某高碱贫铀矿石的微生物酸法池浸探索

doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2014.06.013某高碱贫铀矿石的微生物酸法池浸探索王鹏，孙占学，史维浚(东华理工大学 水资源与环境工程学院，江西抚州 344000)摘要：先采用盐酸去除某高碱性铀矿石中的大部分碱性物质，然后采用微生物酸法池浸技术对铀进行浸出。结果表明，大粒径（>5 mm）矿石中的铀很难被提取，去除部分大粒径矿石后，当碱性物质去除率达65%时，铀的浸出率可以达到91.2%。关键字：高碱贫铀矿石；粒径；微生物浸出；酸法池浸中图分类号：TL212.1+2文献标志码：A文章编号：1007-7545（2014）06-0000-00Microbial Acidic Tank Leaching for Low-Grade Uranium Ore with High Alkaline Minerals BearingWANG Peng, SUN Zhan-xue, SHI Wei-jun(School of Water Resources and Environmental Engineering, East China Institute of Technology, Fuzhou 344000, Jiangxi, China)Abstract: Most alkaline substances contained in one uranium ore were removed firstly with hydrochloric acid. After removal of alkaline minerals, uranium ore was leached by microbial sulfuric acidic tank leaching process. The results show that uranium in uranium ore with larger grain size (>5 mm) is hard to be extracted. Uranium recovery rate of 91.2% can be obtained after removal of larger sized grains and at least 65% of alkaline substances.Key words: low-grade uranium ore with high alkaline minerals bearing; grain size; microbiological leaching; acidic tank leaching我国铀冶金工艺主要包括原地浸出、井下爆破堆浸、堆浸、搅拌浸出及生物浸出等1-4。但随着铀矿品位不断下降、矿石成分越来越复杂，生产成本也逐渐增加5。某铀矿山碱性铀矿石所占比例越来越高，导致耗酸率急剧上升至高达20%以上，铀浸出率明显下降，仅为70%左右。在高硫酸浸出工艺中出现石膏板结现象6，影响了正常的浸铀进程。为解决这一问题，本项研究针对该矿生产的高碱贫铀矿（CO2含量加权平均值为5.69%，铀平均品位0.1%）进行了碱性矿物去除试验和生物浸铀试验，以探索出一条可行的工艺路线。1 试验原料及方法矿石取自我国华东某铀矿床，矿石中绿泥石、磷灰石含量较高7，通常采用碱浸工艺处理，以尽量降低试剂的消耗量。但是磷灰石在碱性介质中仍难以分解，即使在加温加压条件下（如180 、氧分压0.4 MPa、加入KMnO4），浸出效果仍不理想，被其包裹或呈类质同象存在的铀难以浸出。常规的酸法搅拌浸出由于耗酸物质较多，且需要较高的余酸，而导致浸出剂成本较高，也容易造成石膏沉淀6，导致浸出率达不到要求。另外，采用浮选也难以实现碳酸盐矿物碱法浸出与磷酸盐矿物酸法浸出分开进行7。因此，本文采用先去碱再用微生物酸法浸铀工艺。本试验所用矿石的粒径组合及相应的铀品位分析结果如表12所示。表1 矿样粒径及铀含量分析结果Table 1 Analysis results of ore sample size and uranium content粒径/mm比例/%质量/kgUT/%>5.0026.478.250.100 62.505.0032.3410.080.092 91.252.5012.063.760.092 10.601.2512.163.790.104 60.300.608.602.680.133 80.150.305.311.650.104 20.0750.151.950.610.109 0<0.0751.120.350.112 2组合样100.031.170.108 2收稿日期：2013-10-08基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）项目（2012AA061504）；科技部国际合作项目（2011DFR60830）作者简介：王鹏（1987-），男，江苏淮安人，硕士研究生；通信作者：孙占学（1962-）男，江西修水人，博士生导师.表2 矿样化学成分分析结果Table 2 Chemical composition of ore samples /%粒径/mmUTCO2S2-FeOFe2O3Al2O3P2O5F-5.000.100 66.365 60.269 11.277 11.315 31.725 10.887 21.409 82.505.000.092 96.037 60.162 21.152 82.517 62.265 81.409 51.568 91.252.500.092 15.731 80.110 31.088 51.786 12.317 51.446 61.594 80.601.250.104 65.642 20.140 41.239 62.160 61.711 91.304 71.344 30.300.600.133 85.302 30.103 61.016 12.323 72.099 11.656 41.218 00.150.300.104 25.696 40.154 11.394 31.965 81.723 41.360 41.461 00.0750.150.109 05.476 40.236 61.227 52.541 62.239 71.610 71.683 80.0750.112 25.283 20.277 11.532 32.983 82.029 01.991 91.974 5组合样0.108 25.195 30.176 01.241 12.590 22.076 31.457 61.323 2从表1可以看出，大粒径（5mm）矿石所占比重偏大，且大粒径矿石的铀品位与组合样近似。