斜方藍(lán)輝銅礦、銅藍(lán)和黃銅礦生物浸出及機(jī)理.pdf

1、斜方藍(lán)輝銅礦(anilite)是Cu-S體系中的一種，1969年被Morimoto發(fā)現(xiàn)，化學(xué)式為Cu1.75S或Cu7S4[Morimoto,1969]，2000年在我國(guó)被首次報(bào)道［薛紀(jì)越，2000］。斜方藍(lán)輝銅礦生物浸出的研究至今沒有報(bào)道。本項(xiàng)目在國(guó)家重大基礎(chǔ)研究(973)計(jì)劃項(xiàng)目(2004CB619204)、國(guó)家創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金項(xiàng)目(50621063)的資助下，對(duì)斜方藍(lán)輝銅礦、銅藍(lán)和黃銅礦的生物浸出及機(jī)理進(jìn)行了研究，主要工作及創(chuàng)

2、新點(diǎn)如下：
　　 (1)浸礦細(xì)菌的分離鑒定及理化性質(zhì)分析
　　 本文采用雙層固體平板分離純化和鑒定了兩種浸礦細(xì)菌，嗜酸氧化亞鐵硫桿菌和喜溫硫桿菌，分別對(duì)兩種菌的理化性質(zhì)和重金屬離子對(duì)其影響進(jìn)行了研究。嗜酸氧化亞鐵硫桿菌可以氧化亞鐵和單質(zhì)硫，最適生長(zhǎng)溫度為35℃，最適pH為2.0～2.5之間，對(duì)Cu2＋、Cr3＋、Cd2＋和Pb2＋有較好的抗性。喜溫硫桿菌DX-2可以氧化單質(zhì)硫和硫代硫酸鈉，不能氧化亞鐵，最適生長(zhǎng)溫度為45

3、℃，該菌對(duì)重金屬離子的抗性不如嗜酸氧化亞鐵硫桿菌。
　　 (2)斜方藍(lán)輝銅礦、銅藍(lán)和黃銅礦的生物浸出
　　 用嗜酸氧化亞鐵硫桿菌和喜溫硫桿菌進(jìn)行了斜方藍(lán)輝銅礦、銅藍(lán)和黃銅礦的浸出，考察了四個(gè)體系：不加單質(zhì)硫也不加亞鐵體系，添加單質(zhì)硫體系，添加亞鐵體系，既加單質(zhì)硫又加亞鐵體系。在所有體系中，喜溫硫桿菌浸出液中銅離子濃度和無菌浸出液的銅離子濃度差別不大，喜溫硫桿菌對(duì)斜方藍(lán)輝銅礦、銅藍(lán)和黃銅礦氧化作用不明顯。當(dāng)喜溫硫桿菌和嗜酸

4、氧化亞鐵硫桿菌共同作用于礦物時(shí)，它能加強(qiáng)嗜酸氧化亞鐵硫桿菌對(duì)三種礦的浸出。單質(zhì)硫的加入能提高斜方藍(lán)輝銅礦的浸出率，但不能提高銅藍(lán)和黃銅礦浸出率。亞鐵的添加能明顯提高斜方藍(lán)輝銅礦銅的浸出，在一定范圍內(nèi)浸出液的銅離子濃度和加入的亞鐵濃度呈線性關(guān)系，加入亞鐵的量越多，銅離子濃度越高；亞鐵的加入能提高銅藍(lán)的浸出速率，但不能提高浸出率；亞鐵的加入能提高無菌黃銅礦的浸出率，但不能明顯提高嗜酸氧化亞鐵硫桿菌對(duì)黃銅礦的浸出。
　　 (3)細(xì)菌氧

