氧化亚铁硫杆菌的生化两极循环反应浸出硫化矿

论文摘要

传统的生物浸出工艺由于浸出周期长,浸出率低等因素,已经越来越不能满足冶金工业发展的需要。基于生物浸出的联合作用机理,本文设计了一种生化两极循环反应工艺,该工艺将传统的矿物生物浸出过程分为细菌生长,Fe2+的细菌氧化的生物反应过程以及细菌氧化产物有矿物间的化学反应过程。该工艺流程为:在生物反应器中Fe2+被At.f氧化为Fe3+,Fe3+通过恒流泵进入化学反应器,并与其中的硫化矿进行反应产生Fe2+,然后这些Fe2+又进入生物反应器被At.f氧化为Fe3+,其后这些Fe3+又被带入化学反应器,如此往复循环。该工艺的主要特点是:第一,可以分别化学反应过程和生物反应过程进行强化,以便提高硫化矿的浸出率;第二,利用生物反应器中的At.f可以不断地产生Fe3+。在对化学反应过程采取强化措施时,发现升高温度,增加Fe3+和添加Cl-都有利于镍硫化矿的浸出,考虑到成本因素,决定把T=50℃,[Fe3+]=9g/L,Cl-=3.8 g/L做为最佳的化学浸出硫化矿的工艺参数。因为固定化At.f可以增加细菌浓度,提高Fe3+的形成速率,提供丰富的氧化剂,于是尝试采用PVA冷冻法固定At.f,但是固定化At.f由于其丰富的表面积将产生大量的黄铁矾沉淀,减少了作为氧化剂的Fe3+,因此在用生化两极循环反应处理镍硫化矿时,固定化At.f比游离At.f的浸出率低。为了既能利用固定化所提供的快速的Fe2+氧化速率,又能降低黄铁矾沉淀所带来的负面影响。本文通过降低pH值,减少（NH4）2SO4来减少黄铁矾,但即使黄铁矾沉淀得到一定程度的减少,其黄铁矾沉淀的生成量也远远大于培养游离At.f所产生的沉淀。因此,本项目决定采用游离At.f来浸出硫化矿。当[Fe3+]=9 g/L,Cl-=3.8g/L,生物反应器T=30℃,化学反应器T=50℃,生化两极循坏浸出硫化矿工艺在浸出周期为9天,矿浆浓度为5%,该工艺的镍浸出率为60%。为了尽量缩短浸出时间,又对化学反应器采取了气体搅拌的强化措施,在维持相同的操作参数的条件下,经过5天,镍黄铁矿的浸出率就达到了83.8%,明显高于无菌组和30℃对照组的浸出结果。然而,当这种工艺用于浸出白银黄铜矿,经过5天,黄铜矿的浸出率仍然低于20%,这主要是因为镍黄铁矿的间接浸出主要是通过硫代硫酸盐实现的,而黄铜矿主要是通过多聚硫化物和单质硫实现的,这层惰性膜会阻碍Fe3+和矿物的接触,对于这类矿物,需要提高温度至80℃以上。

论文目录

• 缩略词表
• 中文摘要
• Abstract
• 第一部分 文献综述
• 1.1 生物湿法冶金简介
• 1.2 生物冶金中常用的微生物
• 1.3 细菌浸出原理及反应机理研究
• 1.4 生物浸出的影响因素
• 1.4.1 微生物的活性
• 1.4.2 矿物的影响
• 1.5 传统生物浸出的工艺
• 1.6 生物浸出工艺的强化
• 1.6.1 浸矿所用菌株的选择
• 1.6.2 生物浸出模式的强化
• 1.7 立题依据
• 第二部分 At.f氧化产物浸出金川低品位镍矿和白银铜矿工艺条件研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 1.2.1 亚铁和总铁浓度测定
• 1.2.2 矿石驯化培养
• 1.2.3 各种工艺参数对铜矿和镍矿浸出率的影响
• 2 结果与分析
• 2.1 温度对浸出金川镍矿和白银铜矿的影响
• 3+对浸出金川镍矿和白银铜矿的影响'>2.2 Fe³⁺对浸出金川镍矿和白银铜矿的影响
• -加入对浸出金川镍矿和白银铜矿的影响'>2.3 Cl^-加入对浸出金川镍矿和白银铜矿的影响
• 3 结论
• 第三部分 At.f的温度适应性驯化
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 2.1 温度对At.f生长的影响
• 2.2 At.f在气升式反应器浸出金川镍矿和白银铜矿
• 3 结论
• 第四部分 At.f在生化两极反应体系浸出金川镍矿
• 1 材料与方法
• 1.1 At.f的固定化
• 1.1.1 细胞的培养及收集
• 1.1.2 细胞的固定化
• 1.2 At.f在生化两极反应体系浸出金川镍矿
• 1.2.1 游离At.f在生化两极反应系统中浸出金川镍矿
• 1.2.2 固定化At.f在生化两极反应工艺中浸出金川镍矿
• 1.2.3 固定化At.f摇瓶培养过程中沉淀减少的研究
• 1.3 游离At.f和固定化At.f催化合成沉淀收集和XRD分析
• 2 结果
• 2.1 固定化At.f和游离At.f浸出金川镍矿比较
• 2.2 游离At.f和固定化At.f培养过程中产生黄铁矾差异性研究
• 2.2.1 X射线鉴定游离At.f和固定化At.f培养过程中产生的沉淀
• 2.2.2 黄铁矾的形成机制研究
• 2.3 通过改变培养条件减少黄铁矾沉淀的试验
• 2.3.1 固定化At.f摇瓶培养沉淀减少研究
• 2.3.1.1 pH值对沉淀减少的影响
• 4）₂SO₄含量对沉淀减少的影响'>2.3.1.2（NH₄）₂SO₄含量对沉淀减少的影响
• 2.4 游离At.f在生化两极反应系统中浸出金川镍矿
• 3 结论
• 第五部分 对生化两极反应工艺的进一步强化
• 1 材料与方法
• 1.1 游离At.f在生化两极反应系统中浸出硫化矿
• 2 结果
• 2.1 游离At.f在生化两极反应系统中浸出浸出镍矿
• 2.2 游离At.f在生化两极反应系统中浸出浸出铜矿
• 3 结论
• 第六部分 总结
• 参考文献
• 致谢