CN104046807A - 一种高效池式微生物浸铀方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于湿法微生物冶金技术领域，涉及一种高效池式微生物浸铀方法，适用于碳酸钙含量小于2%的硬岩型铀矿的酸法冶铀工程。高效池式微生物浸铀方法采用池式浸铀方式并将酸化、植菌和浸铀3个工序阶段合并同时进行的措施，达到在防止硫酸钙和三价铁沉淀的前提下进行了强化浸铀，明显提高了浸出液铀含量和铀的浸出率，并将浸铀周期缩短到1个半月以内。

Description

一种高效池式微生物浸铀方法

技术领域

本发明属于湿法微生物冶金技术领域，涉及一种高效池式微生物浸铀方法，适用于碳酸钙含量小于2%的硬岩型铀矿的酸法冶铀工程。

背景技术

随着核电的发展，对铀资源量的要求将会超越目前的开发水平。提高铀矿水冶能力需要做好相应的准备。近年来我国在铀矿水冶工作中加强了研究和推广应用微生物技术，已初显效果，但也有许多需要改进提高的地方。硬岩浸铀有堆浸、池浸两种。它们的主要不同之处是：堆浸是在包气条件下的淋滤浸铀、池浸是在饱水条件下的浸泡浸铀；然而，微生物堆浸浸铀工作中出现了一些问题，主要表现为不同程度上存在铁的沉淀堵塞问题。铁堵塞造成浸堆的渗透性减弱，产量降低；打乱工程正常操作、影响氧化槽生产菌液和吸附塔的工作条件；铀矿物被铁沉淀物包裹，影响铀资源的回收率。用强酸处理铁堵塞会造成耗材增加、浸铀周期延长。因此，微生物冶铀的工作方法需要改进。

发明内容

本发明目的在于提供一种高效池式微生物浸铀方法。

本发明的技术方案为：

一种高效池式微生物浸铀方法，一、采用池式浸铀方式，即在饱水条件下的浸泡浸铀；二、将酸化、植菌和浸铀3个工序阶段合并同时进行。

采用体外繁殖细菌的微生物冶铀，将在充气、加酸、加硫酸亚铁、挂膜的氧化槽内繁殖好的菌液，引入浸矿体系中，将目标元素浸出；将繁殖细菌的任务交给氧化槽，这样，繁殖细菌与浸矿同时进行。

将浸铀菌液中加入足够的硫酸，以保证在每个浸铀回次期间，酸化、植菌和浸铀3个工序阶段合并同时进行时，工作液的pH在1.8以下。

将浸铀回次缩短为12h。

所述高效池式微生物浸铀方法如下：

（1）开始浸铀工作前，首先进行耗酸试验，取得矿石耗酸率的参数，根据它设计初始溶浸液的酸度；

（2）用接触氧化槽培育氧化亚铁硫菌液；菌液的三价铁含量视矿石性质而定；

（3）按矿石耗酸率资料，将培育好的菌液与足够的硫酸配置溶浸液；以保证在每个浸铀回次期间，酸化、植菌和浸铀3个工序阶段合并同时进行时，工作液的pH在1.8以下；

（4）保证浸出液的pH≤1.8；当工作液的pH达到1.8时及时进行换液；

（5）保证浸出液的Ca≤600mg/L；当工作液的Ca达到600mg/L时及时进行换液；

（6）浸铀回次周期设为12h，当本条款与（4）或（5）发生矛盾时，以（4）、（5）为准；

（7）浸出液经树脂吸附铀形成的尾液，经过氧化槽复壮后，重复使用。

（8）浸出液铀浓度低于10—20mg/L时，结束溶浸。

所述高效池式微生物浸铀方法具体操作如下：

初期：酸化、浸铀和植菌三阶段合一，是浸铀强度最高的阶段，为浸铀高峰期。采用高硫酸酸度的菌液，5—10g/L三价铁，2h监测工作液的pH和Ca，当工作液的pH回升到接近1.8或钙含量接近600mg/L时，结束浸铀回次，及时换液，浸出液观测浸出液中U、Eh、pH、M、Fe²⁺、Fe³⁺、Ca等的含量；

前期：工作条件如上不变，当浸泡回次结束时间逐渐延长至12h时，开始降低溶浸液的硫酸酸度，在浸出液铀含量历史曲线上，仍为浸铀高峰期；

中期：降低溶浸液的硫酸酸度至菌浸正常pH =1.3-1.5, 在浸出液铀含量历史曲线上，为浸铀过渡期；

后期：当溶浸液的酸度降到3g/L时，进入尾液复壮浸铀阶段，浸出液铀含量明显降低，U=150-50mg/L； 

尾期：当浸出液铀含量降低到<50mg/L ，浸铀回次周期可以适当延长至24h； 

溶浸液U<20mg/L时，洗矿到pH>4、Fe<0.5g/L后出渣，并采渣样，测定其化学组分，及U、CO₂、F、SO₄、S^2- 等含量。

每个工作阶段采取1-2个溶浸液水样，送做水质分析：pH、Eh、电导矿化度以及常规离子加U、Fe²⁺、Fe³⁺、P、F、Si、Al等含量。

本发明酸度即酸的浓度。

本发明的改进部分包括：采用体外繁殖浸铀的微生物冶铀工艺；改堆浸方式为池（槽）浸；将传统的微生物冶铀的酸化、殖菌、菌液浸浸铀、复壮尾液浸铀等4阶段改为酸性菌液浸铀和复壮尾液浸铀2阶段；将浸铀1天1回次缩短为1天2回次。

