CN105714115B - 一种碳硅泥岩型铀矿石细菌浸铀方法 - Google Patents

一种碳硅泥岩型铀矿石细菌浸铀方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种碳硅泥岩型铀矿石细菌浸铀方法，包括以下步骤：（1）将有机碳含量大于等于12.57%，硫含量大于等于1.18%，铁含量大于等于4.19%的碳硅泥岩型铀矿石破碎至粒度小于30mm；（2）从目标碳硅泥岩型铀矿区采集的酸性矿坑水及铀矿石中富集获得了活性混合菌群，该混合菌能在pH为1.7‑2的环境中，二价铁氧化速率达0.22±0.02g/(L·h)；（3）将破碎后的矿石装入试验柱，进行硫酸酸化浸铀；（4）将制备的细菌氧化剂喷淋至酸化预浸出后的矿石中进行细菌氧化浸铀；（5）将吸附尾液循环喷淋至细菌氧化浸出后的铀矿石中进行尾液氧化浸铀。具有能耗低、铀回收率高、环境友好等特点。

Description

一种碳硅泥岩型铀矿石细菌浸铀方法
技术领域
本发明属于微生物湿法冶金技术领域，涉及一种从低品位碳硅泥岩型铀矿石中细菌高效浸铀的方法。
背景技术
铀资源既是我国国防建设所急需的战略物资，又是经济建设中必不可少的能源物质。碳硅泥岩型铀矿是我国四大类型铀矿之一，其中含铀黑色岩系型属于我国非常规铀资源类型，泥岩层位稳定，厚度大，内富含有机质、黄铁矿、泥质、硅质和磷质，铀含量主要介于0.01 %～0.05 %，在我国有着相当储量且广泛的分布。
由于碳硅泥岩型铀矿石还原程度较高、矿石铀品位低、富含有机质、黄铁矿常与铀矿物伴生，采用传统常规浸出工艺难度大、成本高，使该类铀矿石广泛开发利用受到了技术上的限制。有研究报道（吴培生等，铀矿冶，1983年第2期第3卷），采用氧化焙烧酸法浸出、浮选、化学氧化剂和碱性条件下加压空气氧化等方法提取铀资源，但在经济上是不可行的。由此可见，碳硅泥岩型铀矿采冶技术还有待进一步优化创新。
微生物冶金技术是利用微生物及其代谢产物对某些矿物（尤其是硫化矿）和元素所具有的氧化、还原、溶解、吸收（吸附）等作用，从矿石中溶浸目标矿物的技术，在降低成本、减轻环境污染以及资源循环利用等方面有独特的优势。在常温、常压条件下，细菌细能将矿石中的黄铁矿氧化成硫酸和硫酸高铁氧化剂，用于浸出矿石中的铜和铀。在浸出金属过程中，硫酸高铁被还原为硫酸亚铁，可再被细菌载化成硫酸高铁氧化剂，如此循环进行浸矿。
发明内容
本发明提供一种低品位碳硅泥岩型铀矿石细菌高效浸铀方法，通过该方法与化学氧化剂浸出方法对比，可缩短浸出时间、提高铀浸出率（降低渣品位），有利于低品位碳硅泥岩型铀矿石的有效回收，扩大铀资源利用率。
本发明是通过以下技术方案实现的，一种碳硅泥岩型铀矿石细菌浸铀方法，以低品位碳硅泥岩型铀矿石为原料，包括以下步骤：
（1）矿石破碎：将有机碳含量大于等于12.57%，硫含量大于等于1.18%，铁含量大于等于4.19%的碳硅泥岩型铀矿石破碎至粒度小于30mm；
（2）细菌氧化剂的制备：从目标碳硅泥岩型铀矿区采集的酸性矿坑水及铀矿石中富集获得了活性混合菌群，该混合菌能在pH为1.7-2的环境中，二价铁氧化速率达0.22±0.02g/(L·h)；
（3）硫酸酸化浸铀：将经步骤（1）破碎后的矿石装入试验柱，进行硫酸酸化浸铀；
