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微生物技术在铀矿堆浸中的应用研究
微生物技术在铀矿堆浸中的应用研究
在人们越来越重视地球温室效应、气候变化的形势下,由于核电不造成对大气的污染排放,核能逐渐成为人类使用的重要能源,在国务院通过的《核电中长期发展规划》(2005-2020)中,明确规定核电运行装机容量将由目前的700万千瓦争取提高到2020年的4000万千瓦[1],这标志着我国核电将进入快速发展的新时期,同时也就意味着对铀业发展提出了更高的要求。
为满足我国核电事业的迅速增长,保持经济的可持续发展,我国对天然铀的总需求量将越来越大。
除了部分可从国际市场采购以及通过开发国外的铀矿资源作为补充以外,主要应立足于国内生产供应[2]。
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[3],不能适应发展核电的长远需要,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[4]。
在这种形势下,微生物浸出技术由于其反应温和,能耗低,流程简单,环境友好,建设周期短和资源利用率高等优点[5],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[6]。
1微生物浸矿技术的国内外发展概况
在自然界,微生物在多种元素的循环当中起着重要作用,地球上许多矿物的迁移和矿床的形成都和微生物的活动有关[7]。
微生物湿法冶金是一种很有前途的新工艺,它不产生二氧化硫,投资少,能耗低,试剂消耗少,能经济地处理低品位、难浸的矿石[8]。
目前,这种方法仍处于发展之中,它还必须克服自身的一些局限性,如反应速度慢、细菌对环境的适应性差,超出了一定的温度范围细菌难以成活,经不起搅拌,等等[9]。
为此,一些科学家建议应从遗传工程方面开展工作,通过基因工程得到性能优良的菌种。
微生物浸矿是借助某些微生物的催化作用,使矿石中的金属溶解的湿法冶金过程,它特别适合于处理贫矿、废矿、表外矿及难采、难选、难冶矿的堆浸和就地浸出。
具有设备简单、操作方便、成本低、污染少等优点,利于综合利用和环境保护[10]。
因此,微生物浸矿技术的研究进展及其应用越来越受到广泛地关注。
1.1国外的研究进展
人类对微生物浸矿技术的认识和深入研究是从1947年美国人Colmer发现细菌的氧化作用开始的[11]。
从世界上第一座铜的微生物堆浸工厂于1950年在美国的Kennecott铜业公司建成投产,到20世纪80年代,世界上共有14座(我国2座)铜的微生物氧化提取厂投入生产[12]。
其中智利北部的QuebradaBlanca堆浸厂是最好的典型。
由于该厂在海拔4400m高度上的成功生产,改变了一些操作者认为细菌浸出在低温和低氧分压下效果不佳的意见。
现在铜的微生物浸出主要采用生物堆浸浸出-萃取-电积工艺。
世界上第一座金的微生物浸出厂于1986年在南非的Fairview建成投产,到目前已有8个微生物浸金厂投产[13]。
目前金的生物氧化浸出主要限于处理难浸金矿石,作为氰化提金的预处理,而且浸出方式均采用浮选精矿充气搅拌浸出。
第一座钴的微生物氧化提取工厂于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[14]。
它的细菌浸出是在大型搅拌器内用中温铁氧化细菌培养液进行浸出。
细菌浸出铀矿最早的例子是葡萄牙的“镭公司”在1953年开始进行的铀矿自然浸出研究[15]。
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”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83~87.6t/a[16],法国井下和堆浸回收的U3O8在40t/a左右。
经过20年的发展,加拿大生物铀的年产量已达420t之多。
法国也有一些铀矿用细菌进行地下浸出[17],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[18]。
到目前为止,已有30多个国家开展了微生物在矿冶工程中的应用研究工作。
1.2国内的研究进展
我国对微生物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[19]。
我国利用含细菌的酸性矿井水从低品位铜矿石回收铜的生物堆浸研究开始于1979年。
