某铀矿石微生物浸出工艺实验研究

南方某矿石微生物浸铀不同酸度试验研究摘要:采用20g/L、30g/L、40g/L、50g/L起始酸度对南方某铀矿石进行微生物柱浸试验,获得该矿石微生物浸出的经济酸度。

为该矿石堆浸工业生产提供经济技术指标和科学可靠的依据。

试验结果表明40g/L起始酸度为该矿石浸出的经济酸度。

关键词:铀矿石酸度微生物浸铀浸出率我国南方某矿在进行堆浸工艺生产前期,进行该铀矿石不同酸度微生物浸出试验。

以获得淋浸液的经济酸度,提高浸出率,缩短浸出周期,达到提高生产效率和综合经济效益的目的。

1 矿石特征试验矿样为南方某矿130m区段混合矿石,矿石粒度为-10mm,铀品位0.281%。

矿石中的矿物由热液矿物和围岩残留矿物组成,钛含量较高,伴生矿物有黄铁矿、二氧化钛矿物、伊利石、沥青铀矿等。

矿样化学全分析。

2 试验装置及条件试验装置主要如下。

(1)浸出柱:Φ100mm×2000mm的有机玻璃柱。

(2)离子交换柱:Φ50mm×1000mm的有机玻璃柱。

(3)D201离子交换树脂。

(4)BT100-2J蠕动泵。

试验设置ZQ1、ZQ2、ZQ3、ZQ4实验对比柱,装柱矿石重量均为20kg,矿层高度为150cm左右。

试验起始溶浸液喷淋酸度分别为:20g/L、30g/L、40g/L、50g/L。

溶浸液采用蠕动泵单点滴灌方式进行10%喷淋量,喷停比为1∶1喷淋。

实验周期122d。

3 试验结果与讨论四柱对应的渣计浸出率分别为88.23%、89.87%、94.01%、93.81%;耗酸率分别为8.86%、9.92%、10.27%、10.73%。

40g/L酸度条件下该矿石的渣计浸出率最高,20g/L条件下耗酸率最低。

3.1 浸出率与耗酸关系浸出率与耗酸率对指导工业生产有极为重要的作用。

浸出率与耗酸结果如图1。

由图1可以看出,溶浸液酸度在20～40g/L时,随着酸度的增高浸出率越高。

当溶浸液酸度在42～50g/L时浸出率有降低趋势,原因是溶浸液酸度大于45g/L时对该矿石的破坏作用强烈,产生大量细粒级矿物,堵塞矿石裂隙使试验后期溶浸液与矿石接触不完全。

