溶浸采铀过程中铁的不同形态化合物对铀的吸附机理研究
零价铁吸附还原溶液中U（VI）的实验研究
零价铁吸附还原溶液中U（VI）的实验研究曾华;郭亚丹;高柏;方军【摘要】研究零价铁（Zero valent iron ， ZVI）去除溶液中的 U （VI），分析了 pH 值、反应时间、 ZVI 投加量、铀溶液初始浓度、其它离子（Mg2＋、 Mn2＋、 Cl －、 NO －3、 CO2－3和 Cu2＋）等条件因素对 U （VI）去除效果的影响，并讨论其去除机理。
结果表明：ZVI 对溶液中U （VI）有较好的去除作用，在 pH ＝4，振荡时间为120 min ，ZVI 投加量为1.6 g／L ，铀溶液初始浓度为10 mg／L ，铀去除量为4 mg ／g 时， U （VI）的去除率可达到63.7％。
其它离子实验结果表明： Mg2＋、 Mn2＋、 Cl －、NO －3对 ZVI 去除 U （VI）影响不超过3％， CO2－3和 Cu2＋影响相对较大。
ZVI 去除溶液中 U （VI）以还原沉淀和吸附作用为主，吸附还原反应遵循一级化学反应动力学方程。
%The removing effect of U (VI) in aqueous solutions by zero valent iron (ZVI) was stud‐ied. The effects of the dosage of ZVI , pH value of solution , shaking time and initial concentrations of U (VI) on treatment effect were investigated. The results shew that ZVI has very good removal effect on U (VI) , when pH value of solution is 4 and the shaking time is 120 min , the initial concentration of U (VI) is 5 mg/L , the dosage of ZVI is 1.0 g/L , the removal rate and capacity reached 63.7% and 4 mg ・ g- 1 respectively. The ions Mg 2 + , Mn 2 + , Cl- and NO 3 have no evident influence on U ( Ⅵ ) re‐-moval rate , but CO 2 -3 and Cu 2 + do have. The removal process contains reduction precipitation and sorp‐tion. The adsorption reduction process follows the pseudo first order reduction kinetics model.【期刊名称】《铀矿地质》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】5页(P536-540)【关键词】零价铁;U(VI);吸附;还原;离子影响【作者】曾华;郭亚丹;高柏;方军【作者单位】南昌大学环境与化学工程学院，江西南昌，330031; 东华理工大学水资源与环境工程学院，江西南昌，330013; 核资源与环境省部共建国家重点实验室培育基地东华理工大学，江西南昌 330013;东华理工大学水资源与环境工程学院，江西南昌，330013;东华理工大学水资源与环境工程学院，江西南昌，330013;东华理工大学水资源与环境工程学院，江西南昌，330013【正文语种】中文【中图分类】TQ031.7;X703随着世界资源的短缺和环境恶化，为了满足清洁高效的核电能源发展对铀的需求，必须加大对铀矿的开采和冶炼力度。
铀矿石物质组成对微生物浸铀工艺的影响
铀矿石物质组成对微生物浸铀工艺的影响作者：王志华来源：《科技资讯》2012年第08期微生物浸铀是借助某些微生物的催化作用,使铀矿石中的金属铀溶解的湿法冶金过程,自1966年加拿大利用微生物浸铀的研究及工业化应用成功以后,现已被广泛用于低品位、难采、难选冶铀矿石的浸出,在国内也愈来愈受到重视。
和传统的方法相比,微生物浸铀具有充分利用回收矿产资源,对环境污染小,降低酸耗和氧化剂用量,缩短浸出周期,提高经济效益等优势。
影响微生物浸铀效果的因素有很多,矿石物质组成特性是其中的根本性因素,是设计和优化工艺流程的基本依据。
本文在前人研究成果的基础上结合本人的研究实践,从矿石的矿物成分、化学成分、铀的存在形式、黄铁矿等方面探讨矿石物质组成对微生物浸铀工艺的影响。
1微生物浸铀机理微生物浸铀是利用微生物的生物化学作用,选择性的将矿石中的铀溶解出来的一种方法。
在多数铀矿石中,铀以四价和六价的混合状态存在,四价铀的氧化物在酸性介质中是不溶的,铀的溶解是基于六价铀的溶解。
浸矿微生物氧化溶解矿石中的黄铁矿,获得生长所需的能量,同时生成硫酸和三价铁,为铀的溶解提供浸出剂和氧化剂。
4FeS2+15O2+2H2O22Fe2(SO4)3+2H2SO42矿石物质组成对微生物浸铀的影响铀矿石是微生物浸出的对象,矿石物质组成和工艺特性对浸出效果产生根本影响。
矿石的矿物组成、铀的赋存形式、化学成分、黄铁矿的含量等都将影响微生物与矿物的作用方式和铀浸出效果。
2.1 矿物组成Barrett认为,影响浸出速率的决定因素是矿物的性质。
铀矿石中矿石矿物主要有沥青铀矿、晶质铀矿、铀石、钍铀矿、铀钍石、钛铀矿和次生铀矿物等；脉石矿物主要有石英、长石、云母、方解石、金红石、萤石、磷灰石和粘土矿物等；金属矿物一般含量很少,主要为Fe、Pb、Cu的硫化物,常见的主要为黄铁矿。
不同的矿物在微生物浸出体系中表现出不同的工艺特性。
石英性质稳定,在浸出过程中不起化学反应,若矿石中含有大量石英,则有利于经济地从矿石中提取铀；原生硅酸盐矿物是不大参加化学反应的,只有在高酸度条件下才会部分溶解,给工艺过程带来困难,而次生硅酸盐矿物,如绿泥石和粘土矿物却能部分溶解于稀酸中,同时这类矿物形成的细泥会造成板结、堵塞等问题,给工艺带来比酸耗更加严重的问题；碳酸盐矿物,主要为方解石和白云石,该类矿物在浸出体系中易溶于酸,增大酸耗,提高成本,当矿石中碳酸盐是一主要组分是,就必须改用碱法浸出,同时会导致溶浸液中CaSO4达到饱和而沉淀在矿石表面,阻碍反应的进一步进行；萤石在溶浸过程中会逐步溶解,生成氢氟酸,间接提高酸耗,同时,F2-进入溶液会对细菌的活性造成明显的抑制作用。
针铁矿对U(VI)的吸附性能研究
