酸化酸度对微生物浸铀的影响

李 江， 刘亚洁， 郑志宏， 袁宝华， 沈 川， 史维浚

(东华理工大学，江西抚州 344000)

酸化酸度对微生物浸铀的影响

李 江， 刘亚洁， 郑志宏， 袁宝华， 沈 川， 史维浚

(东华理工大学，江西抚州 344000)

通过对酸化起始酸度和浸出率的分析，初步探讨了酸化酸度与微生物浸铀的酸耗及铀的浸出率之间的关系。结果表明，较高的起始酸度可明显提高铀的浸出率。对于不同的矿石，应采取不同的起始酸度，但酸化的起始酸度不宜过低，否则对缩短浸出时间和提高浸出率不利，30～40 g/L的硫酸作为起始酸度比较合适，如矿石粒度较大，应考虑用30 g/L以上的硫酸起始酸化。

微生物浸铀;酸化;酸化酸度;浸出率;耗酸率

李江，刘亚洁，郑志宏，等.2012.酸化酸度对微生物浸铀的影响［J］.东华理工大学学报：自然科学版，35(3)：246-249.

Li Jiang，Liu Ya-jie，Zheng Zhi-hong，et al.2012.Influence of acidified acidity to uranium bioleaching［J］.Journal of East China Institute of Technology(Natural Science)，35(3)：246-249.

微生物冶金技术具有成本低、金属提取率高和环境友好等优点，被广泛应用于处理低品位、难处理的矿石以及尾矿等(胡凯光等，2004;刘金辉等，2006;樊保团等，2002)。常规微生物堆浸均在酸性条件下进行。铀矿石微生物堆浸过程中，首先要用硫酸溶液处理铀矿石，使矿堆的pH值降低以适合冶金微生物生长，利于铀的浸出，且不使三价铁沉淀，这个过程一般称为酸化过程。酸化过程中使用的硫酸酸度对整个浸出过程具有很大的影响，本研究拟通过实验室浸铀试验的比较分析，探讨酸化时酸化酸度对微生物浸铀效率的影响。

1 试验材料与方法

1.1 某矿低品位铀矿石微生物柱浸试验

1.1.1 试验矿样

试验前将所有矿石充分混匀后筛分，并将筛分所得各粒径矿石取样分析其铀含量，矿石粒度及铀含量分析结果见表1。将所得各粒径铀含量按加权平均法计算，得出矿样加权平均铀含量为0.024 5%，试验液计浸出率均按此含量计算。

1.1.2 试验方法

设计试验柱4个，编号分别为 A，B，C，D。各柱矿石重量均为45 kg。试验矿样采用粒径配制法，即按表1中各粒径所占比例计算称取配制45 kg矿石所需各粒径的重量，然后将其混合组成试验矿样并装柱。试验按照表2方案进行酸化。酸化结束后开始菌浸，菌浸按表3方案进行。

表1 铀矿石粒度及铀含量分析Table 1 Particle size and uranium content analysis of uranium minerals

1.2 某矿含钛铀矿石与不同浓度硫酸溶液作用试验

1.2.1 试验矿样

试验所用铀矿石样品的铀品位为0.279%，矿石的粒径小于5 mm，粒度分析结果见表4。

表2 各矿柱酸化方案Table 2 Experiment design of acidification

表3 各矿柱菌浸方案Table 3 Experiment design of bioleaching

表4 矿石粒度分析结果Table 4 The analyse of particle sizes

1.2.2 试验方法

(1)按表4所示粒径比例配制试验矿样，每试样重500 g，向每个试样中分别加入 5，10，20，40 g/L的硫酸溶液1 000 ml，液固比2∶1。每试样做3个重复，共12个。每天摇匀1次，随后测定各试样的pH值和余酸，并根据溶液pH值补加硫酸至上述各样的设计酸度。分别在浸泡第1，2，4，7，14和21 d取样分析 Eh，pH，U，Fe2+，Fe3+，Al3+等参数。

(2)将5 g/L和40 g/L硫酸溶液浸泡的两组矿石试样在21 d时以含5 g/L Fe3+的活性菌液替代酸液，并维持原有酸度继续浸泡3 d，每天取样分析其铀浓度。

