氧化亚铁硫杆菌对钼镍尾矿金属的浸出作用及其机理探讨

摘要

为了解微生物对钼镍尾矿金属的浸出作用及其浸出机理，本文选取从遵义毛石镇钼镍矿区分离出来的氧化亚铁硫杆菌（At.f菌）浸出该矿区尾矿。选取钼镍尾矿中回收价值较高的金属离子（Ni2+、Cu2+、Zn2+）对At.f菌进行氧化活性实验，不同影响因素对At.f菌摇瓶浸出尾矿实验及微生物浸矿作用机理实验，探讨微生物浸矿关键影响因素及At.f菌浸矿机理，并自制反应体积为4L的微生物反应器进行浸矿试验。
　　本研究主要内容包括：⑴金属离子影响At.f菌氧化活性实验结果表明：实验条件下（温度：32±0.5℃、初始pH：1.8、转数：150±5 r/min），At.f菌对Ni2+、Zn2+耐受浓度均大于20g/L，而Cu2+浓度为10 g/L时，80h内At.f菌氧化活性大幅下降，Cu2+有明显抑菌作用；在Ni2+、Cu2+、Zn2+浓度均为2.5g/L的混合系统中，48 h内At.f菌的生长活性大大降低；当混合离子浓度各为5 g/L，80 h时Fe2+的氧化率仅为4.61%，表明混合离子共存时对At.f菌氧化活性抑制作用大于单一金属离子。⑵不同影响因素对At.f菌摇瓶浸出钼镍尾矿的影响实验表明：低矿浆浓度有利于At.f菌浸出钼镍尾矿，当钼镍尾矿质量浓度为10 g/L时，尾矿金属具有较高的浸出率；初始pH在1.4～2.6时，At.f菌对尾矿中各金属浸出率差别较小， Ni、Mo、Zn、Cu、Cr浸出率分别为50%、5%、60%、78%和18%左右；浸出体系中添加Fe2+会促进钼镍尾矿金属的浸出，不同Fe2+浓度对尾矿各金属的浸出影响有所差异，当Fe2+浓度在9～12g/L时有利于尾矿金属的浸出；在此基础上，浸矿初期添加Fe3+质量浓度为1 g/L时，可以强化At.f菌对钼镍尾矿的浸出作用。⑶分别采用At.f菌、Fe3+、黄铁矿及At.f菌+黄铁矿摇瓶浸出方式以探讨分析At.f菌浸矿作用机制，结果表明：At.f菌浸出实验组中溶液pH呈陡增-剧降-缓慢降低规律，Eh在4 d内快速上升，4 d后稳定在570 mV左右，Eh高于其他实验组。通过SEM表征，At.f菌浸矿第2 d时，钼镍尾矿表面有较多的杆状物质，浸矿16 d后的浸矿残渣表面棱角分明，而Fe3+浸矿残渣表面呈块状；采用XRD分析发现，At.f菌和单独的Fe3+浸矿残渣表面主要物相分别为铵黄铁矾和黄钾铁矾。基于实验数据及生物浸矿相关理论，分析得出At.f菌浸出钼镍尾矿金属作用机理：At.f菌以间接作用方式浸出钼镍尾矿中的Mo和Cu，同时，As在At.f菌的直接氧化作用下从尾矿中溶解出来，而At.f菌对Cr的浸出并无明显作用；对Ni和Zn而言，前期主要以间接作用方式浸出，后期以At.f菌的直接氧化作用为主。在浸矿过程中，At.f菌不断氧化Fe2+以保证体系中具有较高的氧化还原电位，增强浸矿体系中氧化性质，同时不断氧化产生Fe3+，强化尾矿金属的浸出。⑷微生物反应器浸出钼镍尾矿试验表明：Cu和Zn在32℃时在12d时浸出率最高，而Ni、As、Cr及Cd浸出率与试验温度呈正相关；尾矿粒径越小，越有利于反应器中钼镍尾矿的生物浸出（Cr除外）；各金属浸出率随反应器中钼镍尾矿浓度的增加而呈下降趋势，当尾矿浓度为10g/L和20g/L时，除Zn外的其他金属浸出率差别较小，当尾矿浓度为20g/L时，Ni、Cu、Zn浸出率分别是尾矿浓度为50g/L的2.97倍、2.92倍和3.49倍。

目录

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2浸矿菌种及微生物浸矿影响因素研究现状

1.3微生物浸矿机理基础理论

1.4基于微生物浸矿生物反应器的认识

1.5研究内容与技术路线

第二章 试验材料与研究方法

2.1试验材料

2.2研究方法

第三章 At.f菌对钼镍矿伴生金属耐受性研究

3.1不同初始pH条件下细菌生长活性

3.2 钼镍矿伴生金属离子对At.f菌氧化活性影响

3.3 讨论

3.4 本章小结

第四章 At.f菌浸出钼镍尾矿影响因素研究

4.1 各因素影响At.f菌浸出钼镍尾结果分析

4.2 讨论

4.3 本章小结

第五章 钼镍尾矿At.f菌浸出作用机理初探

5.1 浸矿结果与分析

5.2 浸出残渣SEM分析

5.3 浸出残渣及尾矿XRD分析

5.4 At.f菌浸矿机理分析与讨论

5.5本章小结

第六章 钼镍尾矿微生物反应器浸出试验

6.1 结果与分析

6.2 微生物反应器浸矿存在的问题

6.3 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 建议与展望

致谢

参考文献

附录

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