鉛鋅硫化尾礦中金屬的生物浸出行為及浸出機(jī)理的研究.pdf

1、針對(duì)富礦、易處理礦資源日漸減少、環(huán)保要求不斷提高、對(duì)金屬的需求與日俱增的要求，金屬尾礦的綜合利用受到日益關(guān)注和重視。尾礦中蘊(yùn)含有大量的稀有金屬和有色金屬，同時(shí)尾礦的大量堆存對(duì)水體和土壤等環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，合理開發(fā)和利用尾礦在資源利用和重金屬污染防治方面都有重要的意義。目前利用濕法和火法處理金屬尾礦雖然有效，但能耗大，處理費(fèi)用高，容易造成二次污染。而生物浸出技術(shù)具有反應(yīng)溫和、無二次污染、生產(chǎn)成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。因此硫化礦尾礦的生物浸

2、出的研究具有重大的研究意義，可以為尾礦的綜合利用提供新的途徑。本文利用生物浸出工藝對(duì)鉛鋅硫化尾礦浸出處理研究，研究了浸礦微生物-嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(A cidithiobacillus ferrooxidans，A.f)的生長特性和生長動(dòng)力學(xué)。同時(shí)研究了不同因素對(duì)生物浸出鉛鋅硫化尾礦的影響，確定了最佳的浸出條件，推導(dǎo)生物浸出動(dòng)力學(xué)，同時(shí)利用放大試驗(yàn)驗(yàn)證生物浸出搖瓶試驗(yàn)。在生物浸出最佳條件基礎(chǔ)上，探討了生物浸出過程中重金屬形態(tài)、礦物物相

3、和表面形貌作用和變化規(guī)律，同時(shí)研究了胞外聚合物(Extracellular polymeric substances; EPS)分層組分在生物浸出過程的作用和變化規(guī)律。利用鹽水浸出工藝回收生物浸出尾礦渣中的鉛，利用硫化鈉沉淀回收和去除浸出液中的金屬。
　　(1)通過研究不同初始pH、Cu2+和Zn2+濃度對(duì)A.f菌生長特性的影響，探究不同pH、Cu2+和Zn2+濃度對(duì)培養(yǎng)液中細(xì)菌濃度、pH、亞鐵濃度和氧化還原電位的影響。當(dāng)pH過高

4、(3.0)和過低(1.0)，微生物的生長受到很大影響;當(dāng)pH=2.0，A.f菌處于適宜的生長環(huán)境中，能夠快速生長。A.f菌對(duì)Cu2+和Zn2+具有一定的耐受能力，隨著培養(yǎng)液中的Cu2+和Zn2+濃度的增加，A.f菌生長活性受到的抑制作用也增大。當(dāng)培養(yǎng)液中c(Cu2+)≤0.5 g/L時(shí)，Cu2+對(duì)A.f菌的生長活性影響較小;當(dāng)c(Cu2+)=1.0-2.0 g/L時(shí)，出現(xiàn)明顯的延遲效應(yīng);當(dāng)c(Cu2+)≥3.5 g/L時(shí)，A.f菌生長完

5、全受到抑制。當(dāng)c(Zn2+)≤20g/L時(shí)，Zn2+對(duì)細(xì)菌生長活性影響很小;當(dāng)c(Zn2+)=30 g/L時(shí)，A.f菌生長受到抑制已經(jīng)比較明顯，停滯期明顯增加。依據(jù)Monod方程，推導(dǎo)并建立了A.f菌在不同Cu2+和Zn2+濃度下的生長動(dòng)力學(xué)方程，各動(dòng)力學(xué)曲線的相關(guān)性較好，表明動(dòng)力學(xué)方程能較好地描述不同Cu2+和Zn2+濃度對(duì)A.f生長的影響。
　　(2)研究A.f菌對(duì)鉛鋅硫化尾礦重金屬離子的生物浸出、重金屬形態(tài)變化、礦物物相結(jié)構(gòu)

