・　３２　・　有色金属（冶炼部分）２０１０年５期　

某铀矿石微生物浸出工艺实验研究　

张亚鸽，孙占学，史维竣　

（东华理工大学土木与环境工程学院，江西抚州３４４０００）　

摘要：在前期实验结果的基础上，在不同酸度下加菌，通过对比总浸出率、总耗酸率、以及泥化板结等现　象探索降低酸耗、减少板结、提高浸出率、缩短周期的微生物浸铀工艺流程和参数。实验结果表明，在　ｐＨ降为２．４５时开始加菌的方案是可行的，并且在菌浸阶段采用１ｏ　的喷淋量连续喷淋可以达到较好　的效果。　关键词：微生物浸铀；铀矿石；浸出率；浸出周期；耗酸率　中图分类号：ＴＦ８８；ＴＬ２１２．１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—７５４５（２０１０）０５～００３２—０４　

Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｂｉｏｌｅａｃｈｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｃｓ　ｏｆ　ａ　Ｕｒａｎｉｕｍ　Ｍｉｎｅ　

ＺＨＡＮＧ　Ｙａ—ｇｅ，ＳＵＮ　Ｚｈａｎ—ｘｕｅ，ＳＨＩ　Ｗｅｉ—ｊ　ｕｎ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｅａｓｔ　Ｃｈｉｎａ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｆｕｚｈｏｕ　３４４０００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍｅｒ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ａ　ｕｒａｎｉｕｍ　ｍｉｎｅｒａ１，ｔｈｅ　ｂａｃｔｅｒｉｕｍ　ｉＳ　ａｄｄｅｄ　ａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐＨ，ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｅａｒｃｈ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　ａｎｄ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｙｉｅｌｄ　

ｒａｔｉｏ，ａｃｉｄ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ，ｔｈｅ　ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ　ｏｆ　ｃｌｏｇｇｉｎｇ　ａｎｄ　ｈａｒｄｅｎ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｉｔ　Ｓ　ｆｅａｓｉ－　ｂｌｅ　ｔｏ　ａｄｄ　ｂａｃｔｅｒｉｕｍ　ａｔ　ｐＨ一２．４５。ａｎｄ　ｔｈｅ　１０　ｓｐｒａｙ　ｃａｐａｃｉ。ｔｙ　ｃａｎ　ｌｅａｄ　ｔｏ　ａ　ｂｅｔｔｅｒ　ｒｅｓｕｌｔ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｕｒａｎｉｕｍ　ｂｉｏ—ｌｅａｃｈｉｎｇ；Ｕｒａｎｉｕｍ　ｍｉｎｅ；Ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｙｉｅｌｄ　ｒａｔｉｏ；Ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｃｙｃｌｅ；　

Ａｃｉｄ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　

随着我国核电事业的发展，对铀矿资源的需求　日趋增加。矿石细菌浸出是利用细菌的生物化学作　

用，选择性地将被浸矿物从矿石中浸出来的一种方　法口］。细菌浸矿被广泛应用于低品位铀矿石、铜矿　石、金矿石的浸出，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的　利用。到目前为止，虽然生物浸矿取得了很大的成　果，前景也非常乐观，但在生物浸矿复杂的反应机　

制、改善细菌浸出速度和浸矿动力学方面仍需要更　

深入的研究。　

１　实验矿样与条件　

１．１实验矿样　实验矿样来自于该铀矿堆浸生产线。粒度组　

基金项目：科技部国际合作项目（２００８ＤＦＡ７１７６０）　作者简介：张亚鸽（１９８４一），女，陕西西安人，硕士研究生　成：＜０．１　ｍｍ　５．６４　、０．１～０．５　ｍｍ　１３．７４　、０．５　

～１　ｍｍ　７．８６　、１～２　ｍｍ　６．２９　、２～５　ｍｍ　２２．８８　、５～１０　ｍｍ　４３．５９　，铀平均品位为　０．２０５％。实验设计四个浸出柱，编号分别为ＺＧ１　

～４。每个柱子矿石量约２５　ｋｇ。每个柱子都是按　

照同一比例装柱的，并严格参照矿山现场实验碎样　后的粒径比例。ＺＧ１化学分析结果（　）：ＳｉＯ　６７．２７、Ａ１２Ｏ３　１３．８２、Ｆｅ２Ｏ３　２．７５、Ｕ（Ｔ）０．１９、Ｕ　（Ｖｉ）０．０７、ＦｅＯ　２．０３、Ｐ２Ｏ５　１．９４、ＣａＯ　２．１３、ＴｉＯ２　０．４２、ＣＯ２　０．４８、Ｓ（Ⅱ）１．６５、Ｆ一２．５２。可以看出，　

