类

2、号：TL212.1 +2 文献标志码：A 文章编号：1007-7545（2018）05-0000-00Effect of Bacterial Inoculation Ratio on Bioleaching of UraniumWANG Xue-ganga,b, GAO Xua, SUN Zhan-xuea,b, LIU Ya-jiea,b, ZHENG Zhi-honga,b, WANG Juna(a. School of Water Resource and Environmental Engineering, b. State Key Laboratory Breeding Base o

3、f Nuclear Resources and Environment, East China University of Technology, Nanchang 330013, China)Abstract：Effects of inoculation amount of bacteria on uranium bioleaching were studied applying one refractory uranium ore as raw material. Under the same leaching condition, uranium leaching rates for 5

4、%, 10%, 20%, and 30% bacterial inoculation after inoculation at 84 h is 50.46%, 56.42%, 62.38% and 67.05%, respectively. The higher the inoculation rate is, the higher the leaching rate of uranium is. Proper uranium bioleaching rate can be obtained by controlling amount of bacteria inoculated in ref

5、ractory uranium bioleaching process.Key words：low grade uranium ore; bacterial inoculation ratio; bioleaching随着铀矿山资源的大量开采，高品位、易选矿石资源已日趋减少，难处理铀矿比例逐年增加，采用化学浸出法成本高、效率低，而且环境污染大。微生物浸矿技术已经成功应用于低品位、难处理矿石和矿渣的浸出 1-6。本文进行了不同细菌接种量条件下的铀生物浸出试验，分析了浸出过程中相关参数的变化规律，以及铀浸出效率的变化，探讨了菌液接种量对难处理铀矿生物浸出的影响。1 试验部分1.1 原料矿样为我国南

6、方某难处理铀矿石，矿石经粉碎机研磨筛分后粒径为-1 mm，主要组分含量（%）：SiO 2 65.66、Al 2O3 14.42、Fe 3+ 0.90、FeO 1.84、CaO 3.97、MgO 0.80、K 2O 3.46、Fe 2O3 3.33、Na 2O 3.20、TiO 2 0.38、MnO 0.15、P 2O5 0.59、 SO3 0.95、S 0.12、CO 2 1.40、U 0.20。1.2 菌种来源试验菌种为氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillu ferrooxidans）与氧化硫硫杆菌（Acidithiobacillus thiooxidans）混合菌群 6-7，经矿

7、石及吸附尾液驯化后，对该矿石浸出体系具有较好的适应性。试验时细菌氧化剂初始 pH 为 1.80，Eh 为 445 mV，Fe 浓度为 4.96 g/L，Fe 3+/Fe95%。1.3 铀矿生物浸出试验称取 4 组试验铀矿石各 10 g，分别加入至 300 mL 三角瓶中，再依次将培养好的活性菌液（Fe 3+/Fe95%）接种至各试验矿石中，菌液接种量按总体积的 5%、10%、20% 、30%接种，共计 100 mL，用稀硫酸调节初始 pH 为 1.80。生物浸出摇瓶试验条件 6：温度 30 、转速 120 r/min。每隔 12 h 测定溶液中pH、Eh ，以及 Fe3+、Fe 2+、U 6+

8、含量 6。2 试验结果与分析2.1 pH 变化情况收稿日期：2017-11-16基金项目：国家自然科学基金资助项目（51564001，51764001） ；省部共建核资源与环境国家重点实验室培育基地自主基金项目（Z1602）doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2018 .05.011作者简介：王学刚(1979-)，男，甘肃人，副教授，硕士研究生导师.溶液 pH 是反映溶浸过程的重要参数 8-12。pH 过高，矿石中的铁容易发生沉淀，容易产生板结，不利于浸出；如果 pH 过低，既不利于浸矿细菌在矿石中生长，也会增加酸耗，提高浸出成本。不同细菌接种量条件下的 pH 变化如图

9、1 所示。0122436486072841.21.51.82.12.42.7 细 菌 接 种 量 5% 10 2 30%pH时 间 /h图 1 不同细菌接种量的 pHFig.1 pH values under different bacterial inoculums从图 1 可以看出，细菌接种量越高，溶液 pH 越低，对浸铀越有利。当细菌接种量为 5%时，溶液中细菌基数较少，H +含量较低，在浸出过程前 24 h，溶液 pH 上升，这是细菌氧化 Fe2+生成 Fe3+获得生长繁殖所需能量的过程消耗了 H+所引起的；浸出 24 h 以后，随着溶液 Fe3+增多并发生一系列的水解反应，增加溶液

10、H+含量，逐渐降低了溶液的 pH。当以细菌接种量为 10%30%时，溶液中的细菌基数较多， H+含量较高，当浸出时间低于 60 h 时，Fe 3+水解以及黄铁矿氧化后产生的 H+含量大于细菌消耗的 H+含量，使得溶液 pH 快速降低。浸出时间超过 60 h 后，细菌活性降低，矿石中可被细菌利用的矿物及 Fe3+都在减少，导致溶液 pH 下降减缓并逐渐趋于稳定 7。2.2 Eh 变化情况Eh 值是浸出过程中的重要参数之一，它可以反映铀金属溶出效率的快慢。浸矿体系中的 Eh 值主要由Fe3+/Fe2+电对决定。不同细菌接种量条件下的 Eh 值变化如图 2 所示。122436486072842025

