JX嗜酸异养菌与氧化亚铁硫杆菌联合浸铀的研究

从江西某铀矿酸性矿坑水中筛选出了一株JX嗜酸异养菌和一株氧化亚铁硫杆菌,将它们按不同的接种比例和接种时间接种于加了铀矿粉的9K培养基中,进行了联合浸铀试验。结果表明:加入异养菌后,浸出体系中Fe2+氧化速率、pH下降速度及Eh的上升速度都有所减慢;不同接种比例试验的铀的最终浸出率均在97%左右;不同接种时间试验的铀最终浸出率均在98%左右;JX异养菌的加入,对氧化亚铁硫杆菌浸铀没有起到明显的促进作用。

金川铜尾渣粉对充填体强度的影响

将金川还原提铁后的铜尾渣粉(JCCS)分别作为胶凝材料和代替棒磨砂作为充填骨料,采用正交胶砂试验,进行活性及力学强度试验研究。利用X线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析JCCS试件的水化产物及微观结构。研究结果表明:JCCS是一种惰性固体废弃物,无潜在活性;JCCS作为骨料代替棒磨砂,对早期强度不利,但有利于提高后期强度,当JCCS质量分数达30%时,3 d和7 d强度下降为0 MPa,28 d平均强度可提高24.8%;JCCS试件的水化产物主要为C-S-H凝胶和钙矾石(AFt),两者交错黏结共同构成力学强度。添加复配早强剂,能提高JCCS充填体早期强度。JCCS能代替20%的棒磨砂用于井下充填,可节约充填成本11.6元/m3。

全尾砂新型充填胶凝材料开发及其水化机理探讨

针对司家营铁矿全尾砂,利用石灰、脱硫石膏、矿渣等固体废弃物开展替代水泥的新型充填胶凝材料试验研究,并通过电镜扫描(SEM)和X射线衍射(XRD)分析,研究新型充填胶凝材料激发剂的水化机理,确定激发剂优化配比。研究表明,当料浆质量分数为68%、胶砂比为1∶8、石灰质量分数为3.5%、脱硫石膏质量分数为16.0%时能够满足司家营铁矿南区嗣后充填法采矿对充填体强度的要求。结果显示,新型充填胶凝材料胶砂体与水泥胶砂体相比,结构更致密、产状更粗大,水化产物主要为AFt晶体和无定型C-S-H凝胶,从而大幅度提高了新型充填胶凝材料胶砂体的龄期强度。

利用磷石膏开发替代水泥的早强充填胶凝材料

金川矿山周边堆放有大量的固体废弃物磷石膏,而金川矿山充填法采矿对胶凝材料有大量的需求。为了降低充填采矿成本,实现废弃物的资源化利用,保护矿山环境,以磷石膏为主要原料,进行了早强型充填胶凝材料的开发研究,并依据磷石膏基胶凝材料水化3 d的SEM图片对胶凝材料的水化机理进行了分析。结果表明,胶凝材料中生石灰、Na OH、磷石膏、芒硝的质量分数分别为4%、2%、30%和1.5%的情况下,3、7、28 d的抗压强度分别为3.46、5.57、9.56 MPa,早期强度明显超过设计要求。SEM分析表明,磷石膏基胶凝材料水化反应生成水化硅酸钙凝胶和钙矾石对充填体的强度起着决定性的作用。该磷石膏基早强型胶凝材料可替代现场的32.5#水泥。

嗜酸氧化亚铁硫杆菌在沥青铀矿石浸出中的作用

为了研究沥青铀矿石的细菌浸出机理,设计了有菌有铁、有菌无铁及无菌无铁3种矿粉浸出试验及有菌无铁、无菌无铁两种试块浸出试验,检测了矿粉浸出体系中细菌的浓度、pH值、Eh、亚铁离子浓度、总铁离子浓度及铀浓度的变化,分析了浸出尾渣中O、Mg、K、P、S、Fe、U等元素的含量,观测了浸出前后试块表面形貌的变化。结果表明,在沥青铀矿石浸出过程中,嗜酸氧化亚铁硫杆菌可以高效氧化浸出体系中的亚铁、还原态硫及元素硫,使得浸出体系中的Eh升高和pH值降低;有菌有铁浸出体系中,高浓度的细菌、高浓度的铁、低pH值和高Eh可加速铀矿石的浸出和提高铀矿石的浸出率;有菌无铁浸出体系中,即使总铁离子浓度很低,但由于有细菌的存在,同样可以加速铀矿石的浸出和提高铀矿石的浸出率。有菌无铁的试块浸出中,试块表面出现了许多溶蚀坑,这表明细菌对铀矿石具有直接氧化作用。

