摘要：在我国大力发展核电的当务之急，必须加大铀矿开采力度，用先进的采矿技术大量回收利用贫矿尾矿。微生物浸铀技术成为首选技术，它具有生产成本低、投资少、工艺流程短、设备简单、环境友好等特点，能够回收利用大量低品位铀矿，为国民经济发展做出巨大贡献。
关键词：铀矿资源；微生物浸铀；细菌堆浸；微生物地浸；铀矿石堆浸工艺
中图分类号：TD862 文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）15-0005-02
随着人类对能源需求的不断增大，致使能源逐年紧张，发展经济需要能源，而大力发展核能又是解决能源问题的重要途径。根据我国核工业“十一五”及核电发展规划，核燃料循环各环节生产能力到2020年要在现有基础上提高4～6倍。这将使我国铀资源需求量达到5000吨/年。从铀资源开发现状来看，如不进行技术创新、大力加强铀资源开发，铀资源将会成为阻碍核工业与核电发展的瓶颈。
铀资源既是我国国防建设所急需的战略物质，又是经济建设中必不可少的能源物质。随着我国经济的快速发展，我国电力资源持续紧缺，大力发展核电已成当务之急。因此，21世纪要满足军用和民用对铀资源日益增长的需求，就必须加大对铀矿资源的开采力度。
一、微生物浸铀技术与传统采铀方法相比的优点
目前，传统采铀方法主要有：
1．常规水冶法。该方法适合高品位铀矿石的浸出，用于低品位铀矿石成本太高。
2．堆浸浸铀法。堆浸适合低品位矿的浸出，近几年矿山与一些科研单位合作作过许多的堆浸实验，但效果并不理想。主要表现在耗酸量大、堆浸周期长、堆中板结、堵塞和对环境造成较大的污染等问题。
3．渗滤浸出法（化学浸出法）。该方法虽然解决浸矿周期长、耗酸量大、破碎矿石能耗大、板结等问题，但并没有解决成本高、经济效益不太理想等问题。
微生物浸出是指采用微生物对低品位矿石中的目的元素进行氧化，被氧化后的目的元素以离子状态进入溶液中，然后对进出的溶液进行处理，从中提取有用元素，如：细菌对铜、锌、铀、镍、钴等硫化矿物的氧化浸出。
微生物浸矿既可用于矿物的就地浸出，也可用于矿物、废水废渣处理，回收有用矿物，并且微生物浸矿具有生产成本低、投资少、工艺流程短、设备简单、环境友好、能处理复杂多金属矿物等优点，因此细菌浸矿的广泛应用，将引起传统矿物加工产业的重大变革，为人类、资源与环境的可持续发展开辟广阔的前景。
二、微生物浸铀的研究历史
（一）国外微生物浸铀研究
在国外，细菌浸铀已有几十年的研究与应用历史，有几十个大规模微生物溶浸铀、金、铜的工业应用实例，它们主要分布在加拿大、法国、南非、美国及澳大利亚等国。葡萄牙的“镭公司”从1953年开始进行铀矿自然浸出的研究，这是细菌浸出铀矿的最早例子。在1956年的第二届国际和平利用原子能会议上，他们发表了“铀的自然浸出”研究报告。从此细菌浸出的研究和应用开始受到各国的重视。加拿大的伊利奥特湖地区是世界有名的铀产区，该地区的斯坦洛克矿从1964年起在采空区利用细菌浸出铀，平均每月回收U3O8为6804kg，已达当时全矿总产量的7%。1965年葡萄牙堆浸年产U3O8为45t，加拿大井下细菌回收83～87.6t/a，法国井下和堆浸回收的U3O8在40t/a左右。经过20年的发展，加拿大生物铀的年产量已达420t之多。法国也有一些铀矿用细菌进行地下浸出，如埃卡尔勃耶尔铀矿原以化学浸出为主，后改用细菌浸出，到1975年产铀由原来的25t增至35t。此外，美国、南非等也用这一方法生产铀。
西班牙几乎所有的铀都是通过细菌浸出获得的，美国用细菌回收的铀产值到1983年已经达到9000万美元；世界上规模最大的丹尼森矿井原地生物浸矿铀矿的场所，仅1998年就从这矿井中回收了约300吨铀；据报道，法国启动微生物浸铀后，贫铀矿年铀产量有明显增加。此外，印度、塔吉克斯坦、日本等国也广泛应用细菌法溶浸铀矿，并取得了良好的效果和社会经济效益。大量的研究表明，依靠微生物浸矿技术，不但可以从其他方法所不能利用或无法取得经济效益的低品位铀矿石中回收铀资源，而且其所耗成本仅是其他方法的一半或更低。
（二）国内微生物浸铀研究
在我国，微生物溶浸技术的研究工作起步于20世纪七八十年代，应用则在90年代初期，主要应用于微生物浸铜、铀、金、银等领域，尚未完全实现工业化，其中以微生物浸铜应用较广。
