细菌堆浸浸铀技术的发展及展望2

细菌浸出利用微生物及其代谢产物作浸出药剂，氧化、溶浸矿物原料中的组分的浸出工艺称为细菌浸出或称生物浸出。

生物技术在在冶金工业中与传统技术相比，具有对环境友好、资源利用率高，尤其适用于低品位复杂矿、难选难分离矿和硫化矿精矿有价金属的提取富集。

在矿产资源面临贫、杂、细，资源日趋减少，环境问题日益突出，绿色环保日显重要的今天，生物技术成为可持续发展战率中最引人关注的新技术之一。

各种细菌、真菌、霉菌和藻类等在生物浸出、生物选矿富集、生物吸附和废弃物的生物处理等方面具有深入研究、广泛应用的前景。

细菌作用于铜矿物产生蓝色硫酸铜溶液发现于20世纪中叶，此后，引起国内外研究工作者的重视，不断有新研究发展应用报告与成果展现。

20世纪60年代初，华能（化学能合成）自养细菌氧化浸矿技术率先在美国应用于铜的堆浸，此后智利、澳大利亚、苏联、日本等十多个国家先后用于工业生产。

华能自养菌的氧化浸出技术目前已发展成为处理硫化矿的一种成熟工艺。

最初应用于低价值和低品位硫化矿，采用堆浸、池浸和就地浸出三种方式，在低品位铜、铀矿资源利用上已有广泛的工业应用。

至20世纪90年代中期，低品位铜矿的细菌堆浸—萃取—电解工艺已成为铜工业生产的常规方法之一，可经济地处理品味很低的铜矿，优于其他任何方法。

截止1997年，生物技术生产的铜已占美国年产铜的18％以上，智利铜产量的25％，世界铜产量的17％.就地浸出是生物浸出低品味矿的另一种工业应用形式。

它是将含有营养物质和菌种的浸出液注入矿床（或仅注入营养液，就地利用矿山原有细菌），渗入矿层并溶解目的矿物，然后在回收中抽出浸出液并从中回收有价金属。

这种方法无需采矿作业，使地表和矿床都不受到大规模破坏，对环境的不利影响也小，在投资、能源消耗和生产成本等方面都低于传统开采提取工艺。

细菌就地浸出技术已在捷克、美国、加拿大等十多个国家应用于铜矿和铀矿的开发。

微生物堆浸预处理技术也在20世纪90年代中叶有美国Newmont公司首先投入工业生产，用于难浸金矿的堆浸。

doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2016.05.007铀矿尾渣微生物堆浸试验华国欢，孙占学，李江，刘亚洁(东华理工大学核资源与环境国家重点实验室培育基地，南昌330013)摘要：采用喷淋量约80 m3/d的间歇性喷淋（喷一天，隔一天再喷）方法对某铀矿微生物堆浸尾渣进行铀的生物浸出，试验持续了49 d，液固比为0.49，尾渣的铀浸出率达到了4.62%，浸出液铀浓度均大于50 mg/L。

该方法有效解决了堆浸后期矿石中残留铀难以浸出且浸出效率低下的问题，提高了单位溶浸液平均铀浸出浓度。

关键词：铀；尾渣；微生物堆浸；间歇性喷淋；喷淋量中图分类号：TL212.1+2 文献标志码：A 文章编号：1007-7545（2016）05-0000-00Test of Microbial Heap Leaching of Uranium TailingsHUA Guo-huan, SUN Zhan-xue, LI Jiang, LIU Ya-jie(State Key Laboratory Breeding Base of Nuclear Resources and Environment, East China University ofTechnology, Nanchang 330013, China)Abstract：Uranium heap leached tailings have been microbial heap leached for 49 days with spray quantity of 80 m3/d and L/S=0.49 by intermittent spraying as one day on and one day off. Uranium leaching rate is 4.62% with uranium concentration in solution of 50 mg/L above. This method effectively addresses difficulty of uranium leaching and low leaching efficiency in later period of heap leaching, and improves uranium concentration in unit leaching solution.Key words：uranium; tailings; microbial heap leaching; intermittent spraying; spray quantity 我国硬岩型铀矿山一般对铀品位低于0.02%的铀矿石尾渣予以丢弃，这造成部分铀资源的浪费，但继续喷淋浸出，又存在浸出效率低下、浸出周期较长、浸出成本较高、经济上不合理等问题[1-3]。

