（植物学专业论文）细菌混合浸出低品位硫化铜矿以及强化细菌浸出的研究.pdf

内蒙古9 币范大学硕士学位论文 中文摘要 微生物浸出技术是开发利用低品位硫化铜矿的方法之一，其优点在 于不仅能经济、高效的利用低品位硫化铜矿资源，而且成本低、投资小， 在浸出过程中不排放任何污染物。因此，微生物冶金技术已成为冶金业 的研究热点。 首先，本文从巴盟霍各气铜矿的矿坑水中分离出两株浸矿细菌，分 别研究了两株细菌的形态特征和生理学特征。经鉴定一株为氧化亚铁硫 杆菌( 简称a f ) ，另一株氧化硫硫杆菌( 简称a t ) 。二者均为革兰氏阴 性菌，a f 菌平均大小为o 5 1 5 9 m ，最适生长温度为3 0 ，最适p h 为 2 ：5 ；a t 菌体的平均大小为0 4 1 o 岬，最适生长温度为o ，最适p h 为2 0 。在浸出矿物试验前，对两种菌株进行了驯化培养。在驯化细菌三 代以后，考察了两种菌株的氧化活性，发现其适应性和氧化活性明显提 高了，a f 菌氧化1 5 0 m m o l l 1 的f e 2 + ，由l o 天减少到7 天；a t 菌的生 长延迟期缩短，培养9 天p h 从2 0 下降至1 4 8 。 本试验所用矿物取自巴盟霍各气铜矿的废矿，经过多元素分析，铜 含量仅为0 5 4 ，属于低品位硫化铜矿。由于矿石中耗酸物质含量较高， 在浸出试验之前对矿物做了酸化处理。酸化试验发现随着矿样粒度的降 低，酸化的次数和耗酸量升高，2 0 4 0 目和6 0 8 0 目的矿样需要经过四次 酸化，1 2 0 1 4 0 目的矿样需要6 次酸化，1 8 0 2 0 0 目则需要8 次酸化才能 达到p h 2 0 。 利用a f 菌和a t 菌混合浸出低品位硫化铜矿是本文的一个研究重 点。试验结果表明，混合浸出9 天，铜的浸出率最大，可达7 5 6 ，比 a f 菌单独浸出时的最大浸出率5 8 8 高出了1 6 8 ，比不加入任何细菌 而单纯靠化学浸出的浸出率高4 2 2 。本文做了不同浸出条件对浸出率的 影响试验，得出混合浸出的最佳工艺为：p h l 8 ，接菌量1 0 ( 其中a f 菌与a t 菌的比例为l ：2 ) ，矿浆浓度1 0 ，矿样粒度1 8 0 2 0 0 目，3 0 ， 摇瓶转速17 0 r m i n 。 为了可以最大程度的利用低品位硫化铜资源，提高铜的浸出率，本 内蒙古师范大学硕士学位论文 试验对细菌混合浸出硫化铜矿进行强化，摸索了f e s 0 4 、f e 2 ( s 0 4 ) 3 、 a g n 0 3 、活性炭、吐温2 0 、吐温8 0 六种物质对浸出率的影响。试验结果 表明，吐温8 0 没有起到积极作用，反而使浸出率有所降低。吐温2 0 可 以加速浸出，但最终的浸出率没能提高。活性炭和a g n 0 3 的加入使浸出 率提高了5 左右。加入f e s 0 4 、f e 2 ( s 0 4 ) 3 可以使浸出率提高到9 0 ，但 加入的浓度有严格的要求，加入超量反而会抑制细菌的氧化活性，降低 浸出率。 关键词：硫化铜矿，低品位，细菌混合浸出，浸出率 内蒙古师范大学硕士学位论文 a b s t r a c t b i o l e a c h i n gi s o n eo ft h em e t h o d sf o rt h ee x p l o i t a t i o no fl o wg r a d e s u l p h i d ec o p p e r i t i se c o n o m i c a la n de f f i c i e n t ，w h i c hr e q u i r e sm o d e r a t e c a p i t a la n dl o wc o s t m o r e o v e r , b i o l e a c h i n gi se n v i r o n m e n t a l l ya n di th a s b e c o m eh o t t e ra n dh o t t e ri nt h ea r e ao f m e t a l l u r g y f i r s t ，t h ep a p e ra i m i n ga tt w ob i o l e a c h i n gb a c t e r i as e p a r a t i n gf r o m b a m e n gh u oc o p p e rm i n e f o c u s e so nm o r p h o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n d p h y s i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h et w ob a c t e r i a ，o n ei sa c i d i t h i o b a c i l l u s f e r r o o x i d a n s ( a 5 ) ，t h eo t h e ri sa c m i t h i o b a c i l l u s - t h i o o x i d a n s ( a 0 a n d 。