细菌堆浸浸铀技术的发展及展望2

第17卷第6期 2008年6月

中 国 矿 业

C HINA MINING MA GAZINE

V o l.17,N o.6

Jun 2008

细菌堆浸浸铀技术的发展及展望

苑俊廷,孙占学

(东华理工大学土木与环境工程学院,江西抚州344000)

摘 要:细菌堆浸浸铀技术是从贫矿、废矿和复杂矿中回收铀金属的一种简单易行的生产工艺。本文主要介绍了国内外细菌堆浸浸铀技术的发展历程、实际应用状况、目前存在的问题以及发展趋势。 关键词:铀矿石;堆浸;细菌浸出;细菌氧化;氧化亚铁硫杆菌

中图分类号:T D983 文献标识码:B 文章编号:1004-4051(2008)06-0045-04

The developments and prospects of bio -heap leaching

uranium technology

Y U A N Jun -ting,SU N Zhan -xue

(Depar tment o f Civil Engineering and Envir onmenta l Eng ineering ,East

China Institute of T echnolog y,Fuzhou 344000,China)

Abstract:T he technolog y o f Bio -heap leaching uranium is a simple and feasible product ion pro cess w hich recover s ur anium metal fro m depleted ,w aste and complex uranium m ine .T his paper ma inly intr o -duces dev elo pment pr ocess,the actual applicatio n,ex isting pro blems and dev elopment tr end o f domestic and fo reig n Bio -heap leaching ur anium techno lo gy.

Key words:uranium or e;heap leaching;bio -leaching;bio -o x idat ion;thiobacillus ferro ox idans

收稿日期:2008-03-18

作者简介:苑俊廷(1984-)男,山西忻州人,在读硕士研究生。

铀矿石细菌堆浸工艺是将细菌浸出技术与铀矿石堆浸工艺相融合的一项工艺技术,它除了具有堆

浸工艺的特点外,还具有细菌浸出的优越性。依靠细菌的作用,实现对矿石中黄铁矿等硫化矿物及贫铀浸出剂中Fe 2+

的氧化,利用细菌氧化代谢产物H 2SO 4和Fe 3+为铀的浸出提供溶浸剂,通过改善铀浸出动力学、强化浸出过程来弥补酸法堆浸的不足之处,提高铀的浸出率,缩短生产周期,节省硫酸及氧化剂,降低生产成本,减少对环境所造成的不利影响。因而细菌堆浸浸铀技术具有良好的经济效益和环境效益[1],现已发展成为世界许多国家铀生产的支撑性技术。

中国是铀矿资源不甚丰富的国家,现已探明的铀矿储量居世界第10位之后[2],不能适应发展核电发展的长远需要,而且目前我国铀矿冶工业出现原材料价格上涨,矿山不断老化,新开矿点投资短缺,按常规水冶加工经济亏损等问题[3]。在这种形势下,细菌堆浸浸出技术由于其一系列优点,在低

品位铀矿浸出中发挥越来越重要的作用。它在不断降低我国天然铀提取生产的投资和成本,不断提高提铀生产效率和产品质量的同时,逐步扩大了我国铀矿资源的开发利用范围和拓展了我国可供开发的铀资源量。

1 细菌堆浸浸铀技术的国内外研究

(1)国外细菌堆浸技术的研究进展

20世纪80年代,世界上共有14座铜的细菌氧化提取厂投入生产。世界上第一座金的细菌浸出厂于1986年在南非的Fairview 建成投产,到目前已有8个细菌浸金厂投产。第一座钴的细菌氧化提取工厂于1999年在乌干达的Kasese 钴业公司建成投产,目前由于其回收流程较为复杂,需要除铁,回收铜和锌,所以其工业应用很有限[4]。细菌浸出铀矿最早的例子是葡萄牙的/镭公司0在1953年开始进行的铀矿自然浸出研究[5]

。并在1956年的第二届国际和平利用原子能会议上,他们发表了/铀的自然浸出0研究报告。从此细菌浸出的研究和应用开始受到各国的重视。加拿大的伊利奥特湖地区是世界有名的铀产区,该地区的斯坦洛克矿从

中国矿业第17卷

1964年起在采空区利用细菌浸出铀,平均每月回收U3O86804kg,已达当时全矿总产量的7%。1965年葡萄牙堆浸年产U3O845t,加拿大井下细菌回收83~8716t/a,法国井下和堆浸回收的U3 O8在40t/a左右。经过20年的发展,加拿大细菌浸出铀的年产量已达420t之多。法国也有一些铀矿用细菌进行地下浸出,如埃卡尔勃耶尔铀矿原以化学浸出为主,后改用细菌浸出,到1975年产铀由原25t增至35t。此外,美国、南非等也用这一方法生产铀[6]。