6、和礦物表面形貌變化有助于了解生物浸出的過程變化和浸礦過程的作用。本文通過考察生物浸出體系中不同初始pH值(1.5-3.0)和礦漿濃度(5-20％)對(duì)pH值和浸出尾礦重金屬的影響，得到生物浸出的最佳條件(pH2.0和5％礦漿濃度)。根據(jù)最佳的生物浸出條件，進(jìn)行生物浸出對(duì)重金屬形態(tài)、尾礦礦物物相結(jié)構(gòu)和表面形貌作用的研究。生物浸出作用對(duì)pH值和尾礦重金屬的浸出影響巨大，隨著初始pH值和礦漿濃度的增加，pH值下降速率呈現(xiàn)先升高后降低、重金屬浸出

7、率也呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。最佳的生物浸出初始pH為2.0，礦漿濃度為50 g/L。而Cu、Fe、Pb和Zn的最佳浸出率分別為80.00％、85.45％、4.12％和97.85％。BCR、XRD和SEM分析表明，隨著浸出時(shí)間的延長，重金屬形態(tài)逐漸改變，首先易遷移的重金屬被生物浸出，然后穩(wěn)定的重金屬也逐漸被生物浸出;尾礦中的硫化礦物（閃鋅礦和黃鐵礦）被微生物逐漸氧化，到生物浸出后期，硫化礦物基本消耗殆盡，隨著生物浸出的進(jìn)行，同時(shí)產(chǎn)生大量的

8、二次礦物，主要是硫酸鉛和石膏;而礦物的表面形貌隨著生物浸出的進(jìn)行被微生物不斷的侵蝕，由平整的表面變成布滿凹槽和孔洞，同時(shí)礦物表面粘附著大量的二次礦物。
　　(3)研究生物浸出過程中A.f菌在礦物表面的吸附情況和微生物EPS的作用機(jī)制。根據(jù)最佳的生物浸出條件，對(duì)微生物吸附量，EPS分層組分中多糖、蛋白質(zhì)和TOC進(jìn)行研究分析。隨著生物浸出時(shí)間的增加，細(xì)菌吸附量、LB-EPS和TB-EPS的多糖、蛋白質(zhì)含量和TOC濃度都隨著生物浸出的不

9、同階段不斷的變化。三維熒光光譜顯示生物TB-EPS層組成成分不斷的變化，生物浸出作用主要發(fā)生在TB-EPS層。生物浸出過程中，EPS中產(chǎn)生大量腐殖質(zhì)類物質(zhì)，腐殖質(zhì)類物質(zhì)與胞外酶形成穩(wěn)定的復(fù)合物，同時(shí)它與金屬離子發(fā)生絡(luò)合作用，降低金屬離子的毒性，從而有利于生物浸出的順利進(jìn)行。EPS中色氨酸類物質(zhì)也大量的產(chǎn)生，腐殖值類物質(zhì)和色氨酸類物質(zhì)增加和降低的趨勢(shì)是一致，它們結(jié)合成配合物，促進(jìn)生物浸出作用的進(jìn)行。
　　(4)研究鹽水浸出對(duì)尾礦渣P

10、b的浸出效率和硫化鈉沉淀對(duì)浸出液金屬回收和去除的效果。鹽水浸出過程中，Pb的浸出效率與NaCl濃度成正比關(guān)系，與礦漿濃度成反比關(guān)系，而浸出時(shí)間對(duì)Pb浸出率的影響是很輕微的;浸出液中金屬的沉淀過程，硫化鈉投加量與沉淀率成正比。當(dāng)NaCl濃度為150 g/L，鹽水浸出基本達(dá)到飽和浸出，在不同礦漿濃度條件下Pb的浸出率都超過84％;當(dāng)硫化鈉投加量為25 g/L，生物浸出液中Cu、Pb、Zn基本沉淀完全，而Fe沉淀率超過75％;當(dāng)硫化鈉投加量為