第9章其他金屬的微生物浸出

1、,,其他金屬的微生物浸出,1 錳的微生物浸出1.1 異養(yǎng)型微生物浸出錳 異養(yǎng)型細(xì)菌就是要人工喂養(yǎng)，要配制糖及糖的衍生物等有機(jī)物溶液來培養(yǎng)細(xì)菌。用異養(yǎng)型微生物將＋4價(jià)錳還原為＋2價(jià)錳。,,自養(yǎng)型細(xì)菌就是要人工喂養(yǎng)，只要配制無機(jī)鹽溶液和加入硫粉作為能量基質(zhì)，細(xì)菌就可以自生長和繁殖。 用自養(yǎng)型微生物可以使復(fù)雜的礦物（同時(shí)具有氧化礦、磷錳礦、錳結(jié)核等）將＋4價(jià)錳還原為＋2價(jià)錳離子。,,1.2 自養(yǎng)型微生物浸出錳,

2、1.3 磷錳礦的細(xì)菌浸出,浸出過程分為二步:第一步 用氧化亞鐵硫桿菌（TM菌）黃鐵礦作能源基質(zhì)，產(chǎn)生 Fe3+、硫酸溶液，稱為菌生黃鐵礦浸礦劑。第二步 用菌生黃鐵礦浸礦劑浸出磷錳礦。,2 鈾的細(xì)菌浸出,細(xì)菌氧化浸出要求礦石中含有黃鐵礦, 黃鐵礦被氧化后產(chǎn)生硫酸和硫酸鐵, 硫酸溶解含鈾酰離子的鈾礦物, 硫酸鐵使UO2 氧化成UO22+ 。,鈾的細(xì)菌浸出的反應(yīng)式:UO2(S)+2Fe3+(aq) → UO2 2

3、+ (aq) ＋ 2Fe2+(aq) 鈾通常以鈾酰離子(UO2 2+ ）的形式進(jìn)入溶液。,浸出過程分為二步：第一步 用硫酸和氧化亞鐵硫桿菌（TM菌）對(duì)鈾礦石進(jìn)行酸化和浸出。硫酸亞鐵被氧化成硫酸鐵，產(chǎn)生酸性硫酸高鐵第二步用酸性硫酸高鐵浸出鈾礦。硫酸鐵將四價(jià)鈾氧化成六價(jià)鈾,,1)浸出劑對(duì)鈾浸出的影響,2)浸出時(shí)間對(duì)鈾浸出的影響,浸出過程中定期測(cè)定浸出液中鈾濃度,并換算成鈾金屬質(zhì)量, 結(jié)果見表3,3)礦石粒度對(duì)細(xì)菌浸出的影響,

4、4)浸出劑中三價(jià)鐵離子濃度對(duì)鈾浸出的影響,細(xì)菌浸出主要是通過黃鐵礦的氧化生成硫酸鐵, 硫酸鐵將U4+氧化成U6+來進(jìn)行的, 因此, 對(duì)浸出液中三價(jià)鐵的濃度對(duì)鈾浸出率的影響進(jìn)行了試驗(yàn)?！?由表5 看出, 增大三價(jià)鐵離子的濃度, 鈾浸出率沒有變化。,5）浸出柱高度對(duì)細(xì)菌浸出的影響,一般堆浸礦堆有幾米高, 因此, 把幾個(gè)浸出柱串聯(lián)起來進(jìn)行浸出試驗(yàn)以模擬現(xiàn)場(chǎng)浸出情況, 試驗(yàn)結(jié)果見表6 。,低品位鈾礦石堆浸,對(duì)低品位鈾礦石進(jìn)行了細(xì)

5、菌堆浸試驗(yàn)。礦石質(zhì)量780 t, 取自選礦廠尾礦, 鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.022%。礦堆先用2% H2SO4 浸出一個(gè)月, 浸出金屬鈾33 kg。當(dāng)浸出液中鈾濃度降低到20 mg/L時(shí), 改用細(xì)菌浸出。細(xì)菌浸出時(shí), 鈾濃度逐漸升高,維持一段時(shí)間后又降低。當(dāng)鈾濃度降低到30mg/L 時(shí)停止浸出。40 d 內(nèi)共浸出金屬鈾34 kg。試驗(yàn)結(jié)果見表7 。,細(xì)菌浸出與2%硫酸浸出試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,從表7看出,細(xì)菌浸出比用2%H2SO4浸出可提高鈾浸出率5%,

6、縮短浸出時(shí)間至少9d,節(jié)約硫酸95% 以上。采用酸度較低的菌液浸出,降低了堆浸場(chǎng)地和其他設(shè)施的腐蝕程度,減少了設(shè)備維修工作量,降低了對(duì)堆浸建筑設(shè)施的耐酸要求,進(jìn)而降低了生產(chǎn)成本。,表7的分析,從表7 看出, 細(xì)菌浸出比用2%H2SO4 浸出可提高鈾浸出率5% , 縮短浸出時(shí)間至少9 d, 節(jié)約硫酸95% 以上。采用酸度較低的菌液浸出, 降低了堆浸場(chǎng)地和其他設(shè)施的腐蝕程度, 減少了設(shè)備維修工作量, 降低了對(duì)堆浸建筑設(shè)施的耐酸要求, 進(jìn)而降

7、低了生產(chǎn)成本。,3 鋅的微生物浸出,硫化鋅礦主要是閃鋅礦，用于鋅礦浸出的微生物主要有化能自養(yǎng)菌、異養(yǎng)菌和真菌等，如氧化亞鐵硫桿菌(T.f.)、氧化硫硫桿菌(T.t.)、氧化亞鐵微螺菌(T.f.)。在礦物浸出過程中,后兩種細(xì)菌通常與其他菌種混合使用,可以提高礦物中有價(jià)金屬的浸出率。,影響硫化鋅礦生物浸出的因素,1）浸出條件的影響 溫度、pH、CO2 的供應(yīng)量、初始粒度的大小、固液比、營養(yǎng)物質(zhì)濃度和固體比表面積等對(duì)硫化鋅礦中鋅的

8、浸出速率都有一定的影響,上述這些因素影響了鋅浸出的滯后時(shí)間、浸出液中鋅的最終濃度和浸出速率等,而且這些因素之間也是相互影響的。,2）添加劑及復(fù)雜礦物之間的影響,添加金屬離子、表面活化劑或抑制劑可以提高或抑制礦物中有價(jià)金屬的浸出速率,同時(shí)可以影響礦物中不同金屬成分的分離和選擇性浸出。 銅離子或其他一些重金屬離子活化閃鋅礦,活化效果取決于活化時(shí)的電化學(xué)電位。不同離子催化效果的順序?yàn)? Cu2+>Bi3+&

9、gt;Co2+≈Ru3+>Hg2+,微生物與礦物顆粒之間的相互作用,不同菌種對(duì)礦物中有價(jià)金屬的浸出效果是不同的,這主要是由于菌種的生物學(xué)特性不同造成。研究發(fā)現(xiàn),T.f. 在氧化閃鋅礦時(shí)比T.t. 更有效,而且當(dāng)用兩種細(xì)菌的混合培養(yǎng)可以提高閃鋅礦的浸出速率,這可能是由于集合了不同菌種的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),以及菌種之間的氧化物與氧化產(chǎn)物之間的耦合造成。,硫化鋅礦的電解生物浸出,為了提高生物浸礦的效率,通常采用一些措施來強(qiáng)化礦物浸出過程,

10、除了加入添加劑外,也可以采取施加電位、磁場(chǎng)和微波技術(shù)等措施。金屬硫化物的生物浸出實(shí)質(zhì)上是電子得失的電化學(xué)氧化還原過程,因此利用電化學(xué)原理可以提高金屬硫化物的浸出效率。在閃鋅礦的溶解過程中會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)峰值,分別處在- 500 mV和+ 400 mV?？刂平鼋橘|(zhì)的氧化還原電位為- 500 mV 時(shí)可以選擇性浸出閃鋅礦中的鋅,而在+ 400 mV 的正值電位下閃鋅礦的電解生物浸出比在- 500 mV 的負(fù)值電位下更有效。,硫

11、化鋅礦生物浸出的反應(yīng)機(jī)理,硫化鋅礦微生物浸出的直接和間接作用機(jī)理可以表述為:硫化鋅礦生物氧化的總反應(yīng)為:,8.4 鎳礦細(xì)菌浸出,細(xì)菌浸出的鎳礦主要有鎳黃鐵礦和針鎳礦(NiS) ,所用細(xì)菌有硫桿菌、硫酸鹽還原菌、枯草桿菌、地衣芽孢桿菌、大腸桿菌、反硝化細(xì)菌、生枝動(dòng)膠菌、異養(yǎng)嗜酸固氮菌(Beijerinckia tacticogenes)等硫化鎳礦的浸出機(jī)理研究,與大多數(shù)硫化物的生物浸出類似,是一個(gè)復(fù)雜的過程,化學(xué)氧化、生物

12、氧化及原電池反應(yīng)往往同時(shí)發(fā)生,其主要有三種氧化機(jī)理:,三種氧化機(jī)理,(1) 細(xì)菌直接作用機(jī)理 是指細(xì)菌與礦物表面接觸,將金屬硫化物氧化為酸溶性的二價(jià)金屬離子和硫化物的原子團(tuán),使其礦物溶解。 (2)間接作用 是指礦石在細(xì)菌作用過程中產(chǎn)生的硫酸高鐵和硫酸作用下發(fā)生化學(xué)溶解作用。反應(yīng)中產(chǎn)生的Fe2+在細(xì)菌作用下又被氧化成Fe3+ ,形成新的氧化劑,使間接作用不斷進(jìn)行下去?！?3) 電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理 硫化礦在酸性浸

13、出介質(zhì)中作為一個(gè)電極。常見硫化礦電化學(xué)活性順序?yàn)?黃鐵礦< 黃銅礦< 鎳黃鐵礦< 方鉛礦< 磁黃鐵礦< 閃鋅礦,Ni2+對(duì)硫化鎳礦細(xì)菌浸出的影響,由于細(xì)菌自身的生理特征所決定,溶液中金屬離子含量過多,將對(duì)細(xì)菌產(chǎn)生毒害作用。Ni2+對(duì)硫化鎳礦細(xì)菌浸出的影響,主要是通過Ni2+對(duì)細(xì)菌的抑制作用來實(shí)現(xiàn)的,已有研究結(jié)果表明,鎳離子對(duì)氧化亞鐵硫桿菌生長有明顯的抑制作用,并隨著Ni2+濃度增加,未馴化過的細(xì)菌的停滯