b o t h a r eg r a m - n e g a t i v eb a c t e r i a t h em e a ns i z eo f a fi s0 5 1 5 g m ，t h eo p t i m u m t e m p e r a t u r ei s3 0 c ，a n dt h eo p t i m u mp ho fa fi s2 5 t h em e a ns i z eo fa t i s0 4 1 0 t m ，t h eo p t i m u m t e m p e r a t u r ei s3 0 c ，a n dt h eo p t i m u mp hi s2 0 b e f o r el e a c h i n ge x p e r i m e n t ，b a c t e r i a ls t r a i nh a sc a r r i e do u td o c i l ec u l t u r eo n t h et w ok i n d s a f t e rt h r e eg e n e r a t i o n si nt h ed o m e s t i c a t i o no fb a c t e r i aw e r e s t u d i e dt w ok i n d so fs t r a i n so x i d a t i v e a c t i v i t ya n df o u n dt h a ta d a p t a b i l i t ya n d o x i d a t i v e a c t i v i t y w e r e s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e d 15 0 m m o l l 。1f e 2 + i s c o m p l e t e l yo x i d i z e db ya fi n10d a y sd o w nt o 一7 d a y s g r o w t hl a gp h a s eo f a th a ss h o r t e n e d ，a n di t sp ht u r nf r o m2 0t o1 4 8 m i n e r a l su s e di nt h ee x p e r i m e n tt o o kf r o mb a m e n gh u os c r a pc o p p e r m i n e a f t e rm u l t i e l e m e n t a n a l y s i s ，t h ec o p p e rc o n t e n tw a so n l y0 5 4 ， b e l o n g st ol o w g r a d es u l f i d ec o p p e r a sh i g hc o n t e n to fc o n s u m i n gs o u r m a t t e r , b e f o r el e a c h i n ge x p e r i m e n th a sm a d ea c i d i f i e dp r o c e s s i n gt ot h e m i n e r a l a c i dt e s th a ss h o w nt h a ta st h eg r a n u l a r i t yr e d u c t i o n ，a c i d i f i c a t i o no f t h et i m e sa n dc o n s u m p t i o no fa c i dh a si n c r e a s e d 2 0 4 0 m ua n d6 0 8 0 m un e e d f o u rt i m e s a c i d i f i c a t i o n ，12 0 14 0 m un e e ds i xt i m e sa n d18 0 2 0 0 m un e e d s e i g h tt i m e s i ti st h em a i nb o d yo ft h ep a p e rt ou s et h em i x e db a c t e r i ao fa fa n da t 内蒙古师范大学硕士学位论文 t ol e a c ho u tt h el o w - g r a d es u l f i d e c o p p e rm i