第34卷第6期2020年12月南华大学学报(自然科学版)Journal of University of South China(Science and Technology)Vol.34No.6Dec.2020收稿日期:2020-06-10基金项目:国家自然科学基金核技术创新联合基金重点项目(U1967210);国家自然科学基金面上项目(11775106)作者简介:丁德馨(1958 ),男,教授,博士,主要从事铀矿冶环境保护方面的研究㊂E-mail:dingdxzzz@DOI :10.19431/ki.1673-0062.2020.06.002针铁矿对U (VI )的吸附性能研究丁德馨1,2,尤㊀青1,2,於照惠1,2,戴仲然1,2(1.铀矿冶生物技术国防重点学科实验室,湖南衡阳421001;2.南华大学极贫铀资源绿色开发技术湖南省重点实验室,湖南衡阳421001)摘㊀要:利用人工合成的针铁矿(α-FeOOH )作为吸附剂,对针铁矿吸附铀废水中U (VI )的影响因素㊁吸附动力学和吸附等温线进行了研究㊂探讨在不同pH 值㊁吸附剂投加量和初始铀的质量浓度条件下针铁矿对U (VI )的吸附特性㊂研究结果表明:当温度为25ħ㊁U (VI )浓度为10mg /L ㊁pH 值为6㊁投加量为0.6g /L 时,针铁矿对U (VI )的吸附率最高可达98.44%;针铁矿对U (VI )的吸附符合准二级动力学方程,说明针铁矿对U (VI )的吸附主要是化学吸附;Freundlich 等温吸附模型能更好地拟合针铁矿对U (VI )的吸附过程,说明针铁矿对U (VI )的吸附属于多层吸附㊂关键词:针铁矿;铀;吸附;吸附动力学中图分类号:X771文献标志码:A文章编号:1673-0062(2020)06-0006-06Adsorption Properties of U (VI )by GoethiteDING Dexin 1,2,YOU Qing 1,2,YU Zhaohui 1,2,DAI Zhongran 1,2(1.Key Discipline Laboratory for National Defense for Biotechnology in Uranium Mining and Hydrometallurgy,Hengyang,Hunan 421001,China;2.Hunan Province Key Laboratory ofGreen Development Technology for Extremely Low Grade Uranium Resources,University of South China,Hengyang,Hunan 421001,China)Abstract :Using synthetic goethite (α-FeOOH)as adsorbent,the influence factors,adsorp-tion kinetics and adsorption isotherm of absorption of uranium on goethite (α-FeOOH)were studied.The effects of pH,amount of absorbent,initial U(VI)concentration on re-moval of U(VI)by goethite were investigated.The results showed that the removal rate could reach 98.44%when the temperature was 25ħ,the initial concentration of U(VI)was 10mg /L,pH =6and dosage of goethite was 0.6g /L.The adsorption process followedwell with the pseudo-second-order kinetic equation,indicated that the adsorption is mainly the chemical adsorption.The adsorption isotherm for the adsorbent was consistent with the第34卷第6期丁德馨等:针铁矿对U(VI)的吸附性能研究Freundlich adsorption model,meaning the adsorbent is mainly involved with multilayer ad-sorption.key words:goethite;uranium(VI);adsorption;adsorption kinetics0㊀引㊀言铀是一种重要的核燃料,也是一种兼具化学毒性和放射毒性的重金属[1]㊂铀矿开采与加工过程中会产生大量含铀废水㊂目前,含铀废水的处理方法主要包括吸附法㊁化学沉淀法㊁离子交换法㊁膜处理法㊁蒸发浓缩法等[2-4]㊂其中,吸附法因为具有经济㊁高效㊁操作简单㊁吸附剂可再生等优点,被广泛应用于去除水体中的重金属离子[5-6]㊂针铁矿(α-FeOOH)是自然环境中常见的铁矿物之一,具有较高的比表面积㊁细微的颗粒结构和稳定的理化性质,对重金属离子和有机污染物等都具有较强的吸附作用[7-11]㊂J.Z.Zhang等人[12]用FeSO4㊃7H2O合成了α-FeOOH,研究表明α-FeOOH对水溶液中的Cd(II)具有较强的吸附能力,最大吸附容量可达181.7mg/g㊂N.D. Vinh等人[13]通过化学沉淀方法合成了针铁矿纳米粒子,研究表明接触时间120min和90min后, Pb(II)和Cd(II)在pH为5.5时的最大吸附量分别为111.11和76.92mg/g㊂郭阳等人[14]采用水热合成的方法制备了高比表面积介孔吸附剂α-FeOOH,研究结果表明当初始Sb(V)质量浓度为10mg/L㊁pH值为7㊁α-FeOOH投加量为0.25g/L㊁吸附时间为2h㊁吸附温度为25ħ时,Sb(V)去除率可达100%㊂本文以针铁矿作为吸附剂,研究了不同条件下针铁矿对U(VI)的吸附效果,确定了针铁矿吸附U(VI)的最佳条件并探究了其吸附机理㊂1㊀实验材料与方法1.1㊀铀溶液的配制称取1.1792g U3O8于100mL烧杯中,依次加入10mL HCl,3mL H2O2,两滴HNO3,持续摇动待剧烈反应停止后,置于砂浴上至固体完全溶解,最后定容到1L容量瓶中,即可获得1g/L的铀标准溶液,然后通过稀释可获得不同浓度的铀溶液㊂1.2㊀针铁矿的制备采用化学沉淀法合成针铁矿(α-FeOOH)[15],向100mL1mol/L Fe(NO3)3溶液中加入180mL 5mol/L的KOH溶液,迅速混合搅拌后,用重蒸馏水稀释至2L,置于70ħ恒温条件下反应60h,以8000r/min的转速离心10min,取固体烘干,装袋备用㊂生成的针铁矿采用XRD和SEM进行表征㊂1.3㊀实验仪器溶液的pH值采用pH计(HQ430D,USA)测量;铀浓度采用紫外可见分光光度计(T6新世纪,北京)测定;实验在叠加式大容量恒温培养摇床(DJS-2012R,上海)中震荡培养;固液分离使用台式高速冷冻离心机(Z36HK,Germany)分离;制备的针铁矿吸附剂使用X射线衍射仪分析(Rigaku2550,Japan);制备的针铁矿吸附剂形貌特征使用扫描电镜能谱仪分析(Quanta250, USA)㊂1.4㊀静态吸附实验向配置好的含铀废水中加入一定量自制的针铁矿,在25ħ,180r/min的条件下震荡一段时间,将反应结束后的溶液置于5000r/min下离心10min,取上清液,溶液中的U(VI)浓度用紫外分光光度法进行测定,计算铀的吸附率,以此来考察针铁矿对铀的吸附效果㊂模拟含铀废水的pH值用NaOH和HCI来调节㊂吸附率与吸附量按以下公式计算:吸附率=(C0-C)/C0ˑ100%(1)吸附量=C0-C