到目前为止,细菌堆浸工艺在国外已广泛应用,技术上日趋成熟,正逐渐成为处理低品位铜、铀、含硫砷金矿石等矿的重要手段。

(2)国内细菌堆浸技术的研究进展

我国对细菌浸矿技术方面的研究是从20世纪60年代末开始的,并已先后在铀、铜等金属的生产应用中取得成功[7]。我国利用含细菌的酸性矿井水从低品位铜矿石中回收铜的细菌堆浸研究开始于1979年。1997年德兴铜矿大型堆浸厂的投产,标志着我国细菌浸铜技术有了重大进展。堆浸厂采用细菌堆浸-萃取-电积工艺,设计年生产能力为2000t阴极铜。2000年紫金矿业建成细菌堆浸厂,所处理矿石含Cu0168%。目前该矿正在进行建设年产20000t阴极铜的细菌堆浸厂的可行性研究。细菌预氧化堆浸提金技术近年来也进入工业化应用阶段。烟台黄金冶炼厂2000年建成投产的生物氧化厂加工难处理含砷金精矿,处理量为60t/d,该金精矿以常规浸出仅回收其中10%的金,而生物氧化浸出金的回收率高达96%。莱州黄金冶炼厂采用的CCD流程,生产能力100t/d,也于2001年4月建成投产。细菌浸镍还未见工业化应用的报道,国内的研究主要以金川低品位镍矿资源)))贫矿和尾矿为研究对象,进行细菌浸出试验研究。方兆珩[8]等采用氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌(TT)2B1的混合比例浸出金川贫矿,镍、铜、钴的浸出效果较好。细菌堆浸铀矿技术在经过十几年的探索之后,已建立了较完善的实验体系,开发研究能力有很大提高,在处理低品位铀矿石上有了一定规模的工业尝试(扩大和工业试验),2005年核工业北京化冶院用细菌堆浸法处理抚州铀矿低品位矿石半工试验(2200t)取得成功[9]。

2浸矿菌种与浸出机理

(1)浸矿菌种

目前已被报告可用于浸矿的细菌有20多种,分属自养菌、异养菌和兼性菌。常用的浸铀细菌是自养菌,这类细菌生长在普通细菌所不能生存的酸性水体中,利用无机物的氧化过程获得能量,以CO2为主要碳源和以无机含氮化合物作为氮源合成细胞物质,并在促进矿石中硫、铁等成分的氧化作用的同时,获得新陈代谢的能量,自养自生。己用于硫化矿细菌浸出的菌种主要有氧化亚铁硫杆菌(简称T1F)、氧化硫硫杆菌(简称T1T)和氧化亚铁微螺菌(简称L1F)。其中氧化亚铁硫杆菌可以氧化Fe2+、元素硫(S)和还原态硫化物;氧化硫硫杆菌能氧化元素硫,不能氧化Fe2+;氧化亚铁微螺菌能氧化Fe2+,但不能氧化元素硫[10]。在矿物浸出过程中,后两种细菌通常与其他菌种混合使用,以提高矿物中有价金属的浸出率。

(2)浸出机理

在大多数铀矿石当中,或多或少存在一些金属硫化矿,比较常见的有黄铁矿。这些金属硫化矿为浸矿细菌提供了能源,在适宜的环境下,矿石中的FeS2等受空气和水的作用或者受浸矿细菌的浸蚀作用,生成FeSO4和H2SO4。FeSO4在细菌作用下,很快被氧化为Fe2(SO4)3,而Fe2(SO4)3是一种很好的氧化剂,又可以氧化黄铁矿,生物化学反应如下:

4FeS2+15O2+2H2O细菌2Fe2(SO4)3+2H2SO4

(1)

上述反应产生的硫酸高铁是一种强氧化剂,可氧化黄铁矿和四价铀:

FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2v15FeSO4+8H2SO4

(2)

FeS2+Fe2(SO4)3v3FeSO4+2S(3) U O2+2Fe2(SO4)3v2FeSO4+UO2+2S(4)

反应(2)、(3)、(4)产生的硫酸亚铁和硫又可作为能源被细菌氧化为硫酸高铁和硫酸:

4FeSO4+O2+2H2SO4

细菌

2Fe2(SO4)3+2H2O

(5)

2S+3O2+2H2O

细菌

2H2SO4(6)

(5)式产生的硫酸高铁按(2)、(3)、(4)又可氧化更多的黄铁矿和四价铀。反应中生成的元素硫会使矿物表面钝化,妨碍金属进一步浸出。但细菌(氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌)是不断作用的,因此当元素硫一旦生成,也就不断与细菌作用而生成硫酸。细菌作用下生成的硫酸和三价铁正是金属硫化矿浸出所需的浸出剂和强氧化剂[11]。以上是细菌浸出过程中基本的生物化学反应,但在铀矿石的细菌浸出工艺中,除了最初加入细菌溶液

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