頁共22頁引言最近幾十年來，我國能源越來越緊張，火電帶來的污染也引起了公眾的重視，因此，大力發展新的、清潔的能源已經成為共識。核電是清潔能源的重要組成部分，和其他清潔能源相比，它有著高效、穩定的特點，不會隨著天氣、季節的改變而改變。隨著第四代核反應堆的成功研制，鈾礦資源的利用率得到了極大地提高，鈾礦冶工業的發展又迎來了新的高潮。我國是一個貧鈾國家，每年需要的鈾1/3靠國內生產，1/3從國外購買，1/3由我國購買的外國礦山提供。經過多年的開采，我國鈾礦石的成分越來越貧、細、雜。鈾礦石的采冶難度大大增加。傳統的采冶方法很難取得好的經濟效益。因此，研究難選鈾礦石，從中提取鈾，是鈾礦冶工業工作的重點。本次試驗的樣品碳酸鹽含量很高，約為10.01%，初步試驗結果表明，必須用100g/L以上的硫酸才能有效的浸出鈾，想要得到更好地試驗結果，還需進一步的試驗。1礦樣的制備及分析1.1試驗礦樣的制備本次試驗共收到江西某高碳酸鹽鈾礦石約100kg，粒度為-5mm，首先進行礦石樣制備，制備方法包括縮分，磨礦等。1.2礦樣處理將100kg礦樣進行縮分，取其中3kg礦樣進行磨礦，磨至-200目，用于攪拌浸出。1.3礦樣分析原礦的化學多元素分析結果見表1.1。表1.1原礦多元素分析結果/%元素U6+U4+Fe2O3Al2O3CaOMgOFeOCO32-P2O5MoV2O5SiO2品位0.0490.0762.114.75.260.460.1934.751.430.00840.01761.98由表1.1可知：(1)本試樣中四價鈾的含量明顯高于六價鈾的含量，四價鈾與六價鈾之比約為2:1，需要用氧化劑把四價鈾氧化成六價鈾，鈾的總含量為0.125%。(2)該礦石中碳酸鹽的含量較高，約為10.01%。(3)主要脈石礦物是石英。2試驗部分2.1試驗的儀器設備和化學試劑試驗所使用的儀器設備見表2.1，化學試劑見表2.2。表2.1儀器設備表——————————————————————————————————名稱生產廠家用途——————————————————————————————————飽和甘汞電極上海雷磁儀器廠測EhPHS—3C型精密pH計上海雷磁儀器廠測pH2×24旋轉真空泵上海雷磁儀器廠抽濾JJ―4A六聯電動攪拌器金壇市盛藍儀器有限公司攪拌浸出CS101型電熱鼓風干燥機重慶試驗設備廠烘樣品振動磨樣機 武漢洛克粉磨設備制造有限公司磨礦——————————————————————————————————表2.2化學試劑表——————————————————————————————————名稱規格用途名稱規格用途——————————————————————————————————硫酸分析純浸出二氧化錳分析純浸出氯酸鉀分析純浸出雙氧水分析純浸出三氯化鈦分析純分析亞硝酸鈉分析純分析尿素分析純分析釩酸銨分析純分析二苯胺磺分析純分析酸鈉——————————————————————————————————2.2鈾的分析方法本次試驗主要分析浸出液和洗滌液中鈾的含量。用三氯化鈦還原釩酸銨滴定法。2.2.1主題內容和適用范圍本方法規定了試樣中鈾含量的方法原理、試劑和儀器、分析步驟、結果計算。本方法適合于花崗巖、炭質硅質頁巖、凝灰熔巖、白云巖、霓霞正長巖和炭質粉砂巖類鈾礦石的測定。測定范圍：0.03~5.0%2.2.2方法原理在30%的磷酸介質中，用三氯化鈦還原六價鈾到四價鈾，共存的鉻、鉬、釩等高價離子亦同時被還原。過剩的亞鈦及被還原到低價的一些干擾離子用亞硝酸鈉氧化。此時四價鈾與磷酸形成穩定的[U(HPO4)3]2-絡離子而不被氧化。過量的亞硝酸鈉用尿素分解，用二苯胺磺酸鈉作指示劑，用釩酸銨標準溶液滴定四價鈾?；瘜W反應式為：4H++UO22++3HPO32-+2Ti3+=[U(HPO4)3]2-+2Ti4++2H2OTi3++NO2-+2H+=Ti4++NO↑+H2O2NO2-+CO(NO2)2+2H+=2N2↑+CO2↑+H2O[U(HPO4)3]2-+2VO3-+4H+=[UO2(HPO4)2]2-+V2O24++HPO42-+2H2O2.2.3試劑三氯化鈦(TiCl3)AR15~20%；亞硝酸鈉(NaNO2)AR15%；磷酸(H3PO4)AR83%；尿素(H2NCONH2)AR20%；二苯胺磺酸鈉(C12H10O3NSNa)0.2%。稱取0.2g二苯胺磺酸鈉及0.2g無水碳酸鈉(Na2CO3)，用少量水調成糊狀，稀釋至100ml；鈾標準溶液：稱取1.792g八氧化三鈾(U3O8)置于100ml燒杯中，加入10ml1:1濃鹽酸(HCl)，3ml30%過氧化氫(H2O2)，再加入2滴比重為1.42的硝酸，蓋上表面皿，放置三分鐘，待劇烈反應停止后，于砂浴上加熱至完全溶解，取下冷卻，轉入1000ml容量瓶中加水稀釋至刻度，搖勻此溶液濃度為1㎎U/ml。