t()ˑvm(2)式中:C0为吸附前铀的初始质量浓度(mg/L);C 为吸附后剩余铀的质量浓度(mg/L);C t为吸附t 时刻铀的质量浓度(mg/L);v为吸附所用U(VI)溶液的总体积(mL);m为吸附剂的质量(mg)㊂1.5㊀吸附动力学吸附过程中吸附剂吸附溶质的快慢主要用吸附动力学来描述㊂动力学分析分别用准一级和准二级动力学模型进行拟合[16]㊂准一级动力学模型方程为:ln(q e-q t)=ln q e-k1t(3)㊀㊀准二级动力学模型方程为:tq t=1k2q2e+tq e(4)7㊀㊀㊀南华大学学报(自然科学版)2020年12月式中:q e 为平衡吸附量(mg /g);q t 为t 时刻的吸附量(mg /g);k 1为准一级(min -1)吸附速率常数;k 2为准二级g /(mg㊃min)吸附速率常数㊂1.6㊀吸附等温线在温度一定的条件下,吸附量随着平衡浓度而变化的曲线称为吸附等温线㊂常用Langmuir 和Freundlich 两种吸附等温式进行拟合[16]㊂Langmuir 等温线方程为:1q e =1bq max 1C e +1q max(5)㊀㊀Freundlich 等温线方程为:ln q e =ln k +1nln C e (6)式中:q e 为平衡吸附量(mg /g);q max 为吸附剂的最大吸附量(mg /g);C e 为吸附平衡时吸附质的浓度(mg /L);b 为Langmuir 常数;表征针铁矿表面的吸附位点对U(VI)的亲和力大小;k 为Fre-undlich 常数,与吸附能力有关;n 为Freundlich 常数,与吸附强度有关的系数㊂2㊀结果与讨论2.1㊀针铁矿的表征如图1为所制备的针铁矿XRD 表征图谱,上方为制备的针铁矿的衍射峰位置,与下方针铁矿标准卡片JCPDS Card:81-0463及相关文献[13,16]对比,发现制备的针铁矿与标准赤铁矿的峰位置和强度完全吻合,这说明自制的样品为针铁矿(α-FeOOH)㊂图1㊀针铁矿的XRD 图Fig.1㊀XRD patterns of goethite如图2为所制备的针铁矿SEM 图,所制备的针铁矿呈针状体结构,且样品结晶程度较好,粒度分布均匀,无明显团聚㊂图2㊀针铁矿的SEM 图Fig.2㊀SEM patterns of goethite2.2㊀pH 值对针铁矿吸附U (VI )的影响向7组250mL 锥形瓶中加入100mL 10mg /L的铀溶液,调节各组pH 值分别为3㊁4㊁5㊁6㊁7㊁8㊁9,加入1g /L 的针铁矿,在25ħ,180r /min 的条件下震荡60min㊂每组设置3个平行样,将反应结束后的溶液置于4500r /min 下离心10min,取样过滤后测其U(VI)质量浓度,比较不同pH 值溶液对针铁矿吸附U(VI)的影响,结果见图3㊂由图3可知,溶液中针铁矿对铀的吸附率随pH 值的升高而呈现出先上升后趋于平稳的趋势㊂当溶液pH 值为6时,针铁矿对U(VI)的吸附率达到96.16%,之后随pH 值的升高吸附率变化不大而逐渐趋于平稳㊂说明针铁矿吸附U(VI)的最佳pH 值为6,证明在pH 大于5时较适用于实际铀废水的处理㊂2.3㊀针铁矿投加量对吸附U (VI )的影响向6组250mL 锥形瓶中加入100mL 10mg /L的铀溶液,调节pH 值为6,针铁矿的投加量分别为0.1㊁0.2㊁0.4㊁0.6㊁0.8㊁1.0g /L,在25ħ,180r /min 的条件下震荡60min㊂每组设置3个平行样,将反应结束后的溶液置于4500r /min 下离心10min,取样过滤后测其U(VI)浓度,比较针铁矿投加量对溶液中U(VI)吸附的影响㊂结果见图4㊂由图4可知,随着针铁矿投加量的增加,U(VI)的去除率呈现先上升后平稳的趋势㊂投加量为0.6g /L 时,吸附率达到最大值98.44%,在0.1~0.6g /L 范围内,吸附率显著增加㊂这是因为吸附剂投加量的增加使吸附剂的活性位点增加,进而使得吸附率升高[17]㊂而当投加量由0.6~1g /L 时,U(VI)的吸附率变化不明显,说明8第34卷第6期丁德馨等:针铁矿对U(VI)的吸附性能研究当U(VI)质量浓度为10mg /L 时,针铁矿的最佳投加量为0.6g /L㊂图3㊀不同pH 值对针铁矿吸附U (VI )的影响Fig.3㊀Effect of different pH values on the adsorptionof U (VI )ontogoethite图4㊀针铁矿投加量对针铁矿吸附U (VI )的影响Fig.4㊀Effect of goethite dosage on the adsorption ofU (VI )onto goethite2.4㊀吸附动力学向3组100mL 锥形瓶中分别加入50mL㊁10mg /L㊁20mg /L 和50mg /L 的铀溶液,调节pH 值为6,针铁矿的投加量为0.6g /L,在25ħ,180r /min 的条件下震荡,分别在第5㊁10㊁20㊁30㊁60㊁120㊁240㊁480min 取样,过滤后测U(VI)浓度㊂比较不同初始铀溶液中针铁矿对U(VI)的吸附量随时间变化的曲线,结果见图5㊂由图5可知,不同初始铀质量浓度下,在反应前120min 针铁矿对铀的吸附较快,随后逐渐达到吸附平衡㊂其中铀质量浓度为10mg /L㊁20mg /L㊁50mg /L 的实验组中,针铁矿对铀的吸附率分别为96.25%㊁93.69%㊁73.56%,吸附容量分别为15.02mg /g㊁31.43mg /g㊁52.98mg /g㊂实验结果表明,针铁矿的投加量一定时,针铁矿的吸附容量随初始铀浓度的升高而升高,而针铁矿的吸附率随初始铀的质量浓度的升高逐渐降低㊂图5㊀不同铀初始质量浓度对针铁矿吸附量的影响Fig.5㊀Effect of different initial concentration on theadsorption capacity onto goethite分别用准一级和准二级动力学模型对针铁矿吸附铀的实验数据进行拟合,拟合曲线如图6,两种模型拟合的动力学方程和相关参数见表1和表2㊂由图6和表1㊁表2可以看出,准二级动力学模型拟合效果要好于准一级动力学,其相关系数R 2>0.9993,且由准二级动力学方程计算得到的理论吸附容量与试验实际所得吸附容量值几乎一致,表明不同初始铀浓度条件下的吸附实验结果更符合准二级动力学模型方程,说明针铁矿对U(VI)的吸附主要是化学吸附㊂k 2随着初始铀的质量浓度的增加而减少,说明吸附速率随着初始铀的质量浓度的增加而降低㊂2.5㊀吸附等温线铀初始质量浓度分别为10㊁20㊁30㊁40㊁50mg /L,吸附剂投加量为0.6g /L,pH 值为6,温度为25ħ的条件下,分别利用Langmuir 和Freundlich 