一種碳納米材料固載礦化菌膠結鈾尾礦渣的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于放射性廢料的固化處理，涉及一種碳納米材料固載礦化菌膠結鈾尾礦 渣的方法。特別適用于以碳納米材料作為礦化菌載體膠結鈾尾礦渣，從而有效解決鈾尾礦 渣的擴散和流失。
【背景技術】
[0002] 隨著核技術的發展，人們對鈾的需求量越來越大，在鈾礦的開采過程中，產生大量 的鈾尾礦渣。我國約有180多處鈾尾礦庫及鈾尾礦渣堆放場地，其中大部分分布在湖南、廣 州、江西等地。由于受到雨水的沖刷，污染物會隨著雨水擴散，并且鈾尾礦渣中會釋放出放 射性氣體氡，這些都嚴重影響環境和人們的安全。鈾尾礦庫是一個具有高勢能的人造泥石 流的危險源，隨著時間的推移以及地質的變化，鈾尾礦庫的完整性可能會遭到破壞，各種自 然的（雨水、地震、鼠洞、地殼運動等）和人為的（管理不善、關系不協調等）不利因素時時 刻刻或周期性地威脅著它的安全，因此對鈾尾礦渣的處理成為了研宄的重點。
[0003] 現有技術中，對于鈾尾礦渣的處理，通常采用灘面覆蓋技術，即通過植被、沙土或 人工材料覆蓋。覆蓋材料土、廢礦石、渣石料等，也有學者曾做過人工材料（塑料、瀝青等） 的研宄；雖然能抑制放射性氣體的溢出，但對于工作壽命沒有保證；此方法雖然能減少放 射性氣體氡的溢出以及雨水的沖刷。但隨著時間的推移，往往會出現老化、開裂等問題而失 效，工作壽命沒有保證，且工藝流程長、實踐性較低。發明名稱"一種利用植物吸附鈾尾礦渣 的方法"、申請號200910044229. 4的中國專利申請公開了一種利用植物吸附鈾尾礦渣的新 方法，系采用鈾富集植物直接栽種到鈾尾礦渣中，利用植物對鈾的高富集性對鈾進行吸收。
[0004] 碳納米材料（如碳纖維、碳納米管、氧化石墨烯）作為新型納米材料自身所擁有的 潛在優越性，在化學、物理學、醫學等領域領域具有廣闊的應用前景，成為全球科學界各級 科研人員爭相關注的焦點。其中具有螺旋、管狀結構的碳納米管性能特別突出，其質輕、具 有完美的力學性能和吸附性能，以及本身、電磁學和化學性能。因其有良好的力學性能和吸 附性能，作為微生物的載體有很大的優勢。
[0005] 目前，對于鈾尾礦渣的處理方法很少，尚未見有關碳納米材料固載礦化菌膠結鈾 尾礦渣的文獻報道。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的旨在克服現有技術中的不足，提供一種碳納米材料固載礦化菌膠結 鈾尾礦渣的方法，從而有效解決鈾尾礦渣的擴散和流失。
[0007] 本發明的內容是：一種碳納米材料固載礦化菌膠結（指從孔隙溶液中沉淀出的礦 物質，將松散的沉積物固結起來的作用）鈾尾礦渣的方法，其特征是包括下列步驟：
[0008] a、制備高濃度菌液：將巴氏芽孢八疊球菌（Sporosarcina pasteurii)在液體培 養液中進行擴大培養，搖床轉速每分鐘180?250轉，在27?33°C下培養24小時，將菌液 以每分鐘4000?5000轉離心20?40分鐘，棄去上清液，收集沉淀菌體，用去離子水洗滌 2?3次，制得濃度為每毫升I X 101°?I. 5X10 1(1個菌體的高濃度菌液（即高濃度巴氏芽 孢八疊球菌菌液）；
[0009] b、鈾尾礦渣的膠結：按每100克鈾尾礦渣，噴灑5?20毫升濃度為每毫升1毫克 的碳納米材料水溶液，混合均勻，靜置24小時（使其充分吸附在鈾尾礦渣表面），得到吸附 有碳納米材料的鈾尾礦渣；按100克吸附有碳納米材料的鈾尾礦渣中加入高濃度菌液10? 30毫升，混合均勻、靜置2?3小時，吸出殘留菌液；再加入礦化培養液50毫升，在27? 33°C溫度下靜置培養24小時后，吸出礦化培養液，得到膠結處理后的鈾尾礦渣；重復此過 程5?10次；
