氧化亞鐵鉤端螺旋菌生長(zhǎng)與浸礦過(guò)程模型及過(guò)程在線監(jiān)測(cè)與控制研究.pdf

1、生物冶金是微生物學(xué)與濕法冶金的交叉學(xué)科。近二三十年來(lái)，由于可用常規(guī)方法開(kāi)采的金屬富礦日益匱乏，也由于人們的環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，人們?cè)絹?lái)越開(kāi)始關(guān)注如何使用生物浸礦技術(shù)，特別是應(yīng)用生物浸礦技術(shù)從各種低品位礦中回收重要金屬。氧化亞鐵鉤端螺旋菌(Leptospirillumferrooxidans)是生物濕法冶金過(guò)程主要的浸礦菌種之一。該菌是一類專性自養(yǎng)鐵氧化細(xì)菌，螺旋狀，革蘭氏陰性菌，有鞭毛，可運(yùn)動(dòng)。最適生長(zhǎng)pH2.0，在pH1.0時(shí)仍能很好的

2、生長(zhǎng)；最適生長(zhǎng)溫度37℃，最高45℃。由于L.ferrooxidans可以耐受較低的pH值及較高的氧化還原電位和較高的溫度，因而在微生物浸礦中起著重要的作用，已越來(lái)越受到人們的關(guān)注。在硫化礦細(xì)菌浸出過(guò)程中，金屬的溶解速率與細(xì)菌的生物量有關(guān)。研究細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中鐵的行為以及各種參數(shù)的變化規(guī)律對(duì)實(shí)際的細(xì)菌浸出過(guò)程工藝條件的控制與優(yōu)化具有重要的參考價(jià)值。 硫化礦的氧化分為生物氧化和化學(xué)氧化(主要是三價(jià)鐵離子)兩大類，其中細(xì)菌吸附在固

3、體反應(yīng)物的表面是生物浸出過(guò)程的最重要的環(huán)節(jié)。氧化亞鐵硫桿菌對(duì)金屬硫化物的生物浸出主要分為兩類，即直接浸出和間接浸出。然而，Rojas-Chapana認(rèn)為存在間接和直接浸出的協(xié)調(diào)作用，而且這種協(xié)調(diào)作用有利于細(xì)菌的生存。 本文通過(guò)對(duì)氧化亞鐵鉤端螺旋菌在9K培養(yǎng)基中生長(zhǎng)及鐵的行為的研究。以Fe2+的氧化表征氧化亞鐵鉤端螺旋菌的生長(zhǎng)特性及活性，推導(dǎo)并建立了氧化亞鐵鉤端螺旋菌MLH04在含亞鐵培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)響應(yīng)模型?？疾炝瞬煌r(jià)鐵離子初

4、始濃度、三價(jià)鐵離子初始濃度對(duì)菌體生長(zhǎng)和對(duì)亞鐵離子氧化速率的影響，并建立了底物和產(chǎn)物抑制條件下的細(xì)菌生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型?？疾炝瞬煌跏紁H對(duì)菌體生長(zhǎng)和對(duì)亞鐵離子氧化速率的影響，并建立了不同pH條件下的細(xì)菌生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型。使用遺傳算法與禁忌搜索兩種優(yōu)化算法，通過(guò)計(jì)算機(jī)擬合，確定了模型中的各個(gè)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。利用該模型可以較好的預(yù)示含亞鐵培養(yǎng)基中的各個(gè)因素對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的影響。 本文研究了氧化亞鐵鉤端螺旋菌在硫化礦粉上的氧化反應(yīng)，測(cè)定了細(xì)菌在礦石

5、上的附著情況，考察了三價(jià)鐵離子對(duì)硫化礦的化學(xué)氧化作用，建立了相關(guān)動(dòng)力學(xué)模型并對(duì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。 本文建立了氧化亞鐵鉤端螺旋菌浸礦的綜合簡(jiǎn)單模型，數(shù)據(jù)顯示該模型可以較好的符合浸礦過(guò)程中各個(gè)量的變化趨勢(shì)，具有一定的實(shí)際價(jià)值。 本文借助于I-7000系列模塊并結(jié)合編寫(xiě)的程序，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)對(duì)氧化亞鐵鉤端螺旋菌在含亞鐵培養(yǎng)基中生長(zhǎng)的在線監(jiān)測(cè)與控制，并使氧化亞鐵鉤端螺旋菌在9K培養(yǎng)基中生長(zhǎng)得到的菌濃提高了6倍。 本文研究了氧

6、化亞鐵鉤端螺旋菌在纖維性材料上的固定化特性，并使用反應(yīng)器對(duì)氧化亞鐵鉤端螺旋菌固定化后轉(zhuǎn)化二價(jià)鐵離子生成高鐵離子進(jìn)行了初步研究。 本文研究了遺傳算法與禁忌搜索數(shù)學(xué)模型參數(shù)擬合中的應(yīng)用，以及他們的結(jié)合使用，采用龍格-庫(kù)塔法積分對(duì)模型進(jìn)行數(shù)值求解。結(jié)果表明，優(yōu)化算法能夠高效地優(yōu)化計(jì)算模型參數(shù)，使模型預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好。 本文以微軟公司的VisualBasic為編程語(yǔ)言，編制了優(yōu)化算法、數(shù)學(xué)模型模擬與預(yù)測(cè)以及計(jì)算機(jī)在線數(shù)據(jù)