CC BY
22Исследование влияния температуры, рН и размеров фракции на микробиологическое выщелачивание урановых отвалов
о ы
а
а
«
а б
Гавриш Владимир Михайлович
к.т.н., начальник управления организации научных исследований Севастопольского государственного университета ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет, 5brachman5@gmail.com
Курбатова Юлия Николаевна
специалист, Химические технологии атомных станций, Институт Ядерной Энергии и Промышленности, leshkevich_yuliya@mail.ru
На разработанном устройстве проведены исследования влияния температуры, рН и размера фракций на степень извлечения урана из отвалов. Установлено, что степень максимального извлечения остаточного урана из отвалов происходит при следующих значениях параметров: рН = 1,5; 1 = 28 °С; размер фракции в интервале 2...5. Экспериментальная установка выполняет функции биохимического реактора с непрерывным аэрированным перемешиванием и подержанием постоянной температуры, где происходят одновременно процессы бактериального окисления урановых отвалов ассоциацией тионовых бактерий с одновременным химическим окислением ионами трехвалентного железа, а также сопутствующие реакции электрохимического растворения металлов. Данные исследований могут варьироваться в зависимости от минерального состава руд и, соответственно, представленный подход может быть применен для определения параметров выщелачивания для других отвалов. Ключевые слова: микробиологическое выщелачивание, уран, отвалы, бактерии, степень извлечения.
В ранее проделанных работах [1] была показана высокая эффективность микробиологического выщелачивания для решения проблем экологической безопасности мест хранения урановых отвалов. В тоже время для нахождения оптимальных режимов выщелачивания необходимо определить влияние на степень извлечения остаточного урана из отвалов таких факторов, как: температура, рН и размер фракций.
Для осуществления опытов использовалась установка представляющая собой цилиндрическое устройство, с непрерывной подачей воздуха и постоянным поддержанием заданной температуры, которое представлено на рисунке 1:
Рисунок 1 - Научно-экспериментальная биохимическая установка:
1 - корпус биоустановки из полиэтиленовой трубы; 2 -озоновыщелачивания; 3 - основа для крепления перфорированных пластин; 4 - перфорированные пластины; 5 -урансодержащая порода(отвал); 6 - воздухоотводчик; 7 -крышка корпуса биоустановки; 8 - воздушный компрессор; 9 - разобщительный вентиль; 10 - обратный клапан; 11 -вентиль для слива биораствора; 12 - спиральный электронагреватель; 13 - блок автоматики температуры.
Принцип действия экспериментальной установки заключается в следующем: в биохимическую установку загружают урансодержащую породу (отвал) (5); заливают биораствор для выщелачивания урана; закрывают крышку (7) биохимической установки на болты; включают биохимическую установку, воздушный компрессор (8) и блок автоматики температуры (13); начинается биологическое выщелачивание.
Экспериментальная установка выполняет функции биохимического реактора c непрерывным аэрированным перемешиванием и подержанием постоянной температуры, где происходят одновременно процессы бактериального окисления урановых отвалов ассоциацией тио-новых бактерий с одновременным химическим окислением ионами трехвалентного железа, а также сопутствующие реакции электрохимического растворения металлов.
При исследовании были использованы следующие условия. Объём воздуха при аэрации равен 4 л/мин, а время выщелачивания каждой пробы составляло 102 часа. В качестве исходного образца были использованы урансодер-жащие отвалы Ингульской шахты (Украина) с исходным содержанием урана от 0,019 до 0,027 % . Объём одной пробы уранового отвала в эксперименте равен 0,5 литрам.
После каждого выщелачивания раствор сливался в емкость, затем твердая фаза промывалась дистиллированной водой объёмом 1 л, проводился анализ остаточного содержания урана в пробе с помощью рентгенофлуорес-центного анализатора ElvaX компании "Элва-тех", после чего определялась степень извлечения урана по формуле (1).
X = Скон х 100/Снач (1)
где Х — степень извлечения вещества, %; С кон — количество вещества, которое перешло в раствор; С нач —количество вещества до выщелачивания.
Влияние температуры
Для определения влияния температуры использовался следующий интервал температур:
15, 20, 25, 28, 30 ОС. Условия были выбраны исходя из того, что для роста большинства микроорганизмов рода Thiobacillus необходима температура от 15 до 30 °С, так как они относятся к мезофилам В ходе проведенных экспериментов оптимальной температурой установлено значение 28 °С. Результаты экспериментов представлены на рисунке 2
Влияние рН
Т. ferrooxidans представляют собой ярко выраженные ацидофилы. Они способны расти в кислой среде, pH для развития данного вида является область 1...3. Оптимальным рН установлено значение 1,5. На рисунке 3 изображена
зависимость степени выщелачивания от значения рН в интервале 1.3.
