通气对硫化铜矿生物浸出过程中自由细菌和吸附细菌群落动态的影响研究

生物浸出回收低品位硫化铜矿中的铜金属具有操作简单、低能耗、节约经济等优点,成为了近年来的研究热点。然而低品位硫化铜矿生物浸出效率低是其面临的主要问题之一。本文为了促进生物浸出效率,研究了强制通气条件下的低品位硫化铜矿生物浸出过程中的铜浸出率、细菌群落动态演替等特征。结果表明,适当的通气可提高细菌浓度和铜浸出率。在通气时间为4 h·d?1时,浸矿14 d后的细菌浓度和铜离子浓度最高,分别为7.61×107 个·mL?1和704.9 mg·L?1。实验可得,吸附细菌在浸矿过程的前7 d起着重要作用,而自由细菌则是在第8 d到第14 d占主导地位。这一现象主要是由于浸出过程Fe3+水解形成钝化层所致,抑制了吸附细菌与矿石的接触。同时,通过16S rDNA分析可知,Acidithiobacillus ferrooxidans和Acidithiobacillus thiooxidans对低品位硫化铜矿生物浸出过程具有重要影响。     

添加剂对硫化铜矿生物浸出规律的影响

为研究硫粉和稻草对次生硫化铜矿生物浸出过程的影响,在添加硫粉、稻草及两者混合物条件下进行次生硫化铜矿生物浸出实验,考察实验过程中细菌浓度、溶浸液pH、铜浸出率等参量变化,分析硫粉、稻草及两者混合物对次生硫化铜矿生物浸出的影响规律。研究结果表明:添加硫粉、稻草及两者混合物后,细菌生长和铜矿生物浸出均得到促进,铜浸出率分别提高5.10%,12.02%和13.40%;在细菌培养过程中,添加硫粉、稻草及两者混合物,均能够降低培养液pH,增大培养液中硫酸根离子浓度以及细菌浓度。其中,添加硫粉实验组培养液最终pH最低并且SO24-浓度峰值最大,添加混合物实验组培养液细菌浓度峰值最大。在浸矿实验过程中,添加硫粉、稻草及两者混合物均能促进次生硫化铜矿生物浸出。其中,添加稻草实验组溶浸液中最终氧化还原电位最小,添加混合物实验组溶浸液中Cu2+,Fe2+和Fe3+质量浓度峰值最高,最终pH最低。     

次生硫化铜矿微生物浸出实验

微生物浸矿是提取低品位,难选次生硫化铜矿中有价元素的最有效方法之一.本研究利用嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidthiobacillus ferrooxidans)浸取福建某难选次生硫化铜矿,依次开展浸矿菌富集培养实验、驯化转代实验和不同粒径配比下柱浸试验,获得了不同阶段的细菌浓度、pH值、铜浸出率等演变规律;并结合电子计算机断层扫描技术实现了柱内矿堆塌落、截面孔隙演化和浸矿机理研究.研究表明:细菌浓度和pH值均呈现缓慢增加后趋降低的趋势,浸柱中细菌增殖较慢,浸矿480 h后,细菌浓度仅为每毫升5×107个.浸矿过程中,细颗粒趋于向柱底迁移,矿堆出现塌落;柱顶孔隙率变大,增幅为6.65%,柱底孔隙率变小,降幅为8.29%;塌落程度与细粒含量成正比,最小塌落为1.7 mm,最大塌落为6.15 mm.入堆矿石粒径极大影响着柱浸体系的浸出效果.实验中柱浸B组(粒径r<1 mm占28.41%)浸矿效果最佳,浸矿480 h后铜浸出率达47.23%.     