釩酸銨標準溶液：a)配制：稱取一定量的釩酸于400ml燒杯中，用水調成糊狀，加入250ml硫酸(1:1)攪拌使其完全溶解，冷卻后，轉入1000ml容量瓶中，用水稀釋到刻度，貯于棕色瓶中，置于陰暗處一星期。b)標定：1)取鈾標準溶液1ml于250ml的錐形瓶中；2)加入10ml磷酸，再加入19ml蒸餾水混合搖勻；3)邊搖邊逐滴加入15%的TiCl3溶液，直至出現紫色，過量1~2滴，放置30秒；4)在搖動下逐滴加入15%的NaNO2溶液直至棕黑色消失，過量1~2滴，立即加入5ml尿素，劇烈搖動，使大量氣泡逸出，放置3分鐘；5)加入二苯胺磺酸鈉指示劑2滴，用釩酸銨標準溶液滴定至微紫色30秒不退色為終點。下同。c)計算：結果計算公式為：式中：TNH4VO3/U—釩酸銨標準溶液對鈾的滴定度，㎎U/ml；V—消耗釩酸銨標準溶液的體積，ml。2.2.4儀器錐形瓶，量筒，燒杯，微量滴定管，移液管，吸液球。2.2.5分析步驟根據試樣中鈾含量的高低，取試樣1~10ml于250ml錐形瓶中，加入10ml磷酸，再加蒸餾水至總體積約為30ml，以下同釩酸銨標準溶液滴定3)~5)。2.2.6結果計算結果計算如下式：式中：C(U)—鈾濃度，g/l；TNH4VO3/U—釩酸銨標準溶液對鈾的滴定度，㎎U/ml；V—消耗釩酸銨標準溶液的體積，ml；V0—取的試樣體積，ml。2.3細菌的活化與培養2.3.19K培養基的配制量取1L水置于燒杯中，稱取(NH4)2SO4：30g、K2HPO4：5g、KCl：1g、MgSO4?7H2O：5g，向燒杯中加入一種藥劑溶解后再加下一種。再稱取Ca(NO3)2?2H2O0.2g，因其潮解而取兩小藥匙，加入后，有渾濁現象，搖勻后消失，最后加入250gFeSO4?7H2O,溶液立即渾濁，呈墨綠色偏黑。再加2L水，調pH至2左右。2.3.2細菌的種類本試驗使用的細菌為氧化亞鐵硫桿菌。氧化亞鐵硫桿菌能把Fe2+氧化為Fe3+，提高氧化還原電位，使四價鈾氧化為六價鈾，更容易被溶浸液浸出。2.3.3細菌的活化從冰箱中取出冷藏的細菌150ml置于250ml的錐形瓶中，再加入100ml的9K培養基放入震蕩水浴恒溫箱中，3天后取出測其電位。若電位超過550mV，將其分成多份，加入培養基擴大培養；否則，繼續在水浴箱中培養直至電位超過550mV。2.3.4細菌的培養細菌活化成功后，每隔2天測一次電位，若電位超過550mV，將細菌倒掉1/3，再加培養基繼續培養；若電位沒有超過550mV，繼續培養。2.4攪拌浸出試驗礦樣要進行不同條件的攪拌浸出試驗，包括H2SO4濃度、氧化劑種類及濃度、濃酸熟化、不同電位的細菌及接種比等條件的浸出試驗。2.4.1攪拌浸出稱取礦樣（-200目）50g，U品位為0.125%，液固比為3:1，將礦樣及配制好的浸出劑置于250ml的錐形瓶中，用6聯攪拌機攪拌浸出。浸出時間為6小時，之后馬上用真空泵抽濾，濾渣用pH=2的H2SO4分兩次洗滌，其中第一次100ml，第二次50ml。浸出液和洗滌液分別測量體積、pH、Eh，分析浸出液和洗滌液的U濃度，濾渣用烘箱烘干，分析濾渣中U的含量。2.4.2濃酸熟化稱取礦樣（-200目）50g，置于錐形瓶中，再倒入配好的不同濃度的25ml濃硫酸。用玻璃棒攪拌使礦樣和濃硫酸充分混合，形成泥漿，放置18小時后再加入125ml蒸餾水，繼續攪拌使泥漿充分分散，再用6聯攪拌機攪拌浸出。表2.3不同酸濃度攪拌浸出試驗結果浸出條件浸出試驗結果液計浸出率（%）渣品位（%）渣計浸出率（%）備注浸出液洗滌液體積（ml）U（mg/L）pHEh體積（ml）U（mg/L）pHEh原礦50gT=6h20g/LH2SO4L:S=3:1常溫1247.217.911511573.727.891522.360.11012.00礦石品位：0.125%原礦50gT=6h30g/LH2SO4L:S=3:1常溫13316.282.5918216226.982.4925110.460.10317.60原礦50gT=6h40g/LH2SO4L:S=3:1常溫127111.651.7325815127.452.0329329.320.07936.80圖2.1不同酸濃度浸出率曲線圖由表2.3和圖2.1可知：1）硫酸濃度對金屬浸出率影響較大，隨著硫酸濃度的提高，鈾的浸出率升高；2）礦石酸耗較高，超過12%。