为了解大粒径矿石对浸出率的影响，有必要设计一组去除大粒径矿石的对照试验。从表2可以看出，该矿石中CO2含量高达5%以上，明显属于高碱性矿石。而CO2主要以碳酸钙形式存在，大量使用硫酸浸矿时，必然会导致石膏板结现象的产生。这对传统酸法和细菌浸矿工艺都不利。因此，在正常浸铀前，对该矿石先进行去碱除钙作业8，才能保证获得满意的铀的浸出率。试验主要设备和仪器有：1台充气泵、3个300 mm×300 mm有机玻璃反应槽、3个100 mm×1 000 mm有机玻璃离子交换柱、pH和Eh计、HACH矿化度测定仪、分光光度计等。采用氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌混合菌种。此菌种可在pH 1.80条件下快速生长4，适应性好，在pH 1.20 时也能缓慢生长。菌种采用9K培养基和矿石酸化液培养驯化9，控制pH在1.80左右，总铁5 g/L左右，过吸附柱的尾液为培养基。本研究共设3组试验，试验编号分别为JU1、JU2、JU3，每组试验均分为去碱和浸铀两个部分。去碱阶段各组试验的设计参数如表3所示，浸铀阶段菌液Fe3+浓度5 g/L，起始硫酸浓度15 g/L。表3 试验设计参数Table 3 Experimental design parameters编号粒径/mm矿量/kg起始盐酸浓度/(g·L-1)JU1522.923.65JU21031.173.65JU31031.1710.001)池浸方法的作用时间比喷淋长。第一次加液时，各试样的溶浸液加入量一致。进液时，注意不要过猛。浸泡过程中，注意观察记录矿样高度的变化和产生气泡的现象，并予以详细描述。2)每浸泡12 h后换液1次，并记为1个回次。尽量控制放液量一致，并基本等于进液量。3)测定每个回次浸出液的Ca2+、Fe2+、Fe3+、全铀UT浓度，及Eh、pH、矿化度和电导等，记录耗酸量。试验结束时选择代表性水样，进行水质分析，测试项目包括：pH、Eh、电导、矿化度、酸度，以及铀、Cl-、SO42-、PO43-、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Fe2+、Fe3+、Al、Si等的浓度。2 试验结果与分析去碱试验共用时37.3 d，浸铀部分共用时27.1 d，整个试验共用时64.4 d。主要考察粒径、碳酸钙累计浸出率对铀累计浸出率与耗酸率的影响。试验结果如图13所示。图1 碳酸钙的累计浸出率Fig.1 Cumulative leaching rate of calcium carbonate图2 铀的累计浸出率Fig.2 Cumulative leaching rate of uranium图3 累计耗酸率Fig.3 Cumulative acid consumption rate从试验结束后的出渣情况看，JU1有少量红色板结物，JU2出现较大块的红色板结物；JU3渣样无明显板结。结合试验数据来看，JU3的碳酸钙累计浸出率大于70%，而JU1和JU2的碳酸钙累计浸出率分别约为60%和50%。由此推断，在去碱阶段，盐酸的起始浓度高有利于碱性物质的去除，而碱性物质的去除率对矿样板结可能起决定性作用，当碳酸钙累计浸出率大于60%时，基本可避免浸铀阶段板结现象的出现。从图1可以看出，不同起始盐酸浓度的去碱能力不同，10 g/L的试验组强于3.65 g/L的试验组。同样起始盐酸浓度的试验组，5 mm粒组的去碱效果比全粒径（10 mm）的好。说明起始盐酸浓度、矿样粒径对去碱有重要影响。由图2可见，5 mm粒组的矿样(JU1)，铀浸出率比全粒径10 mm矿样的效果好，JU1的液计浸率达91%，而全粒径矿样JU2、JU3的液计铀浸出率分别仅为74%和76%，说明大粒径中的铀不易被浸出。在全粒径的2组试验中，起始盐酸浓度大的比小的浸铀效果略好，但均不理想。由图3可知，本次试验主要耗酸是在去碱阶段，浸铀阶段采用微生物浸铀，耗酸相对较小。各组试验曲线的斜率在去碱和浸铀两部分都是前大后小，说明各阶段都是前期的耗酸要比后期的大，特别是前20天的酸液酸化阶段，占耗酸率的绝大部分。主要原因是利用盐酸去除矿物中的碱性物质（主要是碳酸钙）的同时，需要将矿石进行酸化至pH 2.0以下，这时才可以开始进行微生物浸出。3组试验浸铀阶段最高耗酸率为4.28%。试验结束时，JU1浸出率最高，达91.2%，其耗酸为16.3%，明显低于传统酸法工艺（耗酸率20%以上）。4 结论1）将高碱贫铀矿石中大部分碱性物质去除后，再采用微生物酸法池浸工艺进行铀的浸出是可行的。2）碱性物质的去除率对铀的浸出有直接影响，其去除率达到65%以上时，基本可以避免板结现象，后续铀浸出率可以达到91%左右，耗酸率明显低于传统酸法工艺。3）适当减小大粒径（>5 mm）矿石粒径，有助于提高铀的浸出率。参考文献1 李开文. 中国铀矿开采技术特点及发展水平J. 中国矿业，2002，11（1）：23-27.2 曾毅君，牛玉清，张飞凤，等. 中国铀矿冶生产技术进展综述J. 铀矿冶，2003，22（1）：24-27.3 阙为民，王海峰，牛玉清，等. 中国铀矿采冶技术发展与展望J. 中国工程科学，2008，9（3）：44-53.4 张亚鸽，孙占学，史维俊. 某铀矿石微生物浸出工艺试验研究J. 有色金属(冶炼部分)，2010(5)：32-35.5 苑俊廷，孙占学. 细菌堆浸浸铀技术的发展及展望J. 中国矿业，2008，17(6)：45-46.6 焦学然，孙占学，张霞. 某高矿化度砂岩型铀矿地浸开采堵塞机理的研究J. 有色金属(冶炼部分)，2013(8)：25-28.7 张洪利，康绍辉，程威，等. 某难处理铀矿石强化堆浸工艺研究J. 铀矿冶，2012，31（4）：178-182.8 文冬林，赵志斌，孙占学，等. 某碱性铀矿盐酸除碳酸钙对比试验J. 有色金属(冶炼部分)，2013（4）：36-38.9 赵志斌，文冬林，孙占学，等. 某铀矿石微生物柱浸翻柱对比试验J. 有色金属(冶炼部分)，2013（5）：31-34.