铀矿浸出铀矿浸出(leaching of uranium ores)用浸出剂把矿石中的铀选择性溶解到溶液中而能与大部分伴生杂质分离的铀提取过程。

这是铀提取的一道重要工序。

浸出方法按所用浸出剂，分为酸浸出和碱浸出；按浸出矿块的大小和浸出方式，分为搅拌浸出、堆浸和就地浸出等。

通常要根据矿石的特性和技术经济条件选择浸出方式。

常规铀矿石的浸出通常属搅拌浸出。

铀在矿石中以正四价和正六价的化合物形态存在，无论是用酸浸出还是碱浸出，铀都必须先氧化成正六价后才能被溶解，因此浸出时需添加氧化剂。

铀的浸出速度受扩散过程控制，与试剂浓度、浸出温度、矿粒表面积以及矿粒内铀离子通过溶液到固体表面的扩散速度成正比。

酸浸出常用稀硫酸溶液作浸出剂，也可以用硝酸或盐酸溶液。

硫酸具有浸出能力强、价廉、可浸出较粗矿粒、浸出温度低、浸出时间较短的特点，但浸出液含杂质较多。

用硫酸溶液浸出时，铀以铀酰离子的形式转入溶液，与硫酸根形成多种配离子：铀矿石中一般都伴生有铁的化合物，酸浸出过程中只需加入适量的氧化剂，使Fe2+氧化成Fe3+，Fe3+便能将UO2氧化成[UO2]2+而转入溶液。

工业生产中常用二氧化锰(软锰矿)或氯酸钠作为氧化剂。

当控制浸出液中的氧化还原电位在-400～-500mv及Fe3+浓度超过0.5g/L时，铀几乎全部氧化成六价：铀矿的酸浸出通常是在几台串联的搅拌槽(见浸出槽)中进行的。

将铀矿磨细至小于0.5mm的粒级，在矿浆的液：固≈1、pH≈1、浸出温度约333K的条件下，浸出3～6h，铀浸出率在90%以上。

为减少酸用量可采用两段逆流浸出(见连续浸出)、或低酸(恒酸)长时间浸出。

难处理铀矿有时采用加压酸浸出(见加压浸出)或在浸出前经过焙烧预处理。

含硫化物的铀矿细泥可采用加水自氧化加压浸出。

碱浸出常用碳酸钠或碳酸铵作浸出剂。

在氧化条件下，铀以[U02(C03)3]4-形态转入溶液，同时产生0H-：0H-的增高会使部分[U02(C03)3]4-重新转入沉淀，造成铀的损失。

微生物浸出技术及其研究进展摘要：随着人们生活水平的不断提高，对矿产资源消耗量越来越大，而高品位矿石已近枯竭，开发利用低品位资源已提到议事日程；为此，必须找到一种经济上合理，技术上可行，并且安全环保的回收低品位矿石的方法，以充分利用原先丢弃的废矿或开采低品位的矿床。

目前，原地浸出（穿孔注液，不爆破）、就地浸出（爆破后就地喷液）、堆浸、池浸、搅拌浸出等技术被广泛应用，这些方法都伴随有微生物浸出部份。

在金矿、铜矿、铀矿的开采中，为了充分利用矿产资源和降低经济成本，科研人员利用微生物浸出技术来实现矿产资源的开发，使得微生物浸出技术成为开采金矿、铜矿、铀矿开采的重要技术。

本文在此通过对铜矿中使用的微生物品种的介绍、微生物浸出原理以及微生物浸出效率等进行讨论，并对微生物浸出技术的研究提出作者自己的看法。

关键词：微生物浸出技术；微生物浸出原理；浸出效率；影响因素；研究进展微生物浸出技术中，矿洞的开采环境以及微生物的特性不同，都会导致铜矿回收率的变化，从而影响到微生物的浸出效率。

