抚州铀矿细菌堆浸半工业试验研究_刘健

第20卷　第1期铀　矿　冶V o l.20　N o.1　2001年　2月U RAN I UM M I N I N G AND M ETALLU R GY Feb.　2001抚州铀矿细菌堆浸半工业试验研究刘　健1,　樊保团1,　张传敬2(1.核工业北京化工冶金研究院,北京101149;2.中国核工业集团公司抚州铀矿,江西乐安344301)摘要:报道了抚州铀矿山南贫矿细菌堆浸半工业试验的结果,并对堆场、喷淋布液装置、生物膜连续氧化设备及工艺流程等作了简述。

通过158d的淋浸试验,回收铀1142.14kg,液计浸出率为69.45%,渣计浸出率66%,酸耗2.11%,总液固体积质量比为2.55L kg。

实现了利用矿石中的铁和硫被细菌氧化达到浸出铀的目的,为经济地开发利用低品位铀矿石提供了一种实用可行的工艺方法。

关键词:铀矿石;堆浸;细菌中图分类号:TL212.12　文献标识码:A　文章编号:100028063(2001)0120015213前言铀矿堆浸技术在国内外已成为铀矿石加工的主要方法,而在堆浸过程中引进微生物浸矿技术,能强化铀的浸出过程,改善铀的浸出动力学,因而使一些难浸铀矿的浸出率有较大的提高。

由于细菌在浸铀过程中的独特作用,世界上一些主要产铀国家都开展了有微生物组织参与的细菌浸铀工艺研究,有些国家把它作为主要的提铀方法。

用细菌浸铀生产的铀占加拿大总产量的10%～20%,而西班牙几乎所有铀都是通过细菌浸出获得的[1]。

在我国,早在60年代就开展了微生物浸铀技术的研究。

近20年,核工业北京化工冶金研究院针对我国许多铀矿和某些金矿进行了细菌堆浸的深入研究,同时在菌种的筛选驯化、工艺流程组合及生物膜氧化装置研制方面都取得了进展[2～4]。

特别是80年代末期,堆、地浸工艺在我国铀矿冶系统大力推广应用后,为细菌浸铀技术提供了广阔发展的天地,不仅在铀矿堆浸中显示了无比的优越性,而且在向地浸采铀领域辐射发展中取得了明显效益[5]。

实践证实,采用细菌堆浸,比常规堆浸省酸30%～50%,周期缩短一半。

抚州铀矿是我国最大的铀矿山之一,也是我国铀矿冶系统唯一的集选冶为一体的联合企业,但由于矿性复杂、水冶流程长,生产成本居高不下。

为了提高企业的经济效益及产品改型的需要,早在1993年就提出“选堆冶”的总体技改方案。

该方案的核心是通过选厂将原矿分为富矿和贫矿,富矿送水冶厂常规流程处理,贫矿送堆浸场堆浸。

为达此目的,该矿近年来对常规堆浸进行了大量的研究工作,但试验结果不太理想。

收稿日期:2000205210注:郑英,王肇国参加部分工作。

根据部局下达的科研任务,核工业北京化工冶金研究院于1995年在该矿现场进行了细菌堆浸柱式试验①,1997年又进行补充试验②,提出了细菌堆浸试验的工艺流程。

本次半工业试验的目的是验证小型试验结果,进一步考察细菌堆浸技术对该矿石的适应性,同时考察细菌对氟、总盐的耐受性和生物膜连续氧化塔的生产能力,为工业生产提供设计依据。