微生物在冶金方面的应用

微生物在冶金方面的应用和研究,始于七十年代,具有设备简单,操作方便,成本低,不污染环境,能处理贫矿、尾矿、火冶残渣、低品位矿等优点,近年来发展很快。利用硫化细菌浸矿硫化细菌是一种化能自养微生物,这类细菌能在含硫的环境中产生硫酸,可用于金属矿物的浸出。     

矿石粒径对次生硫化铜矿浸出规律的影响

矿石粒径是影响次生硫化铜矿中铜浸出率的重要因素。为了考察矿石粒径对次生硫化铜浸出规律的影响,进行不同矿石粒径条件下的细菌浸矿摇瓶实验。研究结果表明:矿石粒径与溶液pH成反比,含大粒径矿石的溶液pH变化比含小粒径矿石的溶液pH大;浸矿46 h内,矿石粒径对细菌浓度的影响不显著,浸矿46 h后,细菌浓度与矿石粒径成反比;粒径较小的矿石浸矿反应迅速,铜浸出率峰值较小;粒径较大的矿石浸矿反应缓慢,铜浸出率峰值较高;浸矿150 h时,矿石粒径对铜浸出率的影响可以忽略;浸矿180 h后,矿石粒径0.098r≤0.125 mm的溶液中铜浸出率可达74.37%;利用Origin拟合和方程推导,获得矿石粒径、铜浸出率与浸矿时间关系方程。     

低品位黄铜矿的磁场强化细菌浸出

针对低品位黄铜矿进行了磁场强化细菌浸出实验研究。重点研究了磁场对细菌生长和细菌浸矿的影响。实验结果表明,磁化处理后的培养基能促进细菌的生长繁殖,提高其氧化活性,用于浸矿试验,提高了低品位黄铜矿中铜和铁的浸出率。磁场强化细菌浸出的可能机理是通过改变水的结构,促进氧气在水中的溶解,提高矿石成分的溶解性,增强细菌细胞生物膜的穿透性。     

云南汤丹某氧化铜尾矿的浸出研究

以云南汤丹某高碱性低品位氧化铜浸出尾矿为研究对象,采用NH3·H2O-(NH4)2CO3和NH3·H2O-NH4Cl缓冲液添加氧化剂浸出,考察浸出时间、反应温度、液固比、总氨浓度及c(NH4+)/c(NH3)、氧化剂用量、氧化剂添加顺序、氧化时间等因素对铜浸出率的影响,得到该尾矿的最佳浸出条件。研究结果表明:添加H2O2(11.2 mmol/L)能充分氧化次生硫化铜矿,而对原生硫化铜矿的作用有限;在NH3·H2O-(NH4)2CO3中,当液固比为10:1,温度为40℃,加入H2O2的用量为0.3 mL/g,反应2 h,然后,添加NH3·H2O及(NH4)2CO3,c(NH4+)=3.2 mol/L,c(NH3)=0.8 mol/L,继续反应4 h,铜浸出率达69.3%;在NH3·H2O-NH4Cl中,当液固比为10:1,温度为50℃,加入H2O2的用量为0.20 mL/g,反应2 h,然后,添加NH3·H2O及NH4Cl,c(NH4+)=2.25 mol/L,c(NH3)=0.75 mol/L,继续反应6 h,铜的浸出率达70.6%。     

超声波技术强化含铜云母浸出的研究

含铜云母是赞比亚铜矿带地表氧化矿中一种主要的的难处理含铜矿物。为了有效提取含铜云母中的铜,本研究采用超声波助浸技术对含铜云母进行强化浸出。试验结果表明,相对于常规加温浸出而言,超声波助浸能够使浸出时间由120 min缩短为40 min,硫酸浓度由0.5 mol·L?1 降低为 0.3 mol·L?1。此外,当铜的浸出率都是78%时,浸出温度可由75°C 降低到45°C。超声波强化浸出机理研究结果表明,超声波能够对含铜云母进行有效剥离,使其比表面积由0.55 m2·g?1 显著增加到1.67 m2·g?1。该研究结果表明超声波助浸技术能够使含铜云母中的铜得到有效回收,同时对于从层状硅酸盐中提取有价金属也具有一定的参考价值。     

含砷低品位硫化铜矿生物柱浸实验

介绍了含砷低品位硫化铜矿柱浸实验研究方法、装置和结果.实验在八根有机玻璃柱浸系统中进行,考察了细菌种类、矿石粒度、供氧条件及浸出周期等参数对浸出率的影响.结果表明,在-12mm粒度下,采用Z08090-O菌株浸出,浸出167d,铜浸出率为80.75%.对含大量黄铁矿且耗酸脉石少的矿石,酸的累积降低了采用普通驯化浸矿菌的铜浸出率,但采用激光诱变获得的耐低pH值浸矿菌,能够保持高效的铜浸出率.     

