一種碳硅泥巖型鈾礦石細(xì)菌浸鈾方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微生物濕法冶金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種從低品位碳硅泥巖型鈾礦石中細(xì)菌高效浸鈾的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈾資源既是我國國防建設(shè)所急需的戰(zhàn)略物資，又是經(jīng)濟(jì)建設(shè)中必不可少的能源物質(zhì)。碳硅泥巖型鈾礦是我國四大類型鈾礦之一，其中含鈾黑色巖系型屬于我國非常規(guī)鈾資源類型，泥巖層位穩(wěn)定，厚度大，內(nèi)富含有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦、泥質(zhì)、硅質(zhì)和磷質(zhì)，鈾含量主要介于
0.01 %?0.05 %，在我國有著相當(dāng)儲(chǔ)量且廣泛的分布。
[0003]由于碳硅泥巖型鈾礦石還原程度較高、礦石鈾品位低、富含有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦常與鈾礦物伴生，采用傳統(tǒng)常規(guī)浸出工藝難度大、成本高，使該類鈾礦石廣泛開發(fā)利用受到了技術(shù)上的限制。有研究報(bào)道(吳培生等，鈾礦冶，1983年第2期第3卷)，采用氧化焙燒酸法浸出、浮選、化學(xué)氧化劑和堿性條件下加壓空氣氧化等方法提取鈾資源，但在經(jīng)濟(jì)上是不可行的。由此可見，碳硅泥巖型鈾礦采冶技術(shù)還有待進(jìn)一步優(yōu)化創(chuàng)新。
[0004]微生物冶金技術(shù)是利用微生物及其代謝產(chǎn)物對(duì)某些礦物(尤其是硫化礦)和元素所具有的氧化、還原、溶解、吸收(吸附)等作用，從礦石中溶浸目標(biāo)礦物的技術(shù)，在降低成本、減輕環(huán)境污染以及資源循環(huán)利用等方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在常溫、常壓條件下，細(xì)菌細(xì)能將礦石中的黃鐵礦氧化成硫酸和硫酸高鐵氧化劑，用于浸出礦石中的銅和鈾。在浸出金屬過程中，硫酸高鐵被還原為硫酸亞鐵，可再被細(xì)菌載化成硫酸高鐵氧化劑，如此循環(huán)進(jìn)行浸礦。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種低品位碳硅泥巖型鈾礦石細(xì)菌高效浸鈾方法，通過該方法與化學(xué)氧化劑浸出方法對(duì)比，可縮短浸出時(shí)間、提高鈾浸出率(降低渣品位)，有利于低品位碳硅泥巖型鈾礦石的有效回收，擴(kuò)大鈾資源利用率。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種碳硅泥巖型鈾礦石細(xì)菌浸鈾方法，以低品位碳硅泥巖型鈾礦石為原料，包括以下步驟:
(1)礦石破碎:將有機(jī)碳含量大于等于12.57%，硫含量大于等于1.18%，鐵含量大于等于4.19%的碳娃泥巖型鈾礦石破碎至粒度小于30mm;
(2)細(xì)菌氧化劑的制備:從目標(biāo)碳硅泥巖型鈾礦區(qū)采集的酸性礦坑水及鈾礦石中富集獲得了活性混合菌群，該混合菌能在PH為1.7-2的環(huán)境中，二價(jià)鐵氧化速率達(dá)0.22±0.02g/(L.h);
(3)硫酸酸化浸鈾:將經(jīng)步驟(I)破碎后的礦石裝入試驗(yàn)柱，進(jìn)行硫酸酸化浸鈾；
(4)細(xì)菌氧化浸鈾:將經(jīng)步驟(2)培養(yǎng)制備的細(xì)菌氧化劑噴淋至經(jīng)步驟(3)酸化預(yù)浸出后的礦石中進(jìn)行細(xì)菌氧化浸鈾； (5)尾液噴淋浸鈾:將吸附尾液循環(huán)噴淋至經(jīng)步驟(4)細(xì)菌氧化浸出后的鈾礦石中進(jìn)行尾液氧化浸鈾。
[0008]進(jìn)一步，包括以下步驟:
(1)礦石破碎:將有機(jī)碳含量大于等于12.57%，硫含量大于等于1.18%，鐵含量大于等于4.19%的碳娃泥巖型鈾礦石破碎至粒度小于30mm;
其中粒徑15?30mm比例占76.8%，粒徑小于15mm比例占23.3% ；