1　试验准备工作1.1　矿石矿性及加工本次半工业试验矿样全部采用山南矿区的矿石。

本矿区受华夏式构造与相山盆地火山塌陷构造控制,含铀矿物构造复杂,矿床属于中低温热液铀矿床。

矿体主要产于花岗岩斑岩内,也有产于紫红色矿岩和干枚岩内。

铀矿物主要是沥青铀矿,矿石构造为团块状,矿石坚硬致密,渗透性差,破碎成型较好。

矿样为2#、3#矿带的低品位原矿。

其中<25mm细矿送水冶厂处理,>25mm矿石经二段闭路破碎至-25mm后为本次试验所用。

物理品位为0.091%,化学品位为0.073%。

矿石进堆场卸车后,每车多点取样共4～5kg,20车并为一个矿样,每个矿样重110～130 kg,共取31个矿样,每5个矿样中抽取一个样进行筛析。

筛析结果及矿样原矿分析结果如表1、表2、表3所示。

表1　矿石粒级组成及其铀品位分析结果粒级 mm份额 %铀品位 %占全部铀的份额 %粒级 mm份额 %铀品位 %占全部铀的份额 % +2538.560.05130.9815～+109.040.0638.96-25～+2029.020.06127.83-10～+54.180.0714.72-20～+158.760.0689.43-510.440.18118.08表2　矿样分析结果%编号铀品位编号铀品位编号铀品位10.115120.0065230.03420.113130.102240.04430.069140.061250.03440.044150.034260.05450.049160.042270.06160.085170.137280.16070.047180.122290.08380.107190.056300.07290.060200.040310.079100.048210.074110.042220.107平均0.073陈仕安,樊保团,刘健,等.菌浸剂淋浸721矿扩大试验.核工业北京化工冶金研究院科研报告,1996.①②才锡民,王肇国,刘健,等.721矿细菌堆浸补充试验.核工业北京化工冶金研究院科研报告,1997.表3　原矿主要组分的质量分数%组分w B组分w B组分w BU6+0.056A l2O313.60CO21.54U4+0.017M gO0.68K0.49Si O272.0CaO1.90N a3.25F0.508P2O50.25S0.526M o0.018Fe2O32.10T i O21.541.2　堆场概况堆浸场地是在该矿原堆浸场地的基础上扩建而成的,底部和围堰用粘土夯实后,采用2mm软塑料板焊接成一个整体防渗漏层。

整个场地东西两边比中间高,南边比北边高。

堆场底部中间筑有底宽0.8m、顶宽0.3m、高0.5m的隔墙,将场地一分为二。

每一个场地北边设有深度为0.3m,面积为1m2的集液池,通过管道与计量槽相连。

堆场三面挖有排水沟。

矿堆采用人工平移的方法筑堆。

矿堆底面为33.2m×16m,顶面为30m×15.6m、高为2.7m,堆矿质量为2251t。

在中间隔墙上焊有塑料板将矿堆分为两个堆。

矿堆的具体寸如图1所示。

图1　堆场示意图1.3　喷淋布液装置及矿堆溶液平衡测试喷淋装置由水利部中国灌排中心负责设计并指导安装。

喷淋方式为微喷,矿堆顶面布有360°喷头48个,喷淋量为70L h,矿堆边坡布有180°喷头65个,喷淋量为40L h。

工作压力为0.3M Pa,喷淋强度为6～8L (h・m2)。

喷头通过毛管与支管相接,支管通过球阀与主管相联。

主管道上装有过滤器,淋浸剂由离心泵输送。

喷淋布液系统如图2所示。

在上述喷淋条件下,测试了2个矿堆喷淋时和停喷后,排液速度与时间的关系,结果如图3所示。

测试结果表明,开始喷淋8h后,矿堆排出量基本接近喷淋量,此时矿堆内存留溶液量为10～11m3。

停喷后12～13h内,矿堆内溶液的80%～85%可以排出。

由此确定,在现有喷淋强度下,每堆喷淋量为28～30m3 d,喷淋时间10～12h,淋停时间比为1∶1时较为合适,基本上能保证喷淋时矿石中的毛细管能够充满,停喷时能疏干。