[0010] C、放置保存：將最后一次膠結處理后的鈾尾礦渣在27?33°C的溫度下放置10? 20天，得到碳納米材料固載礦化菌膠結的鈾尾礦渣；經上述處理后，原松散的鈾尾礦渣顆 粒通過巴氏芽孢八疊球菌礦化膠結成塊體，其抗壓強度1?3MPa、孔隙率25?40%。
[0011] 本發明的內容中：步驟a中所述的液體培養液中，每升液體培養液中含有葡萄糖 15?25克、蛋白胨11?15克、氯化鈉4?8克、磷酸二氫鉀3?5克、以及磷酸氫二鉀3? 5克，所述液體培養液的pH值為7. 0?8. 0。
[0012] 本發明的內容中：步驟b中所述的碳納米材料水溶液為碳纖維、碳納米管、氧化石 墨烯等的水溶液。
[0013] 本發明的內容中：步驟b所述的礦化培養液中，每升礦化培養液中含有葡萄糖 15?25克、蛋白胨11?15克、氯化鈉4?8克、磷酸二氫鉀3?5克、磷酸氫二鉀3?5 克，并且每100克礦化培養液中還含有尿素3?5克、硝酸鈣5?7克，礦化培養液的pH值 為 7. 0 ?10. 0。
[0014] 本發明的內容中：步驟b中所述鈾尾礦渣的粒徑較好的為0. 1?5毫米。
[0015] 與現有技術相比，本發明具有下列特點和有益效果：
[0016] (1)采用本發明，巴氏芽孢八疊球菌在自身代謝活動中能產生大量的具有高活性 的尿素酶（尿素氨基水解酶），尿素酶活性在大范圍的微生物和植物中被發現，巴氏芽孢八 疊球菌能以尿素為能源，通過尿素酶水解尿素而產生氨和二氧化碳，化學反應式如下：
[0017] CO(NH2)2 + 2 H2O 4 2 COg -+ 2 NH:
[0018] 氨使環境pH提高，促使外源的鈣離子與碳酸根結合，形成碳酸鈣晶體，并主要以 方解石的形式而沉積，此過程反應如下：
[0019] Ga2++ COg- CaCO3 -I
[0020] 在此過程中，巴氏芽孢八疊球菌很少產生毒性物質或其他副產物，巴氏芽孢八疊 球菌的細胞不會聚集，這保證其具有一個高的細胞表面積與體積比。以上這些特點都使巴 氏芽孢八疊球菌具備了用于實際應用的能力；巴氏芽孢八疊球菌在其誘導碳酸鈣沉積的過 程中不僅提供了碳酸鈣晶核的形成位點，而且還產生一個堿性環境來誘導碳酸鈣進一步沉 積。
[0021] (2)本發明方法的原理是：碳納米材料吸附在鈾尾礦渣表面后，菌體以碳納米材 料作為載體；因碳納米材料有良好的吸附性能，能有效負載細菌菌體，最終使菌體與鈾尾礦 渣均勻分布；細菌培養液中尿素在脲酶的作用下被分解為碳酸根；溶液中的鈣離子吸附細 菌菌體表面，并與碳酸根結合形成碳酸鈣；微生物誘導形成的碳酸鈣晶體在松散顆粒之間 充當橋梁作用，從而把松散顆粒固結成為具有一定力學性能的整體；從而有效解決鈾尾礦 渣的擴散和流失；
[0022] (3)采用本發明，鈾尾礦渣中注入碳納米材料作為微生物的載體，使其充分吸附在 尾礦渣表面；再注入濃縮菌液，靜止后吸出殘留菌液；再注入礦化培養液，培養后，吸出礦 化培養液；重復此過程多次；最終微生物以尿素為底物，通過微生物的礦化作用將鈾尾礦 渣固結成具有一定抗滲透性和力學性能的整體；由于其中摻雜的碳納米材料有著良好的吸 附性能和力學性能，使膠結后的整體力學性能進一步提高；
[0023] (4)本發明方法成本低、操作簡單、不會造成二次污染，具有廣闊的應用前景，實用 性強。
【具體實施方式】
[0024] 下面給出的實施例擬對本發明作進一步說明，但不能理解為是對本發明保護范圍 的限制，該領域的技術人員根據上述本發明的內容對本發明作出的一些非本質的改進和調 整，仍屬于本發明的保護范圍。
[0025] 實施例1 :
[0026] 取鈾尾礦渣100克，向鈾尾礦渣中加入濃度為每毫升1毫克的碳纖維水溶液5毫 升，混合均勻，靜置24小時。在試模（可以是上端開口、底部有孔的圓筒形模具）底部放一 層濾紙，將鈾尾礦渣放入試模中，鈾尾礦渣上再放一層濾紙，起緩沖作用。將巴氏芽孢八疊 球菌在液體培養液中進行擴大培養，每升液體培養液成分及含量為：葡萄糖20克、蛋白胨 12克、氯化鈉5克、磷酸二氫鉀3克、