（4）细菌氧化浸铀：将经步骤（2）培养制备的细菌氧化剂喷淋至经步骤（3）酸化预浸出后的矿石中进行细菌氧化浸铀；
（5）尾液喷淋浸铀：将吸附尾液循环喷淋至经步骤（4）细菌氧化浸出后的铀矿石中进行尾液氧化浸铀。
进一步，包括以下步骤：
（1）矿石破碎：将有机碳含量大于等于12.57%，硫含量大于等于1.18%，铁含量大于等于4.19%的碳硅泥岩型铀矿石破碎至粒度小于30mm；
其中粒径15～30mm比例占76.8%，粒径小于15mm比例占23.3%；
（2）细菌氧化剂的制备：从目标碳硅泥岩型铀矿区采集的酸性矿坑水及铀矿石中富集获得了活性混合菌群，该混合菌能在pH值为1.7-2.0的环境中，二价铁氧化速率达0.22±0.02g/(L·h)；以铀矿石酸化吸附尾液作为菌液培养基，进行逐级尾液驯化扩大后，按20%比例接种于细菌氧化槽中进行菌液培养制备，为细菌浸铀阶段提供充足的细菌高铁氧化剂；
（3）硫酸酸化浸铀：将经步骤（1）破碎后的矿石装入试验柱，进行硫酸酸化浸铀，其中：溶浸液为硫酸溶液，初始硫酸酸度为10g/L，喷淋量质量比为10%，喷淋强度为3.5L/(h·m2)，喷淋时间为24h，进行酸化预浸出铀，控制浸出体系pH值稳定在2.0以下，一方面为细菌的生长繁殖提供适宜环境，另一方面避免产生铁矾沉淀，对铀浸出不利；
（4）细菌氧化浸铀：将经步骤（2）培养制备的细菌氧化剂喷淋至经步骤（3）酸化预浸出后的矿石中进行细菌氧化浸铀，其中：溶浸剂为自养型细菌的硫酸高铁溶液，自养型细菌包括氧化亚铁硫杆菌，溶液氧化还原电位Eh值大于500mV，硫酸酸度为3g/L，喷淋量质量比为5%，喷淋强度为3.5L/(h·m2)，喷淋时间为12h，进行细菌氧化浸出铀，通过细菌硫酸高铁氧化剂氧化矿石中较难浸出的四价铀，强化铀的浸出；浸出液经离子交换树脂吸附柱吸附铀后，产生的吸附尾液用于培养细菌，如此循环，减少了尾液的排放量，有利于环境保护；
（5）尾液喷淋浸铀：将吸附尾液循环喷淋至经步骤（4）细菌氧化浸出后的铀矿石中进行尾液氧化浸铀，其中：溶浸剂为含硫酸高铁的吸附尾液，尾液氧化还原电位Eh值大于500mV，硫酸酸度为2-3g/L，喷淋量质量比为5%，喷淋强度为3.5L/(h·m2)，喷淋时间为12h，进行吸附尾液氧化浸铀，通过含硫酸高铁吸附尾液的循环利用，减少对细菌氧化剂的使用，降低成本。
更进一步，活性混合菌群包括自养型铁氧化菌及硫氧化菌。
更进一步，菌液培养过程中，控制总铁浓度在5g～10g/L左右，当Fe2+氧化率达到95%以上或Eh值为500mV时视为菌液活性达到要求。
更进一步，硫酸酸化浸铀工艺中，一是采用逐级梯度降酸方法，控制酸化酸度为10-5g/L，当浸出液pH=1.8时，采用尾液循环喷淋，当浸出液pH值维持在2.0以下时，酸化阶段结束，转入细菌浸铀阶段；二是酸化液循环利用，保持10%的尾液水排出和清水补给，以达到节省硫酸和用水量的目的。
更进一步，细菌氧化浸铀工艺中，一是菌液培养制备采用吸附尾液进行曝气充氧活化培养，菌液∑Fe=5 g/L，Fe3+比例为90%以上，Eh值在500mV以上，喷淋溶浸液pH值≤1.8，浸出液pH值≤2.0；二是当浸出液Fe3+浓度≧溶浸剂Fe3+浓度，且进出液∑Fe浓度≧溶浸剂∑Fe浓度时，即视为矿石内植菌成功，转入尾液喷淋浸铀阶段。
本发明的优势在于：
