抗氟菌及其在高氟铀矿生物浸出铀的应用基础研究

It has great significance in exploiting efficient techniques for extracting uranium, which can promote the development of China's nuclear power industry. Bioleaching technology has the advantage of cleanness, short process and low-cost, but there are certain difficulties in application of bioleaching high fluorine low-grade uranium ore. According to the characteristics of the fluorine content has a great influence on bioleaching high fluorine uranium ore, the scientific issues such as mechanism of bacterial effective fluoride-resistant, migration and transformation behavior of fluorine in bioleaching system and influence mechanism of typically associated minerals in uranium ore are short of systematic research, which will be focused and studied in this project, the results from this project will reveal the interaction relationship of bacteria, minerals and ions. With molecular biology techniques, chemical equilibrium software, MLA, XRD, SEM, FTIR and other means, through the test of effects of different forms of fluoride and other ions or compounds on the growth of bacteria, optimization of bacterial activity and fluoride-resistant ability, the single mineral biochemistry dissolution of typical associated minerals and calculations of solution chemical equilibrium, the mechanism of fluoride-resistant bacteria growth, iron oxidation activity effective maintaining, the migration and transformation of fluorine solute, dissolution characteristics of associated minerals and its adsorption mechanism with bacteria and ions will be proved. The application of basic theoretical system of bioleaching high fluoride uranium ore will be eventually formed, which will provide a scientific basis and technical support for the efficient exploitation of high fluoride uranium ore.

开发高效提取铀技术对于促进我国核电事业的发展具有重大意义。生物浸出技术具有清洁、短流程、低成本等优点，但应用于含氟较高的低品位铀矿却存在着一定的困难。针对生物浸出高氟铀矿时受氟影响较大的特点，本项目紧密围绕细菌的高效抗氟机制、生物浸出体系下氟的迁移转化行为以及铀矿中典型伴生矿物的影响机理等目前缺乏系统研究的科学问题展开研究，揭示细菌-矿物-离子之间的相互作用关系。借助分子生物学技术、化学平衡软件、MLA、XRD、SEM、FTIR等手段，通过不同形态的氟及其他离子或化合物对细菌生长的影响试验、细菌活性与抗氟性的优化试验、典型伴生矿物的单矿物生化溶解试验、溶液化学平衡计算，探明抗氟菌生长机制、细菌铁氧化活性高效保持机制、氟的溶质迁移转化机制、伴生矿物的溶解特性及其与细菌、离子之间的吸附作用机理，最终形成高氟铀矿生物浸出应用基础理论体系，为高氟铀矿的高效开发利用提供科学依据和技术支撑。

我国核电事业蓬勃发展对铀需求较大，而国内铀矿资源贫乏、低品位难处理铀矿资源高效开发利用已迫在眉睫。生物浸出技术具有清洁、短流程、低成本的特点，但高氟铀矿石的生物浸出一直是个难题。针对生物浸出高氟铀矿时受氟影响较大的特点，本项目紧密围绕细菌的高效抗氟机制、生物浸出体系下氟的迁移转化行为以及铀矿中典型伴生矿物的影响机理等目前缺乏系统研究的科学问题展开了研究。.首先采用先进的MLA系统研究了含氟铀矿石工艺矿物学，铀矿类型为沥青铀矿，其粒度细、品位低，伴生矿具有氟含量高、硫含量低的特点，为设计微生物浸铀工艺提供了依据。利用PHREEQC软件计算了浸出环境中氟的形态。在酸性条件下溶液氟化物主要存在形式为AlF2+、AlF2+、AlF3、AlF4-，AlFx占98%以上；以HF (0.17%)、F-离子(0.01%)形式较少，这两种形式存在的氟对细菌生长有较强的抑制作用。在浸出系统中一定量的铝能与氟形成氟铝络合物从而降低氟离子和氟化氢的毒性。热力学计算ΔGθ(T)值表征了金属阳离子对氟的络合作用的强弱顺序为：Al3+＞Fe3+＞Mn2+＞Mg2+。根据抗氟机理选育出了一株优良菌株MX-5，能适应高氟环境生长，并保持良好的细菌活性，其耐受氟浓度为5.0g/L，氧化9g/L二价铁只需要24小时，最高细菌氧化活性达到1.05 g/(L·h)。铀矿伴生矿石云母、长石、石英等硅酸盐矿物主要影响生物浸出体系的pH值，而萤石、磷灰石主要影响浸矿细菌的氧化活性。矿物溶出离子对细菌生长的影响表明：大量的金属离子对细菌的生长活性均有影响，耐受Na+离子浓度6g/L，Al3+离子浓度10 g/L，Fe3+离子浓度5g/L，Mg2+离子浓度为10 g/L，Mn2+离子浓度7 g/L等；适量的K＋离子、Ca2＋离子和Mg2+离子对细菌生长有促进作用；溶出的F-、Cl-对细菌生长有抑制作用。抗氟菌在含氟铀矿生物浸出铀中的应用研究表明：采用生物浸出工艺比酸浸工艺效果好，生物浸出时铀的浸出率能提高约14%~29%，酸耗成本降低约1Kg~9Kg硫酸/t矿。浸矿微生物的种群结构组成的real-time PCR分析表明，生物浸出过程中其菌群组成比例受pH值的影响较大。.本项目研究成果初步揭示了浸矿细菌的抗氟机理和伴生脉石矿物在铀矿微生物浸出过程中的影响，为促进含氟铀矿生物浸出的工业应用提供了理论基础和指导依据。