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某铀矿石不同细菌浸出方式对比试验

发布日期:2017-04-12  来源:选矿技术网  浏览次数:1600

    依据浸出规模的不同,细菌浸可采用不同的方式。实验室一般采用摇瓶浸出法、气升渗滤器浸出法和柱浸出法,工业化生产常采用堆浸法、池浸法和就地浸出法。本研究结合某矿山铀矿石的特点和工业生产实际,采用实验室细菌柱浸方式模拟工业生产细菌堆浸,采用实验室细菌池浸方式模拟工业生产细菌池浸,通过对比浸出过程中有关参数的变化规律,探讨适合该铀矿石的较佳细菌浸出方式。

    一、试验材料与方法

    (一)试验矿样

    试验矿样取自某铀矿山,其化学多元素分析结果见表1。试验前将所有矿石充分混匀后筛分,并对筛分所得各粒级矿石取样分析其铀含量,结果见表2。

表1  矿样化学多元素分析结果%

表2   矿样粒级及铀含量分析结果

    从表1可以看出:矿石中FC2O3和FeO分别占0.565%和0.750%,Fe含量较高,能够给细菌的生长繁殖提供能量,对细菌浸矿是有利的。同时,矿石中氟含量较高(0.77%),要求浸矿细菌对高氟环境有较强的适应性,才能保证浸出的效率。

    从表2可以看出:铀主要分布在5~8mm粒级的矿石中;矿石粒径小于8mm,粒度分布比较合理,使得该矿石具有良好的渗透性,有利于溶浸液与矿石有足够的接触面积,保证浸矿细菌在矿石中的生长、繁殖和提高浸出效率。

    (二)菌种来源与培养

    试验所用浸矿菌种是从矿山现场铀矿石及酸性废水中分离、纯化、驯化诱变后得到的,为氧化亚硫杆菌(Acidthiobacillus ferrooxidans)和氧化硫硫杆菌(Acidthiobacillus thiooxidans)混合菌种。该菌种具有活性强、适应性好、耐高矿化度、抗氟能力强等生理特征,可在pH=1.2条件下快速生长,甚至可在pH=0.6的条件下缓慢生长。为了提高细菌对矿石中氟的适应性,采用稀释后的矿石酸化尾液作为培养基,将菌种逐步驯化至对目标矿石具有较好的适应性。

    (三)试验装置及试验参数

    柱浸装置采用特制的有机玻璃柱,柱径150mm,柱高2m。池浸装置采用塑料桶,桶顶直径60cm,底直径45cm,高80cm,底部设通气孔,提供细菌存活所需氧气。试验装置如图1所示。

图1  试验装置

    试验参数如下:

    1、矿石量20kg;

    2、酸预浸液起始pH=0.9~1.3(硫酸浓度10g/L);

    3、菌浸液工作起始pH=1.5~1.9,控制出液pH=1.8~2.0;

    4、菌浸液三价铁浓度为5 g/L左右;

    5、池浸在充气条件下进行。

    二、试验结果与分析

    (一) pH值变化及耗酸率

    pH值是溶浸过程中的重要参数,它不仅关系到浸矿细菌能否适应矿样和溶浸剂的环境,也关系到铁和铀的溶解沉淀。柱浸及池浸试验过程中pH值的变化及耗酸率如图2所示。

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图2   pH值变化及耗酸率曲线

△-溶浸液pH值;○-浸出液pH值;□-耗酸率

    从图2可知:在酸化浸出过程中,柱浸和池浸浸出液的pH值变化都比较大,主要是酸化阶段矿石中含有大量耗酸物质消耗溶浸液中的酸,导致浸出液pH值上下波动。柱浸浸出液pH值高于池浸,池浸酸化时间少于柱浸,说明在通气条件下进行池浸时,矿石中的耗酸物质与溶液中的酸反应较充分,导致大部分耗酸物质能在更短的时间内被消耗掉。因此,在酸化初始阶段,可以通过增大喷淋量和喷淋时间来缩短柱浸酸化时间。

    试验进行到第48d结束,两种浸出方式的耗酸率分别为3.38%和2.16%,均比较低,但柱浸大于池浸。可见,良好的通气条件有利于浸矿细菌将浸出体系中的硫元素转化成硫酸,池浸方式对降低酸耗是有利的。

    (二)浸出液Eh值和铁浓度变化规律

    为加快UO2的氧化速率,必须保证浸出体系的Eh值足够高。浸出液Fe3和Fe2浓度的变化在影响细菌溶浸效果的同时,还间接反映了浸铀细菌的状态特征。柱浸及池浸试验浸出液Eh值和铁浓度变化规律如图3所示。

