生物堆浸体系中溶浸液与矿石相互作用对铀浸出的影响规律和机理

The project focuses on the core problems of rules and mechanism that the interaction of leaching solution and ore affects the uranium leaching in the process of bio-heap leaching of uranium and carry out research work. From the water and rock interaction theory perspective invested the influence rules of uranium leaching reaction factors such as the bio-heap leaching of water dynamic conditions and the different concentration of iron leaching solution, reveal the interaction between the solution and the ore mineral dissolution, bioerosion, mineral adsorption of uranium and iron vitriol precipitation, microbial community structure changes in time and space on uranium leaching influence law and mechanism, established the heap leaching kinetics model that associates bacterial growth dynamics and particle shrinking core model, clear the uranium leaching behavior under different leaching solutiong parameters, to provide the theoretical foundation to control effectively the conditions of the interaction of leaching solution and ore, improve the leaching rate of uranium.

本项目围绕铀矿生物堆浸体系中溶浸液与矿石相互作用对铀浸出的影响规律和机理这一核心问题开展研究工作。从水-岩相互作用理论角度，探讨生物堆浸体系中水动力条件、溶浸液铁浓度变化等因素对铀浸出反应的影响规律，揭示溶浸液与矿石相互作用之间的矿物溶解、生物侵蚀、矿物吸附铀及铁矾沉淀、微生物群落结构变化等在时间-空间上对铀浸出的影响规律与作用机理，初步建立关联细菌生长动力学与颗粒收缩核模型的铀矿生物堆浸动力学模型，以明确生物堆浸体系中不同溶浸液参数条件下的铀浸出行为，为铀矿生物堆浸生产实践中有效调控溶浸液与矿石相互作用条件，提高铀浸出率提供理论依据。

生物冶金技术对开发低品位难处理铀矿资源提供了新途径，但仍存在浸出周期长、铀浸出率低等问题。本项目以低品位硬岩型铀矿为研究对象，围绕铀矿堆浸过程中溶浸液与矿石相互作用对铀浸出的影响规律与机理这一核心问题，主要开展了以下几方面的基础研究：利用EPMA、XRD、SEM等分析手段研究了铀矿石和细菌浸出尾渣中铀矿物的赋存形态及表面形貌变化特征，解析了铀、铁等元素的浸出行为特征；通过静态浸泡试验考察了不同硫酸浓度对铀矿石的溶蚀规律和元素溶出特性及规律，分析得出不同溶浸液条件对铀浸出影响的规律；采用动态柱浸试验考察了不同喷淋强度（供液流速）对铀浸出行为和矿石渗透性的影响规律，阐明了喷淋强度对矿石渗透性、溶质运移的影响规律，确定了合理的喷淋强度（供液流速）范围，为有效控制溶浸液与矿石相互作用条件，提高铀浸出率提供理论参考依据；考察了溶浸液工艺因素（Fe2+、Fe3+、矿浆浓度、接种量）对铀浸出过程的影响规律，阐明了不同铁浓度条件下矿物吸附铀及铁矾沉淀等对铀浸出性能的影响效应以及对浸出过程的抑制或促进作用，解析了矿石表面铁矾沉淀物的形成与控制措施，进一步揭示了生物堆浸体系中溶浸液与矿物相互作用对铀浸出的微观作用机理；研究分析了铀矿生物堆浸过程中微生物群落结构演替特征，揭示了混合菌群浸出铀矿过程中群落动态变化及其对浸出性能的关系；基于颗粒未反应收缩核模型（SCM）研究了铀矿生物堆浸浸出动力学过程及扩散控制步骤，铀的浸出遵循遵循界面化学反应与扩散的混合控制模型，初步建立了铀矿生物堆浸过程中溶浸液耦合模型。发表SCI 论文6篇，EI 论文1篇，授权中国发明专利3 项，培养硕士研究生2名。研究成果对补充和完善铀矿生物堆浸技术理论，优化调控低品位铀矿生物堆浸工艺条件，强化溶浸液与铀矿物的相互作用过程，提高铀浸出率具有重要的参考价值和指导意义。