因此，在使用微生物浸出技术进行铜矿资源的开采时，要保证其达到合适的pH值并满足铜矿的矿浆浓度，保证矿石粒度满足要求，避免粒径过细引起的叠堆。

同时，对加入了微生物的矿石进行充分搅拌，使其在搅拌中与微生物接触，保证微生物浸出过程中氧气和二氧化碳的充足。

目前，我国在研究高效菌种的培育以及高效菌种的散体渗流过程等还存在部分欠缺，为了提高微生物浸矿工艺的高效率，科研人员需要对现有的微生物浸出技术进行改进和完善。

1微生物浸出技术的概述最早的微生物浸出主要用于冶金，因此它还有着一个别称：湿式冶金技术，即通过利用微生物生命活动中的氧化以及还原特性来实现铜矿资源的开采。

在铜矿开采中，使用微生物浸出技术主要是因为微生物可以浸出金属，并对矿石表面的成份产生氧化还原，使其在水溶液中，以另一种形态的方式与原物质进行分离，包括元素沉淀或者离子状态等。

微生物浸出技术最早是被应用于贫矿中对金属的回收，比如铀、铜、金等。

核能作为目前最清洁的一种能源，在其发展过程中，我们必须从矿石中提取铀—一种能够发生核裂变并产生核聚能的金属，而铀在矿石中含量是相当低的。

铀在地球上的平均含量比较低，且很分散，这就要求我们不能像火法冶金一样，直接从矿石中提取，必须进行湿法冶金——其中包括浸出、分离、纯化、浓缩、沉淀等多个工序，制取发展核能所必须的铀制剂。

因此首先必须针对矿石的特性进行浸出，将大多数无用的杂质分离出来。

浸出就是用化学试剂将与众多矿物伴生的矿石中的有用组分—铀转化为可溶性化合物，并选择性地溶解出来，得到含金属铀的溶液，实现铀组分与杂质组分的分离过程。

随着核电的发展，需要愈来愈多的铀作为核反应堆的核燃料，因此我们要从各种不同铀矿石中采取浸出的方法提取铀，来获得我们所需要铀产品，这也是制取核燃料的第一步。

接着通过离子交换或萃取的方法制取铀的化合物，并通过沉淀的方法制取铀的浓缩物，然后通过纯化、氧化还原制取铀的氧化物，再通过冶金制取铀金属，最后制成我们所需要的核燃料。

这里所提到的浸出就是将含有溶剂的水溶液，例如酸溶液或碱溶液等，直接与矿石按一定的比例进行搅拌混合接触，使之在矿石中的铀有选择性地溶解在含有酸、碱的水溶液中，而与其它不溶解的矿物进行分离，得到含有绝大部分的铀而只含有极少部分溶解的其它矿物成分的水溶液，从而实现铀与其它矿物的分离。

浸出技术经过长期的发展，特别是我国核工业经历几十年的发展，产生许多不同的浸出的方式和方法。

浸出过程根据固液接触方式和形式是多种多样的。

影响浸出效率的高低取决于许多因素，其中最主要的就是我们所常说的浸出六大因素的研究：1）矿石的粒度；2）浸出液固比；3）浸出试剂的浓度；4）浸出时的温度；5）浸出时间的长短；6）氧化剂的用量。

浸出的机理主要是当含有浸出剂（如硫酸或碱）的溶液与含有铀的矿物接触时，溶液中的溶剂不断地通过矿石中孔隙向铀矿物表面扩散，当溶液中的溶剂与所要取得的铀矿物接触时，铀矿物就不断地扩散到溶液中与溶剂进行结合生成新的化合物，同时含有溶解铀的溶剂也不断地向矿物外的溶液中扩散，此时进入溶液中的铀矿物即是我们所要取得的目标物——铀化合物。

研究与探讨生物浸矿技术研究进展*李雄 柴立元 王云燕(中南大学冶金科学与工程学院 长沙410083)摘 要 近年来发展迅速的生物浸出技术由于其反应温和,能耗低,流程简单,环境友好等特点,在低品位矿物浸出中将会发挥重要的作用。