2 试验结果与分析

(1)采用表2酸化方案对矿石进行酸化，表3菌浸方案进行微生物浸铀，浸出结果列于表5。

表5 各柱浸出情况Table 5 Bioleaching results of each columns

由表5数据可以看出，以40 g/L的硫酸起始酸化的D柱，其浸出率远高于(高10%左右)以20 g/L的硫酸起始酸化的A，B，C三柱。且前期酸化酸度较低时，即使在浸出后期补加强酸，浸出效果仍然不佳。综合考虑硫酸(600元/t)和铀的价格(700元/kg)及资源回收率，则强酸起始酸化的D柱其综合经济效益优势明显。

表6 浸出71 d时A柱和D柱的酸耗及浸出率Table 6 Acid consumption and uranium leaching rate of column A and D at the 71st day

由表6可见，采用40 g/L硫酸酸化矿石有利于铀的快速浸出，若浸出截至到第71 d(即不考虑后期加40 g/L酸液强化浸出)，40 g/L硫酸酸化的D柱与20 g/L硫酸酸化的A柱相比，酸耗仅增加0.28%，浸出率却高出6.47%，优势相当明显。

图1 不同浓度硫酸浸泡条件下铀的浸出率比较Fig.1 Comparison of uranium leach rate soaked with different acid concentration

(2)图1为四组不同硫酸浓度条件下浸泡同种铀矿石21 d的过程中铀浸出率比较曲线。四组试验均通过分别补酸以维持其不同的酸度条件。由图1可见，每组3个平行样的一致性较好，四组试验中铀浸出率增加趋势相近，在14 d时接近峰值，之后铀浸出过程趋于平稳，铀浸出率趋于最大值。但不同酸度条件下，随酸度增大，铀的浸出率明显增大。试验结果同时显示，对生物浸出过程有利的二价铁溶出量也随酸度的增加而大幅增加。与此同时，对细菌浸出不利的钙、铝、氟等离子的溶出量也同时大幅增加(未附数据)，但这些不利因素均可通过适当的工艺措施得到解决。

为了比较微生物溶浸作用分别在低酸酸化和高酸酸化条件下的浸出效果，本试验在浸出21 d后，分别以5 g/L组和40 g/L组为研究对象，维持液固比和酸度不变的情况下，换用含5 g/L三价铁的溶浸菌液继续浸泡3 d，5 g/L组和40 g/L组最终平均铀浓度分别为581.25 mg/L和439.76 mg/L。微生物溶浸液浸泡后5 g/L组体系中铀浓度相对较高，主要原因是在酸化过程中矿石中残余铀量远高于40 g/L组所致。而比较总铀浸出率，40 g/L组总的液计浸出率则约为5 g/L组的1.6倍。

(3)“某铀矿石微生物浸铀酸度试验”结果分析。翟东亮等(2010)分析，以10 g/L硫酸起始酸化的S1柱酸化时间长达63 d。过长的酸化时间，不利于及早进入菌浸阶段，发挥细菌利用黄铁矿产酸产氧化剂(三价铁)的优势，降低了微生物浸铀的效果。30 g/L硫酸起始酸化的S3柱虽然酸耗比S1柱高1.44%，但其渣计浸出率比S1柱高5.38%，经济效益和资源回收率明显好于S1柱;而且其液固比也比S1柱低了近32%，溶浸液提升的动力消耗和污水处理费用降低很多，平均铀浓度也大大高于S1柱，有利于后续的吸附处理(表7，8)。

表7 试验结果Table 7 Experiment result

表8 各柱矿渣分析结果Table 8 Analysis result of slag

由表8数据可见，各柱粒径小于5 mm的矿渣中铀含量相差不大，但大于5 mm的矿渣的铀含量，S3柱远低于其它两柱。这一结果说明必要强度的硫酸溶液对于大粒径矿石中铀矿物的暴露和浸出是必须的。

3 小结与讨论

分析上述3个酸化酸度对铀矿石生物浸出的影响的试验可以看出，酸化过程中采用较高浓度的硫酸，对于缩短浸出周期，降低液固比，提高铀的浸出率具有重要作用。这一工艺参数对于微生物浸铀过程是至关重要的。不同的矿石类型，这一酸度会有所不同，可通过预试验进行确定。就以上3个试验的铀矿石类型而言，以30～40 g/L甚至更高浓度的硫酸起始酸化，对于整个微生物浸出是有利的，也是必要的。

