第 2 28卷 第 2期 008年 04月 矿 冶 工 程 M INING AND M ETALLURGICAL ENGINEERING Vol. 28 № 2 April 2008 ① 铀 矿 原 地 破 碎 细 菌 浸 出 现 场 试 验 研 究 王 清 良 , 胡 鄂 明 , 冯 志 刚 , 杨 金 辉 ,丁 德 馨 (南 华 大 学 核 资 源 与 安 全 工 程 学 院 ,湖 南 衡 阳 421001) 摘 要 : 针 对 某 硬 岩 铀 矿 品 位 低 、浸 出 率 不 高 、浸 出 时 间 长 的 特 点 ,采 用 驯 化 后 的 细 菌 进 行 了 铀 矿 石 原 地 破 碎 浸 出 现 场 试 验 。 试 验 结 果 表 明 ,细 菌 浸 出 可 以 提 高 浸 出 液 金 属 铀 浓 度 ,降 低 硫 酸 消 耗 40% ,给 企 业 带 来 好 的 经 济 效 益 ,具 有 良 好 的 应 用 前 景 。 关 键 词 : 铀 矿 石 ; 细 菌 浸 出 ; 现 场 试 验 中 图 分 类 号 : TD925 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 0253 - 6099 (2008) 02 - 0047 - 03 Experimental Study on the In2situ Bacterial Stope Leaching of Uran ium M ine WANG Q ing2liang, HU E2m ing, FENG Zhi2gang, YANG Jin2hui, D ING De2xin ( School of N uclear Resource and Safety Engineering, University of South China, Hengyang 421001, Hunan, China) Abstract: Based on the characteristics of a hard2rock2type uranium m ine such as low grade, low leaching rate and long leaching time, domesticated bacteria were introduced for in2situ bacterial stope leaching. The leaching tests show that the uranium concentration in leach solution climbs quickly, and the consumption of sulfuric acid can be reduced by a2 round 40% with the bacterial leaching. A s it will bring more econom ic benefits, this leaching technique has excellent application potential. Key words: uranium ore; bacterial leaching; site test 　 细 菌 浸 矿 因 成 本 低 、投 资 少 又 无 环 境 污 染 而 引 起 和 安 山 岩 型 ,其 中 隐 爆 角 砾 岩 型 为 矿 床 的 主 要 矿 石 类 型 ,占 矿 床 总 储 量 的 95%以 上 。 矿 石 共 生 组 合 有 铀 2 黄 铁 矿 、铀 2赤 铁 矿 、铀 2萤 石 、铀 2方 解 石 、铀 2绿 泥 石 等 , 矿 石 化 学 成 分 见 表 1。 