文献综述-细菌浸铀技术的发展展望.doc

1、文献综述课题名称新疆某高碳酸盐铀矿石搅拌浸出试验指导教师学院专业班级学生姓名学号开题日期要求：一、说明材料来源情况；二、对课题的研究历史、研究现状等进行准确的分析与归纳并作出简要评述；三、表达自己的观点与主张，阐述该课题的发展动向和趋势；四、字数要求3000字以上，可另附纸。细菌浸铀技术的发展展望摘要：随着我国核电事业的发展，对铀矿资源的需求日趋增加。矿石细菌浸出是利用细菌的生物化学作用，选择性地将被浸矿物从矿石中浸出来的一种方法。细菌浸矿被广泛应用于低品位铀矿石、铜矿石、金矿石的浸出，特别对含硫化物(如黄铁矿)的矿石尤其有效，使得一些低品位的矿石能得到充分的利用。到目前为止，虽然生物浸矿取得

2、了很大的成果，前景也非常乐观，但在生物浸矿复杂的反应机制、改善细菌浸出速度和浸矿动力学方面仍需要更深入的研究。关键词：铀矿 细菌浸出 酸法搅拌浸出1 细菌浸铀技术的发展历史上世纪60年代，细菌浸出铀的生产首次在加拿大的斯坦洛克铀矿和米利根铀矿获得工业应用，他们用细菌浸出法回收地下采空区的矿柱和低品位矿石中的铀。浸矿细菌可将铀矿石中伴生的黄铁矿氧化，其氧化产物硫酸铁再将矿石中难溶的4价铀氧化为易溶的6价铀进入溶液。经过几十年的发展，加拿大用细菌浸出法生产的铀年产量已达420 t之多。此外，法国、南非等国家和地区也用这一方法生产铀。我国在湖南、抚州等地也对铀矿的细菌浸出进行了半工业试验研究。2 浸

3、矿菌种与浸出机理2.1 浸矿菌种目前已被报告可用于浸矿的细菌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T.F)、氧化硫硫杆菌(简称T.T)和氧化亚铁微螺菌(简称L.F)。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

4、不能氧化元素硫。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。2.2 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 + 2H2 SO4 (1)上述反应产生的硫酸高铁是一种强氧化剂，可氧化黄铁

5、矿和四价铀。 FeS2 + 7Fe2 (SO4)3 + 8H2 15FeSO4 + 8H2 SO4 (2)FeS2 + Fe2 (SO4)3 3FeSO4 + 2S (3)UO2 + 2Fe2 (SO4)3 2FeSO4 + 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 + 2H2 SO4 （细菌）2Fe2 (SO4) 3 + 2H2O (5) 2S + 3O2 + 2H2O（细菌） 2H2 SO4 (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

6、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。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

7、而影响浸出和金属回收过程的正常运行。3 细菌浸铀技术的优缺点3.1 优点常规搅拌浸出适合于各种不同类型的铀矿石，根据矿石性质，可选择酸法浸出和碱法浸出。但搅拌浸出水冶厂的建设周期长，投资大，生产成本高，特别是磨矿费用在搅拌浸出中占有很大的比重，对某些矿石的固液分离也是一个比较难的问题。因此在20世纪80年代到90年代，为了简化流程，节省投资，一般不采用搅拌浸出。与常规搅拌浸出相比，细菌浸出具有很大的优越性。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Fe2 +的氧化，利用细菌氧化代谢产物H2 SO4和 Fe3+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

8、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。3.2 缺点3.2.1 菌种问题 由于硫化矿的浸出是放热反应过程，嗜热细菌的应用成为生物湿法冶金的一个热门研究方向。而我们目前的试验工作由于规模较小尚未遇到耐热问题，但从国外报道来看，耐热菌种的选择已经成为提高生物氧化效率乃至可否采用生物堆浸工艺的基本因素。从目前室内菌种的耐热试验的结果来看，现有细菌在50条件下活性则变得很弱，甚至停止了氧化作用。国外文献资料报道在5080温度下耐热菌仍然有很强的活性，这就要求我们在加大生产实践力度的同时，不

9、断开发培育出活性强、适应范围广的耐热菌种来。3.2.2 多金属铀矿微生物浸出我国许多铀矿石中大都伴生或共生其他元素，以Mo，V为常见，含钼铀矿是我国已探明铀矿资源的重要组成部分，对它的研究开发利用具有非常重要的现实意义。根据硫化物微生物氧化机理和含钼铀矿中钼的存在形式，以及采用T.f对某地含钼铀矿进行的菌浸出试验结果都证明采用细菌浸出技术是可能的，但也暴露了不少问题，如钼离子对浸矿细菌T.f的毒害较强，T.f对MoS2的氧化性能较差等。因此，在进行多金属铀矿微生物浸出时，除了选育对重金属耐性强、氧化性能高的菌株外，还开展多金属铀矿微生物浸出新工艺的研究，进一步提高浸出率，缩短浸出周期，完善铀与

10、伴生金属分离纯化工艺。3.2.3 高耗酸、难浸铀矿微生物浸出除含钼型铀矿外，碳酸盐型铀矿、钒酸盐型铀矿和磷酸盐型铀矿等高酸耗、难浸铀矿石是我国铀矿资源的重要组成部分。采用一般的矿石加工方法，工艺流程长，浸出试剂消耗量大，铀浸出率低，生产成本高。针对此类型铀矿石，选育出适应不同铀矿石、氧化效率高的优势菌株，以适宜的方式利用硫或黄铁矿或其他硫化矿物生产硫酸和Fe3+，为铀的浸出提供浸出试剂。4 结语资源综合利用是我国经济和社会发展中一项长远的战略方针，也是一项重大的技术经济政策。随着科学技术的进步和经济的发展，国内外对铀产品的生产和需求与日俱增，因而，适合于从贫矿、废矿和复杂矿中回收金属的细菌堆浸

11、技术，已显示出巨大的优越性和广阔的发展前景。我国细菌堆浸技术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)，并取得成功。但与先进的国家相比，仍有一定的差距，需要进一步加强高性能浸矿菌种的筛选驯化和提高细菌氧化速度等方面的研究。参考文献l胡凯光微生物浸矿机理和影响因素探讨J湿法冶金，2006，23(3)；1131212 MeCready R G L，Gould W DBioleaching of uraniumAEhrlich H L，Brierley C L(eds)Microbial Mineral Rec

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