模型对298K 条件下针铁矿吸附U(VI)的实验结果进行模拟,拟合曲线如图7,两种模型拟合的等温线方程和相关参数见表3㊂由图7和表3可知,Langmuir 等温吸附模型的相关系数R 2为0.8641,低于Freundlich 等温吸附模型的R 2,表明Freundlich 等温吸附模型能更好地拟合针铁矿对9㊀㊀㊀南华大学学报(自然科学版)2020年12月U(VI)的吸附过程,说明该吸附属于多层吸附㊂有研究表明,Freundlich 等温吸附模型中K 越大,吸附效果越好;1/n 介于0.1~0.5,则容易吸附,而1/n >2的物质,则难以吸附[18]㊂而本实验Fre-undlich 等温吸附模型的1/n 为0.3095,介于0.1~0.5之间,可见U(VI)在针铁矿上的吸附是比较容易进行的㊂图6㊀针铁矿吸附U (VI )的动力学拟合曲线Fig.6㊀The fitting curve for kinetic model表1㊀准一级动力学方程拟合参数Table 1㊀The pseudo first order kinetic parametersC 0/(mg㊃g -1)拟合方程R 2k 1/(min -1)q e /(mg㊃g -1)K 1㊃q e /(mg㊃g㊃min -1)10y =-0.0085x -0.74280.7656-0.00850.47580.004020y =-0.0117x +1.07850.9588-0.0117 2.94040.034450y =-0.0187x +2.54720.9893-0.018712.77120.2388表2㊀准二级动力学方程拟合参数Table 2㊀The pseudo second order kinetic parametersC 0/(mg㊃g -1)拟合方程R 2k 2/(min -1)q e /(mg㊃g -1)K 2㊃q e 2/(mg㊃g㊃min -1)10y =0.0658x +0.04910.99990.065815.188315.179020y =0.0317x +0.04550.99990.031731.525931.506150y =0.0187x +0.07470.99930.018753.619353.763图7㊀针铁矿吸附U (VI )的等温拟合曲线Fig.7㊀The fitting curve for adsorption isotherm for the adsorbent1第34卷第6期丁德馨等:针铁矿对U(VI)的吸附性能研究表3㊀Langmuir和Freundlich吸附等温线拟合参数Table3㊀Fitted parameters of Langmuir and Freundlich adsorption isotherms温度/KLangmuir模型拟合方程R2q max/(mg㊃g-1)bFreundlich模型拟合方程R2K/(mg㊃g-1)n298y=0.0145x+0.02650.864168.96550.5472y=0.3095x+2.99140.919824.3809 3.23103㊀结㊀论本文以合成的针铁矿为吸附剂处理含铀废水,讨论了多个因素对针铁矿吸附U(VI)的影响,得出以下结论:1)当温度为25ħ㊁U(VI)质量浓度为10mg/L㊁pH值为6㊁针铁矿投加量为0.6g/L时,针铁矿对U(VI)的吸附率最高可达98.44%;2)针铁矿对U(VI)的吸附符合准二级动力学方程,说明针铁矿对U(VI)的吸附主要是化学吸附;3)Freundlich等温吸附模型能更好地拟合针铁矿对U(VI)的吸附过程,说明该吸附属于多层吸附㊂参考文献:[1]邓冰,刘宁,王和义,等.铀的毒性研究进展[J].中国辐射卫生,2010,19(1):113-116.[2]魏广芝,徐乐昌.低浓度含铀废水的处理技术及其研究进展[J].铀矿冶,2007,26(2):90-95. 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第八章原地浸出采铀
③矿层孔隙率： a. n<5～10%，不适合地浸； b. n=5～10%，适合地 浸；c. n=20～25%，最适合地浸； d. n=25～50%，较适合地浸；e. n>50%，不适合地浸。
部位即孔壁四周细砂自然分选作过滤层。
4.4 钻孔的施工与安装
地浸钻孔施工、安装程序及要求：
⑴开孔
⑵钻进取芯、测井
⑶扩径
⑷冲孔
⑸下套管
⑹投砾
⑺注浆封孔
⑻孔口安装
⑼钻孔过滤器
• 1）开孔
开孔所用的钻头直径要根据钻孔安装管的直径大小和钻孔 表土层的稳定性而定。
云南381矿床，砂岩稳定，且钻孔深度浅（40m左右）， 用φ150mm钻头开孔，一钻到底，下 φ75×6 mm PVC套管； 新疆某矿床：孔深200m左右。空气提升时，φ200mm三牙轮钻 头开孔→穿过表土层-→ φ168mm矿层顶板-→φ128mm终孔。 在矿层部位用稀泥浆护垫。潜水泵提升时，φ244mm三牙轮钻 头开孔，并同径钻至终孔深度（下6“潜水泵）。
钻孔间距：钻孔间距要视矿层的渗透性而定（先做小试 验），如间距过小，容易发生潜蚀通道，造成溶浸液“短路”； 间距过大，单元生产时间拖得长，且试剂消耗量增加，经济效 益差。
4.3 钻孔结构
国内外普遍使用的地浸工艺钻孔可分为两大类： ①填砾结构——过滤器部位充填砾石过滤层为主要特征； ②裸眼结构——过滤器周围不充填过滤物质，而靠矿层
• 3.5 地质构造
要查清矿床是否存在断层、溶洞、地下阴沟等构造，不然 会造成溶浸液流失，既污染环境，又达不到浸矿目的，溶浸范 围无法控制。
三种微生物对铀的吸附行为研究
三种微生物对铀的吸附行为研究马佳林;龚运军;聂小琴;董发勤;代群威;张东;杨杰;周娴;黄荣;龚俊源【摘要】To compare the similarities and differences of adsorption properties and adsorption properties during interaction of microorganisms with uranium, we selected Bacillus subtilis (bacteria), yeast (fungus), chlorella (algae) as objects and studied the adsorption performance and a variety of microbial factors by using scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectrometer (EDS). The results indicated that three types of microorganisms in water uranium has good effect on uranium adsorption. The best adsorption rate of uranium by yeast and chlorella and Bacillus