（1）与传统化学浸铀方法相比，本方法具有能耗低、铀回收率高、环境友好等特点，并能够处理传统冶金方法不能或难以处理的低品位碳硅泥岩型铀矿等非常规铀矿资源，扩大资源利用率。
（2）利用从碳硅泥岩铀矿石中分离出的活性混合菌群(主要为自养型铁氧化菌及硫氧化菌)，能够适应高有机含量铀矿石的浸出体系，并能氧化利用矿石中的黄铁矿进行产酸和三价铁氧化剂，避免了大量硫酸和氧化剂的使用，同时减轻了对环境的污染。
（3）工艺操作简单，投资小，化学试剂消耗少，硫酸亚铁使用量为零，溶液中的铁完全来自矿石中铁矿物的溶出。
附图说明
图1为本发明碳硅泥岩型铀矿石细菌浸铀的主要工艺流程图。
图2为本发明细菌浸出和化学氧化剂浸出对比铀浸出率和浸出液Eh值曲变化规律图。
图3为本发明铀浸出率和浸出液Eh值曲变化规律图。
具体实施方式
本发明通过下面的实施例可以对本发明作进一步的描述，然而，本发明的范围并不限于下述实施例。
实施例1
试验条件：采用江西省九江市修水地区碳硅泥岩型铀矿石，进行细菌浸出和化学氧化剂浸出对比试验，柱子直径30cm，柱高为120cm，矿石重量58kg，矿石粒度-30mm，原矿铀品位分别为0.0353%和0.0328%。矿石中有机碳含量为12.57%，Fe2O3和FeO所占比列分别为3.94%和0.252%。
条件控制：细菌浸出：采用细菌氧化剂，化学浸出：铀矿石灭菌后加入3%氯酸钠氧化剂。采用本发明步骤（1）-（5），进行浸铀对比试验。
试验结果：浸铀时间为71d，两者矿渣铀品位分别为0.0114%和0.0134%，渣计铀浸出率分别为67.71%和59.15%，耗酸量分别为0.35%和0.58%。铀浸出率随时间变化曲线见图2，结果表明在相同浸出周期的条件下，采用细菌浸出方法较化学浸出方法铀浸出率可以提高8.56%，硫酸亚铁使用量为零，自养型细菌能氧化利用矿石中的黄铁矿进行产酸和三价铁氧化剂，避免了大量硫酸和氧化剂的使用，降低了成本，同时减轻了对环境的污染。从图中还可以看出，试验进行到30天时，细菌浸出液Eh值大于500mV，表明柱内植菌成功，后期进行尾液循环喷淋浸铀。而化学氧化剂浸出方法则一直需要投加3%的氯酸钠氧化剂来维持溶液的Eh值。从而，可以显现本方法较化学浸出方法具有明显的铀浸出率高、成本低和环境污染小的优势。
实施例2
试验条件：采用江西省九江市修水地区碳硅泥岩型铀矿石，柱子直径30cm，柱高为180cm，矿石重量120kg，矿石粒度-30mm，原矿铀品位为0.0252%。矿石中有机碳含量为13.10%，Fe2O3和FeO所占比列分别为4.00%和0.236%，硫含量为1.18%。
条件控制：采用本发明步骤（1）-（5），进行细菌浸铀试验。
试验结果：浸铀时间为150d，矿渣铀品位0.00782%，渣计铀浸出率68.97%，耗酸量0.27%。铀浸出率随时间变化曲线见图3，从图中可以看出，在酸化浸出前期铀溶出速率较快，这是由于矿石中六价铀被酸液快速溶出，之后铀浸出率逐渐缓慢，第21天加菌进入细菌浸铀阶段，铀浸出率曲线维持一定的浸出斜率，此时浸出液的Eh值也不断上升，第93天浸出液Eh值维持在500mV以上，浸出液Fe3+浓度明显增加并大于进液Fe3+浓度，说明柱内柱内铁氧化菌的活性很强，植菌成功，转入尾液喷淋浸铀阶段，此时浸出液Eh值维持在500mV以上，有利于铀的氧化浸出。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式来实现本发明，比如下述范围内的有效值或非限制性的其他具体形式。包括以下步骤：
