金屬硫化礦微生物浸出及浸出機(jī)理數(shù)學(xué)模型研究.pdf

1、我國(guó)的銅礦資源多數(shù)為低品位礦，隨著多年來不斷的開采，礦石品位逐漸降低，現(xiàn)存的資源很大部分是低品位的原生硫化銅礦，對(duì)這類礦物使用常規(guī)的浮選工藝在經(jīng)濟(jì)上是不可行的。在國(guó)際上，生物堆浸-萃取-電積工藝已經(jīng)成功的用于處理次生硫化銅礦。然而，原生硫化銅礦中最主要的黃銅礦，其浸出速率卻比較緩慢。因此，提高黃銅礦的浸出速率成為生物浸出研究的一個(gè)關(guān)鍵問題。而提高生物浸出速率主要依靠提高浸礦微生物的生長(zhǎng)活性、氧化能力，以及優(yōu)化與生物浸出相關(guān)的各種影響因素

2、。
　　 生物浸出機(jī)理數(shù)學(xué)模型的建立和研究，對(duì)于生物浸出過程的工藝設(shè)計(jì)、工藝條件優(yōu)化、工藝技術(shù)放大，都具有十分重要的指導(dǎo)作用。生物浸出機(jī)理研究主要包括浸礦微生物在礦物表面的吸附、Fe3+對(duì)硫化礦的化學(xué)浸出，以及基于聯(lián)合作用的機(jī)理模型。
　　 本文主要從上述兩點(diǎn)展開進(jìn)行研究工作，主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　 一、對(duì)6株浸礦微生物浸出低品位黃銅礦的研究將微量在線運(yùn)動(dòng)呼吸儀(Respirometer)應(yīng)用于監(jiān)測(cè)生物浸

3、出過程以及監(jiān)測(cè)6株化能自養(yǎng)浸礦微生物的生長(zhǎng)活性。結(jié)果表明，O2消耗量在無菌情況下可以用來作為檢測(cè)Cu浸出量的指標(biāo)，O2摩爾消耗量與Cu摩爾浸出量之間有良好的線性關(guān)系。CO2消耗速率能夠較好地反映浸礦微生物生長(zhǎng)數(shù)量的微小變化，可以用來作為檢測(cè)浸礦自養(yǎng)微生物生長(zhǎng)的指標(biāo)。
　　 研究了能夠維持浸礦菌生長(zhǎng)所需要的黃銅礦的臨界品味。除A.caldus和A.thiooxidans不能夠在礦石品味(Cu％)低于0.2％的黃銅礦上活躍生長(zhǎng)外，其

4、余的4株浸礦菌S.metallicus、A.ferrooxidans、A.brierleyi以及L.ferriphilum在礦石品位僅為0.1％時(shí)仍然可以生長(zhǎng)。
　　 比較了不同的浸礦pH以及Fe2+或S0添加量對(duì)生物浸出的影響。浸礦溶液pH為1.0時(shí)最有利于浸礦菌的生長(zhǎng)和礦石的浸出。添加Fe2+既可以促進(jìn)礦石的浸出率，又提高了A.ferrooxidans和L.ferriphilum的生長(zhǎng)速率。添加S0僅僅能夠提高A.thioo

5、xidans和A.caldus的生長(zhǎng)速率，對(duì)礦石的浸出率沒有明顯的促進(jìn)作用。
　　 二、混合菌浸出低品位黃銅礦影響因素的研究通過正交試驗(yàn)分析了在28℃、37℃和65℃條件下，礦石品位、礦石粒度、浸礦溶液pH和浸礦溶液Fe2+濃度這4個(gè)因素對(duì)混合菌浸出低品位黃銅礦的影響。結(jié)果表明，浸礦溫度由28℃升高到65℃能夠加快黃銅礦的生物浸出速率，礦石品位越高的樣品，浸礦溫度升高的促進(jìn)作用越明顯。
　　 在上述4個(gè)因素中，對(duì)低品位黃

6、銅礦混合菌浸出Cu2+浸出量的影響力大小依次為：礦石品位>礦石粒度>Fe2+添加量>浸礦溶液pH。
　　 礦石粒度是對(duì)低品位黃銅礦混合菌浸出率影響最大的因素，且具有顯著影響(F>F0.10)，礦石粒度越小，礦石的浸出率越高。
　　 三、混合菌在黃鐵礦表面競(jìng)爭(zhēng)性吸附模型研究研究了L.Ferriphilum LF-104和A.caldus MTH-04各自單獨(dú)以及混合后在黃鐵礦表面的競(jìng)爭(zhēng)性吸附。使用Langmuir等溫吸附方

7、程和實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)吸附時(shí)的吸附優(yōu)先性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，L.Ferriphilum和A.caldus各自單獨(dú)以及混合后在黃鐵礦表面的吸附都符合Langmuir等溫吸附模型?；旌暇淖畲笪搅?CAm)低于單獨(dú)吸附時(shí)兩菌的最大吸附量之和，混合菌的KA值也都小于兩菌單獨(dú)吸附的KA值，說明L.Ferriphilum和A.caldus在黃鐵礦表面的吸附是競(jìng)爭(zhēng)性的。
　　 使用熒光定量PCR對(duì)L.Ferriphilum和A

8、.caldus的吸附比例進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)單獨(dú)吸附時(shí)L.ferriphilum的吸附比例為44％，混合吸附時(shí)為45％，然而，A.caldus單獨(dú)吸附時(shí)吸附比例為80％，混合吸附時(shí)為68％。這說明L.ferriphilum在與A.caldus的吸附競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)先吸附的地位，A.caldus處于劣勢(shì)。
　　 Zeta電位測(cè)定結(jié)果表明在pH2.0時(shí)，L.ferriphilum表面所帶正電荷數(shù)是A.caldus的3.7倍。定量FT-IR表

9、明在兩菌表面均含有蛋白質(zhì)分子中常含有的基團(tuán)，如CH，CH2，CH3，NH，NH2，NH3，COOH和CONH基團(tuán)，且L.ferriphilum這些基團(tuán)吸收峰的強(qiáng)度都大于A.caldus。
　　 四、閃鋅礦Fe3+化學(xué)浸出動(dòng)力學(xué)研究通過使用LabVIEW測(cè)控系統(tǒng)維持恒定的浸礦ORP和Fe3+濃度，對(duì)閃鋅礦Fe3+化學(xué)浸出進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，收縮核模型很好的描述了浸出速率隨礦石顆粒變小的趨勢(shì)。浸出速率常數(shù)k，同時(shí)取決于浸礦溶液的O

10、RP和Fe3+濃度，表明現(xiàn)有的電化學(xué)理論和電化學(xué)電荷轉(zhuǎn)移理論在描述閃鋅礦化學(xué)浸出動(dòng)力學(xué)時(shí)都是有局限性的。
　　 基于上述情況，建立了新的描述閃鋅礦Fe3+化學(xué)浸出的動(dòng)力學(xué)模型，該模型中，閃鋅礦的浸出速率同時(shí)取決于Fe3+/Fe2+比值和Fe3+濃度，通過線性回歸得到了該模型的所有參數(shù)。用該模型模擬了不同F(xiàn)e3+濃度條件下閃鋅礦化學(xué)浸出過程動(dòng)力學(xué)，得到了較好的模擬結(jié)果。
　　 五、硫砷銅礦生物浸出過程模型模擬研究建立了硫砷