金屬硫化礦微生物浸出及浸出機理數(shù)學模型研究.pdf

1、我國的銅礦資源多數(shù)為低品位礦，隨著多年來不斷的開采，礦石品位逐漸降低，現(xiàn)存的資源很大部分是低品位的原生硫化銅礦，對這類礦物使用常規(guī)的浮選工藝在經(jīng)濟上是不可行的。在國際上，生物堆浸-萃取-電積工藝已經(jīng)成功的用于處理次生硫化銅礦。然而，原生硫化銅礦中最主要的黃銅礦，其浸出速率卻比較緩慢。因此，提高黃銅礦的浸出速率成為生物浸出研究的一個關鍵問題。而提高生物浸出速率主要依靠提高浸礦微生物的生長活性、氧化能力，以及優(yōu)化與生物浸出相關的各種影響因素

2、。
　　 生物浸出機理數(shù)學模型的建立和研究，對于生物浸出過程的工藝設計、工藝條件優(yōu)化、工藝技術放大，都具有十分重要的指導作用。生物浸出機理研究主要包括浸礦微生物在礦物表面的吸附、Fe3+對硫化礦的化學浸出，以及基于聯(lián)合作用的機理模型。
　　 本文主要從上述兩點展開進行研究工作，主要研究內(nèi)容和結果如下：
　　 一、對6株浸礦微生物浸出低品位黃銅礦的研究將微量在線運動呼吸儀(Respirometer)應用于監(jiān)測生物浸

3、出過程以及監(jiān)測6株化能自養(yǎng)浸礦微生物的生長活性。結果表明，O2消耗量在無菌情況下可以用來作為檢測Cu浸出量的指標，O2摩爾消耗量與Cu摩爾浸出量之間有良好的線性關系。CO2消耗速率能夠較好地反映浸礦微生物生長數(shù)量的微小變化，可以用來作為檢測浸礦自養(yǎng)微生物生長的指標。
　　 研究了能夠維持浸礦菌生長所需要的黃銅礦的臨界品味。除A.caldus和A.thiooxidans不能夠在礦石品味(Cu％)低于0.2％的黃銅礦上活躍生長外，其

4、余的4株浸礦菌S.metallicus、A.ferrooxidans、A.brierleyi以及L.ferriphilum在礦石品位僅為0.1％時仍然可以生長。
　　 比較了不同的浸礦pH以及Fe2+或S0添加量對生物浸出的影響。浸礦溶液pH為1.0時最有利于浸礦菌的生長和礦石的浸出。添加Fe2+既可以促進礦石的浸出率，又提高了A.ferrooxidans和L.ferriphilum的生長速率。添加S0僅僅能夠提高A.thioo

5、xidans和A.caldus的生長速率，對礦石的浸出率沒有明顯的促進作用。
　　 二、混合菌浸出低品位黃銅礦影響因素的研究通過正交試驗分析了在28℃、37℃和65℃條件下，礦石品位、礦石粒度、浸礦溶液pH和浸礦溶液Fe2+濃度這4個因素對混合菌浸出低品位黃銅礦的影響。結果表明，浸礦溫度由28℃升高到65℃能夠加快黃銅礦的生物浸出速率，礦石品位越高的樣品，浸礦溫度升高的促進作用越明顯。
　　 在上述4個因素中，對低品位黃

6、銅礦混合菌浸出Cu2+浸出量的影響力大小依次為：礦石品位>礦石粒度>Fe2+添加量>浸礦溶液pH。
　　 礦石粒度是對低品位黃銅礦混合菌浸出率影響最大的因素，且具有顯著影響(F>F0.10)，礦石粒度越小，礦石的浸出率越高。
　　 三、混合菌在黃鐵礦表面競爭性吸附模型研究研究了L.Ferriphilum LF-104和A.caldus MTH-04各自單獨以及混合后在黃鐵礦表面的競爭性吸附。使用Langmuir等溫吸附方

7、程和實時熒光定量PCR技術對競爭吸附時的吸附優(yōu)先性進行了分析，結果表明，L.Ferriphilum和A.caldus各自單獨以及混合后在黃鐵礦表面的吸附都符合Langmuir等溫吸附模型。混合菌的最大吸附量(CAm)低于單獨吸附時兩菌的最大吸附量之和，混合菌的KA值也都小于兩菌單獨吸附的KA值，說明L.Ferriphilum和A.caldus在黃鐵礦表面的吸附是競爭性的。
　　 使用熒光定量PCR對L.Ferriphilum和A

8、.caldus的吸附比例進行了研究，發(fā)現(xiàn)單獨吸附時L.ferriphilum的吸附比例為44％，混合吸附時為45％，然而，A.caldus單獨吸附時吸附比例為80％，混合吸附時為68％。這說明L.ferriphilum在與A.caldus的吸附競爭中處于優(yōu)先吸附的地位，A.caldus處于劣勢。
　　 Zeta電位測定結果表明在pH2.0時，L.ferriphilum表面所帶正電荷數(shù)是A.caldus的3.7倍。定量FT-IR表

9、明在兩菌表面均含有蛋白質分子中常含有的基團，如CH，CH2，CH3，NH，NH2，NH3，COOH和CONH基團，且L.ferriphilum這些基團吸收峰的強度都大于A.caldus。
　　 四、閃鋅礦Fe3+化學浸出動力學研究通過使用LabVIEW測控系統(tǒng)維持恒定的浸礦ORP和Fe3+濃度，對閃鋅礦Fe3+化學浸出進行了研究。結果表明，收縮核模型很好的描述了浸出速率隨礦石顆粒變小的趨勢。浸出速率常數(shù)k，同時取決于浸礦溶液的O

10、RP和Fe3+濃度，表明現(xiàn)有的電化學理論和電化學電荷轉移理論在描述閃鋅礦化學浸出動力學時都是有局限性的。
　　 基于上述情況，建立了新的描述閃鋅礦Fe3+化學浸出的動力學模型，該模型中，閃鋅礦的浸出速率同時取決于Fe3+/Fe2+比值和Fe3+濃度，通過線性回歸得到了該模型的所有參數(shù)。用該模型模擬了不同F(xiàn)e3+濃度條件下閃鋅礦化學浸出過程動力學，得到了較好的模擬結果。
　　 五、硫砷銅礦生物浸出過程模型模擬研究建立了硫砷