（1）矿石破碎：将有机碳含量大于等于12.57%，硫含量大于等于1.18%，铁含量大于等于4.19%的碳硅泥岩型铀矿石破碎至粒度小于30mm，其中粒径15～30mm比例占76.8%，粒径小于15mm比例占23.3%。
（2）细菌氧化剂的制备：从目标碳硅泥岩型铀矿区采集的酸性矿坑水及铀矿石中富集获得了活性混合菌群(主要为自养型铁氧化菌及硫氧化菌)，该混合菌能在pH为1.7左右的环境中，二价铁氧化速率达0.22g/(L·h)左右。以铀矿石酸化吸附尾液作为菌液培养基，进行逐级尾液驯化扩大后，按20%比例接种于细菌氧化槽中进行菌液培养制备，为细菌浸铀阶段提供充足的细菌高铁氧化剂。培养过程中，控制总铁浓度在5g～10g/L左右，当Fe2+氧化率达到95%以上或Eh值为500mV时视为菌液活性达到要求。
（3）硫酸酸化浸铀：将经步骤（1）破碎后的矿石装入试验柱，进行硫酸酸化浸铀。工艺条件为：溶浸液为硫酸溶液，初始硫酸酸度为10g/L，喷淋量为10%（质量比），喷淋强度为3.5L/(h·m2)，喷淋时间为24h，进行酸化预浸出铀，目的是消耗矿石中所含的耗酸脉石矿物，控制浸出体系pH值稳定在2.0以下，一方面为细菌的生长繁殖提供适宜环境，另一方面避免产生铁矾沉淀，对铀浸出不利。
控制要点：1）采用逐级梯度降酸方法，控制酸化酸度为10-5g/L，当浸出液pH=1.8时，采用尾液循环喷淋，当浸出液pH值维持在2.0以下时，酸化阶段结束，转入细菌浸铀阶段。2）酸化液循环利用，保持10%的尾液水排出和清水补给，以达到节省硫酸和用水量的目的。
（4）细菌氧化浸铀：将经步骤（2）培养制备的细菌氧化剂喷淋至经步骤（3）酸化预浸出后的矿石中进行细菌氧化浸铀。工艺条件为：溶浸剂为含氧化亚铁硫杆菌等自养型细菌的硫酸高铁溶液，溶液Eh值（氧化还原电位）大于500mV，硫酸酸度为3g/L，喷淋量为5%（质量比），喷淋强度为3.5L/(h·m2)，喷淋时间为12h，进行细菌氧化浸出铀，目的是通过细菌硫酸高铁氧化剂氧化矿石中较难浸出的四价铀，强化铀的浸出。浸出液经离子交换树脂吸附柱吸附铀后，产生的吸附尾液用于培养细菌，如此循环，减少了尾液的排放量，有利于环境保护。
控制要点：1）菌液培养制备采用吸附尾液进行充氧活化培养，菌液∑Fe=5 g/L，Fe3+比例为90%以上，Eh值在500mV以上，喷淋溶浸液pH值≤1.8，浸出液pH值≤2.0。2）当浸出液Fe3+浓度≧溶浸剂Fe3+浓度，且进出液∑Fe浓度≧溶浸剂∑Fe浓度时，可视为矿石内植菌成功，转入尾液喷淋浸铀阶段。
（5）尾液喷淋浸铀：将吸附尾液循环喷淋至经步骤（4）细菌氧化浸出后的铀矿石中进行尾液氧化浸铀。工艺条件为：溶浸剂为含硫酸高铁的吸附尾液，尾液Eh值（氧化还原电位）大于500mV，硫酸酸度为2-3g/L，喷淋量为5%（质量比），喷淋强度为3.5L/(h·m2)，喷淋时间为12h，进行吸附尾液氧化浸铀，目的是通过含硫酸高铁吸附尾液的循环利用，减少对细菌氧化剂的使用，降低成本。

Claims (2)