1997年德兴铜矿大型堆浸厂的投产标志着我国微生物浸铜技术有了重大进展。
堆浸厂采用微生物堆浸-萃取-电积工艺[20]。
设计年生产能力为2000t阴极铜。
2000年紫金矿业建成微生物堆浸厂,所处理矿石含Cu0.68%。
目前该矿正在进行建设年产20000t阴极铜的微生物堆浸厂的可行性研究。
微生物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[21]。
微生物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,进行微生物浸出试验研究。
方兆珩等采用氧化亚铁硫杆菌(TF5)和氧化硫硫杆菌(TT)2∶1的混合比例浸出金川贫矿,镍、铜、钴的浸出效果较好[22]。
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[23]。
2微生物浸出机理及主要作用
微生物浸出的实质是氧化难溶的金属硫化物使其中的金属阳离子进入溶液。
2.1微生物浸出机理
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[24],生物化学反应如下:
4FeS2+15O2+2H2O
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+8H2
15FeSO4+8H2SO4
(2)
FeS2+Fe2(SO4)3
3FeSO4+2S(3)
UO2+2Fe2(SO4)3
2FeSO4+UO2+2(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
2Fe2(SO4)3+2H2O(5)
2S+3O2+2H2O
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。
但微生物(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,也就不断与微生物作用而生成硫酸。
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[25]。
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后,在浸出过程中还需要对细菌溶浸液进行补充与再生,这对整个浸出过程至关重要。
细菌溶浸液的再生过程与细菌培养基本相似。
在实际生产中,经常使用的操作过程主要是使溶浸液不断再生和循环利用。
部分再生可以控制循环液中的铁和其他杂质的含量,一方面使细菌能更好地生长繁殖;另一方面,可以避免铁和其它杂质元素在循环中积累而影响浸出和金属回收过程的正常运行。
2.2微生物浸出的主要作用
具体地讲,在铀矿石的细菌浸出过程中,细菌表现在以下几个方面:
1)细菌在常温常压下可氧化矿石中的金属矿化物和溶液中的亚铁,可为浸出铀矿提供所需要的硫酸高铁氧化剂和部分硫酸。
同时,又可通过细菌氧化使浸出剂再生循环使用[26]。
2)细菌和硫酸高铁的浸蚀,破坏了金属硫化物晶格,将包裹在金属硫化物中的铀暴露出来,并扩大矿石内的孔隙度,改善渗透性。
同时,所产生的硫酸和硫酸高铁,可提高反应界面浸出剂的质量浓度梯度。
因而具有强化浸出过程,改善铀浸出动力学的作用[27]。
3)在原生的或氧化程度较差的铀矿物中,UO2有3个表面位置,即UO2H2+、UOH及UO-,高铁离子可使氧化发生在UOH及UO-位置上;只有较低电荷密度的FeSO4可接近正电荷的UOH2+[28]。
当UOH2+对UOH和UO-的比值高时,FeSO4的存在有着显著的催化氧化效果。
细菌浸出铀矿物时,由于形成的氧化还原的浸出循环体系提供了硫酸高铁和硫酸亚铁,因此是一种可用于多种浸出方法中的理想氧化方式。
4)细菌在氧化矿石中黄铁矿时,所产生的硫酸高铁是浸出铀的理想溶浸剂。
它的独特之处,在于对浸出铀而言,是一个双重强化浸出体系(即称之为细菌氧化-高铁浸出体系);而对于绿泥石,菱铁矿是一个弱化溶解过程。
实践证明,硫酸高铁浸出比常规硫酸浸出可节省酸量30%以上,矿石中固体溶解量可减少10%~20%,同时,在溶液循环返回中,循环液中Fe、Ca、Mg、P等离子在一定程度上可抑制矿石中相应元素的溶解,以致溶液循环中的杂质积累是有限的,为溶液循环使用创造了条件[29]。
5)矿石或矿体中大部分金属硫化物被细菌氧化后,可限制或削弱尾矿物的继续氧化,易使尾矿物稳定化。