(2)細(xì)菌氧化劑的制備:從目標(biāo)碳硅泥巖型鈾礦區(qū)采集的酸性礦坑水及鈾礦石中富集獲得了活性混合菌群，該混合菌能在PH值為1.7-2.0的環(huán)境中，二價(jià)鐵氧化速率達(dá)0.22 土
0.02g/(L.h);以鈾礦石酸化吸附尾液作為菌液培養(yǎng)基，進(jìn)行逐級(jí)尾液馴化擴(kuò)大后，按20%比例接種于細(xì)菌氧化槽中進(jìn)行菌液培養(yǎng)制備，為細(xì)菌浸鈾階段提供充足的細(xì)菌高鐵氧化劑；
(3)硫酸酸化浸鈾:將經(jīng)步驟(I)破碎后的礦石裝入試驗(yàn)柱，進(jìn)行硫酸酸化浸鈾，其中:溶浸液為硫酸溶液，初始硫酸酸度為I Og/L，噴淋量質(zhì)量比為10%，噴淋強(qiáng)度為3.5L/ (h.m2)，噴淋時(shí)間為24h，進(jìn)行酸化預(yù)浸出鈾，控制浸出體系pH值穩(wěn)定在2.0以下，一方面為細(xì)菌的生長繁殖提供適宜環(huán)境，另一方面避免產(chǎn)生鐵礬沉淀，對(duì)鈾浸出不利；
(4)細(xì)菌氧化浸鈾:將經(jīng)步驟(2)培養(yǎng)制備的細(xì)菌氧化劑噴淋至經(jīng)步驟(3)酸化預(yù)浸出后的礦石中進(jìn)行細(xì)菌氧化浸鈾，其中:溶浸劑為自養(yǎng)型細(xì)菌的硫酸高鐵溶液，自養(yǎng)型細(xì)菌包括氧化亞鐵硫桿菌，溶液氧化還原電位Eh值大于500mV，硫酸酸度為3g/L，噴淋量質(zhì)量比為5%，噴淋強(qiáng)度為3.5L/(h.m2)，噴淋時(shí)間為12h，進(jìn)行細(xì)菌氧化浸出鈾，通過細(xì)菌硫酸高鐵氧化劑氧化礦石中較難浸出的四價(jià)鈾，強(qiáng)化鈾的浸出；浸出液經(jīng)離子交換樹脂吸附柱吸附鈾后，產(chǎn)生的吸附尾液用于培養(yǎng)細(xì)菌，如此循環(huán)，減少了尾液的排放量，有利于環(huán)境保護(hù)；
(5)尾液噴淋浸鈾:將吸附尾液循環(huán)噴淋至經(jīng)步驟(4)細(xì)菌氧化浸出后的鈾礦石中進(jìn)行尾液氧化浸鈾，其中:溶浸劑為含硫酸高鐵的吸附尾液，尾液氧化還原電位Eh值大于500mV，硫酸酸度為2_3g/L，噴淋量質(zhì)量比為5%，噴淋強(qiáng)度為3.5L/(h.πι2)，噴淋時(shí)間為12h，進(jìn)行吸附尾液氧化浸鈾，通過含硫酸高鐵吸附尾液的循環(huán)利用，減少對(duì)細(xì)菌氧化劑的使用，降低成本。
[0009]更進(jìn)一步，活性混合菌群包括自養(yǎng)型鐵氧化菌及硫氧化菌。
[0010]更進(jìn)一步，菌液培養(yǎng)過程中，控制總鐵濃度在5g?10g/L左右，當(dāng)Fe2+氧化率達(dá)到95%以上或Eh值為500mV時(shí)視為菌液活性達(dá)到要求。
[0011]更進(jìn)一步，硫酸酸化浸鈾工藝中，一是采用逐級(jí)梯度降酸方法，控制酸化酸度為10-5g/L，當(dāng)浸出液pH=l.8時(shí)，采用尾液循環(huán)噴淋，當(dāng)浸出液pH值維持在2.0以下時(shí)，酸化階段結(jié)束，轉(zhuǎn)入細(xì)菌浸鈾階段;二是酸化液循環(huán)利用，保持10%的尾液水排出和清水補(bǔ)給，以達(dá)到節(jié)省硫酸和用水量的目的。
[0012]更進(jìn)一步，細(xì)菌氧化浸鈾工藝中，一是菌液培養(yǎng)制備采用吸附尾液進(jìn)行曝氣充氧活化培養(yǎng)，菌液ΣFe=5 g/L，F(xiàn)e3+比例為90%以上，Eh值在500mV以上，噴淋溶浸液pH值<1.8,浸出液PH值< 2.0; 二是當(dāng)浸出液Fe3+濃度I溶浸劑Fe3+濃度，且進(jìn)出液Σ Fe濃度I溶浸劑Σ Fe濃度時(shí)，即視為礦石內(nèi)植菌成功，轉(zhuǎn)入尾液噴淋浸鈾階段。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:
(I)與傳統(tǒng)化學(xué)浸鈾方法相比，本方法具有能耗低、鈾回收率高、環(huán)境友好等特點(diǎn)，并能夠處理傳統(tǒng)冶金方法不能或難以處理的低品位碳硅泥巖型鈾礦等非常規(guī)鈾礦資源，擴(kuò)大資源利用率。
[0014](2)利用從碳硅泥巖鈾礦石中分離出的活性混合菌群(主要為自養(yǎng)型鐵氧化菌及硫氧化菌)，能夠適應(yīng)高有機(jī)含量鈾礦石的浸出體系，并能氧化利用礦石中的黃鐵礦進(jìn)行產(chǎn)酸和三價(jià)鐵氧化劑，避免了大量硫酸和氧化劑的使用，同時(shí)減輕了對(duì)環(huán)境的污染。
