黄铁矿和毒砂的生物浮选分离及机理研究

论文摘要

砷是亲硫元素,常与硫化矿伴生,是有色金属冶炼的主要杂质元素之一,砷对环境和人体健康还非常有害,因此硫化矿除砷是选厂的必然之举。砷一般以毒砂（砷黄铁矿）的形式存在,但由于砷黄铁矿和黄铁矿的晶体结构和化学性质非常相似,导致二者的分离非常困难。一般情况下,能有效分离黄铁矿与毒砂的方法,也能分离其他硫化矿和毒砂,可见研究黄铁矿与毒砂的分离具有较大的理论和现实意义。本文以“安徽华金含砷多金属硫化矿的分选研究”项目为依托,选择具代表性的黄铁矿和毒砂为对象,采用生物浮选对二者进行分离研究,取得了理想的分离效果。又运用矿物表面的电化学行为和扫描电镜,分别从电化学和形貌上来分析细菌作用对矿物表面氧化行为的影响,揭示了硫砷分离机理。主要研究结果如下：1.通过黄铁矿和毒砂浮选的基本条件试验,发现可以通过添加硫酸铜和改变矿浆pH、细菌浓度和细菌作用时间来辅助实现两种矿物的分离。2.当两种矿物一起作用时,黄铁矿的回收率有所上升,而毒砂的则稍微下降,选择性得到提高,使黄铁矿和毒砂成功实现生物浮选分离。3.当混合矿与浓度为5.0×107个/mL的细菌溶液作用5 min,然后迅速移到浮选槽中,加入6 mg/L的活化剂硫酸铜、9.5 mg/L的异丙基黄药进行浮选,获得最佳的生物分选效果,泡沫产品中黄铁矿的回收率为86.40%,毒砂的回收率为22.10%。4.电化学研究表明,黄铁矿、毒砂的表面氧化均有元素硫产生,对浮选有利；与黄铁矿相比,毒砂表面的过氧化电位较低,其过氧化产生的AsO43-易于与Fe3+在毒砂表面生成类似臭葱石结构的亲水膜,对浮选不利；腐蚀电位高的黄铁矿会与腐蚀电位低的毒砂形成原电池反应,导致毒砂的氧化被加速,而黄铁矿的氧化则被抑制,这些可以解释2中所提到的现象。5.形貌观测发现,细菌在黄铁矿和毒砂表面均有吸附；细菌对黄铁矿选择性腐蚀,从粗粒和细粒的结合部开始不断向内扩展；细菌对毒砂均匀性腐蚀,从表面的所有部位同时开始向内扩展；相同时间内,比起黄铁矿细菌对毒砂的腐蚀作用更剧烈些。这些也能够很好地解释混合矿的浮选结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 黄铁矿的性质与用途
• 1.1.1 黄铁矿的性质与分布
• 1.1.2 黄铁矿的应用价值
• 1.2 毒砂的性质及应用
• 1.3 浮选硫精矿产品的质量标准
• 1.4 黄铁矿与毒砂的浮选性质
• 1.4.1 黄铁矿的可浮性
• 1.4.2 毒砂的浮选性质
• 1.5 黄铁矿与毒砂的分选研究进展
• 1.5.1 石灰法
• 1.5.2 矿浆加温法
• 1.5.3 氧化法
• 1.5.4 碳酸盐法
• 1.5.5 有机抑制剂法
• 1.5.6 外控电场氧化法
• 1.6 生物选矿分离硫砷的可行性
• 1.6.1 生物选矿概述
• 1.6.2 应用于选矿中的微生物
• 1.6.3 生物选矿的研究进展
• 1.6.4 微生物与黄铁矿和毒砂作用的相关研究
• 1.7 论文的项目依托与研究内容
• 2 实验材料和方法
• 2.1 矿样及其制备
• 2.2 矿物电极及其制备
• 2.3 试验菌种及培养基组成
• 2.4 试验试剂与实验仪器
• 2.5 试验方法
• 2.5.1 菌种的培养和驯化
• 2.5.2 菌液离心
• 2.5.3 细菌计数
• 2.5.4 单矿物浮选试验
• 2.5.5 人工混合矿浮选分离试验
• 2.5.6 电化学测试
• 2.5.7 矿物表面形貌观测（SEM）
• 3 试验菌种的选择
• 3.1 细菌的生长
• 3.2 细菌选择性的考察
• 3.2.1 白山33℃嗜酸混合菌的选择性
• 3.2.2 德兴45℃酵母促生长混合菌的选择性
• 3.3 本章小结
• 4 黄铁矿和毒砂浮选的基本条件研究
• 4.1 捕收剂用量条件试验
• 4.2 起泡剂用量条件试验
• 4.3 硫酸铜用量条件试验
• 4.4 pH条件试验
• 4.5 本章小结
• 5 黄铁矿和毒砂纯矿物单样的生物浮选研究
• 5.1 细菌浓度条件试验研究
• 5.2 细菌作用时间条件试验研究
• 5.3 硫酸铜用量条件试验研究
• 5.4 本章小结
• 6 黄铁矿和毒砂人工混合矿的生物浮选分离研究
• 6.1 混合矿的细菌浓度条件试验
• 6.2 混合矿的细菌作用时间条件试验
• 6.3 混合矿的硫酸铜用量条件试验
• 6.4 超声波和试验用水对混合矿生物浮选分离的影响
• 6.5 捕收剂用量对混合矿生物浮选分离的影响
• 6.6 本章小结
• 7 黄铁矿和毒砂生物浮选分离的机理研究
• 7.1 黄铁矿和毒砂浮选过程中的电化学行为
• 7.1.1 自然pH状态下黄铁矿和毒砂表面的氧化机理
• 7.1.2 细菌作用对黄铁矿和毒砂表面的氧化行为的影响
• 7.1.3 黄铁矿和毒砂的电化学腐蚀行为
• 7.2 黄铁矿和毒砂表面形貌的变化
• 7.2.1 细菌作用对黄铁矿和毒砂表面形貌的影响
• 7.2.2 细菌的吸附作用
• 7.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