微生物技术在铀矿堆浸中的应用研究铀矿堆浸是一种利用微生物技术进行铀浸取的工艺过程。

微生物技术在铀矿堆浸中的应用研究主要包括利用微生物促进铀矿石氧化和浸出、微生物降低堆浸条件要求、微生物对堆浸影响研究等方面。

首先，微生物可以通过氧化作用促进铀矿石中的铀氧化成U(VI)离子，然后铀可以通过浸出作用从矿石中被溶解出来。

微生物氧化铀矿石的研究主要包括利用自然降解微生物种群和经过改造的铀氧化细菌，通过分离和培养等方法进行。

通过研究微生物对铀矿石氧化的作用机理和影响因素，可以优化铀氧化的工艺条件，提高铀的溶解率。

其次，微生物可以降低铀堆浸过程中的条件要求，提高矿石的可浸性。

传统的铀堆浸过程需要高温、高浓度酸和长时间的反应，这些条件对设备的耐腐蚀性和能耗要求很高。

而微生物堆浸则可以在较低的温度和酸度条件下进行，大大降低了工艺的成本和环境污染。

此外，微生物在堆浸过程中还能促进铀溶解物的搬运和迁移，进一步提高了铀的浸出率。

最后，微生物对堆浸系统中的复杂微环境有很大的影响。

研究微生物在堆浸过程中的生态学行为、代谢产物和生长规律，有助于进一步优化堆浸过程。

此外，微生物对堆浸性能的影响也需要进行深入的研究，包括微生物种群结构、代谢产物与堆浸效果的关系等方面。

综上所述，微生物技术在铀矿堆浸中的应用研究具有重要的意义。

通过深入研究微生物在铀矿堆浸中的作用机理和影响因素，可以优化堆浸工艺条件，提高铀的溶解率和浸出率，从而为铀矿资源的高效利用提供了新途径。

微生物技术的应用还可以降低堆浸过程的条件要求和环境污染，具有良好的经济效益和环境效益。

未来的研究可以进一步深入微生物对堆浸系统的影响，提高堆浸工艺的稳定性和高效性。

细菌浸矿因成本低、投资少又无环境污染而引起了国内外研究者的广泛关注，已成为当今非常活跃的研究领域，特别是在回收低品位、难处理金属矿方面，细菌浸出具有其独特优势。

在铀矿石浸出工艺中通常采用硫酸浸出，双氧水常被用作氧化剂以达到强化浸出的目的，但由于其费用昂贵、具有腐蚀性等缺点而逐步被别的氧化剂代替。

细菌由于能够氧化黄铁矿产生硫酸，不仅能作氧化剂，还能节省部分硫酸而被广泛研究。

本文针对某硬岩铀矿品位低、浸出率不高、浸出时间长的特点，在我国首次进行了铀矿原地破碎细菌浸出现场试验研究，用细菌代替双氧水作氧化剂进行了强化浸出，取得了良好的试验结果。

一、材料（一）菌种试验所用菌种从铀矿山酸性矿坑水中取得，经过不断筛选、驯化得到。

（二）矿石试验所用矿石的类型为隐爆角砾岩型、花岗岩型和安山岩型，其中隐爆角砾岩型为矿床的主要矿石类型，占矿床总储量的95%以上。

矿石共生组合有铀-黄铁矿、铀-赤铁矿、铀-萤石、铀-方解石、铀-绿泥石等，矿石化学成分见表1。

表1中数据表明，试验所用矿石含有黄铁矿，有利于细菌的生长、繁殖，对浸出有利；但矿石中F－含量较高，对细菌浸出造成不利影响，应考虑细菌的驯化培养。

二、细菌浸出机理现场扩大试验是用放大的设备和试验规模对小型试验中得到的工艺参数进行考察和验证。

在室内硫酸、双氧水、细菌对比浸出试验所得到的试验结果基础上开展现场试，室内浸出试验结果见表2。

现场试验一方面利用细菌在地表将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋；另一方面，利用经过驯化培养的细菌注入矿体，使细菌粘附于矿石微粒上，并氧化矿石中的黄铁矿，产生硫酸高铁和硫酸。

两方面共同作用，从而提高金属铀的浸出率、缩短浸出时间，节省部分硫酸。

现场试验方法是将驯化培养好的菌种与溶浸液一同注入矿体，参与矿石的浸出过程。

主要化学反应方程式为：浸出率/%浸出条件液计渣计10g/LH2SO476.9 77.3 10g/LH2SO4＋0.4g/LH2O298.7 99.5 10g/LH2SO4＋细菌98.2 99.4三、试验方法原地破碎浸出采铀工业试验中，通过计算机模拟，装入适量炸药，采用原地爆破将铀矿石破碎至一定粒度（－150mm粒级约占75%），形成自然矿堆，将含有微生物的溶液喷淋到矿堆顶部，溶液渗入矿堆中，浸出矿石中的金属铀。

doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2012.06.011低品位铀矿石微生物柱浸试验李江，刘亚洁，周谷春，车江华(东华理工大学，江西抚州344000)摘要：对某低品位铀矿石进行了不同喷淋条件的微生物柱浸试验。

结果表明，试验用混合菌群对目标铀矿石具有较强适应性，浸出周期172 d，菌浸期间5%和10%喷淋量条件下渣计平均浸出率分别为87.70%和88.53%，耗酸率分别为5.36%和5.37%。

菌浸阶段采用较大喷淋量可提高浸出率，但液固比会显著增加，综合成本相应提高。

因此，喷淋量的选择应综合考虑铀资源回收率与浸出成本。

关键词：低品位铀矿石；微生物柱浸；喷淋量；浸出率；耗酸率中图分类号：TL212.1+2 文献标识码：A 文章编号：1007-7545（2012）06-0000-00Column Bioleaching of Low-grade Uranium OreLI Jiang, LIU Ya-jie, ZHOU Gu-chun, CHE Jiang-hua(East China Institute of Technology, Fuzhou 344000, Jiangxi, China)Abstract: Column bioleaching of a low-grade uranium ore with a variety of spraying methods was carried out. The results show that the mixed culture of acidophilic microorganisms in use have a high adaptation to the uranium minerals, and the average uranium leaching rates are 87.70% and 88.53%, the acid consumption is 5.36% and 5.37% within 172 days, at 5% and 10% spraying condition, respectively. A bigger spray liquid quantity could increase uranium leaching rate at the bioleaching stage, however, the ratio of liquid to solid rises greatly as well, which resulted in a rise of cost for uranium recovery. Therefore, the optimum spray liquid quantity should be confirmed with a consideration of both uranium recovery and leaching cost.Key words: low-grade uranium ore; column bioleaching; spray liquid quantity; leaching rate; acid consumption rate我国铀矿资源相对贫乏，而且铀矿石品位偏低，矿床的矿石品位多数在０.1%~0.3%，占总资源储量的60%，低于0.1%的低品位铀矿石占33%[1]。

