黃銅礦生物浸出過(guò)程中鈍化膜的形成機(jī)制及其消除方法探討.pdf

1、黃銅礦生物浸出過(guò)程中鈍化膜的形成是影響銅浸出率和浸出速率的主要因素之一。本論文從生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、電化學(xué)以及礦物學(xué)等方面研究黃銅礦生物浸出過(guò)程中鈍化膜的形成機(jī)制，為找到一種消除或減少鈍化膜形成的方法提供理論依據(jù)，最后就該方法的應(yīng)用可行性進(jìn)行生物柱浸和小型生物堆浸的驗(yàn)證試驗(yàn)。具體內(nèi)容如下：
　　 (1)從中國(guó)多個(gè)銅礦山的礦坑水中富集到一種能較好地浸出黃銅礦的中度嗜熱混合菌，并對(duì)其浸礦參數(shù)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：生物浸出前期系統(tǒng)酸耗較大

2、，需通過(guò)補(bǔ)酸使pH保持穩(wěn)定；較高的總鐵離子濃度一定程度上有利于黃銅礦的生物浸出；氧化還原電位隨著pH值的降低和三價(jià)鐵離子濃度的升高而升高；浸礦微生物達(dá)到最高細(xì)胞濃度后銅浸出速率急劇增加；礦渣XRD分析發(fā)現(xiàn)中度嗜熱環(huán)境下黃銅礦生物浸出的主要鈍化物質(zhì)為黃鉀鐵礬，而非單質(zhì)硫。
　　 (2)研究了礦物-溶液界面上(即鈍化膜生成場(chǎng)所)胞外多聚物的產(chǎn)生過(guò)程、組成成分及功能。采用AFM觀察了礦物表面吸附微生物產(chǎn)生胞外多聚物的過(guò)程。浸礦微生物吸

3、附到礦物表面后，能迅速產(chǎn)生胞外多聚物，并形成一層生物膜覆蓋礦物表面。胞外多聚物成分主要為糖類(lèi)和脂類(lèi)。大量的胞外多聚物能有效地富集浸出液中的Fe3+，提高黃銅礦的浸出速率。然而胞外多聚物一旦產(chǎn)生，在生物浸出環(huán)境下很難降解或消除，在浸出后期可能介導(dǎo)黃鉀鐵礬等沉淀到礦物表面，加劇礦物的鈍化，從而抑制銅的持續(xù)浸出。
　　 (3)考察了礦物表面吸附微生物與浸出液中游離微生物的生長(zhǎng)情況、群落動(dòng)態(tài)及與鈍化膜之間的關(guān)系。采用ARDRA方法分析了

4、黃銅礦生物浸出過(guò)程中微生物的群落結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明：該富集物包含4種細(xì)菌：A.caldus，L.ferriphilum，S.thermosulfidooxidans，S.acidophilus和一種古菌：F.thermophilum。采用實(shí)時(shí)定量PCR分析了優(yōu)勢(shì)種群的群落動(dòng)態(tài)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不論在礦物表面還是在浸出液中，A.caldus都是生物浸出前期的優(yōu)勢(shì)菌，L.ferriphilum都是生物浸出后期的優(yōu)勢(shì)菌。而吸附和游離微生物的生長(zhǎng)趨勢(shì)有所不

5、同。另外，鈍化膜的生成很大程度上抑制了吸附微生物的生長(zhǎng)，從而阻礙了黃銅礦的氧化分解，并最終抑制了游離微生物的生長(zhǎng)。
　　 (4)研究并分析了生物浸出過(guò)程中黃銅礦表面的生成物質(zhì)以及鈍化膜對(duì)生物浸出的影響。電化學(xué)反應(yīng)中黃銅礦電極表面會(huì)積累各種Cu-S中間產(chǎn)物，而在生物浸渣中采用同步輻射XRD方法并沒(méi)有檢測(cè)到Cu-S中間產(chǎn)物，這可能是因?yàn)樵谏锝霏h(huán)境中上述產(chǎn)物易被Fe3+或微生物氧化，不會(huì)成為鈍化膜的主要成分。循環(huán)伏安法分析發(fā)現(xiàn)黃銅

6、礦生物浸出過(guò)程中礦物表面會(huì)生成一層鈍化膜，SEM-EDX分析表明該鈍化膜主要為黃鉀鐵礬和胞外多聚物。交流阻抗譜分析發(fā)現(xiàn)影響黃銅礦溶解的阻抗主要為兩個(gè)部分：礦物表面離子交換阻抗和鈍化膜阻抗。在生物浸出前期，鈍化膜阻抗主要來(lái)自于胞外多聚物，而生物浸出中后期，鈍化膜阻抗急劇增加，主要來(lái)自于黃鉀鐵礬。鈍化膜阻抗的增加嚴(yán)重阻礙了離子在礦物表面與溶液之間的傳遞，因此離子交換阻抗也隨之急劇增加，從而導(dǎo)致礦物的氧化分解基本停止。
　　 (5)構(gòu)

7、建了鈍化膜的形成模型，并探尋了一些可行的消除或減少鈍化膜形成的方法：1)異養(yǎng)或兼性異養(yǎng)菌的加入有促于降低浸出系統(tǒng)有機(jī)廢物的含量；2)高溫菌如中度嗜熱混合菌相對(duì)中溫菌能更有效地氧化單質(zhì)硫，從而有促于降低鈍化膜中硫膜的形成；3)微生物耐酸馴化能提高浸礦微生物在低pH值下的生長(zhǎng)活性，減少浸出過(guò)程中黃鉀鐵礬的生成，降低此類(lèi)鈍化物質(zhì)對(duì)黃銅礦浸出的抑制。
　　 (6)采用耐酸馴化后的混合微生物浸出Rio Tinto低品位黃銅礦礦石。六個(gè)月內(nèi)