表2.4不同氧化劑酸法攪拌浸出試驗結果浸出條件浸出試驗結果液計浸出率（%）渣品位（%）渣計浸出率（%）備注浸出液洗滌液體積（ml）U（mg/L）pHEh體積（ml）U（mg/L）pHEh原礦50gT=6h40g/LH2SO4常溫L:S=3:1KClO31g127168.051.3557514877.921.7353752.350.06349.60礦石品位：0.125%原礦50gT=6h40g/LH2SO4常溫L:S=3:1MnO21g123113.391.6137514636.631.7638530.870.07639.20原礦50gT=6h40g/LH2SO4常溫L:S=3:1H2O21mL129107.001.6327314733.261.9431129.910.08135.20圖2.2不同氧化劑浸出率柱形圖由表2.4和圖2.2可知：1）與前面不加氧化劑試驗結果對比，加入氧化劑之后，改善了鈾的浸出效果；2）幾種氧化劑均能提高鈾的浸出率。表2.5不同濃度濃酸熟化酸法攪拌浸出試驗結果浸出條件浸出試驗結果液計浸出率（%）渣品位（%）渣計浸出率（%）備注浸出液洗滌液體積（ml）U（mg/L）pHEh體積（ml）U（mg/L）pHEh原礦50gL:S=3:190g/LH2SO4常溫熟化T=18h攪拌T=1h124246.5637714762.8040163.690.03472.80礦石品位：0.125%原礦50gL:S=3:1150g/LH2SO4常溫熟化T=18h攪拌T=1h123272.9138814789.5540474.060.02381.60原礦50gL:S=3:1300g/LH2SO4常溫熟化T=18h攪拌T=1h1212726540978.770.02679.20圖2.3不同濃度濃酸熟化浸出率曲線圖由表2.5和圖2.3可知：1）濃酸熟化后，鈾的浸出率顯著提高；2）隨著濃酸濃度的提高，鈾的浸出率也隨著提高。表2.6不同濃度濃酸熟化加氧化劑酸法攪拌浸出試驗結果浸出條件浸出試驗結果液計浸出率（%）渣品位（%）渣計浸出率（%）備注浸出液洗滌液體積（ml）U（mg/L）pHEh體積（ml）U（mg/L）pHEh原礦50g常溫60g/LH2SO4L:S=3:1KClO31g熟化T=18h攪拌T=6h121241.9059415462.8052962.310.02778.40礦石品位：0.125%原礦50g常溫90g/LH2SO4L:S=3:1KClO31g熟化T=18h攪拌T=6h122255.8676015062.8065265.020.02480.80原礦50g常溫150g/LH2SO4L:S=3:1KClO31g熟化T=18h攪拌T=6h123279.1283716061.6465470.710.01191.20圖2.4不同濃度濃酸熟化加1gKClO3浸出率曲線圖由表2.6和圖2.4可知：1）礦樣在濃酸熟化后，加氧化劑，浸出率明顯提高，最高為91.2%；2）氧化還原電位達到500mV，浸出率為78.4%，說明此礦石是難浸礦石。表2.730%濃酸熟化加不同量氧化劑酸法攪拌浸出條件試驗結果浸出條件浸出試驗結果液計浸出率（%）渣品位（%）渣計浸出率（%）備注浸出液洗滌液體積（ml）U（mg/L）pHEh體積（ml）U（mg/L）pHEh原礦50g常溫90g/LH2SO4T=6hL:S=3:1KClO30.5g117251.2169615262.8058862.300.02580.00礦石品位：0.125%原礦50g常溫90g/LH2SO4T=6hL:S=3:1KClO31g122255.8676015062.8065265.020.02480.80原礦50g常溫90g/LH2SO4T=6hL:S=3:1KClO31.5g118279.1278715372.1166470.350.02183.20原礦50g常溫90g/LH2SO4T=6hL:S=3:1KClO33g124258.1977015453.5065564.410.02480.80原礦50g常溫90g/LH2SO4T=6hL:S=3:1KClO35g120265.1678514958.1566064.770.02381.60圖2.530%濃酸熟化加不同量氧化劑浸出率柱形圖由表2.7和圖2.5可知：1）隨著氧化劑用量的提高，鈾的浸出率也在提高；2）當氧化劑用量超過1.5g后，分析時有干擾，無法準確測定鈾的浸出率，但從渣計浸出率可以看出，增加氧化劑的用量對浸出率影響不大。表2.8不同電位細菌及不同接種比酸法攪拌浸出條件試驗結果浸出條件浸出試驗結果液計浸出率（%）渣品位（%）渣計浸出率（%）備注浸出液洗滌液體積（ml）U（mg/L）pHEh體積（ml）U（mg/L）pHEh原礦50gL:S=3:190g/LH2SO4常溫熟化T=18h攪拌T=6h550mV細菌接種1:1116262.8440115147.6840560.300.02580.00礦石品位0.125%原礦50gL:S=3:190g/LH2SO4常溫熟化T=18h攪拌T=6h550mV細菌接種1:10123225.6237614634.8938752.550.02778.40原礦50gL:S=3:190g/LH2SO4常溫熟化T=18h攪拌T=6h600mV細菌接種1:1123260.5140915060.4841965.780.02480.80原礦50gL:S=3:190g/LH2SO4常溫熟化T=18h攪拌T=6h600mV細菌接種1:10115241.9037615055.8238757.910.03076.00圖2.6不同電位不同接種比細菌浸出率柱形圖由表2.8和圖2.6可知：1）在細菌浸鈾過程中，600mV細菌的浸鈾能力比550mV細菌要強；2）在細菌浸鈾過程中，接種的細菌越多，浸出率越高；3）細菌浸鈾的浸出率與氧化劑相差不大，可用細菌代替氧化劑。