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铀矿原地破碎细菌浸出现场试验研究
2011-08-08
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。
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
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