依据浸出规模的不同，细菌浸铀可采用不同的方式。实验室一般采用摇瓶浸出法、气升渗滤器浸出法和柱浸出法，工业化生产常采用堆浸法、池浸法和就地浸出法。本研究结合某矿山铀矿石的特点和工业生产实际，采用实验室细菌柱浸方式模拟工业生产细菌堆浸，采用实验室细菌池浸方式模拟工业生产细菌池浸，通过对比浸出过程中有关参数的变化规律，探讨适合该铀矿石的较佳细菌浸出方式。
一、试验材料与方法
（一）试验矿样
试验矿样取自某铀矿山，其化学多元素分析结果见表1。试验前将所有矿石充分混匀后筛分，并对筛分所得各粒级矿石取样分析其铀含量，结果见表2。
表1 矿样化学多元素分析结果％
表2 矿样粒级及铀含量分析结果
从表1可以看出：矿石中FC2O3和FeO分别占0.565%和0.750%，Fe含量较高，能够给细菌的生长繁殖提供能量，对细菌浸矿是有利的。同时，矿石中氟含量较高（0.77%），要求浸矿细菌对高氟环境有较强的适应性，才能保证浸出的效率。
从表2可以看出：铀主要分布在5～8mm粒级的矿石中；矿石粒径小于8mm，粒度分布比较合理，使得该矿石具有良好的渗透性，有利于溶浸液与矿石有足够的接触面积，保证浸矿细菌在矿石中的生长、繁殖和提高浸出效率。
（二）菌种来源与培养
试验所用浸矿菌种是从矿山现场铀矿石及酸性废水中分离、纯化、驯化诱变后得到的，为氧化亚铁硫杆菌(Acidthiobacillus ferrooxidans）和氧化硫硫杆菌（Acidthiobacillus thiooxidans）混合菌种。该菌种具有活性强、适应性好、耐高矿化度、抗氟能力强等生理特征，可在pH＝1.2条件下快速生长，甚至可在pH＝0.6的条件下缓慢生长。为了提高细菌对矿石中氟的适应性，采用稀释后的矿石酸化尾液作为培养基，将菌种逐步驯化至对目标矿石具有较好的适应性。
（三）试验装置及试验参数
柱浸装置采用特制的有机玻璃柱，柱径150mm，柱高2m。池浸装置采用塑料桶，桶顶直径60cm，底直径45cm，高80cm，底部设通气孔，提供细菌存活所需氧气。试验装置如图1所示。
图1 试验装置
试验参数如下：
1、矿石量20kg；
2、酸预浸液起始pH＝0.9～1.3(硫酸浓度10g/L）；
3、菌浸液工作起始pH＝1.5～1.9，控制出液pH＝1.8～2.0；
4、菌浸液三价铁浓度为5 g/L左右；
5、池浸在充气条件下进行。
二、试验结果与分析
（一） pH值变化及耗酸率
pH值是溶浸过程中的重要参数，它不仅关系到浸矿细菌能否适应矿样和溶浸剂的环境，也关系到铁和铀的溶解沉淀。柱浸及池浸试验过程中pH值的变化及耗酸率如图2所示。
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图2 pH值变化及耗酸率曲线
△－溶浸液pH值；○－浸出液pH值；□－耗酸率
从图2可知：在酸化浸出过程中，柱浸和池浸浸出液的pH值变化都比较大，主要是酸化阶段矿石中含有大量耗酸物质消耗溶浸液中的酸，导致浸出液pH值上下波动。柱浸浸出液pH值高于池浸，池浸酸化时间少于柱浸，说明在通气条件下进行池浸时，矿石中的耗酸物质与溶液中的酸反应较充分，导致大部分耗酸物质能在更短的时间内被消耗掉。因此，在酸化初始阶段，可以通过增大喷淋量和喷淋时间来缩短柱浸酸化时间。
试验进行到第48d结束，两种浸出方式的耗酸率分别为3.38%和2.16%，均比较低，但柱浸大于池浸。可见，良好的通气条件有利于浸矿细菌将浸出体系中的硫元素转化成硫酸，池浸方式对降低酸耗是有利的。
（二）浸出液Eh值和铁浓度变化规律
为加快UO2的氧化速率，必须保证浸出体系的Eh值足够高。浸出液Fe3＋和Fe2＋浓度的变化在影响细菌溶浸效果的同时，还间接反映了浸铀细菌的状态特征。柱浸及池浸试验浸出液Eh值和铁浓度变化规律如图3所示。
图3 浸出液Eh值和铁浓度变化规律
△－溶浸液Fe2＋浓度；○－浸出液Fe3＋浓度；■－浸出液Eh值