11、0303504045050细 菌 接 种 量 5% 10 2 30%Eh/mV 时 间 /h图 2 不同细菌接种量的 Eh 值Fig.2 Eh values under different bacterial inoculum图 2 表明，细菌接种量越高，Eh 值越大，因为细菌基数越大，细菌生长得越快，Fe 3+浓度越高，Fe 3+/Fe2+比值越大。当以细菌接种量分别为 5%、10% 、20%时，在细菌浸出的前 72 h，溶液中 Fe3+增多，Fe 2+离子减少，导致 Eh 值升高较快，分别达到 370、407、431 mV。浸出 72 h 后，由于细菌活性降低甚至死亡，Fe 3+发生水解沉

12、淀（锥形瓶底可见黄色沉淀物） ，Fe 3+减少，导致 Eh 升高减缓甚至降低。而当以细菌接种量为 30%接种时，在浸出前 48 h，细菌氧化 Fe2+生成 Fe3+，溶液中 Fe3+增多， Fe2+减少，Eh 值升高，可达到 417.7 mV。浸出 48 h 后，Fe 2+消耗殆尽，细菌活性降低，Fe 3+发生水解沉淀，导致 Fe3+/Fe2+比值减小，Eh 值降低。2.3 溶液铁离子浓度变化Fe3+可以将矿石中难溶的四价铀氧化为可溶的六价铀，而细菌浸矿过程中，细菌将 Fe2+氧化成 Fe3+以获得自身所需的能量。浸出过程中 Fe2+和 Fe3+浓度随细菌接种量的变化情况见图 3。细菌接种量越

13、多，Fe 2+浓度越低，而 Fe3+浓度则越高。因为细菌接种量越多，细菌基数越大，氧化 Fe2+速率越快，产生的 Fe3+浓度越高。当浸出时间不足 24 h 时，溶液 Fe2+浓度和 Fe3+浓度变化幅度均较低；这是因为，菌浸前期细菌需要适应新的环境，处于生长停滞期，氧化 Fe2+生成 Fe3+速率较慢。随着细菌适应新的环境，24 h 以后细菌处于对数生长期，细菌数量急剧增加， Fe2+氧化生成 Fe3+的速度也快速增加，溶液中 Fe3+浓度迅速上升，而 Fe2+浓度大幅降低。细菌接种量为 5%、10%、20% 和 30%的 Fe3+浓度分别在 72、72、60、48 h 达到最高，分别为 1

14、.74、1.82、2.12、2.61 g/L。随着 Fe2+被大量消耗，细菌逐渐进入衰退期，Fe 3+发生水解沉淀，同时矿石中的 U4+被 Fe3+氧化也消耗了大量 Fe3+，导致溶液中 Fe3+浓度降低 7。012243648607284.0.81.62.43.24.04.8(a) 细 菌 接 种 量 5%10 23Fe2+/（gL-1）时 间 /h 012243648607284.0.61.21.82.43.0 细 菌 接 种 量 5%10 23Fe3+/（gL-） 时 间 /h(b)图 3 不同细菌接种量的 Fe2+(a)和 Fe3+(b)浓度曲线Fig.3 Concentrations

15、 of Fe2+ (a) and Fe3+ (b) under different bacterial inoculum2.4 铀浓度和铀浸出率变化不同细菌接种量的铀浓度和铀浸出率变化如图 4 所示。在浸出 84 h 时，细菌接种量由 5%增加到 30%时，铀浓度由 149.18 mg/L 增加到 198.22 mg/L，对应的铀浸出率则由 50.46%提高至 67.05%。说明细菌接种量越高，越有利于铀的浸出。012243648607284501015020250细 菌 接 种 量 5% 10 2 30U浓度/(mgL-)时 间 /h(a)01224364860728410203040506

16、070细 菌 接 种 量 5% 10 2 30U浸出率/% 时 间 /h(b)图 4 不同细菌接种量的铀浓度(a) 和浸出率(b)Fig.4 Concentrations (a) and leaching rate (b) of uranium under different bacterial inoculum3 结论1）细菌接种量越大，氧化 Fe2+速率越快，生成 Fe3+越多，导致溶液 Eh 高、pH 低，对细菌生长以及铀的浸出是有利的。2）细菌接种量越大，浸出铀浓度和铀浸出率越高。在 5%、10% 、20%、30%细菌接种量浸出 84 h 时铀浸出率分别为 50.46%、56.42%、

17、62.38%、67.05%，溶液中铀浓度分别为 149.18、166.80、184.41、198.22 mg/L。3）在难处理铀矿生物浸出过程中，可以通过控制细菌接种量来获得比较好的浸出效率。参考文献1 梁升，王学刚，孙占学. 铀矿石微生物柱浸串联工艺试验 J. 有色金属(冶炼部分)，2016(5) ：22-25.2 李兴华，陈功新，孙占学，等. 难浸铀矿石微生物浸铀试验 J. 有色金属(冶炼部分)，2016(10) ：29-32.3 郭勤，韩文艳，李江，等. 铀矿堆浸酸化液连续培养浸铀微生物的研究J. 有色金属(冶炼部分)，2014(11)：39-42.4 周义朋，沈照理，何江涛，等. 某砂

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