此批矿石中黄铁矿含量较高，这对于此铀矿石的微　生物浸出是有利的　］。其中ＣＯ　含量也高，说明此　批矿石含有较多的碳酸盐矿物，因此会导致耗酸量　

较大。

　有色金属（冶炼部分）２０１０年５期　・　３３　・　

１．２实验条件　

１．２．１实验设备　浸出柱：０１００　ｍｌＴｌ×２　ｍ有机玻璃柱；离子交换　柱：０５０　ｍｍ×１　ｍ有机玻璃柱；离子交换树脂　

Ｄ２６３；ＢＴ１００—２Ｊ型蠕动泵。　

１．２．２实验工艺参数　各柱矿石质量２５　ｋｇ左右，矿层高度１．８　ｍ；酸　预浸液起始ｐＨ一０．５１～１．３；菌浸液起始ｐＨ—１．５　

～１．９，控制出液ｐＨ一１．８～２．０；淋浸剂三价铁　

浓度５　ｇ／Ｌ左右。　１．２．３实验菌种　

细菌采用从该矿山酸性矿坑水中富集分离、诱　变育种的混合菌种，并经过９Ｋ培养基和矿石酸化　

液中培养驯化。在９Ｋ中菌种的生长周期为１８　ｈ，　在酸化液中最终驯化为２２　ｈ左右。菌液扩大培养　

时ｐＨ控制在１．８０左右，室温培养，所用培养基为　

过柱液。　

２　实验方案与过程　

２．１实验方案ｆ表１）　表１实验方案　

Ｔａｂｌｅ　１　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｐｌａｎ　

为了对前期酸化阶段做浸出剂的酸度对比，此　

次实验设计１、２、３号柱在酸化阶段采用较高酸度进　行喷淋，４号柱则一直采用１０　ｇ／Ｌ的酸液进行喷　

淋。进入菌浸阶段之后进行的是不同喷淋量与喷停　

比的比较，在实验进行过程中基本按照方案执行。　２．２实验过程　在柱浸过程中，用蠕动泵控制溶浸液的流量，采　用单点滴灌的方式喷液。整个实验过程分为酸化阶　段、带菌酸化和菌浸阶段。酸化阶段淋浸矿石所产　

生的酸化浸出液和菌浸阶段淋浸矿石所产生的菌浸　

浸出液，经离子交换柱吸附铀后，产生的吸附尾液用　于培养细菌，培养的菌液再用于淋浸矿石，由此循　

环，减少了尾液的排放量，有利于环境保护，同时也　减少了酸耗。ＺＧ１、ＺＧ２、ＺＧ３、ＺＧ４分别在浸出液　

ｐＨ为２．４５、２．０３、２．Ｏ７、２．６５的时候开始使用菌液　

进行喷淋。当浸出液累计铀浸出率达到９０％，且浸　出液的铀浓度连续３天小于２０　ｍｇ／Ｌ时实验结束。　

实验历时１１５天。　

３　实验结果及其分析（表２）　

表２实验结果　

Ｔａｂｌｅ　２　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　

从表２可以看出，ＺＧ１柱的总浸出率最高，且　

其耗酸率最低，在到达９０　的渣计浸出率时，所用　时间最短。对比分析，ＺＧ１酸化阶段采用的酸度较　

高，喷淋量较大，最先加菌。这也说明细菌在１号柱　内的适应性较好，细菌对铀矿的浸出铀有很好的促　

进作用。　３．１各柱ｐＨ变化情况　ｐＨ是堆浸过程中的重要技术参数，它一方面　

反映了硫杆菌的发育状况，另一方面决定了水岩作　用过程中溶质离子的存在形态。　酸化阶段１、２、３号柱子具有相似性，菌浸阶段　

１、３号相似，２、４号相似。典型的１号柱子的酸化过　程见图１。从图１可看出：酸化过程中，随着溶浸液　

从柱顶渗滤到柱底，浸出液的ｐＨ随之升高，其值可　以从０．５１上升到７左右，随后较长时间维持在５左　右，这主要是因为矿样含有较多耗酸物质，而且柱浸　的耗酸具有阶段性，硫酸首先被上部矿物所消耗，再　