5、化斜方藍(lán)輝銅礦、銅藍(lán)及黃銅礦的微觀機(jī)理研究
　　 對(duì)浸出后的固體殘?jiān)M(jìn)行掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，有大量的細(xì)菌吸附于斜方藍(lán)輝銅礦、銅藍(lán)和黃銅礦表面，且細(xì)菌大部分吸附于礦物表面裂隙和晶體缺陷處；斜方藍(lán)輝銅礦和銅藍(lán)表面沒有發(fā)現(xiàn)腐蝕小坑，黃銅礦表面出現(xiàn)了細(xì)菌形狀的腐蝕小坑，有細(xì)菌吸附的表面變得粗糙，沒有細(xì)菌吸附的地方仍然較為光滑。
　　 在添加硫酸亞鐵體系中，斜方藍(lán)輝銅礦不同浸出周期產(chǎn)生浸渣的能譜分析結(jié)果表明：在接種嗜酸氧化亞鐵硫桿菌

6、的礦物，表面銅元素隨著時(shí)間增加逐漸減少，元素硫隨著浸出時(shí)間增加逐漸增加，最后在表面形成了多孔的硫?qū)?。?duì)嗜酸氧化亞鐵硫桿菌浸出后的斜方藍(lán)輝銅礦礦渣進(jìn)行X-衍射分析發(fā)現(xiàn)，主要成分為黃鉀鐵礬，含有少量的銅藍(lán)和單質(zhì)硫。斜方藍(lán)輝銅礦的氧化分為兩個(gè)步驟：第一是斜方藍(lán)輝銅礦被氧化成銅藍(lán)，第二步是銅藍(lán)進(jìn)一步被氧化成銅離子。
　　 在添加硫酸亞鐵體系中，銅藍(lán)不同浸出周期的固體殘?jiān)M(jìn)行掃描電鏡和能譜分析結(jié)果表明：在接種嗜酸氧化亞鐵硫桿菌體系中，礦物

7、表面銅元素隨著時(shí)間增加逐漸減少，元素硫隨著浸出時(shí)間增加緩慢增加，但沒有形成多孔的硫?qū)印?br>　　 在既不加硫也不加亞鐵體系，黃銅礦浸出后固體殘?jiān)哪茏V分析顯示，隨著浸出時(shí)間的延長(zhǎng)，礦物表面Cu原子的重量百分比是逐漸降低，F(xiàn)e原子的重量百分比逐漸增加，S0在礦物表面積累，逐步形成硫膜。
　　 (4)斜方藍(lán)輝銅礦、銅藍(lán)和黃銅礦氧化的電化學(xué)機(jī)理研究
　　 采用循環(huán)伏安電化學(xué)研究方法對(duì)斜方藍(lán)輝銅礦、銅藍(lán)和黃銅礦在有菌或無菌酸

8、性體系中的電化學(xué)行為進(jìn)行研究。斜方藍(lán)輝銅礦-碳糊電極在9K電解質(zhì)溶液的循環(huán)伏安曲線表明，在－0.65V和－0.25V左右存在陽極峰A1、A2，在0V和－0.7V左右存在陰極峰C1、C2。當(dāng)浸礦細(xì)菌加入該體系進(jìn)行循環(huán)伏安曲線分析發(fā)現(xiàn)，在加菌體系中，陽極峰A1的起始峰電位和峰電位都負(fù)移。
　　 銅藍(lán)-碳糊電極在9K電解質(zhì)溶液條件下的循環(huán)伏安曲線表明，E＝－0.50V、E＝－0.15V、E＝0.72V附近出現(xiàn)陽極峰A1、A2、A3，負(fù)

9、向掃描時(shí)在E＝－0.55V、E＝－0.13V出現(xiàn)了陰極峰C1、C2。輝銅礦是銅藍(lán)氧化的中間產(chǎn)物。浸礦細(xì)菌加入9K電解質(zhì)溶液中，陽極峰A3的峰電流增大。
　　 黃銅礦-碳糊電極在9K電解質(zhì)溶液中的循環(huán)伏安曲線表明，在0.072、0.47、1V左右分別出現(xiàn)黃銅礦的陽極氧化峰A3、A2、A1。陰極方向在0V時(shí)出現(xiàn)還原峰C1。其中A2是黃銅礦的直接氧化峰，黃銅礦氧化后形成Cu1－xFe1－yS2－z中間產(chǎn)物，對(duì)礦物表面繼續(xù)分解起鈍化作用