3結論本試驗從礦石制樣到攪拌浸出經過了仔細的研究，從而得到以下結論：(1)本礦石為堿性礦石，碳酸鹽含量很高，約為10.01%，所以酸法浸鈾時酸耗很高達到15%；(2)礦石中四價鈾與六價鈾的比例約為2:1，需用氧化劑氧化來提高鈾的浸出率；(3)普通的酸法浸出難以得到較好的浸出率，須濃酸熟化后，再進行其他條件的探索；(4)細菌浸出效果與加氧化劑的浸出效果相差不大，可用細菌代替氧化劑，以減少氧化劑的消耗；(5)礦石的較佳浸出條件為濃酸熟化，礦樣50g，150g/LH2SO4，T=6h，L:S=3:1，KClO31g，常溫，浸出率為91.2%。參考文獻[1]王，劉玉龍，胡鄂明，等．江西某鈾礦山礦石浸性能試驗研究[J]．中國礦業，2010，19(5)：68-71．[2]王昌漢．溶浸采鈾(礦)[M]．北京：原子能出版社，1998：1-3．[3]胡凱光，丁德譬．譚凱旋．鈾資源形勢分析與發展對策探討[J]．金屬礦山，2005．(12)，5-9．[4]胡凱光．微生物浸礦機理和影響因素探討[J]．濕法冶金，2006，23(3)；113—121．[5]李建華，向秋林，毛擁軍．破碎花崗巖型鈾礦酸法制粒堆浸[J]．鈾礦冶，2004，23(3)：134—136．[6]夏潤身．我國鈾資源及其水冶工藝技術[J]．鈾礦冶，1997，10(4)：222．[7]胡凱光,王,劉迎九.381地浸工藝中細菌氧化作用擴大試驗[J].鈾礦冶,1999,5(2):90-97.[8]劉鍵,樊保田,張傳敬.撫州鈾礦細菌堆浸半工業試驗研究[J].鈾礦冶,2001,20(1):15-27.[9]胡凱光,胡銀才，李建華，等．云南臨倉某鈾礦床礦石圓柱樣室內浸出試驗[J]．鈾礦冶，2004，23(2)：89—92．[10]樊保團，盂運生,劉建，等．贛州鈾礦草桃背分礦細菌堆浸工業試驗[J].鈾礦冶，2002，21(2)：67-73．[11]VoleskyB,MayH,HolanZR.BiotechnologyandBioengineering,1993,41:826—829.[12]李凌波，李文生，謝國森．群脈狀鈾礦床中鈾礦石高柱浸出性能的研究[J]．礦冶工程，2004，24(6)：4-6．[13]鄭志宏．生物浸出時細菌對鈾礦石適應性的研究[J]．礦業研究與開發，2006，26(6)：35—36．[14]歐津,李維卿,鐘慧芳.貧鈾礦石細菌浸出的研究[J].微生物學報,1977,17(1):11-20.[15]姚益軒，葛加明,蘇學斌，等．新疆某礦床酸法地浸采鈾現場試驗[J].鈾礦冶，2004，23(3):119—124.[16]金鎖慶．粗粒鈾礦石提取和濃酸熟化一高鐵淋濾浸出法[J]．鈾礦冶，1994，13(3)：156—164．[17]胡凱光,黃仕元,楊金輝.鈾礦石的細菌浸出試驗研究[J].濕法冶金,2003(6):86-87.[18]BengtssonL,JohnsonB,etal.AppliedMicrobiologyandBiotechnology,1995,42:807—811.致謝本次畢業試驗設計在王老師的精心指導和嚴格要求下，終于畫上了圓滿的句號。在此，我對王老師表示衷心的感謝！從課題的選擇到具體的實驗過程，論文的編寫無不凝聚了王老師的心血與汗水。在試驗期間，王老師為我提供了各種專業知識的指導和各種具有創造性的建議，沒有王老師的幫助，我無法順利完成試驗。在這次試驗中，我將所學的專業知識進行了一次綜合性的實踐應用，使大學期間所學專業知識得到了進一步的鞏固。并且在此實驗中學到了許多新的知識，為以后的工作打下了堅實的基礎。通過對整個試驗操作過程的實踐，我對整個試驗過程都有了更深入的了解和體會，學會了分析鈾礦石各項浸出條件。大學四年即將結束，首先我要感謝我的父母，是他們不辭勞苦的辛勤工作，為我提供物質和精神上的支持，我才機會過完我十幾年的學習生涯。我會永遠記得他們的付出和汗水！感謝我的親人和朋友，是他們這么多年來的關懷和支持，讓我在學習的路上更加努力和奮進。感謝母校南華大學為我提供了良好的學習環境和生活環境，讓我的大學生活豐富多姿。同時對礦物加工教研室的各位老師以及曾經教育過、關懷過我的老師們表示深深的感謝。我會永遠記住老師對我的諄諄教誨。最后，我要感謝礦加091班的全體同學，在生活、學習和研究方面，他們給了我許多的關心和幫助還有支持，并對此設計提出了許多寶貴意見。祝各位老師及各位同學身體健康、工作順利！畢業設計（論文）任務書學院：題目：江西某高碳酸鹽鈾礦石攪拌浸出試驗起止時間：20XX年12月22日至20XX年6月1日學生姓名：專業班級：指導教師：教研室主任：院長：年月日論文(設計)內容及要求：一、畢業設計（論文）原始依據