了 国 内 外 研 究 者 的 广 泛 关 注 ,已 成 为 当 今 非 常 活 跃 的 研 究 领 域 ,特 别 是 在 回 收 低 品 位 、难 处 理 金 属 矿 方 面 , 细 菌 浸 出 具 有 其 独 特 优 势 。 在 铀 矿 石 浸 出 工 艺 中 通 常 采 用 硫 酸 浸 出 ,双 氧 水 常 被 用 作 氧 化 剂 以 达 到 强 化 浸 出 的 目 的 ,但 由 于 其 费 用 昂 贵 、具 有 腐 蚀 性 等 缺 点 而 逐 步 被 别 的 氧 化 剂 代 替 。 细 菌 由 于 能 够 氧 化 黄 铁 矿 产 生 硫 酸 ,不 仅 能 作 氧 化 剂 ,还 能 节 省 部 分 硫 酸 而 被 广 泛 研 表 1矿 石 化 学 成 分 (质 量 分 数 ) / % 6 + 4 + - F U U U S FeS2 FeO Fe2O3 1. 01 0 . 088 0. 048 0. 040 0. 28 0. 16 0. 21 0. 54 [ 1～ 5 ] 。 本 文 针 对 某 硬 岩 铀 矿 品 位 低 、浸 出 率 不 高 、浸 究 出 时 间 长 的 特 点 ,在 我 国 首 次 进 行 了 铀 矿 原 地 破 碎 细 菌 浸 出 现 场 试 验 研 究 ,用 细 菌 代 替 双 氧 水 作 氧 化 剂 进 行 了 强 化 浸 出 ,取 得 了 良 好 的 试 验 结 果 。 表 1中 数 据 表 明 ,试 验 所 用 矿 石 含 有 黄 铁 矿 ,有 利 - 于 细 菌 的 生 长 、繁 殖 ,对 浸 出 有 利 ;但 矿 石 中 F 含 量 较 高 ,对 细 菌 浸 出 造 成 不 利 影 响 ,应 考 虑 细 菌 的 驯 化 培 养 。 1 　 材 料 1 . 1菌 种 试 验 所 用 菌 种 从 铀 矿 山 酸 性 矿 坑 水 中 取 得 ,经 过 不 断 筛 选 、驯 化 得 到 。 . 2矿 石 试 验 所 用 矿 石 的 类 型 为 隐 爆 角 砾 岩 型 、花 岗 岩 型 2 　 细 菌 浸 出 机 理 现 场 扩 大 试 验 是 用 放 大 的 设 备 和 试 验 规 模 对 小 型 1 试 验 中 得 到 的 工 艺 参 数 进 行 考 察 和 验 证 。 在 室 内 硫 酸 、双 氧 水 、细 菌 对 比 浸 出 试 验 所 得 到 的 试 验 结 果 基 础 ① 收 稿 日 期 : 2007209206 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 (50774047) ;湖 南 省 自 然 基 金 项 目 (05JJ30094) 作 者 简 介 : 王 清 良 (1969 - ) ,男 ,湖 南 宁 乡 人 ,副 教 授 ,硕 士 ,硕 士 研 究 生 导 师 ,主 要 从 事 生 物 技 术 和 溶 浸 采 矿 技 术 研 究 。 4 8 矿 冶 工 程 第 28卷 上 开 展 现 场 试 ,室 内 浸 出 试 验 结 果 见 表 2。 现 场 试 验 2 + 3 + ; 一 方 面 利 用 细 菌 在 地 表 将 溶 液 中 的 Fe 氧 化 为 Fe 另 一 方 面 ,利 用 经 过 驯 化 培 养 的 细 菌 注 入 矿 体 ,使 细 菌 粘 附 于 矿 石 微 粒 上 ,并 氧 化 矿 石 中 的 黄 铁 矿 ,产 生 硫 酸 [ 1～ 3, 6～ 7 ] 。 两 方 面 共 同 作 用 ,从 而 提 高 金 属 高 铁 和 硫 酸 铀 的 浸 出 率 、缩 短 浸 出 时 间 ,节 省 部 分 硫 酸 。 现 场 试 验 方 法 是 将 驯 化 培 养 好 的 菌 种 与 溶 浸 液 一 同 注 入 矿 体 , 参 与 矿 石 的 浸 出 过 程 。 