subtilis were 97.19%、97.13% and 98.03%, respectively. And the maximum adsorption capacity of uranium by yeast and chlorella and Bacillus subtilis were 341.2、356.5、512.5mgU/g(DW) , respectively. The adsorption process and mechanism for uranium adsorption by three kinds of microbe was different, yeast and chlorella in line with the Langmuir model, bacillus subtilis is more suitable for the Freundlich model. The results of Scanning electron microscope and energy spectrum indicated that the uranium is adsorbed onto the cell surface at the beginning with no precipitation or mineral. Then, the sheet and clumps of uranium-phosphorus crystallization were formed on the surface of yeast after12hours.however, There were not found the similar crystals on the surface of chlorella and bacillus subtilis. Interaction of microorganisms with uranium will cause changes in cell morphology, especially for bacillussubtilis and chlorella.%开展了酵母菌(真菌)、枯草芽孢杆菌(细菌)、小球藻(藻类)对水体中铀(Ⅵ)的吸附性能及机理研究.结果表明：3种微生物对铀都具有较好的吸附效果.酵母菌,小球藻,枯草芽孢杆菌对铀的最佳吸附率分别为97.19%、97.13%、98.03%；且最大吸附量分别达到341.2、356.5、512.5mgU/g(DW).3种微生物对铀的吸附过程和机理有所不同,酵母菌和小球藻符合Langmuir模型,枯草芽孢杆菌更适合Freundlich模型,吸附至12h,酵母菌表面逐渐出现铀和磷的片状结晶及含铀沉积物堆积,小球藻和枯草芽孢杆菌与铀(50mgU/L)作用后细胞出现明显变形,菌体表面未出现铀的结晶物.【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】8页(P825-832)【关键词】铀;微生物;吸附;机理【作者】马佳林;龚运军;聂小琴;董发勤;代群威;张东;杨杰;周娴;黄荣;龚俊源【作者单位】西南科技大学，核废物与环境安全国防重点学科实验室，四川绵阳621010;西南科技大学，核废物与环境安全国防重点学科实验室，四川绵阳621010;西南科技大学，核废物与环境安全国防重点学科实验室，四川绵阳621010;西南科技大学，核废物与环境安全国防重点学科实验室，四川绵阳621010;西南科技大学，核废物与环境安全国防重点学科实验室，四川绵阳621010;中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川绵阳 621900;西南科技大学，核废物与环境安全国防重点学科实验室，四川绵阳 621010;西南科技大学，核废物与环境安全国防重点学科实验室，四川绵阳 621010;西南科技大学，核废物与环境安全国防重点学科实验室，四川绵阳 621010;西南科技大学，核废物与环境安全国防重点学科实验室，四川绵阳 621010【正文语种】中文【中图分类】X591随着核工业的不断发展以及核设施的退役，由此产生的含铀放射性废水种类和数量越来越多，通过地表径流和地下迁移、渗透而进入土壤和水体的铀污染问题对人类健康和自然环境造成潜在的威胁［1-3］.近20 年来，国内外学者针对铀污染环境的原位生物修复开展了大量的研究工作［4-9］.有研究表明在放射性废物库附近的土壤和地下水中，通过微生物菌毛原位传递电子获取提供生存能量并促进可溶性U （Ⅵ）原位还原成溶解性小的U（Ⅳ），或者通过还原酶的分泌及胞外代谢产物进行铀的沉淀和矿化等作用可以有效的阻滞或延缓铀的迁移［6-9］.关于微生物原位修复铀污染环境，研究对象主要包括细菌、真菌、藻类等三大类［1-2，12］，不同种类微生物对铀存在着不同的吸附性能和作用机制，主要表现为离子交换，络合沉淀，胞内赋存，生物矿化，氧化还原等等［10-16］.微生物与铀的相互作用受介质成分、环境条件、细胞结构和代谢过程等多种因素的影响，表现出的作用方式也不尽相同.因此，本研究选取酵母菌、小球藻、枯草芽孢杆菌为几类微生物的典型代表为研究对象，在相同条件下，比较分析不同种类微生物对铀的吸附性能及机理，旨在为生物修复铀污染环境的研究提供参考依据.1.1 试验材料1.1.1 菌株及试剂酵母菌为市售安琪面包酵母；小球藻和枯草芽孢杆菌由西南科技大学生命科学与工程学院实验中心提供.铀溶液的配置：准确称取2.1092g的硝酸铀酰［UO2（NO3）2·6H2O］，少量水溶解后，加入10mL硝酸，移入1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，即为铀浓度为1g/L的铀溶液.通过去离子水稀释得到其他浓度的铀溶液，采用0.1mol/L HNO3、10g/L Na2CO3和5g/L NaHCO3的缓冲液调节溶液pH值.1.1.2 主要试验仪器紫外可见分光光度计（UV-1600，上海美谱达仪器有限公司）；离心机（LD5-2B，北京雷勃尔离心机有限公司）；场发射扫描电子显微镜（Ultra55，德国蔡司仪器公司）；能谱仪（Oxford IE450，英国Oxford公司）.1.3 实验方法1.3.1 菌体制备将活化后的菌体种子液接入到液体培养基中，于35℃，150r/min 恒温振荡培养箱中振荡培养48h.培养后以4000r/min离心10min.取沉淀的菌体，用0.9%的生理盐水稀释为所需菌悬液（吸光度值OD600=0.5）.1.3.2 吸附实验准确移取20mL一定浓度的铀溶液于50mL锥形瓶中，取20mL预培养好的菌悬液离心（4000r/min）10min，将离心后的湿菌体（干重2.5～5.0mg）分别加入上述50mL锥形瓶中，置于空气恒温摇床内进行恒温振荡吸附0.5～72h，离心后取5mL上清液，测溶液中残余铀浓度，每组设置3个平行样，以铀溶液作为对照.1.4 分析测试1.4.1 铀的分析水样中铀含量的检测按照偶氮胂Ⅲ分光光度法［2］进行.1.4.2 SEM-EDS分析供试微生物与50mgU/L铀溶液作用一定时间（0～72h）后，离心，经去离子水清洗、离心、制备成菌悬液，在盖玻片上点样，自然干燥，加入2.5%戊二醛固定10h，去掉戊二醛溶液，依次用30%、50%、70%、90%、100%乙醇溶液逐级脱水（每次脱水20min），最后自然晾干，备用.