根據高含泥致密硬巖鈾礦石工藝礦物學報告，礦床高含泥致密硬巖鈾礦礦石主要為砂礫巖、粉砂巖和角礫巖，主要鈾礦物與后期的構造裂隙有一定關聯（為白云石或方解石所充填，多為角礫巖）；同時，主要的有用礦物鈾石，少量的鈦鈾礦和鈾的氧化物（瀝青鈾礦），微量的以類質同相等形式存在于獨居石和部分閃鋅礦中；而鈾石和鈾的氧化物（瀝青鈾礦）皆易溶于酸中；因此考慮采用化學浸出的方法，將有用組分鈾浸入溶液中，然后再回收鈾。難點在于：礦石中含一定量白云石或方解石，酸浸時耗酸將增高。礦石為堿性礦石，Ca、Mg、Al的含量均較高，CaO與MgO含量總和為5.72%，CO2含量為4.75%，初步試驗結果表明，該礦石酸耗為16%左右，使得浸出成本升高。因此，考慮采用細菌浸出等方法，達到降低酸耗，最終降低生產成本的目的。二、畢業設計（論文）主要內容畢業論文主要包括如下內容：1）礦石破碎2）礦石的取樣和縮分3）細菌培養4）細菌耐酸馴化5）細菌浸出與鹽酸、硫酸、硝酸攪拌浸出對比試驗6）結論三、畢業設計（論文）基本要求運用所學的基礎理論與專業知識（包括之前所完成的認知實習、生產實習和畢業實習的所獲得的相關知識），在老師指導下，獨立地、較系統地完成“江西某高碳酸鹽鈾礦石攪拌浸出試驗”，鞏固所學的各科知識，提高運用所學理論知識和專業技能的能力；掌握室內攪拌浸出試驗的基本工藝過程、方法、試驗設計、分析等；要求掌握word文檔的制作、Excel的應用和CAD制圖，掌握增強獨立思考問題的能力，為今后走上工作崗位奠定良好的基礎。具體要求如下：（1）按照畢業論文任務書的要求，在指導老師的指導和幫助下，結合實際情況，按期、認真完成“江西某高碳酸鹽鈾礦石攪拌浸出試驗”畢業論文的研究內容，按時提交畢業論文。（2）翻譯與本專業有關的英文文獻一篇（3000-5000漢字）。（3）設計（論文）所需查閱的資料四、畢業設計（論文）進度安排階段階段內容起止時間1廣泛查閱相關文獻資料并進行分析、整理,編寫開題報告。20XX.12.22～20XX.1.222根據所掌握資料，結合現場實際情況，認真研究、分析，制定室內攪拌浸出試驗方案。20XX.2.28～20XX.3.083室內試驗準備、細菌培養。20XX.3.9～20XX.3.314室內攪拌浸出試驗。20XX.4.1～20XX.5.105完成試驗報告。20XX.5.11～20XX.5.216預答辯，報告修改、審核。20XX.5.22～20XX.5.317答辯。20XX.6.1～20XX.6.2五、主要參考文獻及資料1）某高碳酸鹽鈾礦石工藝礦物學研究報告，內部資料，20102）《溶浸采鈾（礦）》，19983）《溶浸采礦熱力學和動力學》，20034）《鈾提取工藝學》，20105）《鈾礦石的化學分析》，20066）《TheoryandPracticeofHeapLeaching》，19817）《鈾礦石加工實驗室試驗手冊》，19928）《原地破碎浸鈾理論與實踐》，20039）《鈾、金、銅堆浸理論與實踐》，1997圖書館、期刊網檢索相關資料。指導老師：（簽名）年月日畢業設計（論文）開題報告設計（論文）題目江西某高碳酸鹽鈾礦石攪拌浸出試驗設計（論文）題目來源導師科研項目設計（論文）題目類型實驗研究類起止時間設計（論文）依據及研究意義：依據：根據高含泥致密硬巖鈾礦石工藝礦物學報告，礦床高含泥致密硬巖鈾礦礦石主要為砂礫巖、粉砂巖和角礫巖，主要鈾礦物與后期的構造裂隙有一定關聯（為白云石或方解石所充填，多為角礫巖）；同時，主要的有用礦物鈾石，少量的鈦鈾礦和鈾的氧化物（瀝青鈾礦），微量的以類質同相等形式存在于獨居石和部分閃鋅礦中；而鈾石和鈾的氧化物（瀝青鈾礦）皆易溶于酸中；因此考慮采用化學浸出的方法，將有用組分鈾浸入溶液中，然后再回收鈾。難點在于：礦石中含一定量白云石或方解石，酸浸時耗酸將增高。礦石為堿性礦石，Ca、Mg、Al的含量均較高，CaO與MgO含量總和為5.72%，CO2含量為4.75%，初步試驗結果表明，該礦石酸耗為16%左右，使得浸出成本升高。因此，考慮采用細菌浸出等方法，達到降低酸耗，最終降低生產成本的目的。意義：可以提高鈾礦石的利用率，降低生產成本，為鈾礦資源的開發利用提供有效的依據。