第37卷第5期2023年10月南华大学学报(自然科学版)Journal of University of South China(Science and Technology)Vol.37No.5Oct.2023收稿日期:2023-04-29基金项目:湖南省自然科学基金项目(2022JJ30491);湖南省教育厅重点项目(22A0308)作者简介:李梦婷(1996 ),女,硕士研究生,主要从事辐射防护与环境保护方面的研究㊂E-mail:1109899377@qq.com㊂∗通信作者:王永东(1980 ),男,副教授,博士,主要从事微生物浸矿及相关环境问题方面的研究㊂E-mail:10137961@DOI :10.19431/ki.1673-0062.2023.05.005某铀矿石微生物浸出性能及影响因素研究李梦婷,王永东∗,王津华,张成霞,袁㊀野(南华大学铀矿冶生物技术国防重点学科实验室,湖南衡阳421001)摘㊀要:为评估微生物浸出某铀矿石的应用前景,设计正交实验,在不同初始pH 值㊁接种量㊁浸出时间和固液比条件下,分别开展了嗜铁钩端螺旋菌㊁嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸喜温硫杆菌浸出某铀矿石的研究㊂三株微生物对某铀矿石的最高浸出率均高于97%㊂浸出过程中,微生物浸出体系的pH 值均呈下降趋势,Eh 值均呈上升趋势㊂初始pH 值㊁接种量㊁浸出时间和固液比四个因素对三株微生物的浸出均有影响,但对不同微生物浸铀的影响存在区别㊂影响嗜铁钩端螺旋菌浸出的主要因素是接种量,而嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸喜温硫杆菌的浸出主要受初始pH 值的影响㊂关键词:微生物浸矿;嗜铁钩端螺旋菌;嗜酸氧化亚铁硫杆菌;嗜酸喜温硫杆菌;铀浸出中图分类号:TL212文献标志码:A 文章编号:1673-0062(2023)05-0028-10Study on Microbial Leaching Performance and InfluencingFactors of Uranium OreLI Mengting ,WANG Yongdong ∗,WANG Jinhua ,ZHANG Chengxia ,YUAN Ye(Key Discipline Laboratory for National Defense for Biotechnology in Uranium Mining and Hydrometallurgy,University of South China,Hengyang,Hunan 421001,China)Abstract :To evaluate the application prospects of microbial recovery of a uranium ore,uranium recovery with Leptospirillum ferriphilum ,Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidi-thiobacillus caldus under different initial pH,inoculum size,leaching time and solid-liquid ratio were carried out according to the orthogonal design.The results showed the highest recovery of the three strains of microorganisms were higher than 97%.During the recovery process,the pH values of the bioleaching systems all showed a decreasing trend,whereasthe Eh values all showed an increasing trend.All of the initial pH,inoculum size,leac-82第37卷第5期李梦婷等:某铀矿石微生物浸出性能及影响因素研究2023年10月hing time and solid-liquid ratio influenced uranium recovery of the three strains of microor-ganisms.However,as for each microorganism,the effects on uranium recovery were dif-ferent.The main factor affecting the recovery of Leptospirillum ferriphilum was theinoculum size,while bioleaching of Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacilluscaldus was mainly influenced by the initial pH value.key words:microbial leaching;Leptospirillum ferriphilum;Acidithiobacillus