微生物浸铀技术及其机理

铀，作为核燃料的一种能源，越来越多地被用于核电站与航海事业，是重要的国防战略物资，也是重要的核电燃料。

目前，全世界有16个国家的核发电量在其全国总发电量中的份额接近或超过25%，法国和立陶宛核电比例最高(大于70%)，其次为俄罗斯、美国、乌克兰、瑞典、韩国和日本(均大于25%)，世界平均为15%，而我国目前的电力供应中核电仅占2.2%。随着我国国民经济的发展，国家提出了“积极推进核电建设”的基本方针。根据我国《核电中长期发展规划(2005-2020年)》，到2020年，在人口密度较大且工业化水平较高的沿海省市将建造30多座核电站，争取运行的核电装机量达到40GW；在目前在建和运行核电容量16.968GW的基础上，新投产核电装机容量将达到23GW左右；同时，考虑核电的后续发展，2020年末在建核电容量应保持18GW左右；核电将占全国总装机量的4%，核发电量占总发电量的比例将升高至6%。就目前核电机组所需要的铀燃料来看，一个百万千瓦级的压水堆核电机组每年需要铀燃料25～30t，合耗铀150～180t/a。按照2009年的核电装机容量，我国天然铀需求量为1300～1600t/a。若2020年我国核电装机容量达40GW,届时天然铀需求量为6000～7200t/a，其对外依存度将超过60%。

随着核工业的日益发展，高品位铀矿日益枯竭，从而造成了低品位矿与尾矿的累积。然而，开采这些低品位铀矿时，传统的方法存在成本高、效率低、环境污染大等不利因素。而生物冶金，作为一项新兴的矿物开采技术，有着“绿色冶金”的美誉，目前已成功应用于低品位及难处理贫铀矿的地浸与堆浸。

2  微生物浸铀技术及其机理

利用浸矿微生物(细菌、真菌、古菌)氧化铀矿围岩中的硫化矿而产生溶解铀矿的氧化剂(Fe³⁺、H⁺等)，或者再生浸出液中的Fe²⁺，从而达到加速溶解铀矿的目的，此技术能有效地处理低品位及难处理铀矿石。

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。含硫化矿极低的铀矿，可在溶浸液中增加适当的Fe²⁺作为微生物的能源。其机理主要为生物冶金中的间接作用，即铀矿主要是在氧化剂Fe³⁺的氧化作用下和H⁺的作用下溶解，微生物的作用是再生氧化剂Fe³⁺和(或)将围岩中的硫化矿溶解产生的单质硫和其他还原性硫化合物氧化为硫酸，维持铀矿溶解所需的酸性氧化环境。

此溶解过程通常以下列反应式来表示：

以上是微生物铀过程的基本生物化学反应，但在实际生产工艺中，除了最初加人细菌溶浸液，还需在浸出过程中对细菌溶浸液进行补充与再生，这对整个浸出体系至关重要，细菌溶浸液的补充再生过程与细菌培养非常相似。在溶浸液补充再生过程中可以适当控制微生物的群落结构，以及溶浸液的铁和其他杂质离子的含量，从而保障有利的微生物浸铀体系。