沥青铀矿石细菌浸出机理的实验研究

采用氧化亚铁硫杆菌作为实验菌,针对有菌有Fe2+、有菌无铁、无菌有Fe3+、无菌有Fe2+、不控制pH值的无菌无铁和pH值控制在2.0的无菌无铁6种沥青铀矿石浸出体系,考察了浸出过程中细菌的浓度、溶液pH值、电位、亚铁离子浓度、全铁离子、铀浓度等参数的变化,得到铀矿石的浸出率分别为98.00%,80.33%,97.66%,93.00%,20.33%,72.00%.结果表明,在沥青铀矿石的细菌浸出中,细菌的作用以间接作用为主,即细菌把还原态的硫或单质硫及Fe2+氧化成Fe2(SO4)3.由于Fe2(SO4)3是一种强氧化剂,将不溶的U(IV)氧化为可溶解的U(VI),从而使沥青铀矿石中的铀得以浸出.

铀矿石酸化-细菌柱浸的动力学分析

研究了沥青铀矿石酸化阶段和细菌浸出阶段体系中pH值、Eh值和浸出率随时间的变化规律,采用JMA动力学模型分析了酸化过程和细菌浸出过程的动力学行为特征。结果表明:在酸化阶段,同一级数中各酸化体系的pH值和浸出率随酸化时间的增加而升高,Eh值随酸化时间的增加而降低;在细菌浸出阶段,同一级数中各浸出体系的pH值、Eh值和浸出率随浸出时间的增加而升高;随着酸化级数和细菌浸出级数的增加,各酸化体系和浸出体系的pH值、Eh值和浸出率随时间的变化量减小。动力学分析结果表明:酸化阶段的动力学方程为-ln(1-α)=(0.534 9~0.310 3)t^(0.175 7^0.701 6),初、中期反应过程属于扩散控制,后期反应过程属于混合控制;细菌浸出阶段的动力学方程为-ln(1-α)=(0.132 5~0.002 3)·t^(0.212 7^2.033 0),初期反应过程属于扩散控制,中期反应过程属于混合控制,后期反应速率接近于零。

司家营铁矿充填用新型胶凝材料制备中间试验

在前期针对司家营铁矿全尾砂的探索性试验、净浆试验、胶砂试验中,已经初步开发出了激发钢铁厂水淬渣活性的新型胶凝材料。为了进一步检验和验证新型胶凝材料的力学特性,利用中试生产的新型胶凝材料进行了不同胶砂比和不同浓度的胶砂试验,得到了适合司家营铁矿充填的新型胶凝材料。

铀矿石化学浸出与细菌浸出沉淀产物的比较

为了研究细菌在铀矿石细菌浸出中的作用及产物,设计了Fe^(2+)浓度分别为2.01和4.63g/L的化学浸出和细菌浸出4种矿粉实验与Fe^(2+)浓度为4.63g/L的化学浸出和细菌浸出2种矿块实验.监测了矿粉浸出体系中pH值、Eh值及铀浓度随时间的变化,并对铀矿石化学浸出和细菌浸出的矿块表面形貌、元素及矿物组成进行了分析.结果表明,在4种矿粉浸出体系中,Fe^(2+)浓度分别为2.01和4.63g/L的化学浸出铀矿石浸出率分别为64.86%和69.13%,细菌浸出浸出率分别为94.35%和92.80%.试块化学浸出后表面主要为硅酸盐类矿物,细菌浸出后表面主要是黄钾铁矾类矿物.细菌浸出体系中含适量铁可有效降低沉淀量,提高浸出率.