二、設計（論文）主要研究的內容、預期目標：（技術方案、路線）內容：1）礦石破碎2）礦石的取樣和縮分3）細菌培養4）細菌耐酸馴化5）硫酸攪拌浸出6）細菌浸出7）結論預期目標：設計（論文）的研究重點及難點：重點：根據礦石的特點，尋找合適的細菌，對細菌進行培養及馴化，選擇不同的浸出條件，以得到最優的酸法浸出條件。難點：浸出條件的選擇，浸出液中鈾的分析，渣的分析。設計（論文）研究方法及步驟（進度安排）：研究方法：資料調研、理論分析、構思、設計、試驗、繪圖、得出結論。畢業論文（設計）進度安排階段階段內容起止時間1廣泛查閱相關文獻資料并進行分析、整理,編寫開題報告。20XX.12.22～20XX.1.222根據所掌握資料，結合現場實際情況，認真研究、分析，制定室內攪拌浸出試驗方案。20XX.2.28～20XX.3.083室內試驗準備、細菌培養。20XX.3.9～20XX.3.314室內攪拌浸出試驗。20XX.4.1～20XX.5.105完成試驗報告。20XX.5.11～20XX.5.216預答辯，報告修改、審核。20XX.5.22～20XX.5.317答辯。20XX.6.1～20XX.6.2進行設計（論文）所需條件①扎實的專業基礎知識。②所需的參考資料，有圖書館、互聯網、相關文獻等等。③能熟練應用office中word、excel、AutoCAD等軟件。④人力：進行試驗的人員，以及進行指導的導師等。⑤合理安排設計作息時間。指導教師意見：簽名：年月日鈾礦廢棄堆中的細菌：與U（Ⅵ）的相互作用P.Panak,B.C.Hard,K.Pietzsch,S.Kutschke,K.Roske,S.Selenska-Pobell,G.Bernhard,H.Nitsche摘要：這個研究是我們第一次去努力獲得更多信息關于在地質環境中，微生物活動對放射性核素轉移/固化的影響。我們使用好氧和厭氧細菌菌株定量研究細菌與U(VI)的相互作用。單獨的從鈾礦中篩選獲得的兩株氧化亞鐵硫桿菌ferrooxidansATCC33020比從煤礦中發現的T.ferrooxidansATCC23270T,表現出較高的富集U的能力。當pH值從1.5增加到4.0，兩只菌株富集鈾的量也隨之增加。對于用EDTA萃取的研究表明,只有一小部分鈾富集吸附在細胞壁的表面，而主要部分可能是由細胞富集。我們還研究了還原U(VI)的硫酸鹽還原細菌菌株(去磺弧菌DSM642T)。此外,我們還研究了在鈾尾礦中培養硫酸鹽還原細菌(JG1)。對于D.desulfuricans動力學研究表明大多數U(VI)在最初的24小時內被還原。這種微生物還原的產量很大程度上取決于pH值，當pH值從3.1增加到6.2，產率從10.3增加到99.2%。在自然界中，生長D.desulfuricans菌株的地方附近的pH值是中性的。關鍵詞：鈾；硫酸鹽還原菌；鐵氧化細菌；生物富集1.介紹在自然界中，細菌在轉移放射性核素和其他重金屬的過程中起到了重要作用[1-6]。與只涉及無機成分過程相比,人們很少知道細菌和放射性核素的相互作用。在鈾礦廢棄堆中，微生物的活動會導致鈾溶解和轉移或固化。這些過程可分為細菌直接或間接作用。直接作用導致氧化、還原、富集或通過細胞和生物聚合物吸附鈾。間接作用可以導致周圍化學體系中pH值或Eh的變化從而可能導致鈾體系的改變[7,8]。在鈾礦堆中的特征細菌已經確定為嗜酸性鐵或硫氧化細菌,特別是T.f，氧化亞鐵硫桿菌，T.t氧化硫硫桿菌，嗜酸硫桿菌和氧化亞鐵微螺菌[9–11]。礦石堆中微生物的最大濃度和活動范圍被發現在礦堆表面以下0.25米,最深超過1米。鐵或硫氧化細菌在溶解礦石中的鈾的過程中起到了重要作用。鈾礦物常與金屬硫化物伴生。硫氧化Fe2+產生硫酸和Fe3+。Fe3+反過來氧化UO2成為UO22+。反應過程如下：4FeS2+15O2+2H2O?2Fe2(SO4)3+2H2SO4UO2+2Fe3+?UO22++2Fe2+間接過程主要在天然鈾礦石中發生，而且它是生物浸礦過程的基礎[1-3、9、11-17]。已經有文獻描述了沒有使用Fe3+/Fe2+電對的四價鈾的直接生物氧化過程[18、19],但礦石中存在的大量的鐵硫化物更傾向于間接機制。此外,T.ferrooxidans可以富集固化物質釋放的和游離的鈾[20]。第一個嘗試使用T.ferrooxidans修復鈾污染土壤的應用被提出[21、22]。例如，除了自養嗜酸菌,在更深的地質層中還有豐富的有機異養厭氧細菌。硫酸鹽還原細菌可能要除外[12]。又如，我們從文獻中得知的[23、24],幾種Fe(Ⅲ)還原細菌。又如，海藻希瓦氏菌[25]，腐敗希瓦氏菌[26]和Geobactermetal-metal-lireducens[24,26]，和硫酸鹽還原細菌一樣。去磺弧菌[24、27、28]和脫硫弧菌[24、29]能夠還原可溶性的U(VI)為不溶性的U(IV)。這些菌株可以利用U(VI)作為一個終端電子受體來獲取能量的增長。