n e t h er e s u l t s s h o wt h a tt h e l a r g e s tl e a c h i n gr a t ei su pt o7 5 6 i nt h em i x - l e a c h i n ge x p e r i m e n t ，c o m p a r e d w i t ht h eb i g g e s tl e a c h i n gr a t e5 8 8 u s i n gi r o n o x i d i z i n gb a c t e r i aa l o n e ， w h i c hh a sp u tu p16 8 a n di ti s4 2 2 h i g h e rt h a nt h el e a c h i n gr a t eo ft h e e x p e r i m e n tw h i c hi su s i n gn o b a c t e r i a t h eb e s tc r a f to fm i xl e a c h i n g i s ：p h i 8 ，r e c e i v i n gb a c t e r i am e a s u r i n g10 ( o fw h i c hi r o n o x i d i z i n gb a c t e r i a a n ds u l f u r - o x i d i z i n gb a c t e r i ar a t i oo fl ：2 ) ，p u l pd e n s i t y10 ，m i n e r a l l i k e p a r t i c l es i z e 18 0 2 0 0m e s h ，3 0 ，s h a k eb o t t l e s p e e d17 0 r m i nc o n d i t i o n s ， l e a c h i n g9d a y s ，c a nr e a c ht h eb i g g e s tl e a c h i n gr a t e i no r d e rt ot a k em a x i m u mu s eo fl o w g r a d es u l f i d ec o p p e rr e s o u r c e st o e n h a n c et h ec o p p e rl e a c h i n gr a t e ，t h i s e x p e r i m e n ta t t e m p tt os t r e n g t h e n b a c t e r i am i x - l e a c h i n gs u l f i d ec o p p e r , h a st r i e dt of i n d o u th o wf e s 0 4 ， f e 2 ( s 0 4 ) 3 ，a g n 0 3 ，t h ea c t i v a t e 。c a r b o n ，t w e e n - 2 0 ，t w e e n 一8 0 m a t e r i a l s i n f l u e n c et h el e a c h i n gr a t e t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt w e e n - 8 0d o e sn o tp l a y a l la c t i v er o l e ，b u tw i l ld e c r e a s et h el e a c h i n gr a t e ，t w e e n 一2 0c a na c c e l e r a t et h e l e a c h i n g ，b u tu l t i m a t e l yf a i l e dt oi n c r e a s et h el e a c h i n gr a t e a d d i n ga c t i v a t e d c a r b o na n da g n 0 3m a d el e a c h i n gr a t ei n c r e a s e da b o u t5 p u t t i n gf e s 0 4 ， f e 2 ( s 0 4 ) 3c a nm a k el e a c h i n gr a t er i s et o9 0 ，t h e r ea r es t r i c tr e q u i r e m e n t s ， t h ee x c e s sv o l u m e w i l l 。