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)型細菌就是要人工喂養(yǎng)，要配制糖及糖的衍生物等有機物溶液來培養(yǎng)細菌。用異養(yǎng)型微生物將＋4價錳還原為＋2價錳。,,自養(yǎng)型細菌就是要人工喂養(yǎng)，只要配制無機鹽溶液和加入硫粉作為能量基質，細菌就可以自生長和繁殖。 用自養(yǎng)型微生物可以使復雜的礦物（同時具有氧化礦、磷錳礦、錳結核等）將＋4價錳還原為＋2價錳離子。,,1.2 自養(yǎng)型微生物浸出錳,

2、1.3 磷錳礦的細菌浸出,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，產生 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 鈾的細菌浸出,細菌氧化浸出要求礦石中含有黃鐵礦, 黃鐵礦被氧化后產生硫酸和硫酸鐵, 硫酸溶解含鈾酰離子的鈾礦物, 硫酸鐵使UO2 氧化成UO22+ 。,鈾的細菌浸出的反應式: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）對鈾礦石進行酸化和浸出。硫酸亞鐵被氧化成硫酸鐵，產生酸性硫酸高鐵第二步用酸性硫酸高鐵浸出鈾礦。硫酸鐵將四價鈾氧化成六價鈾,,1)浸出劑對鈾浸出的影響,2)浸出時間對鈾浸出的影響,浸出過程中定期測定浸出液中鈾濃度,并換算成鈾金屬質量, 結果見表3,3)礦石粒度對細菌浸出的影響,

4、4)浸出劑中三價鐵離子濃度對鈾浸出的影響,細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+來進行的, 因此, 對浸出液中三價鐵的濃度對鈾浸出率的影響進行了試驗。　 由表5 看出, 增大三價鐵離子的濃度, 鈾浸出率沒有變化。,5）浸出柱高度對細菌浸出的影響,一般堆浸礦堆有幾米高, 因此, 把幾個浸出柱串聯起來進行浸出試驗以模擬現場浸出情況, 試驗結果見表6 。,低品位鈾礦石堆浸,對低品位鈾礦石進行了細

5、菌堆浸試驗。礦石質量780 t, 取自選礦廠尾礦, 鈾質量分數0.022%。礦堆先用2% H2SO4 浸出一個月, 浸出金屬鈾33 kg。當浸出液中鈾濃度降低到20 mg/L時, 改用細菌浸出。細菌浸出時, 鈾濃度逐漸升高,維持一段時間后又降低。當鈾濃度降低到30mg/L 時停止浸出。40 d 內共浸出金屬鈾34 kg。試驗結果見表7 。,細菌浸出與2%硫酸浸出試驗結果對比,從表7看出,細菌浸出比用2%H2SO4浸出可提高鈾浸出率5%,

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

7、低了生產成本。,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,后兩種細菌通常與其他菌種混合使用,可以提高礦物中有價金屬的浸出率。,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 的供應量、初始粒度的大小、固液比、營養(yǎng)物質濃度和固體比表面積等對硫化鋅礦中鋅的

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金屬的浸出速率,同時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的電化學電位。不同離子催化效果的順序為: Cu2+>Bi3+&

9、gt;Co2+≈Ru3+>Hg2+,微生物與礦物顆粒之間的相互作用,不同菌種對礦物中有價金屬的浸出效果是不同的,這主要是由于菌種的生物學特性不同造成。研究發(fā)現,T.f. 在氧化閃鋅礦時比T.t. 更有效,而且當用兩種細菌的混合培養(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)點和優(yōu)勢互補,以及菌種之間的氧化物與氧化產物之間的耦合造成。,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、磁場和微波技術等措施。金屬硫化物的生物浸出實質上是電子得失的電化學氧化還原過程,因此利用電化學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出現兩個峰值,分別處在- 500 mV和+ 400 mV?？刂平鼋橘|的氧化還原電位為- 500 mV 時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 的負值電位下更有效。,硫

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

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

13、出介質中作為一個電極。常見硫化礦電化學活性順序為:黃鐵礦< 黃銅礦< 鎳黃鐵礦< 方鉛礦< 磁黃鐵礦< 閃鋅礦,Ni2+對硫化鎳礦細菌浸出的影響,由于細菌自身的生理特征所決定,溶液中金屬離子含量過多,將對細菌產生毒害作用。Ni2+對硫化鎳礦細菌浸出的影響,主要是通過Ni2+對細菌的抑制作用來實現的,已有研究結果表明,鎳離子對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,未馴化過的細菌的停滯