温度对浸矿微生物活性及铜浸出率的影响

研究了从紫金山铜矿生物堆浸矿堆中分离出来的浸矿菌群在不同温度下的氧化活性和对紫金山硫化铜矿石的浸出规律,并利用变性梯度凝胶电泳法研究了15℃和30℃的菌群组成情况.结果表明:所分离的细菌的最佳生长温度为30℃,浸出10d,铜浸出率为87.62%,在最佳生长温度以外铜浸出率都会降低;15℃和30℃的优势菌分别为Leptospirillum fer-riphilum和Acidithiobacillus thiooxidans,两个温度下均有同一种劣势菌Acidithiobacillus caldus;优势菌种随温度的变化是与菌种的性质相关的.     

生物矿石颗粒浸矿方法研究

真菌具有生长速率快、生物量大、适应性强、发酵产生有机酸等特点,可应用于低品位矿石及尾矿中有价金属的提取.根据真菌浸矿过程中,真菌菌丝可以包裹矿石形成多个以矿石颗粒为内核,真菌菌丝为外壳的核-壳结构的生物矿石颗粒的特征,提出了生物矿石颗粒浸矿新方法.介绍了生物矿石颗粒浸矿方法的原理,及其在铜尾砂和铀矿石浸出中的应用.     

含钴矿石摇瓶生物浸出比较试验的研究

对含钴矿石进行了工艺矿物学研究,明确了该含钴矿石的主要化学成分、粒度分布、矿物组成与嵌布特征.研究表明,硫化矿物主要为硫铜钴矿、黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、铜蓝、黄铁矿等.硫铜钴矿大多数以单体形式赋存,还有一部分为连生体.该含钴矿石含钴163%,铜105%,铁124%,硫1500%.用实验室驯化培养的具有良好抗钴性能的ZY101菌种对此含钴矿石进行摇瓶浸出实验研究,浸出结果表明:利用优良菌种浸出,钴浸出率达8571%.对比生物法与非生物的高铁溶液浸出,生物法钴浸出率提高6326%,耐钴ZY101浸矿菌浸钴效果显著.     

相山矿田邹家山铀矿床低品位铀矿生物堆浸试验

对相山矿田邹家山铀矿床低品位铀矿进行了生物堆浸工业试验研究,筑堆矿石量为4 133 t,原矿铀含量为0.127%。采用初始酸化酸度为30 g/L、喷淋强度为10～15 L/(m~2·h)进行酸化预浸出,细菌浸出阶段控制Fe~(3+)浓度为3 g/L左右,经过150 d的细菌浸出,铀浸出率达到91.1%,耗酸率为9.07%,而常规酸法浸出耗酸率为13%。该结果表明采用生物堆浸法能够从低品位铀矿石中经济高效地提取铀,为该类铀资源的可持续利用提供新的途径。     

黄铁矿强化生物浸出低品位磷矿

进行了嗜酸氧化亚铁硫杆菌、嗜酸氧化硫硫杆菌与嗜酸氧化亚铁钩端螺旋菌的混合菌强化浸出低品位磷矿的实验研究.结果表明:由于试样中硫含量低,不利于该磷矿的生物浸出.提出了在浸矿体系中添加黄铁矿来强化浸出的措施.考察了细菌种类、磷矿与黄铁矿配比以及初始Fe2+质量浓度等参数对磷浸出率的影响.采用驯化菌浸出该磷矿,能获得最佳的浸出效果,其适宜的工艺参数为初始Fe2+质量浓度9g.L-1、磷矿与黄铁矿质量比1:2.5,经过20d浸出,磷的浸出率可达95%.     

不同能源物质对At.f菌浸出低品位铜尾矿的影响

以嗜酸氧化亚铁硫杆菌LD-1菌株(At.f LD-1)为研究对象,研究硫酸亚铁、硫代硫酸钠和黄铁矿3种能源物质对At.f LD-1菌株浸出低品位铜尾矿浸出体系及铜浸出效率的影响.研究结果表明:At.f LD-1菌株浸出铜尾矿初期加入适量的硫酸亚铁、硫代硫酸钠、黄铁矿均能提高铜的浸出效率,其中以硫代硫酸钠的效果最为显著;初始加入二价铁质量浓度为5 g/L时浸出效果较好,46d铜浸出率达35.00%,与不加硫酸亚铁的相比提高13.63%;硫代硫酸钠中S质量浓度为1 g/L时浸铜效果最好,46d铜的浸出率达到38.10%,与不加硫代硫酸钠的相比提高23.70%;加入黄铁矿对提高铜浸出率也能起到促进作用,浸出46d后铜浸出率达34.17%,与不加黄铁矿时相比提高11.00%.     