s u p p r e s sb a c t e r i a so x i d i z e da c t i v i t ya n dr e d u c e l e a c h i n gr a t e k e yw o r d s ：s u l f i d ec o p p e r ，l o w g r a d e ，b a c t e r i am i x l e a c h i n g ， l e a c h i n gr a t e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果，尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含本人为获得内蒙古师范大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料。本人保证所呈交的论文不侵犯国家机密、商业秘密及 其他合法权益。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示感谢。 签名：绻。盈鸯亳日期：沙户年f 月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解内蒙古师范大学有关保留、使用学位 论文的规定：内蒙古师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电子文档的内容 和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：铭凌秀每 锄签名：蜘咖 夕 日期：如to 年6 月日 1 前言 1 前言 1 1 铜的概述 1 1 1 铜的资源 铜在地壳中的平均含量为0 0 1 。自然界中含铜的矿物有2 4 0 多种，具有工业价 值的铜矿仅有1 5 种：包括自然铜( c o p p e r ，c u ) 、黄铜矿( c h a l c o p y r i t e ，c u f e s 2 ) 、 斑铜矿( b o r n i t e ，c u 5 f e s ) 、辉铜矿( c h a l c o s i t e ，jc u 2 s ) 、黝铜矿( t e t r a b e d r i t e ， c u 3 s b s 3 ) 、砷黝铜矿( t e n n a n t i t e ，c u 4 s s 3 ) 、铜蓝( c o v e l l i t e ，c u s ) 、蓝铜矿( a z u r i t e ， 2 c u c o s c u ( o h ) 2 ) 、黑铜矿( t e n o r i t e ，c u o ) 、赤铜矿( c u p r i t e ，c u 2 0 ) 、氯铜矿 ( a t a c a m i t e ，c u 2 ( o h ) 3 c 1 ) 、孔雀石( m a l a c h i t e ，c u c 0 3 c u ( o h ) ：) 、硅孔雀石 ( c h r y s o c o l l a ，c u s i 0 3 3 h 2 0 ) 、胆矾( c h a l c a n t h i t e ，c u s 0 4 s h 2 0 ) 、水胆矾( k o n i g i t e ， 2 c u s 0 4 3 c u ( o h ) 。) 。其中，分布最广的是黄铜矿，约占总量的8 0 ，其次为斑铜矿。 世界上铜资源最丰富的国家是智利，其次为美国、赞比亚旺1 ，世界铜资源储量见 表i - i 。我国铜矿虽保有相当的储量，但与资源丰富的国家相比或按人均资源量衡量， 我国是铜资源不丰富的国家，而且大型铜矿少，多数为中小型铜矿。铜矿品位也远低 于智利、印尼、澳大利亚等国。 1 1 2 我国铜供求现状 我国的铜生产和消费逐年增加，自1 9 9 5 年以来，总供应量少于总需求量的情况 越来越严重，铜的市场价格逐年升高，进而促进了铜冶金业的快速发展d 1 。近些年铜 资源供求情况见表卜2 。 。 由表1 - 2 可知，我国的铜产量远远满足不了市场的需求，铜的产量只能满足铜冶 炼量的1 3 ，铜冶炼的产量只能满足市场需求量的2 3 。多年来，我国一直依靠进口 铜矿来满足国内需求，因此铜的价格被逐年抬高，高昂的铜价为铜冶金发展提供了机 遇h 喇。为了发展我国的铜工业，就要充分利用各种铜资源。我国优质铜资源已逐渐 枯竭，再加上多年开采产生了大量的低品位矿石，所以采用各种选矿、冶金技术，致 力提高低品位铜矿的回收利用率，对提高我国铜资源的综合利用水平有重要意义。 内蒙古师范大学硕士学位论文 表1 - 1 世界铜资源储量 t a b1 1r e s e r v e so fc o p p e ri nt h ew o r l d 表1 - 2 铜资源供求情况 t a b l 2s i t u a t i o no f e o p p e rs u p p l ya n dd e m a n d 2 1 前言 1 1 3 铜的冶金工艺概述 我国是发明炼铜的国家，也是世界上铜的使用最早的国家之一。