主 要 化 学 反 应 方 程 式 为 : 2 + 细 菌 3 + Fe Fe 细 菌 2 4 FeS 2 + 7O 2 + 2H 2 O 2FeSO 4 + 2H 2 SO 4 细 菌 图 1细 菌 浸 出 工 艺 流 程 FeSO 4 +O 2 + 2H 2 SO 4 2Fe 2 (SO 4 ) 3 + 2H 2 O 1 ——— 浸 出 液 中 转 池 ; 2——— 吸 附 塔 ; 3——— FeSO4 冯 7H2O溶 解 池 ; 4——— 生 物 反 应 器 ; 5——— 溶 浸 剂 配 制 池 ; 6 ——— 不 锈 钢 泵 ; 7——— 高 位 槽 ; ——— 布 液 网 络 ; 9——— 地 下 矿 堆 ; 10——— 导 液 井 ; 11——— 集 液 池 表 2硫 酸 、双 氧 水 、细 菌 室 内 浸 出 对 比 试 验 结 果 8 浸 出 率 /% 浸 出 条 件 液 计 渣 计 mg/L时 ,停 止 布 液 10 d,然 后 重 新 恢 复 布 液 ,浸 出 试 验 期 间 每 天 对 浸 出 液 进 行 取 样 分 析 ,得 到 浸 出 液 的 金 属 铀 浓 度 ρ (U)与 时 间 关 系 曲 线 如 图 2所 示 。 其 中 5月 1 0 g/L H2 SO4 0 g/L H2 SO4 + 0. 4 g/L H2O2 0 g/L H2 SO4 +细 菌 76. 9 98. 7 98. 2 77. 3 99. 5 99. 4 1 1 2 2至 6月 1日 停 止 布 液 10 d。 3 　 试 验 方 法 原 地 破 碎 浸 出 采 铀 工 业 试 验 中 ,通 过 计 算 机 模 拟 , 装 入 适 量 炸 药 ,采 用 原 地 爆 破 将 铀 矿 石 破 碎 至 一 定 粒 度 ( - 150 mm粒 级 约 占 75% ) ,形 成 自 然 矿 堆 ,将 含 有 微 生 物 的 溶 液 喷 淋 到 矿 堆 顶 部 ,溶 液 渗 入 矿 堆 中 ,浸 出 矿 石 中 的 金 属 铀 。 从 矿 堆 底 部 流 出 含 金 属 铀 的 溶 液 , 汇 集 到 集 液 池 中 ,然 后 用 泵 输 送 到 浸 出 液 中 转 池 ,通 过 吸 附 塔 进 行 离 子 交 换 吸 附 ,吸 附 尾 液 再 生 后 ,补 加 部 分 化 学 试 剂 (如 硫 酸 )循 环 浸 出 ,定 期 取 样 和 检 测 浸 出 液 中 铀 浓 度 、氧 化 还 原 电 位 、硫 酸 浓 度 以 及 细 菌 活 性 等 。 本 次 细 菌 浸 出 现 场 试 验 是 在 结 合 原 地 破 碎 浸 出 采 铀 工 业 试 验 的 基 础 上 进 行 的 ,原 则 上 不 改 变 原 有 工 艺 流 程 、不 影 响 正 常 生 产 。 根 据 现 场 条 件 对 生 物 反 应 器 进 行 了 设 计 、加 工 ,在 原 地 破 碎 工 业 试 验 溶 浸 剂 配 制 池 的 旁 边 修 建 生 物 反 应 器 池 ,并 把 吸 附 尾 液 部 分 转 入 生 图 2浸 出 液 金 属 铀 浓 度 ρ (U ) 2时 间 关 系 曲 线 图 2结 果 表 明 ,在 铀 矿 石 堆 浸 过 程 中 ,当 浸 出 液 金 属 铀 浓 度 降 到 一 定 值 时 采 取 停 止 布 液 一 段 时 间 这 一 措 施 ,浸 出 液 铀 浓 度 会 升 高 ,在 一 定 程 度 上 节 省 了 人 力 、 原 材 料 以 及 能 源 等 ,具 有 一 定 经 济 效 益 。 停 止 布 液 前 浸 出 液 ρ (U) = 130～ 150 mg/L,恢 复 布 液 浸 出 液 铀 浓 度 从 170 mg/L很 快 上 升 到 400 mg/L。 但 维 持 时 间 不 长 ,很 快 又 从 高 峰 值 降 下 来 。 