1.4　生物膜连续氧化装置及菌液制备生物膜连续氧化装置是为堆浸提供菌液和吸附尾液氧化再生的关键。

以往试验生物膜连1——全圆喷头;2——半圆喷头;3——阀门;4——过滤器;5——压力表;6——流量计;7耐酸泵图3　排液量随时间变化的曲线1——2#堆;2——2#堆续氧化装置采用多孔板或蜂窝管作细菌载体时,长期运行致使菌膜越积越厚,不易脱落,最终导致载体的孔隙被堵死。

本次试验采用弹性波纹立体填料。

该填料在气流作用下可以在一定范围内摆动,菌膜容易脱落,更新快。

本次试验中,生物膜连续氧化装置由直径为2.4m、高为2.8m的不锈钢槽改装而成,内装一定规格的弹性填料数百根,比表面积为260～300m2 m3。

槽的底部安装有曝气器。

另外,还安装一个5470mm×3100mm的氧化塔,内装另一规格的填料数十根,主要用于氧化装置基本参数的测定,并为氧化槽保留和提供菌种。

试验用生物膜连续氧化装置如图4。

试验所用细菌培养基参照9K培养基进行配制,通过该装置细菌将亚铁氧化为三价铁(Θ(Fe3+)=3～4g L)。

本次试验消耗FeSO4・7H2O量为3.25t,(N H4)2SO4量为300kg,制备菌液160m 3,保证了试验对菌液的需求。

图4　生物膜连续氧化系统1——连续氧化槽;2——生物氧化塔;3——高位槽;4——配液槽;5——水位控制器;6——液体流量计;7——气体流量计;8——填料;9——曝气器;10——喷气头2　工艺流程、参数及主要设备图5　堆浸工艺流程示意图2.1　工艺流程本次试验的工艺流程根据1995年现场试验和1997年的补充试验结果制定,具体工艺流程如图5所示。

2.2　工艺参数试验规模:2251t ;酸预浸:淋浸剂　pH =1.0～1.2,Θ(H 2SO 4)=8～12g L ;运行时间　约30d 。

菌液淋浸:淋浸剂　pH =1.2～1.4,Θ(H 2SO 4)=5～10g L ,Θ(∑Fe )=3～5g L ,E >500mV 。

喷淋:每堆喷淋量　2.5～2.8m 3 h ;喷淋强度　6～8L (m 2・h );喷淋时间　10～12h d ;泵出口压力　0.3M Pa ;　淋停时间比　1∶1。

离子交换:树脂　201×7;吸附设备　密实移动床;接触时间　40m in 。

培养基:pH =1.6～1.8,Θ(∑Fe )=3～4g L ,Θ(∑(N H 4)2SO 4)=1～3g L 。

2.3　主要设备试验所需设备与设施见图6,设备明细见表4。

表4　细菌堆浸设备明细表序号名称数量规格型号备注11#堆122#堆132#堆配液槽152400mm×2800mm不锈钢41#堆配液槽152400mm×2800mm不锈钢5尾液贮槽152400mm×2800mm不锈钢6细菌氧化槽152400mm×2800mm不锈钢7浸液计量槽152400mm×2500mm碳钢防腐8培养液配制槽21300mm×1300mm×1200mm同上9尾液贮槽14850mm×1340mm×4200mm钢砼结构10浸液贮槽14850mm×1330mm×4200mm同上11菌液贮槽14850mm×3830mm×4200mm同上12浸液贮槽14850mm×1400mm×4200mm同上13浸液贮槽14850mm×1400mm×4200mm同上14吸附塔151650mm×9000mm碳钢防腐15硫酸贮槽(计量槽)15500mm×500mm不锈钢16高位槽15800mm×1000mm塑料17流量计3L Z B250不锈钢18压力表20～1.6M Pa不锈钢19输液泵550FSF232氟塑料20过滤器2塑料21微喷系统2108个喷头塑料3　细菌堆浸试验结果3.1　酸预浸用pH=1.0～1.2的酸化水进行酸预浸,实际淋浸时间为26d。