样品经过喷金处理后进行样品形貌观察和微区元素分布分析.1.5 数据处理式中：R为吸附率，%；C0为初始铀浓度， mgU/L；Ct为t时刻的铀浓度，mgU/L；q为吸附量， mgU/g（DW）；V为溶液初始体积，L；m为微生物的干重，g.2.1 溶液初始pH值对微生物吸附铀的影响溶液pH值通过改变微生物表面电位电荷分布、结合位点以及溶液中铀酰离子的络合形态，从而影响微生物对溶液中铀的吸附行为［1］.在强酸性溶液中，铀主要以形式存在，当pH＞4时逐渐水解，溶液中出现一定量的UO2OH+络合阳离子.当pH值接近6时，溶液中则主要以等络阴离子形式存在［1］.由图1可以看出，当pH值在1.0～6.0时，随着溶液pH值不断升高，酵母菌和小球藻对铀的吸附量逐渐增加，在pH=6.0时吸附量分别240.7mgU/g（DW）、206.9mgU/g（DW）；枯草芽孢杆菌在pH=5.0时吸附量为107.6mgU/g （DW）.结合后面的扫描电镜结果可以推断，在初始浓度为100mgU/L 的条件下，枯草芽孢杆菌细胞受到严重损伤，在作用24h时细胞处于死亡状态，因此枯草芽孢杆菌与铀的作用过程可以看作是生物吸附剂对铀的吸附.生物吸附剂对溶液中离子吸附的最佳pH值通常是由吸附剂表面的等电点（pK=3～5）决定［1］，当溶液pH值超过等电点的pH值时，铀酰络阴离子与吸附剂表面的负电荷产生静电斥力，在本研究中表现为枯草芽孢杆菌在pH=6时吸附能力下降（图1）.有研究表明，酵母菌［4］和小球藻［1］细胞在大于100mgU/L的条件下仍能很好地存活.推断该类吸附行为是以依赖代谢的生物吸附为主的过程，在越适宜生存的pH值条件下，对溶液中的铀酰离子吸附作用越有利.本研究结合微生物的生长条件及含铀废水的实际情况，主要考察微生物在弱酸性环境下的最佳吸附条件，故未设置pH ＞6的条件开展实验.本文选择pH=5开展后续实验.2.2 初始铀浓度对微生物吸附铀的影响由图2可以看出，在初始铀浓度为10mgU/L时，3种微生物对铀均有较好地吸附效果，吸附率在60%～80%之间.与高浓度铀溶液相比，相同接菌量的微生物在低浓度的铀溶液中，吸附位点相对充足能与微生物细胞表面充分接触，吸附率较高，当C0=50mgU/L时，酵母菌表现最佳吸附能力，吸附率达93.0%，小球藻、枯草芽孢杆菌均在10mgU/L时取得最大吸附率，分别为：77.8%、66.1%.随着溶液中初始铀浓度的增加，3种微生物对铀的吸附率整体下降，吸附量逐渐增高，当C0≥200mgU/L 后，酵母菌、小球藻吸附量趋于平衡，有研究表明［4-5］细胞壁上的吸附位点是有限的，当吸附达到平衡时，吸附位点达到饱和，此时铀的初始浓度再提高，吸附量基本接近稳定；3种微生物均在本实验中设置的最高铀浓度时获得最大吸附量，酵母菌最高，达325.5mgU/ g（DW），小球藻和枯草芽孢杆菌分别为294.9和215.0mgU/g（DW）.从对铀的吸附率和吸附量来看，总体表现为：酵母菌＞小球藻＞枯草芽孢杆菌.2.3 接触时间对微生物吸附铀的影响由图3可知，吸附的初始阶段（5min～12h）吸附速率很快，吸附位点充足，在1h时，酵母菌、小球藻和枯草芽孢杆菌对铀的吸附率分别为50.4%、51.7%和79.5%.随着吸附的进行，吸附速率减缓，有效吸附位点逐渐减少；24h之后，枯草芽孢杆菌对铀的吸附达到稳定，而酵母菌和小球藻经历过一段平衡时期（12～48h）之后，吸附率进一步升高.在72h时，酵母菌、小球藻和枯草芽孢杆菌对铀的吸附率分别为：75.3%、74.6%和94.7%.关于微生物对铀的吸附过程［5-10］，可以归纳为：初始阶段起主导作用的快速、可逆且无需能量的被动吸附，将铀酰离子吸附到微生物表面；第二阶段起主导作用的主动吸附，将细胞表面吸附的铀酰离子沉淀矿化或者转移至细胞内部，缓慢、不可逆，此阶段需要能量并且与细胞的代谢有关.死体微生物对铀的吸附通常仅表现为第一阶段，而活体微生物对铀的吸附还有第二阶段的进行.本研究表明，枯草芽孢杆菌对铀的吸附过程以被动吸附为主，同时又异于一般死体微生物，因为在铀溶液的胁迫下，枯草芽孢杆菌体内过氧化程度加重，壁膜破坏，将分泌和释放大量的代谢或者胞外产物，这些产物与菌体表面的活性位点一并与溶液中的铀酰离子发生络合、离子交换或者沉淀矿化等作用，部分铀酰离子也可能直接快速地穿透细胞壁膜进入到体内.而酵母菌和小球藻则表现为活体微生物对铀的吸附过程，通过菌毛［6］和表面活性官能团［7-8］将溶液中的铀酰离子优先聚集在细胞表面，随着吸附的进行，可能在细胞表面发生电子转移引起氧化还原反应，将部分U（Ⅵ）还原为U（Ⅳ）［10-11］，离子交换［12］，络合沉淀［13］，结晶矿化［14-15］，胞内沉积［16］等生物物理化学多种作用.2.4 接菌量对微生物吸附铀的影响由图4可知，随着接菌量的增加，3种微生物对铀的吸附率也逐渐上升，当接菌量达0.4g/L时，吸附率均达90%以上.在最小接种量时，枯草芽孢杆菌表现出最大的吸附率，吸附量超过500mgU/g（DW）.随着接菌量继续增大，吸附率有较小幅度的上升，吸附量逐渐降低.分析其原因可能是随着吸附的进行，溶液中铀浓度不断下降，溶液中游离的铀酰离子减少，铀结合到吸附微生物表面的几率减小，大量的微生物在溶液中共存造成一定的空间位阻效应.在本实验中，酵母菌、小球藻、枯草芽孢杆菌的最大吸附率分别为：97.19%、97.13%、98.03%.2.5 吸附等温模线Langmuir 吸附等温线假设吸附剂对金属离子的吸附为均一的单分子层吸附，且被吸附的离子间无相互作用.Freundlich 吸附等温线假设吸附剂对金属离子的吸附为非均一的多分子层吸附，被吸附的离子的量随着溶液浓度的增加而增大.本文采用Langmuir和Freundlich两种吸附等温模型来对3种微生物在不同U（Ⅵ）浓度下的等温吸附过程进行拟合，相关参数见表1.由拟合结果可知，Langmuir模型能较好地描述酵母菌和小球藻对铀的吸附过程，R2分别为0.988和0.991，拟合所得的酵母菌和小球藻最大吸附量分别为344.8mgU/g（DW）和355.9mgU/g（DW），与实验所得的最大吸附量（341.2mgU/g（DW）和356.5mgU/g（DW））吻合较好，表明酵母菌和小球藻对铀的吸附过程表现为单层吸附.枯草芽孢杆菌对铀的吸附过程更适合Freundlich模型，R2=0.961，该吸附过程并不完全是单层分子的表面吸附，1/n=0.23小于0.5，吸附容易自发进行.2.6 SEM-EDS结果与分析酵母菌与50mgU/L作用不同时间（0.5～72h）后的扫描电镜结果如图5所示.未进行吸附的菌体（图5a）多数表面光滑、形态完好；0.5h后（图5b），形态基本完好，表面未见异常. 