从微生物浸铜、铀、金及其他金属几个方面介绍了生物浸矿技术的研究状况,展望了生物浸矿技术的发展前景。

关键词 微生物 生物浸矿 研究进展Research Progress on Bioleaching TechnologyLI Xiong CHAI Li yuan WANG Yun yan(Colle ge o f M e tallurgic al Science and Engine ering,Cent ral South U ni versity Changsha410083) Abstract Bioleaching technology has developed rapidly i n recent years,which pl ays an i mportant part i n the leaching of l ow grade ores with advantages of mild reaction,low energy consumption,simple process and envi ronmental benign.In this paper research on this technology is conducted i n several aspec ts,such as bi oleaching copper,uranium,aurum,and other metals the development prospec ts are forecasted.Keywords microbe bioleaching res earch progress随着社会的发展及矿物资源的日渐贫乏,人们对矿物资源的需求越来越大,适用于品位较高矿物资源的传统冶金工艺存在着利用率低、能耗大、环境污染严重等缺点。

古代，人们偶然在小溪中发现了附于铁粒上的铜元素，受此启发，发明了用浸出原理从围岩中提取金属的工艺。

意识到岩石中流出的溪水中含有可见的铜矿物，接下来一定导致人们寻找研究河道中含铁矿石的沉积位置，并提取收集这些天然沉积岩中的金属，用于下一步的冶炼。

在1984年澳大利亚矿物基金会出版的《论溶液采矿》一书中，作者L. J. Morris 认为，中国是最早使用溶液采矿法生产铜的国家，他引论的日期为公元907年；不过，纪录该工艺的文献可追溯到公元前177年。

最新的案例有，十七世纪和十八世纪在中欧、威尔士和爱尔兰等国家和地区广泛使用堆浸工艺，从沉积岩石中提取铜；虽然，那个时代人们不会对堆浸采矿工艺的基本历史进行叙述。

符合逻辑的推断是，因为溶液采矿不如火法冶金那么重要，火法冶金要求必须具有较高的专业技术水平才能成功运行。

用溶液采矿法生产沉积铜要依赖自然条件，而且产能有限；但是，由于其成本低廉，可以说为矿山经营者提供了有额外收益的另一个资源。

据报道，从上世纪50年代初开始，位于美国加利福尼亚州的铜矿区每年可提取回收300~500吨铜。

由于溶液采矿依赖天然水的酸度，故阻碍了铜产量的增加。

曾有历史证据证实，西班牙的Rio Tinto 公司曾在十七世纪50年代通过加酸来加速堆浸作业中铜的溶解；同时，还首次将矿石堆成堆，在堆顶喷洒溶液进行浸出，而没有采用岩石就地自然浸出的工艺。

对于矿主们如何得到堆浸工艺所需的足量的酸，至今仍然是一个谜。

尽管如此，这些工作实践为以后的堆浸应用提供了技术根据。

近年来外国矿企应用堆浸的现状近年来，国外对堆浸技术的研究与应用已成为矿冶领域的热点。

堆浸在铜、金等金属的提取上已成功获得工业应用。

自1980年以来，智利、美国、澳大利亚等文|本刊编辑部堆浸采矿技术源远流长，特别是最近几十年获得了广泛的工业应用。

现在，堆浸不仅广泛用于世界各地的铜、金提取回收，而且也应用于从低品位的矿石资源中回收其他金属，如钒、锌、镍和钼等。

绳状青霉生物浸铀实验研究微生物浸矿技术具有投资少、工艺简单、绿色环保等诸多优点,在矿产资源回收和环境保护领域显示出广阔的应用前景。

本文旨在研发一种铀矿石的真菌生物浸出方法。

研究了绳状青霉代谢产物浸出、绳状青霉直接浸出、氧化强化浸出及透析浸出等多种体系下的铀矿石浸出行为,分析了绳状青霉浸铀作用机理。

取得的主要研究成果如下:（1）开展了绳状青霉代谢产物浸铀实验,研究了不同培养基种类、培养时间、孢子接种量、培养温度等条件产生的绳状青霉代谢产物对铀浸出的影响。

结果表明,代谢产物的pH值对铀浸出率有较大影响,随着代谢产物pH值降低,铀浸出率随之增大。

在培养基为PCS培养基、接种量为1‰(OD₆₀₀=1.0)、培养温度为30℃、发酵时间为5天的条件下,代谢产物的pH值为2.74,铀浸出率为43.5%。

（2）开展了绳状青霉直接浸铀实验,研究了浸出时间、矿浆浓度、摇床转速及矿石粒径等对铀浸出的影响。

结果表明,采用PCS培养基,接种量为1‰(OD₆₀₀=1.0)、温度为30℃、浸出时间为7天、矿浆浓度为5%、矿石粒径为-250目、摇床转速为200 r·min^-1时,铀的浸出率最高为53.9%。