就致密型铀矿石颗粒而言，目的矿物的赋存状态有四种:直接暴露于矿粒表面的，通过矿粒内部的微裂隙与矿粒表面相通的，被可与浸出剂反应的围岩矿物所包裹的和被惰性围岩矿物所包裹的(李青松等，2005)。对于前两种赋存状态的目的矿物，溶浸液能够接触到目的矿物，特别是矿石粒径较小时，这两类目的矿物比例较大，容易浸出;第四种状态的矿物属于不能浸出的目的矿物;第三种赋存状态的目的矿物则只有当围岩矿物被渗入的溶浸液侵蚀后才能与浸出剂接触反应，这就需要适当强度的酸液作用以溶解包裹目的矿物的围岩矿物。

铀矿石微生物浸出的酸化阶段采用适当强度的硫酸进行酸化，有助于增加矿石的孔隙度，扩大铀矿物的暴露面积，加快铀的浸出，并为下一步的菌浸提供更为有利的环境介质条件。缩短酸化时间，及早进行菌浸，延长菌在堆中的作用时间，更多地利用矿石中的黄铁矿产酸产三价铁，节省溶浸试剂，而且可以降低尾渣中的黄铁矿含量，减轻尾渣的返酸。很多铀矿物是和黄铁矿伴生，细菌对黄铁矿的利用，可进一步加剧铀矿物的暴露，加强铀的浸出，从而进入良性循环，提高浸出率。

以一个5 000 t的铀品位为0.1%的矿堆为例，以铀产品价格70万元/t，硫酸600元/t计算，假设高酸酸化比低酸酸化浸出率提高5%，酸耗增加2%，不计其它影响，则前者比后者多产生效益17.5万元，多增加成本6万元，净增效益11.5万元。可见，较高酸度的硫酸起始酸化，虽然酸耗有所增加，但提高了浸出率和资源的回收率，综合经济效益也得到了提高。

樊保团，孟运生，刘建，等.2002.赣州铀矿草桃背分矿细菌堆浸工业试验［J］.铀矿冶，21(2):67-73.

胡凯光，胡鄂明，康泉，等.2004.细菌浸矿机理和影响因素［J］.中国矿业，13(4):73-77.

李青松，吴爱祥，尹升华.2005.矿堆中溶浸液渗流效果的控制机理研究［J］.西部探矿工程，(12):73-75.

刘金辉，李林，刘亚洁.2006.不同粒径铀矿石细菌渗滤浸出实验研究［J］.东华理工学院学报，29(3):201-204.

翟东亮，孙占学，李学礼，等.2010.某铀矿石微生物浸铀酸度试验［J］.金属矿山，(2):66-68.

Influence of Acidified Acidity to Uranium Bioleaching

LI Jiang， LIU Ya-jie， ZHENG Zhi-hong， YUAN Bao-hua， SHEN Chuan， SHI Wei-jun
(East China Institute of Technology，Fuzhou，JX 344000，Chnia)

The relationship between the acidified acidity and the acid consumption and uranium leaching rate in the process of uranium bioleaching is investigated.Results indicate that higher uranium leaching rate is obtained when the relatively high acidity was applied at beginning.For different minerals，although the original acidity should be different，lower original acidity was not better for shortening leaching period and improving uranium leaching rate.It confirms 30～40 g/L sulfuric acid as the original acidity was more suitable and more than 30 g/L should be applied if the mineral particle sizes were larger.

uranium bioleaching;acidification;acidified acidity;leaching rate;acid consumption

TF803.2

A

1674-3504(2012)03-0246-04

10.3969/j.issn.1674-3504.2012.03.007

2012-01-02 责任编辑:吴志猛

江西省教育厅产学研合作基金资助项目(GJJ09008);核能开发项目(科工二司〔2009〕1230号)

李 江(1966—)，男，副教授，博士，主要从事分子微生物学与微生物冶金方面的研究。E-mail:li66001@163.com