沥青铀矿石硫酸和细菌浸出过程的比较研究

以沥青铀矿石为对象,进行了10g/L、20g/L硫酸浸出和上述两种条件酸化后的细菌浸出试验。结果表明,上述四种条件下铀浸出率分别为20.86%、26.47%、30.29%和35.53%,细菌可以有效氧化浸出体系中的元素硫和Fe2+,使pH、Eh、亚铁离子浓度、总铁浓度等特征参数朝着有利于铀矿石浸出的方向变化;在同等条件下,细菌浸出的浸出率比硫酸浸出的提高了34.8%～45.2%。

厚大矿床阶段嗣后充填采场逐段优化设计与数值分析

针对厚大矿床阶段嗣后充填采矿设计采用单一和确定的采场结构型式和参数的局限性,提出采场逐段优化设计方法。以河北省滦县司家营铁矿南区为工程背景,综合考虑安全生产和矿岩稳固条件存在的差异性,选择与之相适应的间隔式、对角式和点柱式的采场结构类型;从首采阶段开始,按照阶段开采顺序,以盘区采矿成本为优化目标,采场安全系数、地表岩移和矿石损失率为约束条件,借助FLAC3D三维数值模拟分析软件逐段建立阶段嗣后充填采场设计的优化模型,获得各个阶段的采场结构型式和优化参数。通过对最优方案的数值分析,研究和评价分段采矿设计地表岩移、围岩应力和采场稳定性。研究结果表明:逐段优化设计是实现厚大贫矿床安全高效开采的关键技术,对矿床生产具有一定的指导意义。

铀矿堆浸酸性尾渣中和的动力学特征及模型

采用氧化钙、氢氧化钠和氨水作为中和剂,对铀矿堆浸酸性尾渣进行中和试验,试验过程中检测了中和体系的pH随时间的变化,并根据检测结果建立了尾渣中和的动力学模型。结果表明,铀矿堆浸酸性尾渣的中和过程,包括尾渣颗粒表面余酸与中和剂的快速反应,及尾渣颗粒内部余酸与中和剂的缓慢扩散-反应两个阶段;中和过程中,中和剂扩散-反应的非线性耦合和反馈作用模型,可很好地反映尾渣中和反应的过程和方式,中和体系的pH呈现出明显的非线性振荡现象;尾渣中和的动力学模型,能很好地拟和中和体系的pH随时间的变化。

氧化亚铁硫杆菌耐酸耐氟紫外线诱变的研究

以氧化亚铁硫杆菌作为出发菌，经紫外线诱变，考察不同诱变时间对氧化亚铁硫杆菌耐酸和耐氟性能的影响。试验结果表明，经45～60min的紫外线处理，菌株对酸的耐受性增强到pH值为1．2，对氟离子的耐受性达到0．6g／L。

基于复杂地质体的地应力场智能识别方法研究

初始地应力是地下开采及施工所需要考虑的重要影响因素,地应力值的准确获得通常采用现场测量与反演计算结合实现。针对某铜镍矿复杂地质体,在已有监测数据的基础上建立三维正交数值模型,获得监测点的地应力计算值。利用遗传规划程序,回归地应力监测点的地应力与各自变量的函数关系。建立地应力实测值和计算值之差的平方和最小的目标优化函数,使用遗传算法智能算法对目标函数进行优化,最终获得了矿区的原岩应力场。检测样本验证结果显示,计算值与实测值的误差控制在10%以内,一定程度上证明了该地应力场智能识别方法的可靠性,可为以后复杂地质体矿区地应力场的计算提供较为可行的研究方法。