ferrooxidans;Acidithiobacillus caldus;uranium leaching0㊀引㊀言铀是重要的战略资源,是支撑我国核威慑能力和核电发展的基础[1-2]㊂随着我国社会经济的不断发展,对能源的需求量激增,发展清洁㊁高效㊁环保的核电是大势所趋,因此,对铀资源的需求也不断增加㊂但多年的开采已导致高品位铀资源逐渐枯竭[3],对低品位铀资源进行经济有效的开发是提高我国天然铀保障的重要途径㊂由于传统的高品位铀矿浸出工艺不适用于低品位铀矿,研发低品位和复杂难浸铀矿高效开采技术迫在眉睫[4]㊂研究表明,微生物浸出技术在低品位矿石的开发中具有成本低㊁环境友好等显著优势,近年来受到广泛关注,并已在铜矿和金矿等资源开采中得到了大规模应用[5-7],也开展了低品位或复杂难浸铀矿资源的微生物浸出研究工作[8-11]㊂据报道,G.Z.Qiu等[12]采用菌群柱浸的方法浸出花岗斑岩铀矿,在97d内回收了96.82%的铀㊂X.G. Wang等[13]在我国南方某铀矿开展了4500t规模的铀尾渣生物堆浸试验,废石中的铀品位为0.02%,采用的微生物为氧化亚铁硫杆菌㊁嗜铁钩端螺旋菌㊁喜温硫杆菌和嗜酸杆菌混合菌群,在146d内回收了56%的铀㊂A.B.Umanskii等[14]采用氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌在3.1%黄铁矿的低品位铀矿中浸出90d可回收85%的铀,而较高的黄铁矿溶解程度(高达98%)会提高铀的浸出率㊂Y.D.Wang等[15]开展了黑曲霉代谢产物浸铀的柱浸实验,喷淋强度为10.62L/(m2㊃h),铀浸出率达到81.76%㊂A.Mishra等[16]利用尖孢枝孢霉菌㊁黄曲霉和棒状弯孢等菌株开展了铀矿石浸出实验,分别获得了71%㊁59%和50%的铀浸出率㊂Q.Li等[17]研究了硫的添加对氧化亚铁硫杆菌㊁氧化硫硫杆菌和嗜铁钩端螺旋菌混合菌群浸铀的影响,经过77d的浸出,加硫后,铀浸出率高达到86.2%,比不加硫的对照组提高了12.6%㊂为评估微生物浸出技术在我国南方某铀矿床的应用前景,本研究采用正交实验,分别研究初始pH值㊁接种量㊁浸出时间和固液比等因素对嗜铁钩端螺旋菌㊁嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸喜温硫杆菌三种微生物浸出该矿床铀矿石的性能的影响,为该铀矿床采用微生物浸出技术开采打下基础㊂1㊀材料和方法1.1㊀菌种与培养基实验所用的嗜铁钩端螺旋菌㊁嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸喜温硫杆菌均为本实验室保藏的菌种㊂微生物的培养采用9k培养基,其组分为(NH4)2SO43.0g/L,KCl0.1g/L,K2HPO40.5g/L, MgSO4㊃7H2O0.5g/L,Ca(NO3)20.01g/L, FeSO4㊃7H2O44.2g/L,Na2S2O310g/L㊂培养基的初始pH值根据正交实验设计进行调整㊂嗜铁钩端螺旋菌㊁嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸喜温硫杆菌浸出温度分别为40ħ㊁30ħ和40ħ㊂1.2㊀铀矿石实验所用的铀矿石样品取自南方某铀矿床,破磨至-74μm,并运用电感耦合等离子体质谱仪(inductively coupled plasma-mass spectrometry,ICP-MS)和化学测定法对矿石的组成进行了分析,结果如表1所示,该矿石的SiO2和Al2O3质量分数较高,铀品位为0.117%,属于中低品位矿石,其中U(VI)的比例高于U(IV)的比例㊂表1㊀铀矿石样品的组成Table1㊀Composition of uranium ore samples单位:%参数U6+U4+Al2O3SiO2Fe2O3CO2-3S F-P质量分数0.0910.0268.83077.210.149 3.120.5940.7270.01392第37卷第5期南华大学学报(自然科学版)2023年10月1.3㊀微生物浸铀选择初始pH值㊁接种量㊁浸出时间㊁固液比作为因素,分别设置四个水平,设计正交实验(见表2~表4)㊂表2㊀嗜铁钩端螺旋菌正交实验因素与水平设计Table2㊀Orthogonal experimental factors andhorizontal design of Leptospirillum ferriphilum水平因素A-初始pH值B-接种量C-浸出时间/dD-固液比/%115%35 2 1.510%510 3215%715 4 2.520%1020表3㊀嗜酸氧化亚铁硫杆菌正交实验因素与水平设计Table3㊀Orthogonal experiment factors andhorizontal design of Acidithiobacillus ferrooxidans水平因素A-初始pH值B-接种量C-浸出时间/dD-固液比/%1 1.55%35 2210%510 3 2.515%715 4320%1020其中接种量设置5%㊁10%㊁15%和20%四个水平,浸出时间设置3d㊁5d㊁7d和10d四个水平,固液比分别设置5%㊁10%㊁15%和20%四个水平㊂由于嗜铁钩端螺旋菌㊁嗜酸氧化亚铁硫杆菌㊁嗜酸喜温硫杆菌生长的pH值条件存在差异,3株微生物的初始pH值梯度设置有所区别㊂三株菌浸出铀矿石的正交实验设计如表2~表4所示㊂浸出结束后,采用三氯化钛还原/钒酸氨氧化滴定法测定渣品位,并计算浸出率㊂表4㊀嗜酸喜温硫杆菌正交实验因素与水平设计Table4㊀Orthogonal