（3）开展了FeCl₃氧化强化浸出和透析浸出实验。

相比于直接浸出和代谢产物浸出,绳状青霉菌体的形态均发生了相应的变化。

透析袋中的菌体形态呈现为松散的菌团,而添加氧化剂FeCl₃时,菌体形态表现为粒径较为均匀的菌球。

同时,FeCl₃氧化强化浸出,铀的浸出率增至63.5%。

（4）通过分析比较各浸出体系下铀的浸出率及浸出渣检测结果,表明绳状青霉浸铀是有机酸的酸化络合和菌丝对矿石的机械作用两者协同作用的结果。

非线性预测算法在铀矿堆浸工艺中的应用研究生物浸出技术通常指由自然界存在的微生物对矿石进行的细菌氧化或生物氧化.即它是利用一些微生物或其代谢产物具有氧化、还原、溶解或吸附某些矿物或离子的作用来提取矿石或溶液中的有价金属的一种技术.它在铀矿中的应用始于20世纪50年代.研究表明细菌堆浸技术具有良好的经济效益和环境效益.我国铀矿石的堆浸工业生产始于八十年代初期,并于2002年成功实现产业化,取得了良好的技术经济效益.近年来对铀矿堆浸技术的研究,特别是对堆浸过程的建模分析已越来越引起人们的关注.如何建立合理的堆浸工艺的数学模型,为不断完善铀矿堆浸系统的理论与实践提供可靠的定量研究方法,是铀矿堆浸工艺中一个热点与难点问题.在具体的生产工艺中,影响堆浸工艺铀矿浸出率的因素较多,且工艺的运行中产生的数据具有时序性、非线性的特点,这就要求我们应用非线性时间序列分析方法研究堆浸现象,探寻其变化规律.现实世界中绝大多数事物性质都具有混沌性.本文采用由某批次铀矿堆浸工艺产生的样品数据,首先,利用单一GM(1,n）模型对铀的累计浸出率做了预测及拟合分析,利用BP神经网络进行了预测研究.然后,对铀矿堆浸系统进行混沌识别,借助相空间重构理论,构建了基于相空间重构的局部最邻近预测算法、基于相空间重构的灰色预测算法,对铀的累计浸出率进行了联合预测和拟合分析.利用上述方法对铀的累计浸出率预测效果如下:(1)基于单一GM(1,n）模型的预测结果为平均相对预测误差是0.0739,小误差概率是P=0.6154,后验差比值C=1.0041;(2)采用经典BP神经网络预测算法得到的平均相对预测误差为0.0081;(3)利用重构后相空间上的点作为最邻近点,采用局部最邻近预测技术分别进行了四组预测,预测结果为最大平均相对预测误差是R1=4.8664e-004,最小为R2=7.5822e-005;(4)基于相空间重构和GM(1,n）模型组合预测算法的预测结果为平均相对预测误差是0.0063,小误差概率为P=1,后验差比值为C=0.1831.对铀的累计浸出率的拟合效果为:(1)基于单一GM(1,n)模型的拟合结果为平均相对预测误差是0.0087,小误差概率是P=1,后验差比值是C=0.3493;(2)采用基于相空间重构和GM(1,n)模型组合算法的拟合结果为平均相对预测误差是0.0046,小误差概率是P=1,后验差比值是C=0.1631.通过本文研究表明,铀矿堆浸工艺系统具有混沌的性质,且基于相空间重构的两种预测算法的预测效果均较好,基于相空间重构的预测算法是比较科学的预测算法.本文中，计算机仿真均采用MATLAB语言,所引用的数据来自堆浸工艺生产中某矿区ZQ8堆浸柱运行过程中产生的一批实测数据.。