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

1、生物冶金是微生物學與濕法冶金的交叉學科。近二三十年來，由于可用常規(guī)方法開采的金屬富礦日益匱乏，也由于人們的環(huán)保意識不斷增強，人們越來越開始關注如何使用生物浸礦技術，特別是應用生物浸礦技術從各種低品位礦中回收重要金屬。氧化亞鐵鉤端螺旋菌(Leptospirillumferrooxidans)是生物濕法冶金過程主要的浸礦菌種之一。該菌是一類專性自養(yǎng)鐵氧化細菌，螺旋狀，革蘭氏陰性菌，有鞭毛，可運動。最適生長pH2.0，在pH1.0時仍能很好的

2、生長；最適生長溫度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，已越來越受到人們的關注。在硫化礦細菌浸出過程中，金屬的溶解速率與細菌的生物量有關。研究細菌生長繁殖過程中鐵的行為以及各種參數的變化規(guī)律對實際的細菌浸出過程工藝條件的控制與優(yōu)化具有重要的參考價值。 硫化礦的氧化分為生物氧化和化學氧化(主要是三價鐵離子)兩大類，其中細菌吸附在固

3、體反應物的表面是生物浸出過程的最重要的環(huán)節(jié)。氧化亞鐵硫桿菌對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認為存在間接和直接浸出的協(xié)調作用，而且這種協(xié)調作用有利于細菌的生存。 本文通過對氧化亞鐵鉤端螺旋菌在9K培養(yǎng)基中生長及鐵的行為的研究。以Fe2+的氧化表征氧化亞鐵鉤端螺旋菌的生長特性及活性，推導并建立了氧化亞鐵鉤端螺旋菌MLH04在含亞鐵培養(yǎng)基中的生長響應模型。考察了不同二價鐵離子初

4、始濃度、三價鐵離子初始濃度對菌體生長和對亞鐵離子氧化速率的影響，并建立了底物和產物抑制條件下的細菌生長動力學模型?？疾炝瞬煌跏紁H對菌體生長和對亞鐵離子氧化速率的影響，并建立了不同pH條件下的細菌生長動力學模型。使用遺傳算法與禁忌搜索兩種優(yōu)化算法，通過計算機擬合，確定了模型中的各個動力學參數。利用該模型可以較好的預示含亞鐵培養(yǎng)基中的各個因素對細菌生長的影響。 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，測定了細菌在礦石

5、上的附著情況，考察了三價鐵離子對硫化礦的化學氧化作用，建立了相關動力學模型并對參數進行了優(yōu)化。 本文建立了氧化亞鐵鉤端螺旋菌浸礦的綜合簡單模型，數據顯示該模型可以較好的符合浸礦過程中各個量的變化趨勢，具有一定的實際價值。 本文借助于I-7000系列模塊并結合編寫的程序，實現了計算機對氧化亞鐵鉤端螺旋菌在含亞鐵培養(yǎng)基中生長的在線監(jiān)測與控制，并使氧化亞鐵鉤端螺旋菌在9K培養(yǎng)基中生長得到的菌濃提高了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，并使用反應器對氧化亞鐵鉤端螺旋菌固定化后轉化二價鐵離子生成高鐵離子進行了初步研究。 本文研究了遺傳算法與禁忌搜索數學模型參數擬合中的應用，以及他們的結合使用，采用龍格-庫塔法積分對模型進行數值求解。結果表明，優(yōu)化算法能夠高效地優(yōu)化計算模型參數，使模型預測值與實驗數據吻合良好。 本文以微軟公司的VisualBasic為編程語言，編制了優(yōu)化算法、數學模型模擬與預測以及計算機在線數據