硫粉量对铀矿石嗜酸氧化硫硫杆菌通气柱浸的影响

研究了铀矿石酸化-硫粉细菌通气柱浸体系的pH值、Eh值和铀离子浓度等参数随时间的变化规律,探索了铀矿石的浸出率与硫粉含量的关系。结果表明:在酸化阶段,同一酸化级数下各酸化体系的pH值和铀离子浓度随酸化时间的延长而升高,Eh值随酸化时间的延长而降低;随酸化级数的增加,各酸化体系的pH值、Eh值和铀离子浓度随酸化时间的延长变化量减小。在细菌浸出阶段,同一酸化浸出级数下各浸出体系的pH值、Eh值和铀离子浓度随浸出时间的延长而升高;随浸出级数的增加,各浸出体系的pH值和铀离子浓度的增长率减小,Eh值的增长率增大;硫粉加入量越大,浸出体系pH值降低的幅度越大,Eh值和铀离子浓度升高的幅度也越大。铀矿石的浸出率与硫粉含量呈正相关,硫粉含量为5g/L的浸出体系中,铀的浸出率高达95.45%。

阶段充填采矿优化设计可靠性分析与稳定性评价

针对充填采矿优化设计中充填体力学参数中诸多因素的不确定性,开展了地表岩移可靠性分析和采场稳定性评价。首先,基于某铁矿山超大采场阶段嗣后充填3种回采模式的优化设计方案,设计了充填强度正交实验,运用FLAC3D软件对矿山充填回采过程进行了数值模拟和岩移计算;其次,应用有限元正交设计算法,分别得出该矿各中段地表岩移的失效概率、可靠度指标和安全系数,开展了不同优化设计的采场稳定性评价。研究结果表明,矿体自下向上3个回采阶段可靠度依次降低,其中-250m中段地表发生剧烈沉降和变形;3个回采方案中,点柱式回采方案采场安全性最好,能满足岩移控制要求,适于工程的长期稳定性开采。

沥青铀矿石酸法-细菌分段浸出试验研究

以某铀矿山的沥青铀矿石作为研究对象,开展了溶浸液pH=2.0的稀硫酸浸出,酸化后,溶浸液分别为改良9 K培养基中Fe2+完全被细菌氧化后的含菌溶液,以及按10%接种量接种细菌后的改良9 K培养基溶液的酸法-细菌分段浸出试验,三种条件下铀的浸出率分别为73.72%、78.97%和75.79%.试验结果表明,酸法-细菌分段浸出的浸出率比酸法浸出的浸出率提高了2.07%～5.25%;铀矿石的酸法-细菌分段浸出过程由化学反应控制和扩散控制两个阶段组成,两阶段的过渡期是加入细菌的最佳时期;细菌浸出时,高浓度细菌会产生群体效应,加速对铀矿物的氧化溶解.

ANFIS模型预测铀尾渣胶结充填体抗压强度

对不同渣浆固体质量分数、灰渣质量比和养护龄期的铀尾渣充填体试件进行单轴抗压试验,测得充填体的全应力-应变曲线。利用试验结果,采用自适应神经模糊推理系统,根据渣浆固体质量分数、灰渣质量比和养护龄期建立预测充填体抗压强度的自适应神经模糊推理系统(ANFIS)模型。结果表明,铀尾渣充填体的抗压强度与渣浆固体质量分数、灰渣质量比和养护龄期成正相关;充填体的破坏规律遵循塑-弹-塑性破坏模型;建立的ANFIS模型的预测结果精度高达94%,为充填体抗压强度的预测开辟新的途径。

基于脱硫灰渣的新型充填胶凝材料关键技术

在对全尾砂充填胶凝材料研究现状及脱硫灰渣利用研究现状进行分析的基础上,提出了利用脱硫灰渣进行新型充填胶凝材料的可行性,详细阐述了拟开展的研究内容及关键问题。并针对唐钢二炼铁烧结脱硫灰渣的利用及司家营铁矿嗣后充填法采矿实际需求,具体提出了研究技术路线及关键技术。

铁矿尾砂充填胶凝材料开发与脱硫灰利用研究分析

铁矿开采和烟气脱硫产生大量的尾砂和脱硫灰渣废弃物。目前以水泥作为胶凝材料的全尾砂胶结充填体不仅强度低,而且成本高、流动性差,给全尾砂充填法采矿带来难度。综述了目前国内外脱硫副产品的应用现状以及存在问题,在总结分析利用固体废弃物研究新型胶凝材料的基础上,提出了利用脱硫副产品开发铁矿全尾砂新型充填胶凝材料的必要性和可行性。