楊明霞　佘冠軍

摘要：在我國大力發(fā)展核電的當(dāng)務(wù)之急，必須加大鈾礦開采力度，用先進(jìn)的采礦技術(shù)大量回收利用貧礦尾礦。微生物浸鈾技術(shù)成為首選技術(shù)，它具有生產(chǎn)成本低、投資少、工藝流程短、設(shè)備簡(jiǎn)單、環(huán)境友好等特點(diǎn)，能夠回收利用大量低品位鈾礦，為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：鈾礦資源；微生物浸鈾；細(xì)菌堆浸；微生物地浸；鈾礦石堆浸工藝

中圖分類號(hào)：TD862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）15-0005-02

隨著人類對(duì)能源需求的不斷增大，致使能源逐年緊張，發(fā)展經(jīng)濟(jì)需要能源，而大力發(fā)展核能又是解決能源問題的重要途徑。根據(jù)我國核工業(yè)“十一五”及核電發(fā)展規(guī)劃，核燃料循環(huán)各環(huán)節(jié)生產(chǎn)能力到2020年要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高4～6倍。這將使我國鈾資源需求量達(dá)到5000噸/年。從鈾資源開發(fā)現(xiàn)狀來看，如不進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新、大力加強(qiáng)鈾資源開發(fā)，鈾資源將會(huì)成為阻礙核工業(yè)與核電發(fā)展的瓶頸。

鈾資源既是我國國防建設(shè)所急需的戰(zhàn)略物質(zhì)，又是經(jīng)濟(jì)建設(shè)中必不可少的能源物質(zhì)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國電力資源持續(xù)緊缺，大力發(fā)展核電已成當(dāng)務(wù)之急。因此，21世紀(jì)要滿足軍用和民用對(duì)鈾資源日益增長的需求，就必須加大對(duì)鈾礦資源的開采力度。

一、微生物浸鈾技術(shù)與傳統(tǒng)采鈾方法相比的優(yōu)點(diǎn)

目前，傳統(tǒng)采鈾方法主要有：

1．常規(guī)水冶法。該方法適合高品位鈾礦石的浸出，用于低品位鈾礦石成本太高。

2．堆浸浸鈾法。堆浸適合低品位礦的浸出，近幾年礦山與一些科研單位合作作過許多的堆浸實(shí)驗(yàn)，但效果并不理想。主要表現(xiàn)在耗酸量大、堆浸周期長、堆中板結(jié)、堵塞和對(duì)環(huán)境造成較大的污染等問題。

3．滲濾浸出法（化學(xué)浸出法）。該方法雖然解決浸礦周期長、耗酸量大、破碎礦石能耗大、板結(jié)等問題，但并沒有解決成本高、經(jīng)濟(jì)效益不太理想等問題。

微生物浸出是指采用微生物對(duì)低品位礦石中的目的元素進(jìn)行氧化，被氧化后的目的元素以離子狀態(tài)進(jìn)入溶液中，然后對(duì)進(jìn)出的溶液進(jìn)行處理，從中提取有用元素，如：細(xì)菌對(duì)銅、鋅、鈾、鎳、鈷等硫化礦物的氧化浸出。

微生物浸礦既可用于礦物的就地浸出，也可用于礦物、廢水廢渣處理，回收有用礦物，并且微生物浸礦具有生產(chǎn)成本低、投資少、工藝流程短、設(shè)備簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、能處理復(fù)雜多金屬礦物等優(yōu)點(diǎn)，因此細(xì)菌浸礦的廣泛應(yīng)用，將引起傳統(tǒng)礦物加工產(chǎn)業(yè)的重大變革，為人類、資源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展開辟廣闊的前景。

二、微生物浸鈾的研究歷史

（一）國外微生物浸鈾研究

在國外，細(xì)菌浸鈾已有幾十年的研究與應(yīng)用歷史，有幾十個(gè)大規(guī)模微生物溶浸鈾、金、銅的工業(yè)應(yīng)用實(shí)例，它們主要分布在加拿大、法國、南非、美國及澳大利亞等國。葡萄牙的“鐳公司”從1953年開始進(jìn)行鈾礦自然浸出的研究，這是細(xì)菌浸出鈾礦的最早例子。在1956年的第二屆國際和平利用原子能會(huì)議上，他們發(fā)表了“鈾的自然浸出”研究報(bào)告。從此細(xì)菌浸出的研究和應(yīng)用開始受到各國的重視。加拿大的伊利奧特湖地區(qū)是世界有名的鈾產(chǎn)區(qū)，該地區(qū)的斯坦洛克礦從1964年起在采空區(qū)利用細(xì)菌浸出鈾，平均每月回收U3O8為6804kg，已達(dá)當(dāng)時(shí)全礦總產(chǎn)量的7%。1965年葡萄牙堆浸年產(chǎn)U3O8為45t，加拿大井下細(xì)菌回收83～87.6t/a，法國井下和堆浸回收的U3O8在40t/a左右。經(jīng)過20年的發(fā)展，加拿大生物鈾的年產(chǎn)量已達(dá)420t之多。法國也有一些鈾礦用細(xì)菌進(jìn)行地下浸出，如?？柌疇栤櫟V原以化學(xué)浸出為主，后改用細(xì)菌浸出，到1975年產(chǎn)鈾由原來的25t增至35t。此外，美國、南非等也用這一方法生產(chǎn)鈾。

