[发明专利]一种碳纳米材料固载矿化菌胶结铀尾矿渣的方法

说明书

技术领域

本发明属于放射性废料的固化处理，涉及一种碳纳米材料固载矿化菌胶结铀尾矿渣的方法。特别适用于以碳纳米材料作为矿化菌载体胶结铀尾矿渣，从而有效解决铀尾矿渣的扩散和流失。

背景技术

随着核技术的发展，人们对铀的需求量越来越大，在铀矿的开采过程中，产生大量的铀尾矿渣。我国约有180多处铀尾矿库及铀尾矿渣堆放场地，其中大部分分布在湖南、广州、江西等地。由于受到雨水的冲刷，污染物会随着雨水扩散，并且铀尾矿渣中会释放出放射性气体氡，这些都严重影响环境和人们的安全。铀尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流的危险源，随着时间的推移以及地质的变化，铀尾矿库的完整性可能会遭到破坏，各种自然的(雨水、地震、鼠洞、地壳运动等)和人为的(管理不善、关系不协调等)不利因素时时刻刻或周期性地威胁着它的安全，因此对铀尾矿渣的处理成为了研究的重点。

现有技术中，对于铀尾矿渣的处理，通常采用滩面覆盖技术，即通过植被、沙土或人工材料覆盖。覆盖材料土、废矿石、渣石料等，也有学者曾做过人工材料(塑料、沥青等)的研究；虽然能抑制放射性气体的溢出，但对于工作寿命没有保证；此方法虽然能减少放射性气体氡的溢出以及雨水的冲刷。但随着时间的推移，往往会出现老化、开裂等问题而失效，工作寿命没有保证，且工艺流程长、实践性较低。发明名称“一种利用植物吸附铀尾矿渣的方法”、申请号200910044229.4的中国专利申请公开了一种利用植物吸附铀尾矿渣的新方法，系采用铀富集植物直接栽种到铀尾矿渣中，利用植物对铀的高富集性对铀进行吸收。

碳纳米材料(如碳纤维、碳纳米管、氧化石墨烯)作为新型纳米材料自身所拥有的潜在优越性，在化学、物理学、医学等领域领域具有广阔的应用前景，成为全球科学界各级科研人员争相关注的焦点。其中具有螺旋、管状结构的碳纳米管性能特别突出，其质轻、具有完美的力学性能和吸附性能，以及本身、电磁学和化学性能。因其有良好的力学性能和吸附性能，作为微生物的载体有很大的优势。

目前，对于铀尾矿渣的处理方法很少，尚未见有关碳纳米材料固载矿化菌胶结铀尾矿渣的文献报道。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种碳纳米材料固载矿化菌胶结铀尾矿渣的方法，从而有效解决铀尾矿渣的扩散和流失。

本发明的内容是：一种碳纳米材料固载矿化菌胶结(指从孔隙溶液中沉淀出的矿物质，将松散的沉积物固结起来的作用)铀尾矿渣的方法，其特征是包括下列步骤：

a、制备高浓度菌液：将巴氏芽孢八叠球菌(Sporosarcina pasteurii)在液体培养液中进行扩大培养，摇床转速每分钟180～250转，在27～33℃下培养24小时，将菌液以每分钟4000～5000转离心20～40分钟，弃去上清液，收集沉淀菌体，用去离子水洗涤2～3次，制得浓度为每毫升1×10¹⁰～1.5×10¹⁰个菌体的高浓度菌液(即高浓度巴氏芽孢八叠球菌菌液)；

b、铀尾矿渣的胶结：按每100克铀尾矿渣，喷洒5～20毫升浓度为每毫升1毫克的碳纳米材料水溶液，混合均匀，静置24小时(使其充分吸附在铀尾矿渣表面)，得到吸附有碳纳米材料的铀尾矿渣；按100克吸附有碳纳米材料的铀尾矿渣中加入高浓度菌液10～30毫升，混合均匀、静置2～3小时，吸出残留菌液；再加入矿化培养液50毫升，在27～33℃温度下静置培养24小时后，吸出矿化培养液，得到胶结处理后的铀尾矿渣；重复此过程5～10次；

c、放置保存：将最后一次胶结处理后的铀尾矿渣在27～33℃的温度下放置10～20天，得到碳纳米材料固载矿化菌胶结的铀尾矿渣；经上述处理后，原松散的铀尾矿渣颗粒通过巴氏芽孢八叠球菌矿化胶结成块体，其抗压强度1～3MPa、孔隙率25～40％。

本发明的内容中：步骤a中所述的液体培养液中，每升液体培养液中含有葡萄糖15～25克、蛋白胨11～15克、氯化钠4～8克、磷酸二氢钾3～5克、以及磷酸氢二钾3～5克，所述液体培养液的pH值为7.0～8.0。

本发明的内容中：步骤b中所述的碳纳米材料水溶液为碳纤维、碳纳米管、氧化石墨烯等的水溶液。

本发明的内容中：步骤b所述的矿化培养液中，每升矿化培养液中含有葡萄糖15～25克、蛋白胨11～15克、氯化钠4～8克、磷酸二氢钾3～5克、磷酸氢二钾3～5克，并且每100克矿化培养液中还含有尿素3～5克、硝酸钙5～7克，矿化培养液的pH值为7.0～10.0。

本发明的内容中：步骤b中所述铀尾矿渣的粒径较好的为0.1～5毫米。