12h后（图5c）菌体有轻微塌陷，在菌体表面出现明显的片状沉积物堆积，JIANG等［14-15］研究表明，微生物在对核素进行短期吸附后，细胞壁上金属离子的结合位点可能会成为晶体的成核点.24h后，菌体出现一定的塌陷和扭曲形变，在菌体表面能观察到明显的铀结晶体出芽（图5d），该形貌与Toshihiko等［13］报道的关于铀磷无机纳米矿化体在酵母菌表面沉积图片有高度的相似性，EDS分析结果可以很好地支撑这一推断.同时在菌体附近同样出现团状结晶（图5e），分析团状沉积物堆簇出现的原因，可能是由于在制样过程中，先经过去离子水反复清洗并离心，作用力强度过大，导致部分在菌体表面的沉淀物与菌体表面分离，并在离心力下粘附在菌体表面或脱离菌体束缚的聚集成一团；因为铀对酵母细胞的胁迫作用，导致壁膜受损，引起磷脂分解或ATP水解导致无机磷释放到溶液中，从而引起溶液中的铀酰离子与无机磷结合沉淀.酵母菌吸附铀前后能谱分析结果如图6所示.吸附后菌体表面出现了U的吸收峰，结合能为2.0～4.0KeV；Na，Mg，Ca元素的含量明显下降，但P元素的含量明显增加.由此表明，酵母菌对溶液中铀酰离子吸附过程中，细胞中的P参与了与铀酰离子的相互作用， JIANG等［15］认为细胞表面含磷部位在铀沉淀过程中起重要作用，既是络合官能团的载体，又作为底物来诱导磷酸盐的结晶.由此推断，酵母菌表面的结晶物主要来源于菌体本身释放的磷在细胞表面上与铀的成矿作用；吸附前细胞元素含量表中有较多的Si元素，而吸附后几近没有，可能是待测样品在盖玻片上，吸附前的样品较为稀薄、分散，X-射线穿过细胞缝隙打到玻璃片上，而出现的Si吸收峰.研究结果表明，随着吸附的进行，酵母菌表面逐渐开始出现铀-磷片状结晶、菌体附近有含铀的团状沉积物堆积，菌体之间发生粘连，菌体表面出现凹陷、皱缩，接触时间越长，细胞受到的破坏越严重.枯草芽孢杆菌的SEM结果如图7所示，未进行吸附的菌体表面光滑、形态完好（图7a）；在吸附30min后，菌体的形态发生很大变化，呈短节状，随着吸附的进行，在24h时，菌体形态的破坏程度加重，未见修复的迹象，推测菌体基本死亡，在一些菌体表面可以见到一些片状沉积物堆积.能谱分析与细胞成分接近，C、O含量占70%以上，不含铀，疑为菌体分泌物（结果未在本文中给出）.在72h时，只观察到残缺断裂的菌体，未见酵母菌吸附后出现的铀片状结晶或沉积物.小球藻的扫描电镜（图7e）和能谱分析结果表现为在吸附后期细胞出现明显塌陷，表面出现褶皱，并且出现粘连，整体形貌也发生了严重变化，未观察到铀的结晶物出现.菌体形态的变化可能由于铀进入细胞内部结构，对菌体的毒害作用增强，使细胞质生物大分子遭破坏，细胞内产生空壳结构，而导致脱水时细胞壁内陷.研究结果表明，3种微生物与铀作用的机制不同.铀结合到细胞表面后，酵母菌以无机微沉淀和生物矿化为主，严重受损的活性小球藻及死亡的枯草芽孢杆菌可能主要是通过与壁膜的活性位点络合配位，以及进入到胞内赋存的方式，未见胞外沉淀和矿化产物，微生物与铀作用过程和产物有多种方式，推测这可能与3种微生物的壁膜结构［8］和代谢过程［7］有关.3.1 3种微生物对水体中铀（Ⅵ）都具有较好的吸附效果.在pH=5.0，初始铀浓度为10～350mgU/ L，投加量在0.06～1.12mgU/L（DW），25℃下吸附24h，酵母菌，小球藻，枯草芽孢杆菌对铀的最佳吸附率分别为97.19%、97.13%、98.03%；最大吸附量分别达到341.2、356.5、512.5mgU/g （DW）.3.2 在等温吸附模型中，Langmuir模型可较好地描述酵母菌和小球藻对铀的吸附过程，相关系数分别为0.988、0.991，最大吸附量的理论值与实验值吻合较好，枯草芽孢杆菌对铀的吸附过程更适合Freundlich模型，R2=0.961，表明酵母菌和小球藻对铀的吸附属于单分子层吸附，枯草芽孢杆菌为多层吸附.3.3 SEM-EDS分析表明，3种微生物对铀的吸附作用机理不同.随着吸附时间的延长，铀会在酵母菌表面和周围出现铀和磷的纳米片状矿化体及沉积物，小球藻和枯草芽孢杆菌则未在表面或周围产生铀的纳米结晶或沉淀；3种微生物与铀作用后均会引起细胞形态的变化，而枯草芽孢杆菌的形态被破坏得最早最严重，表明枯草芽孢杆菌对铀的耐受性最弱.【相关文献】［1］Vogel M，Günther A， Rossberg A， et al. Biosorption of U （VI） by the green algae Chlorella vulgaris in dependence of pH value and cell activity ［J］. Science of the total environment， 2010，409（2）：384-395.［2］Liu M X， Dong F Q， Yan X Y， et al. Biosorption of uranium by Saccharmyces cerevisiae and surface interactions under culture conditions ［J］. Bioresource Technolgy，2010，101：8573-8580.［3］冯颖思，宋刚，祝秋萍，等.某铀矿下游水系沉积物剖面的放射性核素分布特征［J］. 中国环境科学， 2013，33（8）：1442-1446.［4］彭国文，丁德馨，胡南，等.纳米Fe3O4负载啤酒酵母菌对铀的吸附性能与机理［J］. 中国有色金属学报， 2012，22（2）：604-610.［5］LI J， ZHANG Y. Remediation technology for the uranium contaminated environment： a review ［J］. Procedia Environmental Sciences， 2012，13：1609-1615. ［6］Mukherjee A， Wheaton Gh， Blum Ph， et al. Uranium extremophily is an adaptive，rather than intrinsic， feature for extremely thermoacidophilic Metallosphaera species ［J］. PNAS，2012，109：16702-16707.［7］Bargar J R， Williams Kh， Campbell K M， et al. Uranium redox transition pathwaysin acetate-amended sediments ［J］. 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地浸采铀浸出液氧化沉淀法除铁研究
第 ２ ５卷第 ３期
２０ ０ ８年 ９月
世 界 核 地 质 科 学
Ｗ ｏ ｌ Ｎｕ ｌ ａ Ｇｅ ｓ ｉ ｎ ｅ ｒｄ ｃｅ ｒ ｏｃｅ ｃ
Ｖ０ ． Ｎｏ３ １ ２５． 沉淀 法 除铁 研 究
行 了探索 性 研 究 ，为 以后 试验 提 供 了 ・ 的依 据 。 定
［ 键 词 ］氧 化 沉 淀 ； 自然 曝 气 ；反 应 速 牢 ；ｐ 关 Ｈ；Ｅ ｈ
［ 中图 分 类号 ］Ｔ ８ ３ ５ ［ 献标 识 码 ］Ａ Ｆ０ ． 文 ２