铜矿石的全湿法冶金

目前选矿厂及冶炼厂处理的铜矿石及铜精矿,氧化铜矿及硫化铜矿各占一定比例,同时回收这两种铜矿石,使选矿工艺复杂化,选矿成本提高,经济效益降低,硫污染环境;只回收其中之一,又造成资源损失.近年来,由于矿石品位不断降低,氧化矿所占比重越来越大,至使采,选、冶成本大幅度提高,必须寻求回收铜矿石的新工艺流程,为此,我们使用能够回收氧化铜矿和硫化铜矿的全湿法冶金工艺,该工艺氧化铜矿的回收率在95％以上,硫化铜矿的回收率在80％以上;浸出液用铁屑置换得到海绵铜,浸出硫化铜     

中等嗜热菌浸出黄铜矿及其表面钝化的研究

针对近年来原生硫化铜矿的生物浸出存在浸出周期长、铜浸出率低、还未得到工业应用等问题,对菌种进行分离,应用分子生物学方法并结合扫描电镜,研究中等嗜热菌生物浸出黄铜矿纯矿物,对细菌的形态、生理生化特征进行描述,并分析细菌与黄铜矿的作用机理,讨论黄铜矿生物浸出过程中钝化膜形成的主要类型,分析表面钝化的有效解决途径,归纳黄铜矿生物浸出技术的几类研究热点,并提出生物浸出技术的重点研究问题。研究结果表明:中等嗜热菌是解决黄铜矿生物浸出难题的有效途径之一。     

利用PCR-DGGE技术分析硫化镍矿浸矿体系中的细菌群落演替

 浸矿体系中的菌群结构及其演替规律与浸出率具有密切的关系,为了解硫化镍矿浸矿体系中的这种关系以提高浸出率,利用PCR-DGGE(变性梯度凝胶电泳)技术结合16S rRNA基因序列对体系的细菌种群结构进行分析.研究表明,在硫化镍矿浸矿体系中,菌群组成菌属为嗜酸氧化亚铁硫杆菌属(Acidithiobacillus),并在浸矿体系中具有明显的演替现象,浸矿体系中的菌株演替和浸出率具有明显的相关性,经过21d的浸出,硫化镍矿的浸出率达到70%,探索浸矿体系中细菌的种群结构及其演替与浸出率的关系,对优化浸出体系菌群组成,提高浸出率具有指导作用.     

浮选药剂对浸矿细菌活性的影响

研究了丁基醚醇、乙基黄药和丁胺黑药3种浮选药剂对浸矿细菌活性的影响;进行了脱药和不脱药的铁闪锌矿精矿细菌浸出对比试验.研究结果表明:添加4×10-4 mol/L的丁基醚醇、乙基黄药、丁胺黑药,氧化34 h后,使9 K液体培养基中的Fe2 质量浓度由4.03 g/L分别增加至4.64 g/L, 4.77 g/L和5.91 g/L;浸出35 d后,精矿中锌的浸出率分别为92%和61%,这进一步验证了浮选药剂(丁基醚醇、乙基黄药)对浸矿细菌活性的影响.     

产氨细菌浸出碱性氧化铜矿

采用产氨菌种Providencia JAT-1,对云南某矿高碱性氧化铜矿进行氨浸体系下的摇瓶浸出试验.结果显示温度、矿浆液固质量比、助浸剂种类、助浸剂浓度以及细菌初始接种浓度对铜浸出率具有显著影响.在温度为30℃、矿浆液固质量比7:1、助浸剂硫酸铵浓度0.024 mol·L-1以及细菌初始接种浓度20%的条件下,产氨细菌浸出碱性氧化铜矿144 h后铜浸出率可达42.35%.通过对浸渣铜物相分析发现矿石中次生硫化铜浸出率最高.