西班牙幾乎所有的鈾都是通過細(xì)菌浸出獲得的，美國用細(xì)菌回收的鈾產(chǎn)值到1983年已經(jīng)達(dá)到9000萬美元；世界上規(guī)模最大的丹尼森礦井原地生物浸礦鈾礦的場(chǎng)所，僅1998年就從這礦井中回收了約300噸鈾；據(jù)報(bào)道，法國啟動(dòng)微生物浸鈾后，貧鈾礦年鈾產(chǎn)量有明顯增加。此外，印度、塔吉克斯坦、日本等國也廣泛應(yīng)用細(xì)菌法溶浸鈾礦，并取得了良好的效果和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。大量的研究表明，依靠微生物浸礦技術(shù)，不但可以從其他方法所不能利用或無法取得經(jīng)濟(jì)效益的低品位鈾礦石中回收鈾資源，而且其所耗成本僅是其他方法的一半或更低。

（二）國內(nèi)微生物浸鈾研究

在我國，微生物溶浸技術(shù)的研究工作起步于20世紀(jì)七八十年代，應(yīng)用則在90年代初期，主要應(yīng)用于微生物浸銅、鈾、金、銀等領(lǐng)域，尚未完全實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，其中以微生物浸銅應(yīng)用較廣。

湖南某鈾礦山是我國最早利用細(xì)菌浸出技術(shù)的礦山。1965年到1971年間，中科院微生物研究所和核工業(yè)原五所在該礦山用酸和細(xì)菌開展了表外礦石的堆浸研究。90年代初，核工業(yè)鈾礦開采研究所對(duì)該礦山鈾礦石進(jìn)行了室內(nèi)細(xì)菌浸出試驗(yàn)，并對(duì)該礦山某采場(chǎng)低品位礦石原地破碎細(xì)菌浸出進(jìn)行了研究，采用富含浸礦細(xì)菌的礦坑水進(jìn)行了留礦淋浸工業(yè)性試驗(yàn)。

近年來，隨著國際鈾價(jià)的大幅度上漲，我國也十分重視采用微生物溶浸技術(shù)進(jìn)行鈾的提取，并開展了相關(guān)的研究工作。例如，核工業(yè)北京化工冶金研究院分別對(duì)草桃背鈾礦和741礦鈾礦石開展了微生物溶浸的試驗(yàn)研究，取得了較為可喜的成績。但鈾礦石屬正常品位，且仍存在耗酸量大、泥化堵塞、四價(jià)鈾難以浸出等問題，有待于進(jìn)一步研究解決。

三、微生物浸鈾機(jī)理的研究

在鈾礦浸出過程中，引入細(xì)菌浸礦技術(shù)可改善鈾礦的浸出動(dòng)力學(xué)、強(qiáng)化鈾的浸出過程，從而縮短生產(chǎn)周期、提高鈾的浸出率、降低生產(chǎn)成本，因而引起國內(nèi)外鈾礦加工行業(yè)的重視和研究。

在大多數(shù)鈾礦石當(dāng)中，或多或少存在一些金屬硫化礦，比較常見的有黃鐵礦。這些金屬硫化礦為浸礦細(xì)菌提供了能源，在適宜的環(huán)境下，礦石中的FeS₂等受空氣和水的作用或者受浸礦細(xì)菌的浸蝕作用，生成FeSO₄和H₂SO₄。其中FeSO₄在細(xì)菌作用下，很快被氧化為Fe₂（SO₄）₃，而Fe₂（SO₄）₃是一種很好的氧化劑，又可以氧化黃鐵礦：

FeS₂+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄+2S

反應(yīng)生成的元素硫也是細(xì)菌的能源，受細(xì)菌氧化生成H2SO4，在H2SO4和Fe2（SO4）3存在的條件下，鈾礦物被溶解出來，反應(yīng)如下：

UO₂+Fe₂（SO₄）₃=UO₂SO₄+2FeSO₄

反應(yīng)生成的FeSO₄，又被細(xì)菌氧化為Fe₂（SO₄）₃，上述反應(yīng)不斷進(jìn)行，細(xì)菌對(duì)鈾礦的溶解過程起間接催化作用，F(xiàn)e離子是鈾氧化反應(yīng)的電子傳遞者。

四、微生物浸鈾的研究現(xiàn)狀及展望

目前微生物浸鈾主要有兩種方式：一種是將低品位鈾礦石以及常規(guī)水冶方法認(rèn)為的低品位廢礦和尾礦進(jìn)行筑堆，然后用菌液進(jìn)行噴淋，再將浸出液進(jìn)行收集和濃縮提煉，該種方式稱為微生物堆浸，又稱細(xì)菌堆浸；另一種是將菌液通過注液孔直接注入地下含鈾礦地層，然后通過抽液孔收集鈾的浸出液，進(jìn)過濃縮提煉獲得鈾，該種方式稱為微生物地浸。