［ 章 编 号 ］ １７ － ６ ６ ２ ０ ）３０ ８— ４ 文 ６ ２ ０ ３ （０ ８ ０ — １３ ０
Ａｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ： Ｉ ｔ ｅ ｒ ｃ ｓ ｏ ｅｉ ｎａｉ ｇ ｈ ｆｒｉ ｉｎ ｙ ｓｎ ｏ ｉ ｔｏ ａ ｄ ｒ ｃｐｉ ｔ ｎ， ｔ ｅ ｎ ｈ ｐ ｏ ｅ ｓ ｆ ｌｍｉ ｔｎ ｔ ｅ ｅ ｒｃ ｏ ｂ ｕ ｉ ｇ ｘｄａｉｎ ｎ ｐ ｅ ｉ ｔ ｉ ａｏ ｈ
ｏ ｉ ａｉ ｎ ｅ ｃｉ ｎ ａ ｓ ｘ ｄ ｔｏ ｒ ａ ｔｏ ｔｋｅ ｐｌｃ ｉ ｔ ｃ ｎ ｉｉｎ ｆ ｉ ａ ｒ ｔｏ ａ ｄ ｌ ｉ ａｉ ｇ ａｃｕ ． Ｔｈｒ ｕ ｈ ａ ｅ ｎ ｈｅ ｏ ｄ ｔｏ ｏ ａｒ ｅ ａｉ ｎ ｎ ｅ ｉ ｎ ｔｎ ｃ ｌ ｉｍ ｍ ｏ ｇ
ｃ ｍｐａ ｎ ｎ ｎ ｌｚｎ ｈ ｘ ｅ ｍｅ ｔｒ ｓ ｌｓ， ｔ ｅ ｍｏ ｅ ｆ ｖ ｒ ｂ ｅ ｍｅ ｈ ｄｓｏ ｌ ｎ ｔｎ ｈ ｅｒｃ ｏ ｉ ｒ ｇ ａ ｄ ａ ａｙ ｉ ｇ ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ｅ ｕ ｔ ｉ ｈ ｒ ａ ｏ ａ ｌ ｔ ｏ ｆｅ ｉ ａｉ ｇ ｔ ｅ ｆｒｉ ｍｉ ｉｎ ａ ｅ ｏ ｔ ｉ ｅ ．Ａｔｔ ｅ ｓ ｍｅ ｔｍｅ， ｅ ｈａ ｉ ｓｌ ｉ ｎ ｔ ｅ ｅ ｐｌｒ ｔｖ ｔ ｄ ｆｔ ｅ ｒ ａ ｔ ｎ ｒ ｔ ｎ ｏ ｒ ｂ ａｎ ｄ ｈ ａ ｉ ｍｐ ｓｓ ｉ ａｄ ｏ ｈ ｘ ｏ ａｉｅ ｓｕ ｙ ｏ ｈ ｅ ｃ ｉ ａｅ ａ ｄ ｏ
提取铀的方法有几种原理
提取铀的方法有几种原理
提取铀的方法主要基于三种原理：
1. 萃取法：这是最常用的提取铀的方法之一。
萃取法利用特定化合物或溶剂与铀形成络合物，然后通过分离和回收这种络合物来提取铀。
常用的络合物包括有机酸、有机酮、有机酮酸和有机磷酸酯。
萃取法适用于铀矿石或废弃物中铀的分离和浓缩。
2. 溶剂萃取法：这种方法通过将铀从溶液中转移到有机溶剂中来实现提取。
溶剂萃取法的关键是选择合适的有机溶剂，以及调节溶液的pH和添加络合剂来增强铀和有机相的分配系数。
常用的有机溶剂有三十根碳原子的大体积有机相和磷酸酯类有机溶剂。
3. 离子交换法：离子交换法利用离子交换树脂的特性来提取铀。
离子交换树脂是一种具有特定功能基团的高分子材料，它能够将溶液中的铀离子吸附到树脂颗粒上，并通过更换溶液中的其他离子来实现铀的脱附。
离子交换法通常用于从稀矿浸出液或废水中回收铀。
某铀矿CO2+O2地浸液树脂吸附铀机制的探讨
某铀矿CO2+O2地浸液树脂吸附铀机制的探讨许根福【期刊名称】《铀矿冶》【年(卷),期】2015(034)001【摘要】用CO2+ O2做溶浸剂进行的地浸,其地浸液pH为7.9～8.4,ρ(HCO3-)高达2 550 mg/L,ρ(U)平均为32 mg/L.根据UO22+-CO32-配合常数以及弱电解质HCO3-的电离常数,得出溶液中的铀主要以UO2 (CO3)34-形态存在的结论.当该地浸液加适量CO2,使其pH下降到7.6～7.1,而ρ(HCO3-)无明显变化时,对总铀而言,该溶液中约有摩尔分数为10％的铀以UO2 (CO3)22-形态存在.树脂分别从原始地浸液及加CO2后的地浸液中吸附铀时,其容量均很高,分别为90和120mg/mL.研究表明,这主要是由于溶液中较多地存在UO2 (CO3)34-的质子化离子[HnUO2 (CO3)3]n-4 (n=1、2、3),且大量被树脂吸附的结果.【总页数】4页(P8-11)【作者】许根福【作者单位】核工业北京化工冶金研究院,北京101149【正文语种】中文【中图分类】TL212.31【相关文献】1.毛洋头铀矿床淋浸液萃取分离铀钼工艺技术研究 [J], 刘国生;王速;王家和;张志斌2.基于GMS某地浸铀矿地浸液中铀的吸附模拟 [J], 胡凯光;张磊;何智;杨盘东;;;;3.内蒙古某铀矿CO2+O2地浸采铀浸出试验研究 [J], DONG Hui-qi;LI Xi-long;ZHANG Bo4.砂岩型铀矿CO2+O2地浸过程中浸出铀浓度与HCO3-浓度关系分析 [J], 阳晓宇; 陈国贞; 易志刚; 马硕如; 木拉德江; 丁印权5.某砂岩型铀矿地浸采铀试验溶浸液化学组分运移模拟 [J], 周义朋;沈照理;孙占学;刘金辉;何江涛因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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溶浸采铀过程中铁的不同形态化合物对铀的吸附机理研究
溶浸采铀工艺目前通常采用过氧化氢、氧气等做氧化剂,氧化剂首先将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,再由Fe3+氧化U4+为UO22+。
由此可见,铁的行为在溶浸采铀中起着重要作用。
铁在溶浸采铀中充当氧化剂的同时,还会与溶浸剂(无论是酸性、碱性、中性)发生化学反应,并在一定的温度与压力作用下,生成含铁元素的化合物,经过分析,主要为Fe(OH)3胶体和水合氧化铁。
含铁化合物可能对铀矿物产生包裹,影响溶浸液与矿物界面的接触和反应,影响铀的浸出速度和浸出率。
同时,可能附着在矿石表面,影响铀的浸出和矿层渗透性。
本文在实验室条件下模拟制备了Fe(OH)3胶体和水合氧化铁,研究其对铀的吸附机理,主要研究内容和成果如下:(1)在混合溶剂中模拟制备得到氢氧化铁胶体,进行铀酰离子吸附实验,研究了p H值、初始铀浓度及吸附时间等对Fe(OH)3胶体吸附铀的影响。
采用准一级、复合二级与Elovich动力学模型对数据进行了动力学计算与分析,结果表明Elovich动力学方程更适合描述Fe(OH)3胶体对铀的吸附行为;采用Freundlich与Langmuir等温吸附方程对实验数据进行了热力学分析和拟合,结果表明Freundlich模型更适合描述Fe(OH)3胶体对铀的吸附行为。
综合两种模型的结论推测,推测Fe(OH)3胶体对铀的吸附属于不均匀表面的单层物理吸附。
根据激光粒度分析与SEM图分析结果,推测Fe(OH)3胶体对铀具有较强的吸附性能,吸附主要是表面吸附。
(2)以Fe SO4·7H2O为主要原料模拟制备水合氧化铁,进行了铀酰离子吸附实验,得出在p H=5时,水合氧化铁的吸附作用发挥到最大。
在吸附一小时内,水合氧化铁对铀具有很高的吸附速率,并在5小时后达到
吸附平衡。
对吸附行为进行动力学拟合,发现准二级动力学方程最适合用来描述铀在水合氧化铁上的吸附行为,拟合相关系数R2为0.994,推算平衡吸附量为55.40 mg·g-1与实验数据52.78 mg·g-1相吻合。
(3)探究了Fe(OH)3胶体与水合氧化铁协同吸附铀的效果,结果表明:氢氧化铁胶体与水合氧化铁单独作为吸附剂时,吸附效果良好;但随着复合比的增加,两者之间的相互干扰作用就越明显,吸附量会随着复合比的增加而减少。