细 菌 浸 出 试 验 从 7月 19日 正 式 开 始 ,试 验 前 浸 出 液 ρ (U) = 120 2 + 物 反 应 器 。 因 吸 附 尾 液 中 Fe 浓 度 比 较 低 ,需 补 加 FeSO 冯 7H O,所 以 修 建 了 一 个 FeSO 冯 7H O 溶 解 池 ,浸 出 工 艺 流 程 见 图 1。 4 2 4 2 ～ 140 mg/L,而 且 还 处 于 下 降 趋 势 。 加 入 细 菌 后 浸 出 液 铀 浓 度 快 速 上 升 至 170 mg/L,提 高 铀 浓 度 约 30% , 并 在 此 浓 度 维 持 了 较 长 时 间 ,图 2中 曲 线 可 以 明 显 看 出 细 菌 所 起 的 作 用 。 4 　 试 验 结 果 4. 1　 加 入 细 菌 后 浸 出 液 铀 浓 度 变 化 在 铀 矿 的 原 地 破 碎 浸 出 现 场 试 验 过 程 中 ,早 、中 期 4. 2　 加 入 细 菌 对 硫 酸 耗 量 的 影 响 浸 出 液 铀 浓 度 较 高 ,浸 出 一 定 时 间 后 ,浸 出 液 铀 浓 度 逐 渐 降 低 。 在 本 试 验 过 程 中 ,当 铀 浓 度 降 低 至 130～ 150 通 过 对 试 验 前 后 溶 浸 剂 与 浸 出 液 中 硫 酸 浓 度 的 分 析 和 体 积 计 量 ,可 以 对 硫 酸 消 耗 (简 称 酸 耗 )进 行 估 第 2期 王 清 良 等 : 铀 矿 原 地 破 碎 细 菌 浸 出 现 场 试 验 研 究 49 2 + 快 速 氧 化 溶 液 中 的 Fe 。 算 。 硫 酸 消 耗 通 过 溶 浸 剂 与 浸 出 液 中 硫 酸 浓 度 的 差 值 计 算 ,即 每 升 溶 浸 剂 经 过 矿 体 后 硫 酸 浓 度 降 低 的 数 值 2) 对 试 验 所 用 铀 矿 石 ,采 用 细 菌 浸 出 能 提 高 浸 出 液 中 金 属 铀 浓 度 ,降 低 酸 耗 约 40% ,给 企 业 带 来 好 的 经 济 效 益 ,若 试 验 规 模 进 一 步 扩 大 ,细 菌 能 得 到 更 充 分 利 用 ,经 济 效 益 将 更 加 明 显 。 (例 如 :溶 浸 剂 中 ρ (H2 SO4 ) = 5 g/L,浸 出 液 中 剩 余 硫 酸 浓 度 ρ (H ) = 2. 1 g/L 时 ,则 硫 酸 消 耗 为 2. 9 SO 4 2 g/L) ,酸 耗 计 算 方 法 如 下 : 溶 浸 剂 中 硫 酸 平 均 浓 度 就 是 某 一 阶 段 的 总 硫 酸 质 量 与 总 溶 液 体 积 的 比 值 ,浸 出 液 余 酸 也 采 用 平 均 值 ,为 该 阶 段 总 剩 余 硫 酸 质 量 与 浸 出 液 总 体 积 的 比 值 。 现 场 试 验 表 明 ,溶 液 流 经 整 个 矿 体 只 需 1～ 2 d,所 以 该 计 算 方 法 基 本 上 不 会 因 为 溶 液 在 矿 体 中 的 滞 留 而 受 影 响 。 经 过 初 步 计 算 ,细 菌 浸 出 前 平 均 酸 耗 为 2. 9 g/L, 而 试 验 期 间 为 1. 7 g/L,即 细 菌 浸 出 试 验 期 间 酸 耗 较 试 验 前 降 低 1. 2 g/L,节 省 硫 酸 耗 量 40%。 前 面 对 细 菌 氧 化 机 理 进 行 了 分 析 ,对 含 有 黄 铁 矿 矿 石 用 细 菌 浸 出 可 以 节 省 硫 酸 这 一 观 点 ,从 细 菌 浸 出 现 场 试 验 中 得 到 了 证 实 。 参 考 文 献 : [ 1 ] 陈 仕 安 ,黄 祥 富 ,樊 保 团 . 细 菌 氧 化 再 生 液 逆 流 淋 浸 铀 矿 的 实 践 J ]. 