另外,因不使用其它氧化剂,废液中不含有Mn2+、Cl-、NO3-等离子,可简化废液处理。
3浸铀微生物种类
目前已被报告可用于浸矿的微生物有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微生物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。
己用于硫化矿微生物浸出的菌种主要有氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillusferrooxidans,简称T.f)、氧化硫硫杆菌(Thiobacillusthiooxidans,简称T.t)和氧化亚铁微螺菌(Leptospirillumferrooxidans,简称L.f.)[30]。
其中氧化亚铁硫杆菌可以氧化Fe2+、元素硫(S0)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[31]。
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。
4影响微生物浸出的主要因素
由于微生物浸矿涉及到微生物学、生物学、生物工艺学、电化学、矿物学、冶金学等多门学科[32],所以对于微生物浸矿复杂的作用机理研究尚未取得突破性进展。
同时,微生物耐热性差、浸矿速率低、周期长、稀矿浆操作等仍是影响大规模工业化应用的主要原因[33]。
从目前的研究可以看出,微生物浸矿主要受以下一些因素影响:
4.1生物方面的影响因素
4.1.1 菌种的选择与培养
一定菌种只能氧化一定的物质,同一菌种,甚至同一菌株因驯化的差别也表现出不同的活性与氧化能力。
经过驯化的菌株比未经驯化的浸出效果明显地好。
同一菌株经同样的驯化但处于不同的生长阶段也表现出不同的活性。
一般从待处理矿石的矿床酸性矿水中分离出所需的微生物,然后将其在培养基中培养,并在逐步改变介质的情况下进行转移驯化培育,以逐步提高其对浸出环境的适应性[34]。
4.1.2 培养基组成
为使细菌快速生长繁殖,必须提供足够的营养物,即磷和氮。
对于某些不含硫或硫含量不足的矿石,还需加入适量的含硫和铁的矿料,为硫化细菌的代谢活动提供必需的能源。
4.1.3 影响细菌活性的介质条件
浸矿用细菌均有其合适pH值。
pH值不仅影响细菌生长繁殖及活性,而且pH值过高时,Fe2+及Fe3+会以不同形式沉淀。
这既减少了作为能源之一的Fe2+,又不利于细菌的生长和活性[35]。
此外,这些细小沉淀附着于矿石表面,将妨碍细菌与矿石接触,从而降低浸出速度,故往往要控制溶液pH<2。
另外,温度、接种量、充气条件、铀离子浓度等也都对细菌活性产生一定的影响[36]。
4.2生物工艺学方面的因素
4.2.1温度
与一般化学反应不同的是,微生物浸出所能选择的温度首先受微生物生长的制约,只能在适宜微生物生长的温度范围内选择。
温度对细菌的繁殖和生存影响很大。
氧化亚铁硫杆菌的最适生长温度是30~32℃,当温度低于10℃时,细菌活力变得很弱,生长繁殖也很慢。
当温度高于45℃时,细菌生长受到影响,甚至死亡。
4.2.2介质pH值
介质的pH从以下几个方面影响浸出:
1)微生物繁殖速率;2)微生物的氧化活性;3)固体产物的生成。
每一种细菌都有其适宜的pH生长范围。
浸矿细菌是一种产酸又嗜酸的细菌,环境酸度对细菌生长有显著影响。
有资料报道:
细菌氧化Fe2+的最适pH范围为1.5~2.5[37]。
4.2.3通气量
浸矿微生物一般为好氧菌,同时吸收大气中的CO2作为碳源,所以在这类细菌的培养和浸出作业中,充分供气是很重要的。
细菌生长中实际消耗的氧比水中溶解的氧多两个数量级。
所以仅靠自然溶解在水中的氧远不能满足细菌需要,向溶液中充气或加快溶液的循环速度,都可以改善溶液中氧的供应状况。
常温常压下水中氧的溶解量为7mg/L。
据测定在细菌分解黄铁矿的试验中,充入溶液的空气中氧的利用率仅为4.7%[38]。
4.2.4营养成分
金属矿物的浸出速度和浸出介质中细菌的浓度成正比,要取得矿物浸出的高速度,则须保持细菌生长繁殖的高速度。
做到这一点的重要条件之一是提供细菌生长所必需的足够营养。
试验证明,在供给足够CO2的情况下,浸矿细菌各种营养中,氮对矿石浸出效果影响最明显。
在其他营养成分供应充足的条件下,磷酸盐浓度是浸出速率的限制因素,而铵离子浓度为总浸出率的限制因素。
一般浸出液中都缺少NH4+,应适当补充。
