一种碳纳米材料固载矿化菌胶结铀尾矿渣的方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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宄的重点。
[0003] 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） 的研宄；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。
[0004] 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。
[0005] 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】
[0006] 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。
[0007] 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：
[0008] 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°C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I X 101°?I. 5X10 1(1个菌体的高浓度菌液（即高浓度巴氏芽 孢八叠球菌菌液）；
[0009] 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°C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；
[0010] C、放置保存：将最后一次胶结处理后的铀尾矿渣在27?33°C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%。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：
[0016] (1)采用本发明，巴氏芽孢八叠球菌在自身代谢活动中能产生大量的具有高活性 的尿素酶（尿素氨基水解酶），尿素酶活性在大范围的微生物和植物中被发现，巴氏芽孢八 叠球菌能以尿素为能源，通过尿素酶水解尿素而产生氨和二氧化碳，化学反应式如下：
[0017] CO(NH2)2 + 2 H2O 4 2 COg -+ 2 NH:
[0018] 氨使环境pH提高，促使外源的钙离子与碳酸根结合，形成碳酸钙晶体，并主要以 方解石的形式而沉积，此过程反应如下：
[0019] Ga2++ COg- CaCO3 -I
[0020] 在此过程中，巴氏芽孢八叠球菌很少产生毒性物质或其他副产物，巴氏芽孢八叠 球菌的细胞不会聚集，这保证其具有一个高的细胞表面积与体积比。以上这些特点都使巴 氏芽孢八叠球菌具备了用于实际应用的能力；巴氏芽孢八叠球菌在其诱导碳酸钙沉积的过 程中不仅提供了碳酸钙晶核的形成位点，而且还产生一个碱性环境来诱导碳酸钙进一步沉 积。
[0021] (2)本发明方法的原理是：碳纳米材料吸附在铀尾矿渣表面后，菌体以碳纳米材 料作为载体；因碳纳米材料有良好的吸附性能，能有效负载细菌菌体，最终使菌体与铀尾矿 渣均匀分布；细菌培养液中尿素在脲酶的作用下被分解为碳酸根；溶液中的钙离子吸附细 菌菌体表面，并与碳酸根结合形成碳酸钙；微生物诱导形成的碳酸钙晶体在松散颗粒之间 充当桥梁作用，从而把松散颗粒固结成为具有一定力学性能的整体；从而有效解决铀尾矿 渣的扩散和流失；
[0022] (3)采用本发明，铀尾矿渣中注入碳纳米材料作为微生物的载体，使其充分吸附在 尾矿渣表面；再注入浓缩菌液，静止后吸出残留菌液；再注入矿化培养液，培养后，吸出矿 化培养液；重复此过程多次；最终微生物以尿素为底物，通过微生物的矿化作用将铀尾矿 渣固结成具有一定抗渗透性和力学性能的整体；由于其中掺杂的碳纳米材料有着良好的吸 附性能和力学性能，使胶结后的整体力学性能进一步提高；
[0023] (4)本发明方法成本低、操作简单、不会造成二次污染，具有广阔的应用前景，实用 性强。
【具体实施方式】
[0024] 下面给出的实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围 的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调 整，仍属于本发明的保护范围。
[0025] 实施例1 :
[0026] 取铀尾矿渣100克，向铀尾矿渣中加入浓度为每毫升1毫克的碳纤维水溶液5毫 升，混合均匀，静置24小时。在试模（可以是上端开口、底部有孔的圆筒形模具）底部放一 层滤纸，将铀尾矿渣放入试模中，铀尾矿渣上再放一层滤纸，起缓冲作用。将巴氏芽孢八叠 球菌在液体培养液中进行扩大培养，每升液体培养液成分及含量为：葡萄糖20克、蛋白胨 12克、氯化钠5克、磷酸二氢钾3克、