復雜硫化銅鈷礦生物浸出機理及新工藝研究.pdf

1、鈷是一種非常重要的戰(zhàn)略金屬，應用極其廣泛。我國鈷礦產(chǎn)資源具有富礦少貧礦多、易處理礦少難處理礦多的特點，若采用傳統(tǒng)提鈷工藝處理此類礦產(chǎn)資源，其經(jīng)濟效益和社會效益均不理想。生物冶金技術是一種新興的工藝，具有成本低、環(huán)境污染小、操作簡單等優(yōu)點，處理此類礦產(chǎn)資源與傳統(tǒng)工藝相比具有明顯的優(yōu)勢。目前，對于含鈷硫化礦物生物浸出工藝及生物浸出機理的研究仍存在許多亟待解決的問題，具有很高的理論研究價值。在這一背景下，本課題以贊比亞巴魯巴鈷精礦為研究對象，

2、對含鈷硫化礦物生物浸出機理、浸出工藝及強化浸出進行研究。
　　工藝礦物學研究表明，研究所用的鈷精礦含鈷、銅分別為1.63％、1.05％。金屬硫化礦物主要有硫銅鈷礦、黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦、銅藍、黃鐵礦等。硫銅鈷礦、黃銅礦、黃鐵礦大部分為單體礦物，少部分為連生體。斑銅礦、輝銅礦、銅藍主要以與其他金屬硫化礦物或脈石礦物連生形式賦存，單體礦物出現(xiàn)的很少。含鈷礦物與含鐵礦物主要分布在細粒度礦石中，粒度小于150μm的礦石中的鈷含量占鈷總量

3、的96.24％，鐵含量占總鐵量的83.38％。而含銅礦物的分布比較均勻，各個粒級的銅含量相差不大。
　　綜合利用偏光顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線能譜分析(EDS)、X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)等先進的表面分析檢測技術，對硫銅鈷礦的氧化腐蝕過程、溶解反應途徑、氧化產(chǎn)物層的化學成分和結(jié)構變化規(guī)律等進行了研究。由硫銅鈷礦在與細菌接觸和非接觸條件下的氧化腐蝕結(jié)果可知，硫銅鈷礦生物氧化過程中，間接作用機制與間

4、接接觸作用機制均存在，并且間接接觸作用機制對礦物的氧化溶解有重要影響。由SEM、XPS及EDS等分析結(jié)果可知，硫銅鈷礦生物氧化過程中，礦物中硫元素氧化價態(tài)的轉(zhuǎn)化過程為:S2-→S0→S4+→S6+，礦物表面有單質(zhì)S0、硫酸鹽和亞硫酸鹽等氧化腐蝕產(chǎn)物生成。由此可以推斷，硫銅鈷礦的氧化溶解按照多硫化物途徑進行。
　　在生物浸出過程中，硫銅鈷礦的氧化腐蝕不是均勻性地進行，而是在礦物表面形成許多大小不一的腐蝕坑洞，并逐漸加深加大。同時，隨

5、著氧化時間延長，礦物表面氧化腐蝕產(chǎn)物逐漸增多，并形成一層松散多孔、分布不均的氧化產(chǎn)物層。氧化產(chǎn)物層化學成分和結(jié)構的變化規(guī)律為:形成初期，氧化產(chǎn)物層主要由黃鉀鐵礬與亞硫酸鹽組成，其結(jié)構松散多孔、分布不均;形成中期，氧化產(chǎn)物層主要由單質(zhì)S0、黃鉀鐵礬與亞硫酸鹽組成，厚度逐漸增加;形成后期，氧化產(chǎn)物層主要由黃鉀鐵礬組成，厚度有繼續(xù)增加的趨勢。
　　鈷精礦生物浸出與化學浸出搖瓶對比實驗表明，采用生物浸出工藝，鈷浸出率為85.71％，比化學

6、浸出增加63.26％，平均鈷浸出速率提高近4倍;銅浸出率為60.38％，比化學浸出增加27.62％，平均銅浸出速率提高1.8倍。利用耐鈷ZY101菌種浸出贊比亞鈷精礦效果良好，該工藝具有可行性。通過鈷精礦生物浸出影響因素單因素對比實驗得出最佳工藝參數(shù)為:浸礦菌種采用馴化菌;pH值為1.1～1.7;浸出溫度為45℃;礦石粒度小于38μm的占70％以上。在礦漿濃度為15％的生物浸出擴大實驗中，鈷浸出率為86.75％，銅浸出率為70.35％，

7、浸出效果良好。
　　添加表面活性劑可加速礦物表面氧化產(chǎn)物層的氧化溶解，降低氧化產(chǎn)物層的鈍化作用，促進鈷精礦的生物浸出，提高金屬浸出率。其中，Tween-20與Tween-80的催化效果優(yōu)于RB-1181，質(zhì)量濃度為0.10 g·L-1時即可達到最佳催化效果;添加活性炭，通過原電池效應，陽極硫銅鈷礦氧化溶解加速，金屬浸出率提高。質(zhì)量濃度為1.0 g·L-1時催化效果最佳;同時添加表面活性劑與活性炭，通過兩者之間的協(xié)同效應，催化效果增