[0015](3)工藝操作簡單，投資小，化學(xué)試劑消耗少，硫酸亞鐵使用量為零，溶液中的鐵完全來自礦石中鐵礦物的溶出。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明碳硅泥巖型鈾礦石細(xì)菌浸鈾的主要工藝流程圖。
[0017]圖2為本發(fā)明細(xì)菌浸出和化學(xué)氧化劑浸出對(duì)比鈾浸出率和浸出液Eh值曲變化規(guī)律圖。
[0018]圖3為本發(fā)明鈾浸出率和浸出液Eh值曲變化規(guī)律圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明通過下面的實(shí)施例可以對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，然而，本發(fā)明的范圍并不限于下述實(shí)施例。
[0020]實(shí)施例1
試驗(yàn)條件:采用江西省九江市修水地區(qū)碳硅泥巖型鈾礦石，進(jìn)行細(xì)菌浸出和化學(xué)氧化劑浸出對(duì)比試驗(yàn)，柱子直徑30cm，柱高為120cm，礦石重量58kg，礦石粒度-30mm，原礦鈾品位分別為0.0353%和0.0328%。礦石中有機(jī)碳含量為12.57%,Fe2O3和FeO所占比列分別為3.94%和0.252%。
[0021]條件控制:細(xì)菌浸出:采用細(xì)菌氧化劑，化學(xué)浸出:鈾礦石滅菌后加入3%氯酸鈉氧化劑。采用本發(fā)明步驟(1)_(5)，進(jìn)行浸鈾對(duì)比試驗(yàn)。
[0022]試驗(yàn)結(jié)果:浸鈾時(shí)間為71d，兩者礦渣鈾品位分別為0.0114%和0.0134%，渣計(jì)鈾浸出率分別為67.71%和59.15%，耗酸量分別為0.35%和0.58%。鈾浸出率隨時(shí)間變化曲線見圖2，結(jié)果表明在相同浸出周期的條件下，采用細(xì)菌浸出方法較化學(xué)浸出方法鈾浸出率可以提高8.56%，硫酸亞鐵使用量為零，自養(yǎng)型細(xì)菌能氧化利用礦石中的黃鐵礦進(jìn)行產(chǎn)酸和三價(jià)鐵氧化劑，避免了大量硫酸和氧化劑的使用，降低了成本，同時(shí)減輕了對(duì)環(huán)境的污染。從圖中還可以看出，試驗(yàn)進(jìn)行到30天時(shí)，細(xì)菌浸出液Eh值大于500mV，表明柱內(nèi)植菌成功，后期進(jìn)行尾液循環(huán)噴淋浸鈾。而化學(xué)氧化劑浸出方法則一直需要投加3%的氯酸鈉氧化劑來維持溶液的Eh值。從而，可以顯現(xiàn)本方法較化學(xué)浸出方法具有明顯的鈾浸出率高、成本低和環(huán)境污染小的優(yōu)勢(shì)。
[0023]實(shí)施例2
試驗(yàn)條件:采用江西省九江市修水地區(qū)碳硅泥巖型鈾礦石，柱子直徑30cm，柱高為180cm，礦石重量120kg，礦石粒度-30mm，原礦鈾品位為0.0252%。礦石中有機(jī)碳含量為13.10%，F(xiàn)e2O3和FeO所占比列分別為4.00%和0.236%，硫含量為I.18%。
[0024]條件控制:采用本發(fā)明步驟(1)-(5)，進(jìn)行細(xì)菌浸鈾試驗(yàn)。
[0025]試驗(yàn)結(jié)果:浸鈾時(shí)間為150d，礦渣鈾品位0.00782%，渣計(jì)鈾浸出率68.97%，耗酸量0.2 7 %。鈾浸出率隨時(shí)間變化曲線見圖3，從圖中可以看出，在酸化浸出前期鈾溶出速率較快，這是由于礦石中六價(jià)鈾被酸液快速溶出，之后鈾浸出率逐漸緩慢，第21天加菌進(jìn)入細(xì)菌浸鈾階段，鈾浸出率曲線維持一定的浸出斜率，此時(shí)浸出液的Eh值也不斷上升，第93天浸出液Eh值維持在500mV以上，浸出液Fe3+濃度明顯增加并大于進(jìn)液Fe3+濃度，說明柱內(nèi)柱內(nèi)鐵氧化菌的活性很強(qiáng)，植菌成功，轉(zhuǎn)入尾液噴淋浸鈾階段，此時(shí)浸出液Eh值維持在500mV以上，有利于鈾的氧化浸出。
[0026]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，比如下述范圍內(nèi)的有效值或非限制性的其他具體形式。包括以下步驟: