黃銅礦浸礦體系微生物對(duì)其表面性質(zhì)的影響及分步溶解機(jī)制.pdf

1、中溫菌浸出黃銅礦的速度慢，浸出率低，嚴(yán)重制約著生物浸出技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中處理黃銅礦的應(yīng)用。高溫菌對(duì)黃銅礦顯示出好的浸出效果，其浸礦潛力及浸礦機(jī)制越來越受到生物冶金領(lǐng)域研究者的重視。本論文在熱力學(xué)分析基礎(chǔ)上，采用吸附量、動(dòng)電位、接觸角測定等方法研究了中溫菌和高溫菌對(duì)黃銅礦表面性質(zhì)的影響及與溶解機(jī)制的關(guān)系;并運(yùn)用X射線衍射、拉曼光譜、掃描電鏡和能譜等檢測方法，以及電化學(xué)分析等手段，詳細(xì)考察和比較了中溫菌及高溫菌作用下黃銅礦浸出過程的差別，深入

2、討論了導(dǎo)致黃銅礦浸出效果差異的原因及影響黃銅礦溶解機(jī)理的因素，從而揭示微生物浸出過程中黃銅礦的分步溶解機(jī)制。
　　本文提出了黃銅礦的浸出是一個(gè)分步溶解過程，在低氧化還原電位下可轉(zhuǎn)化為次生銅，次生銅的生成是深度溶解的關(guān)鍵，促進(jìn)浸出，這是導(dǎo)致中溫菌和高溫菌浸出差異的關(guān)鍵原因之一。高溫菌浸出過程中，F(xiàn)e3+離子易于轉(zhuǎn)化為鐵礬沉淀，而高溫菌氧化亞鐵的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其生成的速率，從而導(dǎo)致體系的氧化還原電位保持在較低的水平，黃銅礦可以轉(zhuǎn)化為次生

3、銅，有利于浸出;而中溫菌浸出的過程中，體系的電位基本保持在高電位下，次生銅難以生成，浸出速度緩慢。而浸出過程中生成的硫膜、黃鉀鐵礬沉淀不是制約黃銅礦溶解的本質(zhì)原因。論文的主要結(jié)論如下:
　　(1)熱力學(xué)分析結(jié)果表明:酸性條件下，黃銅礦可轉(zhuǎn)化為Cu5FeS4，CuS，Cu2S的銅硫化合物，最終釋放出Cu2+離子，不同溫度條件下各組分優(yōu)勢區(qū)間的范圍相近。高溫酸性條件下，F(xiàn)e3+離子更容易生成KFe3(SO4)2(OH)6沉淀;另外，溶

4、液中離子濃度升高也促進(jìn)了Fe3+離子轉(zhuǎn)化為KFe3(SO4)2(OH)6沉淀。Fe3+離子的沉淀過程可降低浸出體系的氧化還原電位，從而影響黃銅礦的分解。
　　(2)盡管不同能源物質(zhì)培養(yǎng)的細(xì)菌在黃銅礦表面吸附的速度及程度有所差別，但中溫菌和高溫菌在黃銅礦表面的初步吸附及對(duì)其表面性質(zhì)的影響規(guī)律相似，因此不是造成這兩類細(xì)菌浸礦差異的主要因素。而隨著微生物對(duì)黃銅礦作用時(shí)間的延長，黃銅礦接觸角的變化與其溶解機(jī)制密切相關(guān)，溶解過程中會(huì)生成疏水

5、的單質(zhì)硫、銅硫化物及親水的鐵礬等，從而改變了礦物表面的接觸角大小。中、高溫菌作用下，黃銅礦接觸角變化規(guī)律存在差異。
　　(3)浸出體系的氧化還原電位決定了黃銅礦是否能生成次生銅，次生銅易氧化分解，從而促進(jìn)浸出。中溫菌浸出過程中，僅在浸出的最初幾天電位較低，之后一直保持在較高的數(shù)值(550mV vs.SCE)以上。與之對(duì)應(yīng)，浸出前幾天的浸渣能檢測到次生銅Cu2S，浸出速度相對(duì)較快;當(dāng)電位達(dá)到較高數(shù)值時(shí)，次生銅的生成受到抑制，浸出速度

6、緩慢。然而，黃銅礦的高溫菌浸出過程中，體系的氧化還原電位一直保持在較低的水平(380-450 mV vs.SCE)，可生成Cu2S，此時(shí)的浸出效果較中溫菌浸出大幅提高。
　　(4)微生物浸出過程中，微生物的主要作用是氧化鐵或者氧化硫。因此，高溫菌和中溫菌對(duì)黃銅礦顯示出不同的浸出效果應(yīng)該是基于其氧化鐵或者硫的能力的差異。以單質(zhì)硫?yàn)槟茉次镔|(zhì)培養(yǎng)的高溫菌氧化鐵的能力明顯弱于可溶性亞鐵培養(yǎng)的中溫菌。另外，溫度升高，F(xiàn)e3+離子易轉(zhuǎn)化為鐵礬

7、沉淀而消耗。這是造成中溫菌和高溫菌浸出體系氧化還原電位差異的主要因素。
　　(5)電化學(xué)研究結(jié)果表明:溫度的變化和細(xì)菌的加入不改變黃銅礦的分解機(jī)理，但溫度的升高和細(xì)菌的加入反應(yīng)速度增大。另外，中溫菌的浸出過程中，5天后黃銅礦電極的開路電位大幅降低，之后升高并保持在較高的電位值;而高溫菌的浸出過程中，黃銅礦的開路電位迅速下降后一直保持在較低的水平;可見在中溫菌浸出黃銅礦時(shí)，僅在浸出的前幾天礦物易分解，之后浸出困難;而高溫菌浸出的整個(gè)

8、過程中，黃銅礦均易分解。
　　(6)黃銅礦的浸出過程中，硫膜、黃鉀鐵礬沉淀不是制約黃銅礦溶解的本質(zhì)原因。中溫菌浸出中，鐵氧化菌L.ferriphilum菌浸出黃銅礦的體系中加入硫氧化菌A.thiooxidans菌后，導(dǎo)致硫膜的消失，但銅浸出率提高不顯著。而浸出中生成的鐵礬疏松且脫落后黃銅礦表面沒有鐵礬沉積，不會(huì)阻礙浸出。另外，高溫菌的浸出效果較中溫菌浸出大幅提高，但浸渣中檢測到硫和黃鉀鐵礬，進(jìn)一步說明其不是制約黃銅礦溶解的本質(zhì)原因