湖南某铀矿山是我国最早利用细菌浸出技术的矿山。1965年到1971年间，中科院微生物研究所和核工业原五所在该矿山用酸和细菌开展了表外矿石的堆浸研究。90年代初，核工业铀矿开采研究所对该矿山铀矿石进行了室内细菌浸出试验，并对该矿山某采场低品位矿石原地破碎细菌浸出进行了研究，采用富含浸矿细菌的矿坑水进行了留矿淋浸工业性试验。
近年来，随着国际铀价的大幅度上涨，我国也十分重视采用微生物溶浸技术进行铀的提取，并开展了相关的研究工作。例如，核工业北京化工冶金研究院分别对草桃背铀矿和741矿铀矿石开展了微生物溶浸的试验研究，取得了较为可喜的成绩。但铀矿石属正常品位，且仍存在耗酸量大、泥化堵塞、四价铀难以浸出等问题，有待于进一步研究解决。
三、微生物浸铀机理的研究
在铀矿浸出过程中，引入细菌浸矿技术可改善铀矿的浸出动力学、强化铀的浸出过程，从而缩短生产周期、提高铀的浸出率、降低生产成本，因而引起国内外铀矿加工行业的重视和研究。
在大多数铀矿石当中，或多或少存在一些金属硫化矿，比较常见的有黄铁矿。这些金属硫化矿为浸矿细菌提供了能源，在适宜的环境下，矿石中的FeS2等受空气和水的作用或者受浸矿细菌的浸蚀作用，生成FeSO4和H2SO4。其中FeSO4在细菌作用下，很快被氧化为Fe2（SO4）3，而Fe2（SO4）3是一种很好的氧化剂，又可以氧化黄铁矿：
FeS2+Fe2（SO4）3=3FeSO4+2S
反应生成的元素硫也是细菌的能源，受细菌氧化生成H2SO4，在H2SO4和Fe2（SO4）3存在的条件下，铀矿物被溶解出来，反应如下：
UO2+Fe2（SO4）3=UO2SO4+2FeSO4
反应生成的FeSO4，又被细菌氧化为Fe2（SO4）3，上述反应不断进行，细菌对铀矿的溶解过程起间接催化作用，Fe离子是铀氧化反应的电子传递者。
四、微生物浸铀的研究现状及展望
目前微生物浸铀主要有两种方式：一种是将低品位铀矿石以及常规水冶方法认为的低品位废矿和尾矿进行筑堆，然后用菌液进行喷淋，再将浸出液进行收集和浓缩提炼，该种方式称为微生物堆浸，又称细菌堆浸；另一种是将菌液通过注液孔直接注入地下含铀矿地层，然后通过抽液孔收集铀的浸出液，进过浓缩提炼获得铀，该种方式称为微生物地浸。
铀矿石细菌堆浸工艺是将细菌浸出技术与铀矿石堆浸工艺相融合的一项工艺技术，它除了具有堆浸工艺的特点外，还具有细菌浸出的优越性。依靠细菌的作用，实现对矿石中黄铁矿等硫化矿物及贫铀浸出剂中Fe2+的氧化，利用细菌氧化代谢产物H2SO4和Fe3+ 为铀的浸出提供溶浸剂，通过改善铀浸出动力学、强化浸出过程来弥补酸法堆浸的不足之处，提高铀的浸出率，缩短生产周期，节省硫酸及氧化剂，降低生产成本，减少对环境所造成的不利影响。此外该方法还具有设备投资小，生产成本低的优点，因而在处理某些用传统方法处理成本相对较高，经济上不合算而无法利用的贫矿方面具有明显的优势，尤其是在处理一些大型可露天开采的贫矿时采用此方法较传统方法更有利。因而细菌堆浸浸铀技术具有良好的经济效益和环境效益，现已发展成为世界许多国家铀生产的支撑性技术。
资源综合利用是我国经济和社会发展中一项长远的战略方针，也是一项重大的技术经济政策。随着科学技术的进步和经济的发展，国内外对铀产品的生产和需求与日俱增。因而，适合于从贫矿、废矿和复杂矿中回收金属的细菌堆浸技术，已显示出巨大的优越性和广阔的发展前景。
但我国的细菌堆浸浸铀技术与先进的国家相比，仍有一定的差距，需要进一步加强以下几个方面的研究：
1．高性能浸矿菌种的筛选驯化和提高细菌氧化速度的研究。
2．细菌堆浸浸出的工艺流程、工艺参数的研究与开发。
3．适应性较强细菌堆浸工艺的研究。
4．细菌堆浸系统设备的研制（氧化装置、淋洗系统各参数的测定及自动控制设备仪器等）。
5．细菌堆浸浸矿数学模型的建立。
6．细菌堆浸浸矿的工业应用。
微生物地浸在我国应用实例尚无报道，但近期东华理工大学将与天山铀业公司合作进行新疆某砂岩铀矿的微生物地浸试验，作为砂岩型铀矿的微生物地浸，这在中国尚属首例。目前该试验正在筹备当中，试验所用菌种已经完成了一系列的驯化培养，室内试验证明，该菌种能够明显提高铀的浸出率。
微生物浸铀技术的研究表明，微生物溶浸技术是其中的一种很有前途的新技术，此技术作为清洁工艺在21世纪必将具有广阔的应用前景。
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作者简介：杨明霞（1983－），女，山东临沂人，东华理工大学硕士研究生，研究方向：微生物浸铀技术。