沉淀的特性已經表明,在還原狀態下，形成瀝青鈾礦(UO2)[27]。在地球化學循環鈾的過程中，細菌氧化和還原鈾以及其富集和生物吸附發揮了重要作用而且必須注重修復措施的發展。因此,我們研究了還原U(VI)硫酸鹽還原菌和富集U(VI)的嗜酸性化能自養型鐵氧化細菌。對量化的富集過程,我們使用兩種不同的環境中發現的氧化亞鐵硫桿菌。其中，T.ferrooxidansATCC23270T菌株在一個煤礦被發現[30],另一用于這項研究的菌株(T.ferrooxidansATCC33020)是從一個孤立的鈾礦發現的[31]。為了區分起主要富集作用的部分是吸附鈾能力弱的細胞壁表面還是細胞,我們用一種非常復雜的試劑EDTA提取了生物質。為了研究還原鈾的機理,我們使用硫酸鹽還原菌株,從煤氣輸送管道附近的土壤中發現的去磺弧菌DSM642T和從鈾尾礦(Haberlandhalde，Johanngeorgenstadt、薩克森、德國)中發現的濃縮培養的硫酸鹽還原菌(JG1)。這些研究包括在不同條件下定量以及動態調查產生關于可能導致形成鈾礦的細菌還原的更多的信息和可以作為一個生物降解應用流程的基礎。2.材料和方法在通風室溫條件下，六百毫升的ATCC23270T和ATCC33020氧化亞鐵硫桿菌菌株以2:2的比例培養在培養基中[32]。為了溶解在菌株生長過程中產生的Fe(Ⅲ)沉淀,我們用硫酸酸化懸浮液至pH值1.3。這些細菌通過離心獲取(12761×g),而且用0.1mol的H2SO4洗了三次以消除生長培養基中會與U(VI)形成不溶性沉淀的磷酸鹽。使用兩個不同的pH值(1.5和4.0),我們得到了從1.7到26.1mg/l濃度的U(VI)。這些樣本中包含220到470㎎(干重)/ml的生物量。就初步動力學研究而言[20],我們在旋轉攪拌器中培養它們2天。然后，用ICP-MS測量上清液中U(VI)濃度。在解吸研究中,我們用0.01MEDTA/0.01MTRIS溶液(pH值7.2)提取了生物質。硫酸鹽還原菌株(去磺弧菌Essex6DSM642T)生長在一種用2×10﹣2mol/l乳酸、1×10﹣2mol/l硫酸和刃天青作為氧化還原指示劑的碳酸氫鹽緩沖礦物介質中[33]。只從鈾尾礦(Haberlandhalde,Johanngeorgenstadt、薩克森、德國)中培養的JG1,生長在一個如前面描述的[34]在UFZLeipzig-Halle用20mM乳酸作為唯一碳源和能源的Postgates改進培養基中。細菌是通過離心收集的(11498×g,10分鐘),用氯化鈉溶液(0.9%)洗了三次而且懸浮在0.9%氯化鈉溶液中。為了量化還原細菌,我們調整樣品的pH值到5.0，同時在旋轉攪拌器中用U(VI)培養樣品3天。U(VI)初始濃度從2.5×10﹣5變為9.7×10－4mol/l。關于D.desulfuricans在pH值為3.2,4.2,5.0和6.1動力學研究,我們使用的U(VI)濃度為1.2×10﹣3mol/l。生物質離心分離，上清液中剩余的U(VI)濃度通過ICP-MS測量。除了樣品，空白解決方案沒有準備生物質,并像處理樣品一樣來量化通過水解或吸附損失在試管壁的U(VI)。3.結果和討論3.1.氧化亞鐵硫桿菌富集U(VI)圖1a顯示了兩個不同品種的氧化亞鐵硫桿菌(ATCC23270T和ATCC33020)在pH值為1.5和4.0富集鈾的濃度和初始鈾濃度的函數關系。測量誤差在允許范圍之內。為了更好的比較,結果歸一化到細菌的干重。富集的鈾濃度與溶液中鈾濃度成正比。這與DiSpirito觀察到的結果一致[20]。隨著pH值從1.5增加到4.0，兩菌株富集鈾的生物量稍有增加。這種菌株(氧化亞鐵硫桿菌ATCC23270T)和氧化亞鐵硫桿菌ATCC33020比較的結果是,只從鈾礦中獲得的菌株在兩種ph值下都表現出了更高的富集鈾的能力。為了弄清楚是否是該菌株的起源影響它們富集鈾的能力,我們的實驗室正在準備進一步做關于從不同環境獲得的其他氧化亞鐵硫桿菌菌株以及從鈾礦發現的其他品種的硫桿菌的實驗。圖1是總富集鈾量(a)與吸附到氧化亞鐵硫桿菌ATCC23270T和氧化亞鐵硫桿菌ATCC33030表面(b)的鈾濃度在pH值為1.5和4.0與初始鈾濃度的關系曲線。結果歸一化到細菌的干重。用像EDTA這種強大的復雜成形劑去除吸附在細胞壁表面的鈾的解吸的研究表明細胞起富集鈾主要作用。圖1b顯示了由EDTA處理的細胞釋放了大量的U(VI)。因此術語“吸收”還包括部分固化在細胞壁或細胞膜上不能被重新提取的鈾。據報道[20]，氧化亞鐵硫桿菌富集鈾的主要細胞成分是細胞壁和細胞膜,在脂多糖層,細胞周質和細胞質不同的成分中檢測到少量的鈾。我們檢測的第一個富集到細菌中的U(VI)在時間分辨激光熒光光譜顯示了一個U(VI)譜中熒光壽命顯著衰減的深色基團的改變,說明可能有一個固化的U(VI)。