鈾礦石細(xì)菌堆浸工藝是將細(xì)菌浸出技術(shù)與鈾礦石堆浸工藝相融合的一項(xiàng)工藝技術(shù)，它除了具有堆浸工藝的特點(diǎn)外，還具有細(xì)菌浸出的優(yōu)越性。依靠細(xì)菌的作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦石中黃鐵礦等硫化礦物及貧鈾浸出劑中Fe2+的氧化，利用細(xì)菌氧化代謝產(chǎn)物H2SO4和Fe3+ 為鈾的浸出提供溶浸劑，通過改善鈾浸出動(dòng)力學(xué)、強(qiáng)化浸出過程來彌補(bǔ)酸法堆浸的不足之處，提高鈾的浸出率，縮短生產(chǎn)周期，節(jié)省硫酸及氧化劑，降低生產(chǎn)成本，減少對(duì)環(huán)境所造成的不利影響。此外該方法還具有設(shè)備投資小，生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)，因而在處理某些用傳統(tǒng)方法處理成本相對(duì)較高，經(jīng)濟(jì)上不合算而無法利用的貧礦方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，尤其是在處理一些大型可露天開采的貧礦時(shí)采用此方法較傳統(tǒng)方法更有利。因而細(xì)菌堆浸浸鈾技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，現(xiàn)已發(fā)展成為世界許多國家鈾生產(chǎn)的支撐性技術(shù)。

資源綜合利用是我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中一項(xiàng)長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略方針，也是一項(xiàng)重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)外對(duì)鈾產(chǎn)品的生產(chǎn)和需求與日俱增。因而，適合于從貧礦、廢礦和復(fù)雜礦中回收金屬的細(xì)菌堆浸技術(shù)，已顯示出巨大的優(yōu)越性和廣闊的發(fā)展前景。

但我國的細(xì)菌堆浸浸鈾技術(shù)與先進(jìn)的國家相比，仍有一定的差距，需要進(jìn)一步加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的研究：

1．高性能浸礦菌種的篩選馴化和提高細(xì)菌氧化速度的研究。

2．細(xì)菌堆浸浸出的工藝流程、工藝參數(shù)的研究與開發(fā)。

3．適應(yīng)性較強(qiáng)細(xì)菌堆浸工藝的研究。

4．細(xì)菌堆浸系統(tǒng)設(shè)備的研制（氧化裝置、淋洗系統(tǒng)各參數(shù)的測(cè)定及自動(dòng)控制設(shè)備儀器等）。

5．細(xì)菌堆浸浸礦數(shù)學(xué)模型的建立。

6．細(xì)菌堆浸浸礦的工業(yè)應(yīng)用。

微生物地浸在我國應(yīng)用實(shí)例尚無報(bào)道，但近期東華理工大學(xué)將與天山鈾業(yè)公司合作進(jìn)行新疆某砂巖鈾礦的微生物地浸試驗(yàn)，作為砂巖型鈾礦的微生物地浸，這在中國尚屬首例。目前該試驗(yàn)正在籌備當(dāng)中，試驗(yàn)所用菌種已經(jīng)完成了一系列的馴化培養(yǎng)，室內(nèi)試驗(yàn)證明，該菌種能夠明顯提高鈾的浸出率。

微生物浸鈾技術(shù)的研究表明，微生物溶浸技術(shù)是其中的一種很有前途的新技術(shù)，此技術(shù)作為清潔工藝在21世紀(jì)必將具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]尹升華，吳愛祥，蘇永定．低品位礦石微生物浸出作用機(jī)理研究[J]．礦冶，2006，15（2）．

[2]余水靜，郭燕華，宋秋華．微生物選育技術(shù)在生物冶金中的應(yīng)用進(jìn)展[J]．礦業(yè)工程，2007，5（1）．

[3]浸礦技術(shù)編委會(huì)．浸礦技術(shù)[M]．北京：原子能出版社，1994．

[4]童雄．微生物浸礦的理論與實(shí)踐[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1997．

[5]裘榮慶．微生物冶金的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀[J]．國外金屬礦選礦，1994，（8）．

[6]李雄，柴立元，王云燕．生物浸礦技術(shù)研究進(jìn)展[J]．工業(yè)安全與環(huán)保，2006，32（3）．

[7]肖芳?xì)g．三二〇鈾礦床改用留礦淋浸采礦法可行性初探[J]．鈾礦開采，1990，（1）．

[8]胡凱光，黃仕元，楊金輝，李傳乙．鈾礦石的細(xì)菌浸出試驗(yàn)研究[J]．濕法冶金，2003．

[9]胡凱光，李傳乙，黃愛武，史文革．湖南某礦細(xì)菌浸鈾[J]．礦冶，2003，12（2）．

作者簡(jiǎn)介：楊明霞（1983－），女，山東臨沂人，東華理工大學(xué)碩士研究生，研究方向：微生物浸鈾技術(shù)。