但加入NH4+后不会立刻看到效果,要过一定时间(数天左右)后,才可观察到细菌生长状况的改善,当NH4+质量浓度达到20~60mg/L时,细菌增长很显著。
浸出环境中氮、磷量应当充足,实践中应根据矿石的组成情况,通过试验来确定加入氮、磷的量。
但由于多数矿石中都含有磷酸盐,所以浸出时可以不加或少加磷酸盐[39]。
4.3电化学方面的影响因素
4.3.1介质的氧化还原电位
浸出液的氧化还原电位主要取决于其中Fe2+与Fe3+的浓度比。
虽然微生物可以在相当大的氧化还原电位范围内生存,但为了保持细菌活性和有效浸出矿石,以控制氧化还原电位在340~800mV为宜。
低于100mV时细菌生长困难,溶液的化学氧化能力下降;而在>800mV的条件下,Fe2+过低也影响氧化亚铁硫杆菌取得能源,而影响其活性。
4.3.2金属阳离子对微生物浸矿起催化作用
细菌营养成分中有数种微量金属离子,这些离子在细菌生长中起重要作用,当其附着于矿物表面后能改变矿物表面的电化学行为。
其中钾离子影响细胞的原生质胶态和细胞的渗透性;钙离子控制细胞的渗透性并调节细胞内的酸度,镁和铁是细胞色素和氧化酶辅基的组成部分。
但如果金属离子含量过多,将对细菌产生毒害作用。
在浸矿过程中细菌不可避免地生活在含有各种不同离子的介质中,因此,细菌对各种离子的抗性对浸出是很重要的[40]。
4.3.3原电池效应对浸矿起到催化作用
金属硫化物的生物浸出过程实质是电子得失的电化学氧化还原反应。
在阴极,氧化剂O2、Fe3+等接受电子被还原;在阳极,矿物中的低价金属离子被氧化为高价离子,或硫离子被氧化为元素硫或硫酸根。
而矿物溶解的推动力是电极对中不同矿物电位大小的差值,为了促进某种目的金属的加速浸出,可加入静电位比其高者作催化剂[41]。
4.4湿法冶金学方面的影响因素
4.4.1矿石粒度和矿浆浓度
矿石粒度越细,比表面积越大,越有利于微生物与矿石接触,对提高浸出率有利。
根据反应动力学,矿石粒度愈细反应速度愈快,还可以起到机械活化的作用。
但矿石粒度太细,矿堆堆积紧密,矿堆内空气的流通和浸出液的渗透会受到影响;对于含泥矿石来说,粒度过小,泥质成分堵塞孔隙,矿堆的渗透性降低。
堆浸中微生物的浸矿深度约为15mm,主要和矿石裂隙的毛细作用有关。
对于搅拌浸出,每种矿石存在一个最佳粒度,一般通过试验可确定。
试验研究发现,搅拌浸出中矿浆浓度对微生物生长及矿石浸出有明显地影响。
过高的矿浆浓度虽可增大浸出槽的矿石装料量,但超过微生物的极限耐受浓度,势必影响细菌的生长和活性。
此外,增大矿浆浓度使吸附于单位矿粒表面上的细菌数目下降,在机械搅拌时,矿粒间的碰撞及摩擦加剧有利于矿料反应表面的不断更新,但也使吸附于矿粒表面的细菌损伤或脱落,这些都会降低生物浸出速度。
因此矿浆浓度常控制在10~20%[42]。
4.4.2表面活性剂的种类与浓度
表面活性剂可以改变矿物表面性质,增加矿物的亲水性和渗透性,有利于细菌和矿物接触,但并不能直接促进细菌生长[43]。
试验证明,有些表面活性剂是有这种作用的。
对细菌浸出有促进作用的表面活性剂有如下几种:
1)阳离子型表面活性剂:
甲基十二苯甲基三甲基氯化铵,双甲基十二基二甲苯,咪唑啉离子季胺盐等。
2)阴离子型表面活性剂:
辛基磺酸钠,氨基脂肪酸衍生物等。
3)非离子型表面活性剂:
聚氧乙稀山梨醇酣单月桂酯(吐温20),苯基异辛基聚氧乙烯醇,壬基苯氧基聚氧乙烯乙醇等[44]。
每种活性剂存在一个最佳使用浓度,在此浓度下活性剂促进浸出效果最明显。
4.4.3催化剂
硫化物溶度积很小的金属的阳离子如Ag+、Bi3+、Co2+、Hg2+等对金属硫化物的细菌浸出有催化作用,例如用氧化亚铁硫杆菌浸出闪锌矿时,不加催化剂,最大浸出率只能达到50%,加入Ag+、Bi3+(质量浓度0.1g/L)浸出率可达80%左右。
Cu2+质量浓度1.27g/L时的300h浸出率比不加Cu2+时提高30%以上。
Ag+和Hg2+对复杂金属硫化矿细菌浸出的催化作用也很明显,不加时300h铜浸出率仅为25%,加入Hg2+、Ag+后浸出率分别达到80%和90%。
一些研究者认为,上述金属阳离子的催化机理是它们从硫化矿的晶格中取代出Fe2+,Fe2+进入溶液后又在细菌参与下氧化为Fe3+[45]。
5我国微生物铀矿堆浸存在的问题及展望
5.1铀矿堆浸的历史与现状
堆浸,又称堆置浸出,是在预先铺好的底板上将破碎到一定块度的矿石筑成堆,将配置好的溶液喷淋于矿堆表面,溶液在矿堆内的渗透过程中,借助毛细和分子扩散作用而浸出铀金属,含铀的浸出液送水冶厂回收处理[46]。