逐步酸化到柱子底部。菌浸阶段出液的ｐＨ一般维　持在２左右　１、３号在进入菌浸阶段之后其进、出　

液ｐＨ越来越贴近，而２、４号直至最末期浸出液ｐＨ　

才比较接近。说明在菌浸阶段２、４号柱子仍有部分　难溶解的耗酸物质溶解耗酸。　

３．２各柱酸耗对比　由图２可以看出，［Ｈ

ｊ线总的斜率是前大后小，说　・３４・　有色金属（冶炼部分）２０１０年５期　

厂　

。　Ｉ　＝　Ｉ　

一　１　酸化　带菌酸化　、４－－　－ｐ　、　—・菌浸　

ｌ—＾　．　：Ｘ　＿＿　一’’…　

０　１０　２０　３０　４０　５０　６０　７０　８０　９０　１００　１ｌ０　时间／ｄ　

图１　ＺＧ１　ｐＨ变化图　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｖａｒｉｅｔｙ　ｐｌｏｔ　ｏｆ　ｐＨ　ｉｎ　ＺＧ１　

明微生物浸出酸化期耗酸量占了整体耗酸量的很大　部分，所以降低酸化期的耗酸量是实验的关键。　ＺＧ４在在酸化阶段采用１０　ｇ／Ｌ的酸进行喷淋，因此　

耗酸率最低。３号柱与１号柱相比，由于采用高酸　

、　碍　耀　度喷淋，时间短，因此酸耗比１号低。相比较之下　

ＺＧ１总的耗酸率最低。ＺＧ２总的耗酸率最高。从　四个柱子的耗酸率对比状况来看ＺＧ１在ｐＨ一２．４５　

和ＺＧ４在ｐＨ一２．６５条件下加菌耗酸率较低。ＺＧ２　和ＺＧ３柱分别在ｐＨ一２．Ｏ３和２．Ｏ７下加菌耗酸率　大。通过此次对比实验可以看出，采用提前加菌工　艺可以达到省酸、节约成本的目的。　

３．３各柱铀浸出率状况对比　

由图３可以看出４个柱子加菌后曲线斜率都有　明显的增大趋势，铀浸出速率加快。说明细菌对铀　矿石的浸出有很大的促进作用。ＺＧ１和ＺＧ３曲线　

斜率增加明显，而且增长期比较长。说明此菌液在　１、３号柱内适应性比较好。酸化阶段１、２号柱采用　２０　ｇ／Ｌ浸出的时间长，因此铀的浸出速率明显高于　

ＺＧ３和ＺＧ４。ＺＧ１比ＺＧ３提前加菌，加菌之后铀浸　出率比ＺＧ３明显增加很多。１、３号柱在菌浸阶段　采用１０　９／６喷淋，效果明显好于２、４号柱的５％喷淋。　

图２总耗酸率对比　Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｔｏｔａｌ　ａｃｉｄ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　

从表２可看出ＺＧ１总耗酸率最低，渣计浸出率　最高，表明其工艺条件适合此矿石，下一步扩大实验　

中可采用此工艺。　３．４泥化、结垢现象　

泥化和结垢（板结）是浸矿过程中应重视的问　题，两者都可能降低浸出率。泥主要来源于矿床中　的粘土类矿物或被粘土所胶结成团的、风化成细粒　

的矿石，某些亚粘土类矿物的风化或蚀变产物，在浸　矿过程被酸性溶浸液破坏成泥。此次实验利用浸出　液的浑浊程度和矿渣的粒径分析来判断是否在浸矿　

过程中出现泥化现象。　前３个柱子在实验刚开始阶段浸出液较浑浊，　溶浸液经静置后，底部有少量的泥质物，１Ｏ天后　

ＺＧ１、ＺＧ２的浸出液开始澄清。ＺＧ３是在１３天后浸　出液开始澄清，ＺＧ４前３天浸出液澄清，之后开始　

浑浊，持续２Ｏ天后浑浊现象消失。而后再没出现浸　出液浑浊和泥质物。早期的这种现象主要是少量的　小粒径的矿石被带出所导致，４号柱子持续时间较　８　７　６　５　４　３　２　ｌ　Ｏ　Ｉ＿Ｉ