图3  浸出液Eh值和铁浓度变化规律

△-溶浸液Fe2浓度;○-浸出液Fe3浓度;■-浸出液Eh值

    从图3可以看出:菌浸阶段,由于细菌的氧化作用,使得两种浸出方式的浸出液Eh值均处于较高的状态,为700~900mV,促进了浸铀进程。菌浸开始后,浸出液的总铁浓度分别为5g/L左右,与溶浸剂的总铁含量基本平衡,表明菌浸过程中没有产生铁沉淀现象。浸出液中Fe2含量较低,表明浸矿细菌在浸矿体系中生长良好,活性较高,可以促进铀的浸出。

    (三)浸出液铀浓度和氟浓度变化规律

    浸出液铀浓度是表征浸铀效果的一个重要参数。试验矿石氟含量较高,浸出过程中溶出的氟离子对细菌的活性有抑制作用,会影响铀的浸出,为此,对所用菌种进行了耐氟驯化,使其对矿石有较好的适应性。浸出过程中浸出液铀浓度和氟浓度变化规律如图4所示。

图4  浸出液铀浓度和氟浓度变化规律

◇-铀浓度;■-氟浓度

    从图4可以看出,浸出液铀浓度有以下变化规律:柱浸铀浓度在酸化阶段呈波动上升,加菌后铀浓度有下降现象。原因可能是浸出初期矿石中的耗酸物质消耗了大量的酸液,随着矿石中耗酸物质的逐渐减少,酸液逐渐溶解矿石中的六价铀,浸出液的铀浓度也逐渐上升;随着浸出的进行,矿石中易溶的六价铀慢慢减少,浸出液铀浓度又逐渐下降。由于池浸中矿石与酸液接触较充分,因此浸出液铀浓度较快达到最大值;随着浸出的进行,浸出液中的铀浓度同样因矿石中六价铀的减少而呈下降趋势。加菌后浸矿细菌和Fe3氧化剂在柱浸和池浸中发挥了一定作用,将较难浸出的铀逐渐浸出,使浸出液铀浓度在某一浓度范围维持较长时间。柱浸铀浓度在100mg/L左右可以维持16d,池浸铀浓度在100mg/L左右可以维持14d。池浸至第25d时对矿石进行翻动,浸出液铀浓度从81mg/L升高至182.3mg/L,第37d和第45d翻动后,浸出液铀浓度也均有增高现象,表明翻动有利于溶浸剂与矿石充分作用,提高浸出效率。

    浸出过程中柱浸和池浸浸出液氟浓度为800~1000 mg/L,其变化随铀浓度增加而增加,表明在铀被浸出的同时,包裹在矿石中的氟也被浸出。池浸溶浸液与铀矿石接触更充分,浸出液氟含量变化较小,有利于浸矿细菌的生长。可以看出,经过耐氟适应性驯化后的组合菌株能够较好地适应该浸矿体系,在柱浸和池浸过程中都具有较好的活性,使浸铀效果得到提高。

    (四)综合试验结果

    本次试验共耗时48d,液计铀浸出率变化如图5所示,综合试验结果见表3。

图5  铀浸出率曲线

□-柱浸;○-池浸

表3  综合试验结果

指标

柱浸

池浸

矿样铀品位/%

0.1027

0.1027

矿样质量/kg

20

20

矿样粒度/mm

<8

<8

总耗酸率/%

3.38

2.16

浸出周期/d

48

48

液计浸出率/%

88.35

88.18

矿渣铀品位/%

0.0104

0.0133

渣计浸出率/%

89.85

87.05

    由图5可知,试验前期铀浸出率增加较快,矿石中的六价铀和易被氧化浸出的四价铀被硫酸溶液迅速浸出来,之后矿石中难氧化的四价铀被细菌逐步氧化,逮出率增加较为缓慢。柱浸了池液计浸出率分别为88.35%和88.18%,浸出效果较好。

    从表3可以看出,柱浸和池浸的渣计浸出率分别为89.85%和87.05%,渣铀品位分别为0.0104%和0.013%,酸耗分别为3.38%和2.16%,浸出周期为48d,表明细菌柱浸和池浸浸出方式对试验铀矿石都具有很好的效果。综合浸出周期、酸耗、渣计浸出率等指标及工业化实际条件,认为细菌柱浸方式可以作为优先考虑的浸出方式。

    三、结论

    (一)细菌柱浸和细菌池浸(充气条件)对铀矿石具有较好的浸出效果,浸出周期为48d,渣计浸出率分别为89.85%和87.05%,渣铀品位分别为0.0104%和0.0133%,酸耗分别为3.38%和2.15%。

    (二)浸矿细菌通过适应性驯化,在含氟铀矿石浸出体系中具有较好的活性,能够提高浸铀较率。

    (三)综合浸出周期、酸耗、渣计浸出率等指标及工业化实际条件,认为细菌柱浸方式可以作为优先考虑的浸出方式。

 
 
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