experimental factors andhorizontal design of Acidithiobacillus caldus水平因素A-初始pH值B-接种量C-浸出时间/dD-固液比/% 1 1.55%35 2210%510 3 2.515%715 4320%10201.4㊀统计分析采用IBM SPSS statistics26和Excel进行数据处理和极差分析㊂2㊀结果与讨论2.1㊀嗜铁钩端螺旋菌浸铀嗜铁钩端螺旋菌浸出铀矿石的正交实验结果如表5所示㊂由表5可知,除Lf6组的浸出率为86.0%,其余各组的浸出率均高于91%,最高达97%㊂极差分析结果表明,对嗜铁钩端螺旋菌铀浸出率的影响因素优劣排序依次为:接种量>固液比>浸出时间>初始pH值㊂结合各因素的最佳水平可知,嗜铁钩端螺旋菌浸出的最佳条件为A3B4C3D2,即初始pH值为2,接种量为20%,浸出时间为7d,固液比为10%㊂表5㊀嗜铁钩端螺旋菌正交实验方案及结果Table5㊀Orthogonal experiment scheme and results of Leptospirillum ferriphilum试验号A-初始pH值B-接种量C-浸出时间D-固液比空列浸出率/% Lf11(pH=1)1(5%)1(3d)1(5%)194.10 Lf21(pH=1)2(10%)2(5d)2(10%)295.10 Lf31(pH=1)3(15%)3(7d)3(15%)396.00 Lf41(pH=1)4(20%)4(10d)4(20%)496.30 Lf52(pH=1.5)1(5%)2(5d)3(15%)497.00 Lf62(pH=1.5)2(10%)1(3d)4(20%)386.00 Lf72(pH=1.5)3(15%)4(10d)1(5%)296.60 Lf82(pH=1.5)4(20%)3(7d)2(10%)197.0003第37卷第5期李梦婷等:某铀矿石微生物浸出性能及影响因素研究2023年10月续表试验号A -初始pH 值B -接种量C -浸出时间D -固液比空列浸出率/%Lf93(pH =2)1(5%)3(7d)4(20%)296.30Lf103(pH =2)2(10%)4(10d)3(15%)191.70Lf113(pH =2)3(15%)1(3d)2(10%)497.00Lf123(pH =2)4(20%)2(5d)1(5%)397.00Lf134(pH =2.5)1(5%)4(10d)2(10%)396.30Lf144(pH =2.5)2(10%)3(7d)1(5%)497.00Lf154(pH =2.5)3(15%)2(5d)4(20%)192.20Lf164(pH =2.5)4(20%)1(3d)3(15%)296.40k 195.37595.92593.37596.17593.750k 294.15092.45095.32596.35096.100k 395.50095.45096.57595.27593.825k 495.47596.67595.22592.70096.825r1.350 4.225 3.200 3.650 3.075㊀㊀嗜铁钩端螺旋菌浸出阶段的pH 值和Eh 值随时间的变化趋势如图1和图2所示㊂由图1和图2可知,随着浸出时间的延长,嗜铁钩端螺旋菌浸出体系的pH 值总体呈下降趋势,最低可降至0.66,这说明,在初始pH 值为1~2.5的范围内,嗜铁钩端螺旋菌的生长状况良好,产酸能力较强㊂Eh 值总体呈上升趋势,最高为350mV,有利于四价铀的氧化,提高铀浸出率㊂图1㊀嗜铁钩端螺旋菌浸出铀矿石pH 值随时间的变化趋势Fig.1㊀pH change of uranium ore bioleaching by Leptospirillum ferriphilum with time13第37卷第5期南华大学学报(自然科学版)2023年10月图2㊀嗜铁钩端螺旋菌浸出铀矿石Eh 值随时间的变化趋势Fig.2㊀Eh change of uranium ore bioleaching by Leptospirillum ferriphilum with time2.2㊀嗜酸氧化亚铁硫杆菌浸铀嗜酸氧化亚铁硫杆菌浸出铀矿石的正交实验结果如表6所示㊂由表6可知,除Af4组的浸出率为75.69%,其余各组的浸出率均高于89%,Af5组的浸出率最高,达98.17%㊂极差分析结果表明,对嗜酸氧化亚铁硫杆菌铀浸出率的影响因素优劣排序依次为:初始pH 值>固液比>接种量>浸出时间㊂结合各因素的最佳水平可知,嗜酸氧化亚铁硫杆菌浸出的最佳条件为A 2B 1C 2D 3,即初始pH 值为2,接种量为5%,浸出时间为5d,固液比为15%,与Af5组的条件一致㊂表6㊀嗜酸氧化亚铁硫杆菌正交实验方案及结果Table 6㊀Orthogonal experiment scheme and results of Acidithiobacillus ferrooxidans试验号A -初始pH 值B -接种量C -浸出时间D -固液比空列浸出率/%Af11(pH =1.5)1(5%)1(3d)1(5%)192.36Af21(pH =1.5)2(10%)2(5d)2(10%)291.23Af31(pH =1.5)3(15%)3(7d)3(15%)390.13Af41(pH =1.5)4(20%)4(10d)4(20%)475.69Af52(pH =2)1(5%)2(5d)3(15%)498.17Af62(pH =2)2(10%)1(3d)4(20%)393.77Af72(pH =2)3(15%)4(10d)1(5%)295.55Af82(pH =2)4(20%)3(7d)2(10%)197.41Af93(pH =2.5)1(5%)3(7d)4(20%)293.86Af103(pH =2.5)2(10%)4(10d)3(15%)195.6423第37卷第5期李梦婷等:某铀矿石微生物浸出性能及影响因素研究2023年10月续表试验号A -初始pH 值B -接种量C -浸出时间D -固液比空列浸出率/%Af113(pH =2.5)3(15%)1(3d)2(10%)490.54Af123(pH =2.5)4(20%)2(5d)1(5%)391.6Af134(pH =3)1(5%)4(10d)2(10%)394.96Af144(pH =3)2(10%)3(7d)1(5%)489.56Af154(pH =3)3(15%)2(5d)4(20%)191.13Af164(pH =3)4(20%)1(3d)3(15%)293.19k 187.3594.8492.4792.2794.13k 296.2292.5593.0393.5393.46k 392.9191.8492.7494.2892.61k 492.2189.4790.4688.6188.49r8.875.36 2.57 5.67 5.64㊀㊀嗜酸氧化亚铁硫杆菌浸出阶段的pH 值和Eh值随时间的变化趋势如图3和图4所示㊂其变化趋势与嗜铁钩端螺旋菌类似,在初始pH 值为1.5~3的范围内,随着浸出时间的延长,浸出体系的pH 值总体呈下降趋势,最低为1.06,Eh 值总体呈上升趋势,最高为324mV㊂嗜酸氧化亚铁硫杆菌浸出时,其pH 值降低幅度小于嗜铁钩端螺旋菌浸出组,且其电位值普遍低于嗜铁钩端螺旋菌浸出组㊂这说明,嗜酸氧化亚铁硫杆菌的产酸能力和氧化能力低于嗜铁钩端螺旋菌㊂部分实验组的pH 值在浸出后期有所上升,Eh 值有所下降,可能是所设置的条件不利于嗜酸氧化亚铁硫杆菌的生长,其产酸性能受到抑制㊂图3㊀嗜酸氧化亚铁硫杆菌浸出铀矿石pH 值随时间的变化趋势Fig.3㊀pH change of uranium ore bioleaching by Acidithiobacillus ferrooxidans with time33第37卷第5期南华大学学报(自然科学版)2023年10月图4㊀嗜酸氧化亚铁硫杆菌浸出铀矿石Eh 值随时间的变化趋势Fig.4㊀Eh change of uranium ore bioleaching by Acidithiobacillus ferrooxidans with time2.3㊀嗜酸喜温硫杆菌浸铀嗜酸喜温硫杆菌浸出铀矿石的正交实验结果如表7所示㊂由表7可知,除Ac6组和Ac8组以外,其余各组的铀浸出率均高于90%,Ac4组的浸出率最高,达97.17%㊂极差分析结果表明,对嗜酸喜温硫杆菌铀浸出率的影响因素优劣排序依次为:初始pH 值>浸出时间>接种量>固液比㊂结合各因素的最佳水平可知,嗜酸喜温硫杆菌浸出的最佳条件为A 1B 1C 4D 1,即初始pH 值为1.5,接种量为5%,浸出时间为10d,固液比为5%㊂表7㊀嗜酸喜温硫杆菌正交实验方案及结果Table 7㊀Orthogonal experiment scheme and results of Acidithiobacillus caldus试验号A -初始pH 值B -接种量C -浸出时间D -固液比空列浸出率/%Ac11(pH =1.5)1(5%)1(3d)1(5%)195.00Ac21(pH =1.5)2(10%)2(5d)2(10%)295.07Ac31(pH =1.5)3(15%)3(7d)3(15%)395.89Ac41(pH =1.5)4(20%)4(10d)4(20%)497.17Ac52(pH =2)1(5%)2(5d)3(15%)491.39Ac62(pH =2)2(10%)1(3d)4(20%)383.37Ac72(pH =2)3(15%)4(10d)1(5%)294Ac82(pH =2)4(20%)3(7d)2(10%)188.18Ac93(pH =2.5)1(5%)3(7d)4(20%)295.8Ac103(pH =2.5)2(10%)4(10d)3(15%)195.6943第37卷第5期李梦婷等:某铀矿石微生物浸出性能及影响因素研究2023年10月续表试验号A -初始pH 值B -接种量C -浸出时间D -固液比空列浸出率/%Ac113(pH =2.5)3(15%)1(3d)2(10%)493.28Ac123(pH =2.5)4(20%)2(5d)1(5%)396.78Ac134(pH =3)1(5%)4(10d)2(10%)393.07Ac144(pH =3)2(10%)3(7d)1(5%)491.24Ac154(pH =3)3(15%)2(5d)4(20%)191.33Ac164(pH =3)4(20%)1(3d)3(15%)293.06k 195.7893.8191.1894.2592.55k 289.2391.3493.6492.494.48k 395.3993.6292.7894.0192.28k 