Рисунок 2 - Зависимость степени выщелачивания от температуры процесса
Рисунок 3 - Зависимость степени выщелачивания от значений рН
О В
I»
£
Рисунок 4 - Зависимость величины степени извлечения от размеров фракции
Зависимость степени извлечения от размеров фракции показала, что при малых размерах фракции, в интервале 0,5.2 мм, процесс выщелачивания практически не идет, ввиду слипания частиц, в интервалах 10.20 мм и 5.10 мм не достигается достаточная степень извлечения при данных размерах фракции. Оптимальным
В
т ti Н
о ы
а
размером фракции установлен интервал 2.5 мм. Результат исследований изображен на рисунке 4.
Выводы
Установлено, что оптимальными значениями для микробиологического выщелачивания урана на примере одного вида отвалов является значения температуры 28 °С, рН = 1,5, при размере фракции отвалов в интервале 2.5 мм. Естественно данные могут варьироваться в зависимости от минерального состава руд и соответственно должны быть подвергнуты корректировке для условий других отвалов. Но представленный подход может быть применен для определения параметров выщелачивания для других отвалов.
Литература
1. Гавриш В.М., Курбатова Ю.Н., Гавриш О.П., Баранов Г.А., Храброва Е.А. Обоснование возможности проведения микробиологического выщелачивания урановых отвалов с целью реабилитации хранилищ отходов// Сборник статей по материалам научно-практической конференции с международным участием. Под ред. Ю.А. Омельчук, Н.В. Ляминой, Г.В. Кучерик. Севастополь, 2017. - , 272 - 278с.
2. Машковцев Г.А., Константинов А.К., Мигута А.К., Шумилин М.В., Щеточкин В.Н. Уран российских недр. - М.: ВИМС, 2010.
3. Каравайко Г.И. Биогеотехнология металлов / Росси Дж., Агате А., Грудев С., Авакян З.А. // Практическое руководство, Центр международных проектов ГКНТ. - Москва, 1989. - , 375 с.
4. Технология урана и плутония: учебное пособие /А. А. Маслов, Г. В. Каляцкая, Г. Н. Амелина, А. Ю. Водянкин, Н. Б. Егоров - Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2007. 97 с.
5. Дербасова Н.М. Биологическое выщелачивание урана из отходов уранодобывающей промышленности / Н.М. Дербасова, М.В. Гавриш, С.Б. Смирнов, В.М. Гавриш // Ядерна та радiацiйна безпека. - К., 2011. - Вып. 2 (50). -С.52 - 55.
Study of the effect of temperature, pH and particle sizes on the microbiological leaching of dumps
Gavrish V.M., Kurbatova Yu.N.
Sevastopol state University, Institute of Nuclear Energy and Industry
The influence of temperature, pH and size of fractions on the degree of uranium extraction from dumps was studied on the developed device. It is established that the degree of maximum extraction of residual uranium from the dumps occurs at the following parameter values: pH = 1,5; t = 28 °C; the size of the fraction in the interval 2...5. The experimental setup performs the functions of a biochemical reactor with continuous aerated mixing and maintaining a constant temperature, where there are simultaneously the processes of bacterial oxidation of uranium tailings as-Tihonovich the Association of bacteria with the simultaneous chemical oxidation with ferric ions and related reactions electrochemical solvents rhenium metals. These studies may vary depending on the mineral composition of the ores and, accordingly, the presented approach may be used to determine the leaching parameters for other dumps.
Keywords: microbiological leaching, uranium, dumps, bacteria, degree of extraction.
References
1. Gavrish VM, Kurbatova Yu.N., Gavrish OP, Baranov GA, Khrabrova EA Substantiation of the possibility of microbiological leaching of uranium dumps for the purpose of rehabilitation of waste storage facilities // Collection of articles on the materials of the scientific and practical conference with international participation. Ed. Yu.A. Omelchuk, N.V. Lyamin, G.V. Kuche-rik. Sevastopol, 2017. -, 272 - 278s.
2. Mashkovtsev GA, Konstantinov AK, Miguta AK, Shumilin MV,
Shche-doton VN Uranium of Russian bowels. - Moscow: VIMS, 2010.
3. Karavayko G.I. Biogeotechnology of metals / Rossi J., Agate
A., Grudev S., Avakyan Z.A. // Practical Guide, Center for International Projects of the State Committee for Science and Technology. - Moscow, 1989. -, 375 p.
4. Technology of uranium and plutonium: a textbook / A. A.
Maslov, GV Kalyatskaya, GN Amelina, A. Yu. Vodyankin, NB Egorov - Tomsk: Publishing house of the Tomsk Polytechnic University, 2007. 97 p.
5. N. Derbasova. Biological leaching of uranium from wastes of
uranium mining industry / N.M. Derbasova, M.V. Gavrish, S.B. Smirnov, V.M. Gavrish // Yaderna ta radiatsyna bezpeka. - К., 2011. - Вып. 2 (50). - P.52 - 55.
5
«
a
6