铀 矿 冶 , 1995 (4) : 260 - 263. 2 ] 刘 建 ,王 肇 国 ,樊 保 团 . 721矿 细 菌 堆 浸 试 验 [ J ]. 铀 矿 选 冶 通 , 1999 (1 - 2) : 27 - 30. [ 3 ] 　 刘 汉 钊 . 微 生 物 在 矿 物 工 程 上 应 用 的 新 进 展 [ J ]. 国 外 金 属 矿 选 , 1999 (12) : 9 - 12. [ [ 讯 矿 [ [ 4 ] 化 讯 . 铀 矿 石 细 菌 浸 出 述 评 [ J ]. 铀 与 金 , 1996 (5) : 12 - 15. 5 ] 施 安 辉 . 微 生 物 在 矿 业 中 的 应 用 [M ]. 山 东 :山 东 科 学 技 术 出 版 社 , 1983. [ 6 ] 王 昌 汉 . 矿 业 微 生 物 与 铀 铜 金 等 细 菌 浸 出 [M ]. 长 沙 :中 南 大 学 出 版 社 , 2003. 5 　 结 论 1 ) 设 计 的 生 物 反 应 器 能 满 足 现 场 试 验 需 求 ,所 用 [ 7 ] 童 雄 . 微 生 物 浸 矿 的 理 论 与 实 践 [M ]. 北 京 :冶 金 工 业 出 版 社 , 1 997. 载 体 能 有 效 固 定 细 菌 ,细 菌 能 够 很 好 地 适 应 现 场 环 境 , (上 接 第 46页 ) 图 10可 以 看 出 ,磁 粉 粒 度 分 布 均 匀 ,厚 径 比 明 显 ,颗 粒 4 　 结 语 片 状 性 好 ,晶 格 完 善 。 试 验 磁 粉 X衍 射 图 谱 见 图 11。 由 图 11可 知 ,通 过 预 烧 、细 磨 、退 火 后 ,该 粘 结 磁 粉 铁 氧 体 化 完 全 ,为 M 型 锶 氧 体 ,没 有 其 它 未 反 应 杂 相 峰 。 1) 小 试 和 工 业 试 验 结 果 表 明 ,采 用 超 纯 铁 精 矿 作 3 主 要 原 料 ,经 细 磨 氧 化 处 理 ,配 以 98%纯 度 SrCO 及 少 量 促 进 剂 ,经 预 烧 、细 磨 、洗 涤 、退 火 后 制 粉 ,可 生 产 出 高 性 能 异 性 粘 结 磁 粉 ,其 质 量 达 到 国 标 YN13产 品 要 求 ,为 工 业 生 产 提 供 了 技 术 依 据 。 2 ) 采 用 超 纯 铁 精 矿 为 铁 原 料 ,具 有 来 源 广 泛 、成 本 低 廉 、磁 粉 产 品 性 能 达 到 或 超 过 价 格 高 的 铁 红 的 优 点 。 生 产 磁 粉 工 艺 中 采 用 铁 精 矿 经 细 磨 低 温 氧 化 处 理 ,并 辅 以 少 量 促 进 剂 ,因 而 能 在 较 低 温 度 下 预 烧 ,铁 氧 体 化 完 全 ,晶 粒 均 匀 ,呈 典 型 片 状 的 六 角 锶 铁 氧 体 结 构 ,能 用 于 生 产 高 质 量 的 异 性 粘 结 轧 制 磁 粉 。 图 10异 性 磁 粉 电 镜 照 片 a) 1 样 ; ( b) 4#样 # ( 参 考 文 献 : [ 1 ] 周 文 运 . 永 磁 铁 氧 体 和 磁 性 液 体 设 计 工 艺 [M ]. 成 都 :电 子 科 技 大 学 出 版 社 , 1991. [ [ 2 ] 都 有 为 . 铁 氧 体 [M ]. 南 京 :江 苏 科 学 技 术 出 版 社 , 1996. 3 ] 许 有 义 ,吕 宝 顺 ,要 继 忠 ,等 . 各 向 异 性 铁 氧 体 粘 结 磁 粉 制 备 工 艺 的 研 究 [ J ]. 磁 性 材 料 及 器 件 , 1998 (6) : 49 - 51. 4 ] SJ /T10410 - 93, 永 磁 铁 氧 化 材 料 [ S]. [ 图 11试 验 样 X衍 射 分 析 结 果