与传统的水冶工艺相比,堆浸的流程短、工序少、设施简单、物耗低、基建投资少、生产成本低。
铀矿石细菌堆浸新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[47]。
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Fe2+的氧化,利用细菌氧化代谢产物H2SO4和Fe3+为铀的浸出提供浸出试剂,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,避免因采用其他氧化剂所带的成本增加、环境问题以及对堆浸工艺所造成的不利影响。
5.1.1铀矿堆浸的历史
我国的堆浸工艺历史悠久。
最早可追溯到公元前200年左右,我们的祖先就在西汉《淮南万毕术》记载有“曾青(硫酸铜)得铁则化为铜”[48]。
到了20世纪60年代,堆浸技术又有新枝萌发,安徽铜陵松树山铜矿、江西德兴、永平铜矿,湖南柏坊铜矿、浙江衢州铀矿等先后开展了铜、铀矿石的堆浸试验,并取得了可靠的成绩。
到80年代,我国堆浸技术已日臻完善,实现了工业化应用。
迄今为止,有20%的铀矿山已全部采用堆浸工艺生产铀,1991年,在新疆富蕴县萨尔布拉克金矿建成11万吨级金矿堆浸场,江西崇义铀矿建成10万吨级规模铀矿石堆浸场1992年堆浸工艺生产的铀占全部铀产量的15.7%,1995年采用堆浸工艺生产的铀量超过总量的25%[49],而且呈现逐年增长的态势。
自80年代以来,已相继在西安、秦皇岛、衢州召开过三次铀矿地堆浸工作会议,在长沙、江西崇义、新疆等地召开过多次地浸工作会议,大大地促进了地、堆浸技术的发展。
5.1.2铀矿堆浸的现状
鉴于堆浸技术在开采低品位矿石中所表现出来的独特作用,国内外都对堆浸技术进行了研究,并取得了一定的成就[50]。
①在浸出机理方面,对铀的化学反应机理已经有比较清楚的认识,并建立了比较完善的理论体系。
用硫酸溶液浸出铀矿石时,对四价铀浸出较困难,浸出前需将四价铀氧化成六价铀,方可确保铀的浸出。
在浸出过程中,铀是以铀酰离子
的形式转入溶液中,形成硫酸铀酰(UO2SO4)和硫酸铀酰阴离子络合物([UO2(SO4)2]2-,[UO2(SO4)3]4-)。
其化学反应为:
(7)
(8)
(9)
(10)
②在水动力条件方面,各方面都对堆浸过程溶浸液在矿堆内的流动进行了研究。
指出,溶浸液在矿堆内的流动是在非饱和的多孔介质中流动的,符合非饱和流方式和非饱和流水力学规律,其流动速度受静水压强和矿堆渗透性能所控制,而主导流动的驱动力与多孔介质的物理特性(吸附作用、表面张力、毛细管压力、渗透能力、孔隙率等)、溶浸液密度和多孔介质内有效孔隙率及溶浸液在其中所占百分比有关[51]。
浸矿时空气与水之间以及水对空气的驱替作用与加入溶浸液的速度只存在一定的关系,而不是决定关系。
因此,在浸矿过程中应选择合理的喷淋强度、喷淋布液方式、淋浸制度等。
③在堆浸速率方面,人们根据柱浸实验,以实验数据或生产实践为基础,概括出了一些经验公式[52]。
如1942年,泰勒等在总结了西班牙里奥·廷图(RioTinto)河黄铜矿堆浸生产实践数据后,提出了历史上第一个堆浸速率公式——泰勒-维兰表达式,即
Wi=1-exp(-kt)=1-e-kt(11)
式中:
Wi——时间t时,已浸出的金属量;
k——堆浸速率常数;
t——浸出时间。
此后,杰克布森(Jacobson)又提出了杰克布森表达式,即
(12)
式中:
k——堆浸速率常数;vav——临界供液流速;S——试验柱的横截面积;Se,e——试验测得的试验矿石的饱和度和空隙度;Cp——浸出液中金属的峰值浓度;W0——矿石(堆)中的总金属量。
④从80年代后期开始,相山矿田邹家山分矿就进行了铀矿堆浸实验室研究,并取得了较好的结果,为进一步工作奠定了基础。
此后,北京化工冶金研究院和核工业六所分别对相山矿田山南分矿进行了常规浸出试验和细菌浸出试验,对山南铀矿的岩石矿物学特征及其浸出特性有了进一步的认识。
发现山南铀矿石中含有较多的碱性耗酸矿物,用常规酸法浸出时存在耗酸量过大、板结等现象,而采用细菌浸出时耗酸量降低,浸出效率上升。
5.2堆浸提铀工艺的主要成果
堆浸提铀技术是中国铀矿冶生产的主要方法之一。
经过几代铀矿冶人的努力,已经在许多技术领域取得了突破,一大批成果应用于工业生产中,取得了良好的经济效益。
5.
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