本发明是在防止硫酸钙和三价铁沉淀的前提下进行。为了强化浸铀，工作初期采用暂短的较高硫酸酸度（15-40g/L），防止三价铁的沉淀浸出液的pH边界值控制为1.8；根据硫酸钙沉淀条件论证，浸出液的钙含量控制在600mg/L以内，根据浸铀的反应动力学的特征，浸铀回次周期设计为12h，即1d换液2次。

优点在于：

1）采用体外繁殖浸铀的微生物冶铀工艺，浸铀强度大，浸出液的铀含量高。

2）改堆浸方式为池（槽）浸，浸铀周期短，一般在1个半月内，将矿石的铀品位降低至2—3/万，而常规浸铀方法的周期在3个月左右，甚至更长。

3）酸化、殖菌、浸铀同时进行，缩短浸铀回次周期；由于浸铀周期大大缩短，材料、电力消耗相应减少。

4）无沉淀板结发生，浸铀工作顺利，回收率提高。

附图说明

图1为本发明快速高效池浸工艺第一次可行性试验浸铀进程图；

图2为本发明第4回次铀浓度随时间增长曲线图；

图3为本发明第11回次铀浓度随时间增长曲线图；

图4为本发明第43回次铀浓度随时间增长曲线图；

图5为本发明铀浓度增长曲线拐点的平均时间图；

图6为本发明池式快速高效微生物浸铀的工艺流程图；

图7为本发明试验二铀累积液计浸出率曲线图。

具体实施方式

本发明可以通过上述发明技术方案具体实施，通过下述技术实验报告及实施例作进一步说明，然而，本发明的范围并不限于下述实施例。

本发明技术实验报告

一、采用体外繁殖浸铀的微生物冶铀工艺

体外繁殖类型的微生物冶金，是将在充气、加酸、加硫酸亚铁、挂膜的氧化槽内繁殖好的菌液，引入浸矿体系中，将目标元素浸出的工艺技术。氧化亚铁硫杆菌仅能在氧化环境中繁殖，而铀矿一般在还原带中形成和保存，矿石的还原容量较大（氧化物质消耗较多）。因此，只有当矿石体系由还原环境转变为某种程度的氧化环境时，才有利于细菌在矿石体系中繁殖与发挥浸矿作用。由于铀矿石的黄铁矿含量多在0.n—n%，远比铜、金矿石中所含的黄铁矿少，故体内殖菌这个阶段占用时间较长，往往需要1-2个月。采用体外繁殖类型的微生物冶金方法，将繁殖细菌的任务交给氧化槽，可以将繁殖细菌与浸矿同时进行，这样可以缩短冶铀工程的周期。这种方法在投入生产以后，材料成本很低，矿石中的黄铁矿能产生足够用的亚铁和硫酸。

二、改堆浸方式为池（槽）浸

将堆浸改为池（槽）浸方式，可以较好解决堆浸过程中难以避免的铁板结问题。原因如下：

堆浸不可避免产生铁板结的原因是，浸矿体系内酸化很难均匀。在堆的上部，矿石酸化快，当它已基本酸化好后，中、下部及底部的矿石碱性仍然较大。含有上部已溶出铁的酸液进入下部时，pH回升，铁水解沉淀于下部。因此，铁板结程度在底部较强，这是普遍现象。由于喷淋液的运动是不均匀的、黄铁矿的分布也不均匀，故堆内铁板结呈团块状、不均匀分布。

由于池浸过程中酸液与矿石接触较堆浸均匀，因而矿石酸化较均匀，可以基本消除铁沉淀板结的危害。

堆浸只能在出口观测浸出液的pH，堆浸的pH过程曲线是由高到低的，而堆内酸化是不均匀的，所以工作中很难控制铁不发生沉淀板结。由于池浸溶浸液是浸满矿石的，可以在池内预埋pH电极，观测到的pH值是由低到高的，便于控制在工作液的pH值上升到铁沉淀的边界值以前，及时更换新的溶浸液，确保不发生铁的沉淀。