1.一种碳硅泥岩型铀矿石细菌浸铀方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）矿石破碎：将有机碳含量大于等于12.57%，硫含量大于等于1.18%，铁含量大于等于4.19%的碳硅泥岩型铀矿石破碎，所述破碎后的碳硅泥岩型铀矿石中粒径15～30mm比例占76.8%，粒径小于15mm比例占23.3%；
（2）细菌氧化剂的制备：从目标碳硅泥岩型铀矿区采集的酸性矿坑水及铀矿石中富集获得了活性混合菌群，该混合菌能在pH为1.7-2的环境中，二价铁氧化速率达0.22±0.02g/(L·h)；以铀矿石酸化吸附尾液作为菌液培养基，进行逐级尾液驯化扩大后，按20%比例接种于细菌氧化槽中进行菌液培养制备，为细菌浸铀阶段提供充足的细菌高铁氧化剂；
所述活性混合菌群包括自养型铁氧化菌及硫氧化菌；
（3）硫酸酸化浸铀：将经步骤（1）破碎后的矿石装入试验柱，进行硫酸酸化浸铀，其中：溶浸液为硫酸溶液，初始硫酸酸度为10g/L，喷淋量质量比为10%，喷淋强度为3.5L/(h·m2)，喷淋时间为24h，进行酸化预浸出铀，控制浸出体系pH值稳定在2.0以下，一方面为细菌的生长繁殖提供适宜环境，另一方面避免产生铁矾沉淀，对铀浸出不利；
所述硫酸酸化浸铀中，一是采用逐级梯度降酸方法，控制酸化酸度为10-5g/L，当浸出液pH=1.8时，采用尾液循环喷淋，当浸出液pH值维持在2.0以下时，酸化阶段结束，转入细菌浸铀阶段；二是酸化液循环利用，保持10%的尾液水排出和清水补给，以达到节省硫酸和用水量的目的；
（4）细菌氧化浸铀：将经步骤（2）培养制备的细菌氧化剂喷淋至经步骤（3）酸化预浸出后的矿石中进行细菌氧化浸铀，其中：溶浸剂为自养型细菌的硫酸高铁溶液，自养型细菌包括氧化亚铁硫杆菌，溶液氧化还原电位Eh值大于500mV，硫酸酸度为3g/L，喷淋量质量比为5%，喷淋强度为3.5L/(h·m2)，喷淋时间为12h，进行细菌氧化浸出铀，通过细菌硫酸高铁氧化剂氧化矿石中较难浸出的四价铀，强化铀的浸出；浸出液经离子交换树脂吸附柱吸附铀后，产生的吸附尾液用于培养细菌，如此循环，减少了尾液的排放量，有利于环境保护；
所述细菌氧化浸铀中，一是菌液培养制备采用吸附尾液进行曝气充氧活化培养，菌液∑Fe=5g/L，Fe3+比例为90%以上，Eh值在500mV以上，喷淋溶浸液pH值≤1.8，浸出液pH值≤2.0；二是当浸出液Fe3+浓度≧溶浸剂Fe3+浓度，且浸出液∑Fe浓度≧溶浸剂∑Fe浓度时，即视为矿石内原位植菌成功，转入尾液喷淋浸铀阶段；
（5）尾液喷淋浸铀：将吸附尾液循环喷淋至经步骤（4）细菌氧化浸出后的铀矿石中进行尾液氧化浸铀，其中：溶浸剂为含硫酸高铁的吸附尾液，尾液氧化还原电位Eh值大于500mV，硫酸酸度为2-3g/L，喷淋量质量比为5%，喷淋强度为3.5L/(h·m2)，喷淋时间为12h，进行吸附尾液氧化浸铀，通过含硫酸高铁吸附尾液的循环利用，减少对细菌氧化剂的使用，降低成本。
2.根据权利要求1所述的一种碳硅泥岩型铀矿石细菌浸铀方法，其特征在于，菌液培养过程中，控制总铁浓度在5g～10g/L左右，当Fe2+氧化率达到95%以上或Eh值为500mV时视为菌液活性达到要求。
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