从图3可以看出：菌浸阶段，由于细菌的氧化作用，使得两种浸出方式的浸出液Eh值均处于较高的状态，为700～900mV，促进了浸铀进程。菌浸开始后，浸出液的总铁浓度分别为5g/L左右，与溶浸剂的总铁含量基本平衡，表明菌浸过程中没有产生铁沉淀现象。浸出液中Fe2＋含量较低，表明浸矿细菌在浸矿体系中生长良好，活性较高，可以促进铀的浸出。
（三）浸出液铀浓度和氟浓度变化规律
浸出液铀浓度是表征浸铀效果的一个重要参数。试验矿石氟含量较高，浸出过程中溶出的氟离子对细菌的活性有抑制作用，会影响铀的浸出，为此，对所用菌种进行了耐氟驯化，使其对矿石有较好的适应性。浸出过程中浸出液铀浓度和氟浓度变化规律如图4所示。
图4 浸出液铀浓度和氟浓度变化规律
◇－铀浓度；■－氟浓度
从图4可以看出，浸出液铀浓度有以下变化规律：柱浸铀浓度在酸化阶段呈波动上升，加菌后铀浓度有下降现象。原因可能是浸出初期矿石中的耗酸物质消耗了大量的酸液，随着矿石中耗酸物质的逐渐减少，酸液逐渐溶解矿石中的六价铀，浸出液的铀浓度也逐渐上升；随着浸出的进行，矿石中易溶的六价铀慢慢减少，浸出液铀浓度又逐渐下降。由于池浸中矿石与酸液接触较充分，因此浸出液铀浓度较快达到最大值；随着浸出的进行，浸出液中的铀浓度同样因矿石中六价铀的减少而呈下降趋势。加菌后浸矿细菌和Fe3＋氧化剂在柱浸和池浸中发挥了一定作用，将较难浸出的铀逐渐浸出，使浸出液铀浓度在某一浓度范围维持较长时间。柱浸铀浓度在100mg/L左右可以维持16d，池浸铀浓度在100mg/L左右可以维持14d。池浸至第25d时对矿石进行翻动，浸出液铀浓度从81mg/L升高至182.3mg/L，第37d和第45d翻动后，浸出液铀浓度也均有增高现象，表明翻动有利于溶浸剂与矿石充分作用，提高浸出效率。
浸出过程中柱浸和池浸浸出液氟浓度为800～1000 mg/L，其变化随铀浓度增加而增加，表明在铀被浸出的同时，包裹在矿石中的氟也被浸出。池浸溶浸液与铀矿石接触更充分，浸出液氟含量变化较小，有利于浸矿细菌的生长。可以看出，经过耐氟适应性驯化后的组合菌株能够较好地适应该浸矿体系，在柱浸和池浸过程中都具有较好的活性，使浸铀效果得到提高。
（四）综合试验结果
本次试验共耗时48d，液计铀浸出率变化如图5所示，综合试验结果见表3。
图5 铀浸出率曲线
□－柱浸；○－池浸
表3 综合试验结果
指标 | 柱浸 | 池浸 |
矿样铀品位/% | 0.1027 | 0.1027 |
矿样质量/kg | 20 | 20 |
矿样粒度/mm | ＜8 | ＜8 |
总耗酸率/% | 3.38 | 2.16 |
浸出周期/d | 48 | 48 |
液计浸出率/% | 88.35 | 88.18 |
矿渣铀品位/% | 0.0104 | 0.0133 |
渣计浸出率/% | 89.85 | 87.05 |
由图5可知，试验前期铀浸出率增加较快，矿石中的六价铀和易被氧化浸出的四价铀被硫酸溶液迅速浸出来，之后矿石中难氧化的四价铀被细菌逐步氧化，逮出率增加较为缓慢。柱浸了池液计浸出率分别为88.35%和88.18%，浸出效果较好。
从表3可以看出，柱浸和池浸的渣计浸出率分别为89.85%和87.05%，渣铀品位分别为0.0104%和0.013%，酸耗分别为3.38%和2.16%，浸出周期为48d，表明细菌柱浸和池浸浸出方式对试验铀矿石都具有很好的效果。综合浸出周期、酸耗、渣计浸出率等指标及工业化实际条件，认为细菌柱浸方式可以作为优先考虑的浸出方式。
三、结论
（一）细菌柱浸和细菌池浸（充气条件）对铀矿石具有较好的浸出效果，浸出周期为48d，渣计浸出率分别为89.85%和87.05%，渣铀品位分别为0.0104%和0.0133%，酸耗分别为3.38%和2.15%。
（二）浸矿细菌通过适应性驯化，在含氟铀矿石浸出体系中具有较好的活性，能够提高浸铀较率。
（三）综合浸出周期、酸耗、渣计浸出率等指标及工业化实际条件，认为细菌柱浸方式可以作为优先考虑的浸出方式。
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