堆浸喷淋液运动属于包气带流体运动形式，它是不饱和状态，难免有不均匀的地方。池浸是饱水的，水岩作用远比堆浸均匀。

池浸的液固比较大，可达0.12—0.14，因此酸化浸铀速度较快。

三、酸化殖菌浸铀同时进行

由于池浸方式可以较好控制工作体系内的pH状态，可以将铁保留在浸矿体系工作液内。可预先确定矿石的酸化率，然后在浸铀的第一个回次在菌液内加入所需酸量，将带菌酸化的思想贯彻到极点。结果在浸铀的第1回次就能出现浸铀峰值，将酸化殖菌浸铀3个阶段的工作合并同时进行，大大缩短了浸铀周期。

将酸化、殖菌、浸铀3个阶段的工作合并同时进行，意味着在冶铀的初期就采用了最强的冶金条件，这符合浸铀初期最容易浸铀的规律和在这一阶段应将能浸出的铀尽可能提取的思想。

堆浸的浸铀过程曲线是一条不对称的曲线，池浸的浸铀过程曲线是一条符合衰变规律的对数曲线(见图1)，这说明了可以用对数曲线来描述浸铀过程，这为运用数学方法理论指导池浸冶铀工作奠定了基础。

四、缩短浸铀回次周期

在快速高效池浸工艺第一次可行性试验过程中，对铀浸出反应动力学进行了观测。结果表明，铀被三价铁氧化，然后被硫酸溶解的速度较快，一般在8小时内就可以达到浸出浓度曲线的拐点，见图2—5和表1。

表1  溶浸作用铀浓度达到稳定时间

实施例1 

试验条件：邹家山铀矿石，试样重量30kg、桶径40cm，试样高度20cm，品位0.281，粒度-10mm。

微生物池浸条件：起始酸度40g/L，菌液三价铁含量5g/L，试验液固比0.13，回次浸泡时间10h。

试验主要结果：渣计铀品位0.025%，渣计浸出率89.56%，平均铀浓度137mg/L，最高铀浓度2560mg/L，浸铀时间52d，耗酸量7.37%，浸铀总液固比8.93。试验条件与结果参见表2和图1。

表2  试验条件与成果综合一览表

实施例2

试验条件：云际、邹家山、山南混合铀矿石（以云际为主），试样重量30kg、桶径40cm，试样高度20cm，品位0.188，粒度-10mm。

微生物池浸条件：起始酸度15g/L，菌液三价铁含量10g/L，试验液固比0.13，回次浸泡时间10h。微生物池式浸铀是在去碱后进行的。去碱结束时铀的浸出率为2.23%。

试验主要结果：渣计铀品位0.023%，渣计浸出率86.8%，平均铀浓度200mg/L，最高铀浓度2560mg/L，浸铀时间23d，耗酸量18%。试验条件与结果见表3，液计铀浸出率见图7。

表3  试验条件与成果综合一览表

Claims (5)

1.一种高效池式微生物浸铀方法，其特征在于，一、采用池式浸铀方式，即在饱水条件下的浸泡浸铀；二、将酸化、植菌和浸铀3个工序阶段合并同时进行。

2.根据权利要求1所述的一种高效池式微生物浸铀方法，其特征在于，采用体外繁殖细菌的微生物冶铀，将在充气、加酸、加硫酸亚铁、挂膜的氧化槽内繁殖好的菌液，引入浸矿体系中，将目标元素浸出；将繁殖细菌的任务交给氧化槽，这样，繁殖细菌与浸矿同时进行。

3.根据权利要求1所述的一种高效池式微生物浸铀方法，其特征在于，将浸铀菌液中加入足够的硫酸，以保证在每个浸铀回次期间，酸化、植菌和浸铀3个工序阶段合并同时进行时，工作液的pH在1.8以下。

4.根据权利要求1所述的一种高效池式微生物浸铀方法，其特征在于，将浸铀回次缩短为12h。

5.根据权利要求1-4所述的一种高效池式微生物浸铀方法，其特征在于，所述高效池式微生物浸铀方法如下：

（1）开始浸铀工作前，首先进行耗酸试验，取得矿石耗酸率的参数，根据它设计初始溶浸液的酸度；

（2）用接触氧化槽培育氧化亚铁硫菌液；菌液的三价铁含量视矿石性质而定；

（3）按矿石耗酸率资料，将培育好的菌液与足够的硫酸配置溶浸液；以保证在每个浸铀回次期间，酸化、植菌和浸铀3个工序阶段合并同时进行时，工作液的pH在1.8以下；

（4）保证浸出液的pH≤1.8；当工作液的pH达到1.8时及时进行换液；

（5）保证浸出液的Ca≤600mg/L；当工作液的Ca达到600mg/L时及时进行换液；

（6）浸铀回次周期设为12h，当本条款与（4）或（5）发生矛盾时，以（4）、（5）为准；

（7）浸出液经树脂吸附铀形成的尾液，经过氧化槽复壮后，重复使用；

（8）浸出液铀浓度低于10—20mg/L时，结束溶浸。