492.1793.894.9891.9293.27r6.552.473.81 2.34 2.21㊀㊀嗜酸喜温硫杆菌浸出阶段的pH 值和Eh 值随时间的变化趋势如图5和图6所示㊂在初始pH 值为1.5~3的范围内,随着浸出时间的延长,浸出体系的pH 值总体呈下降趋势,最低为0.96,Eh 值总体呈上升趋势,最高为318mV㊂结果表明,嗜酸喜温硫杆菌对于体系的Eh 值的提升作用要低于嗜铁钩端螺旋菌和嗜酸氧化亚铁硫杆菌㊂部分实验组的pH 值有所上升,可能是浸出条件不利所致㊂图5㊀嗜酸喜温硫杆菌浸出铀矿石pH 值随时间的变化趋势Fig.5㊀pH change of uranium ore bioleaching by Acidithiobacillus caldus with time53第37卷第5期南华大学学报(自然科学版)2023年10月图6㊀嗜酸喜温硫杆菌浸出铀矿石Eh 值随时间的变化趋势Fig.6㊀Eh change of uranium ore bioleaching by Acidithiobacillus caldus with time㊀㊀研究表明,铀的微生物浸出是菌群共同作用的结果,包括变形菌门㊁厚壁菌门和放线菌等㊂本研究中使用的三株菌均为浸出过程中的常见菌,通过氧化Fe(Ⅱ)或还原态的硫获取生长代谢所需的能量,同时产生Fe (Ⅲ)和硫酸,进而将U(IV)氧化为U(VI),使铀以铀酰离子的形式与硫酸根络合,从而将其提取到溶液中㊂在大多数矿石中,铀以U(IV)或U(VI)的混合物的形式存在,其中,U(VI)的溶解度大,因此,浸出时需要将U(IV)氧化为U(VI)㊂在采用硫酸浸出时,为提高铀的浸出率,往往需要添加Fe(Ⅲ)等氧化剂㊂采用微生物浸出的意义在于,微生物不仅可以产生氧化剂和浸出剂,降低试剂消耗,更在于有微生物存在时,U(IV)的氧化速度更快㊂这是因为微生物本身可以通过范德华力㊁疏水力和化学键作用黏附到铀矿物表面,利用其菌体内的强氧化性呼吸酶以及在呼吸过程中产生的过氧化氢等直接氧化U(IV)㊂同时,微生物黏附到矿物表面时,优先附着于矿物的晶格缺陷㊁破裂面等结晶度低的位置,并沿着平面对晶格进行优先攻击,并可以形成亚纳米通道,含有机酸等代谢产物的液体可以经亚纳米通道流动,从而使反应前锋向前移动,使其更容易受到定植微生物的拉伸/拖动效应的影响,造成进一步的物理损伤,从而使浸出加速向矿石内部进行㊂因此,相较于硫酸浸出,采用微生物浸出可以提高浸出率和浸出速率㊂本研究同样表明,这三株菌对浸出条件的适应性存在差别,这会使其在生产中出现浸出性能下降的情况㊂比如堆浸时,受溶浸剂在渗流过程中的消耗和氧气含量逐渐降低的影响,矿堆中下部的pH 值较高,Eh 值降低,使用更适应这一环境的嗜酸氧化亚铁硫杆菌的浸出效果可能会更好㊂马晋芳等[18]的研究结果与此类似,他们在铀矿石的微生物柱浸实验中发现,不同区域的优势菌存在较大的差别㊂这提示在浸出过程中需要根据条件变化选用不同的浸矿微生物㊂3㊀结㊀论1)嗜铁钩端螺旋菌㊁嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸喜温硫杆菌对某铀矿石的最高浸出率均高于63第37卷第5期李梦婷等:某铀矿石微生物浸出性能及影响因素研究2023年10月97%,在我国南方某铀矿床具有较好的应用前景㊂2)初始pH值㊁接种量㊁浸出时间和固液比四个因素对三株微生物的浸出均有影响,但对不同微生物浸铀的影响存在区别㊂对嗜铁钩端螺旋菌铀浸出率的影响因素优劣排序依次为:接种量>固液比>浸出时间>初始pH值㊂对嗜酸氧化亚铁硫杆菌铀浸出率的影响因素优劣排序依次为:初始pH值>固液比>接种量>浸出时间㊂对嗜酸喜温硫杆菌铀浸出率的影响因素优劣排序依次为:初始pH值>浸出时间>接种量>固液比㊂参考文献:[1]SUN J,LI G Y,LI Q,et al.Impacts of operational param-eters on the morphological structure and uranium bi-oleaching performance of bio-ore pellets in one-step bi-oleaching by Aspergillus niger[J].Hydrometallurgy,2020, 195:105378.[2]WANG X G,LIAO B Y,NIE S Y,et al.Improvement of uranium bioleaching from uranium embedded in granite using microwave pretreatment[J].Journal of radioanalyt-ical and nuclear chemistry,2021,329(2):913-922.[3]PAL S,PRADHAN D,DAS T,et al.Bioleaching of low-grade uranium ore using Acidithiobacillus ferrooxidans [J].Indian journal of 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铀矿石的细菌浸出试验研究胡凯光,黄仕元,杨金辉,李传乙(南华大学建筑工程与资源环境学院,湖南衡阳　421001)摘要:细菌浸出法是利用某些微生物及其氧化产物溶浸矿石中的有用金属的一种新工艺。

对取自湖南某矿的铀矿石进行了细菌浸出试验,考察了不同浸出剂、浸出时间、矿石粒度、矿石层高度、浸出剂中高铁离子浓度、等因素对铀浸出率的影响,并进行了扩大试验。

结果表明,利用细菌浸出法可提高铀的浸出率,降低酸耗。

关键词:细菌;浸出;铀中图分类号:T F 18;T L 211 文献标识码:A 文章编号:1009-2617(2003)02-0085-04收稿日期:2002-10-21作者简介:胡凯光,1964-,男,湖南宁乡人,高级工程师,主要从事细菌冶金、地浸工艺研究。

细菌浸出已成功地应用于低品位矿石、难处理矿石的堆浸、槽浸、地浸生产中。

早在20世纪60年代,加拿大埃利奥特湖地区的一些矿山就进行了应用细菌地浸铀的研究[1],取得了显著的经济效益;西班牙[2]、俄罗斯[3]、日本[4]等也相继开展了细菌浸出的研究,并成功地把细菌浸出技术应用于铀、金、铜等矿石的处理及废水处理中。

湖南某铀矿山是我国最早利用细菌浸出技术的矿山。

1965-1971年间,中科院微生物研究所和核工业原五所在该矿山用酸和细菌开展了表外矿石的堆浸研究[5],90年代初,核工业铀矿开采研究所对该矿山铀矿石进行了室内细菌浸出试验,并对该矿山某采场低品位矿石原地破碎细菌浸出进行了研究,采用富含浸矿细菌的矿坑水进行了留矿淋浸工业性试验[6]。

在国外,开展铀矿石细菌浸出的矿山很多,但最为成功、经济效益明显的是加拿大埃利奥特湖地区的一些矿山。

国内也有一些铀矿山开展了铀矿石细菌浸出研究工作。

1　细菌浸出原理细菌氧化浸出要求矿石中含有黄铁矿,黄铁矿被氧化后产生硫酸和硫酸铁,硫酸溶解含铀酰离子的铀矿物,硫酸铁使UO 2氧化成U O 2+2。

在浸矿细菌、氧、水存在条件下,黄铁矿将会有如下反应:FeS 2+7O 2+2H 2O(细菌) 2FeSO 4+2H 2SO 4;硫酸亚铁被氧化成硫酸铁:4FeSO 4+2H 2SO4细菌 2Fe 2(SO 4)3+2H 2O;硫酸铁将四价铀氧化成六价铀:2UO 2+2Fe 2(SO 4)3 2UO 2SO 4+4FeSO 4。