吸附表面上的鈾是富集總量的10至37%而且百分比隨初始鈾濃度的增加而減少。這是因為鈾濃度的提高,表面吸附量達到了飽和。圖Fig.1b就顯示了這種吸附過程的特點。3.2.硫酸鹽還原菌還原U(VI)圖2顯示了依靠初始U(VI)濃度中去磺弧菌和從鈾尾礦培養的JG1菌株還原清除反應溶液中大量的U(VI)。培養JG1的樣品中含有較高的生物量。因此,可以觀察到初始濃度為220㎎/lU(VI)定量減少。這些結果證明,這種培養基主要包含能夠還原和沉淀鈾的細菌。與Lovleyetal.[27]的結果相反，在沒有添加一個電子供體的情況下，我們的實驗中鈾也發生了還原。三天后，通過ICP–MS檢測空白組與最初添加濃度相比沒有顯著不同。這表明沒有發生形成不溶性水解物和可能吸附在試管壁上干擾實驗的情況。圖2.在3天后減少在DesulfovibriodesulfuricansDSM642T和鈾尾礦中培養的(JG1),無細菌(空白)溶液中的U(VI)濃度。有氧條件下,在氯化鈉溶液(0.9%)中進行D.desulfuricans的動力學研究中沒有增加一個電子的供體。圖3給出了大量的U(VI)轉化為不溶性U(IV)關于時間和不同pH值的曲線。結果歸一化到細菌的干重。由于細菌還原需要時間,U(VI)主要轉化發生在第一個24小時內[35]。從24到100小時只有少量增加的U(IV)被檢測到。100小時后，達到了飽和。當pH值是由3.2調整到6.1時，檢測到U（Ⅳ）從10.3增加到99.2%。在中性pH值范圍內，速率和產量隨著pH值對應的微生物最佳生長條件的完善而增加。硫酸鹽還原菌產生的沉淀的第一個特性通過X射線吸收譜(XANES)靠近邊緣證明形成U(IV)。關于D.desulfuricans和JG1的進一步研究正在準備。圖3.在pH值為3.2,4.2,5.0和6.1的條件下，隨著時間的增加，通過去磺弧菌的作用大量的U(VI)轉化為不溶性U(IV)。結果歸一化到細菌的干重。在天然鈾礦廢棄堆，細菌和U(VI)相互作用的信息可能有助于描述微生物的生物富集,生物膜吸附或生物膠體的形成以及細菌降解過程(包括金屬的氧化和還原反應)。這些信息也是進一步調查在其他幾個國家是主要環境污染物的Np,Am和Pu等放射性核素的良好基礎。這些相互作用的主要機制的詳細內容,將更好的表征自然界中污染物的遷移行為和擴展模型的數據基礎。此外,其中一些影響重金屬和放射性核素吸附和遷移的過程可以用來固化污染物或將其轉化為低毒的形式(如通過氧化還原反應)。因此，他們可以成為開發利用細菌修復固化了超鈾元素的廢棄沉積物的新方法的基礎。參考文獻[1]A.Bruynesteyn,J.Biotechnol.11(1989)1.[2]S.R.Hutchins,M.S.Davidson,J.A.Brierley,C.L.Brierley,Annu.Rev.Microbiol.40(1986)311.[3]D.E.Rawling,S.Silver,Bio/Technology13(8)(1995)773.[4]J.M.West,I.G.McKinley,N.A.Chapman,Radioact.WasteManag.Nucl.FuelCycle3,1(1982)1.[5]J.M.West,N.Christo?,I.G.McKinley,Radioact.WasteManag.Nucl.FuelCycle6,1(1985)79.[6]A.J.Francis,ReportBNL-34968,BrookhavenNationalLaboratory,Upton,1984.[7]A.J.Francis,Experientia46(1990)840.[8]A.J.Francis,C.J.Dodge,J.B.Gillow,J.E.Cline,Radiochim.Acta52–53(1991)311.[9]M.I.deSiloniz,P.Lorenzo,J.Perera,Microbiologia(Madr)7(2)(1991)82.[10]A.Schippers,R.Hallmann,S.Wentzien,W.Sand,Appl.Environ.Microbiol.61(8)(1995)29~30.[11]J.Cerda,S.Gonzalez,J.M.Rios,T.Quintana,FEMSMicrobiol.Rev.11(1993)253.[12]K.K.Dwivedy,A.K.Mathur,Hydrometallurgy38(1995)99.[13]J.A.Munoz,F.Gonzalez,M.L.Blazquez,A.Ballester,Hydro-Metallurgy38(1995)39.[