炼铜法依据介质 不同，主要分为火法炼铜、湿法炼铜和细菌炼铜。 1 1 3 1 火法炼铜 最早出现的是火法炼铜，如今火法炼铜的工艺已经非常成熟，应用于大规模生产， 应用普遍。硫化铜精矿的火法冶金是最重要的铜生产方法。但其缺点也是显而易见的， 投资大，能源消耗高，难以处理低品位、复杂难选的铜矿。 1 1 3 2 湿法炼铜 由于火法炼铜能源消耗大，环境污染严重，再加上硫化铜精矿资源日益减少，科 学家们发明了湿法炼铜工艺浸出一萃取一电积工艺。其生产成本低，环境污染相 对轻，而且可以处理低品位矿和难选矿，近二十年来发展的很快。 1 1 3 3 细菌炼铜 细菌炼铜是在湿法炼铜的基础上发展而来的。主要用于火法炼铜和湿法炼铜都难 以处理的低品位硫化铜矿。其工艺流程与湿法炼铜相似：细菌堆浸一萃取一电积【7 1 。 该工艺较传统炼铜法有许多优点，具体体现在： ( 1 ) 低能耗。整个工艺流程采用常温，除设备电力外不需补充热量。 ( 2 ) 工艺简单。该工艺没有复杂的浸出设备，不需要对物料进行特殊处理，易操作。 ( 3 ) 投资少。该工艺的投资是同等其他类型铜厂投资的3 0 5 0 。 ( 4 ) 环境污染轻。该过程是闭路循环的，没有温室气体及污染物排放。 ( 5 ) 实现资源充分利用。微生物冶金不但可用于贫矿的浸出，而且可用于废矿、尾 矿，使大量无法有效利用的低品位铜资源得以回收利用，从而实现了资源的充 分利用。 ( 6 ) 其他优点。适应性强、除杂效果好等。 1 2 微生物湿法炼铜 1 2 1 微生物湿法冶金的产生及发展 早在罗马时代，人们便在采矿废石堆的矿坑水中发现有金属及酸的存在，之后便 利用酸性矿坑水从硫化矿中浸出铜，其原理就是细菌冶金。1 6 世纪，w e l s h 曾用有 细菌存在的酸性水进行硫化矿的微生物浸出。18 7 1 年，c o l m e r 和h i n k e l 发现酸性矿 坑水存在一种细菌，能将f e 2 + 氧化为f e 3 + 。1 9 2 2 年，r u d o l f 等人用自养菌浸出硫化 铁及硫化锌。1 9 5 1 年t e m p l e 和d e l c h a m p s 从煤矿的矿坑水中分离出嗜酸氧化亚铁硫 内蒙古9 币范大学硕士学位论文 杆菌( a c i d i t h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n s ) ，并对其生理特性进行了研究。1 9 5 4 年，z i m m e r l e y 等人首次申请了生物堆浸专利，该技术在2 0 世纪5 0 年代得到应用，这就是微生物冶 金技术在工业上应用的开端【8 l 。1 9 8 0 年，第一个商业化规模的低品位铜矿生物浸出堆 浸厂- m i n e r a p u d a h u e l 矿山公司在智利北部建成。此时，微生物浸矿已成为矿冶领 域的研究热点并取得了长足的进步。 在我国，微生物冶金最早始于2 0 世纪6 0 年代。但直到8 0 年代后期才对其进行 深入研究，9 0 年代中期我国有了第一家生物提取堆浸厂江西德兴铜矿。之后， 广东大宝山、福建紫金山生物提铜堆浸厂相继建成 9 1 。目前，我国对生物浸出铜矿的 研究与发达水平国家相比差距较大，也就是说我国利用低品位铜矿资源的技术有待进 一步提高，这将促进我国铜资源的综合利用。因此，进一步加强微生物浸铜工艺的研 究，对充分利用我国的贫铜矿有重要意义。 1 2 2 浸矿微生物的种类及应用 浸矿微生物是指可直接或间接地参与金属硫化矿物的氧化和溶浸过程的细菌，也 被称为浸矿细菌。生物浸矿体系中发现的微生物已有二十多种，大部分属于自养菌， 也有个别异养菌和兼性菌【l o l 。自前，研究比较多且在生产中应用最广的主要是自养菌， 主要有： ( i ) 氧化亚铁硫杆菌( a c i d i t h i o b a c i l l u s f e r r o o x i d a n s ，简称a f ) ，该菌是浸矿细 菌中发现最早、研究最透彻、最常使用的一种自养菌。生长温度为5 4 0 ，最适温度 为2 8 3 5 ；生长p h 为1 2 6 0 ，最适p h 为1 8 2 5 ；形态学特征：杆状，大小( 0 3 0 5 ) 1 tm ( 1 0 1 7 ) i tm ，革兰氏阴性茵，单鞭毛，可运动。生理学特性：严格好氧， 无机化能自养，可氧化亚铁离子、硫( s o 、s 2 0 3 ) 和c u s 等。 ( 2 ) 氧化硫硫杆菌( a c i d i t h i o b a c i l l u st h i o o x i d a n s ，简称a t ) 该菌发现的也比较 早，它可以氧化金属硫化物，氧化过程中产生了元素硫( 氧化单质硫的能力比氧化硫 的化合物的能力强) ，并产生硫酸。 ( 3 ) 氧化亚铁微螺菌( l e p t o s p i r i l l u m f e r r o o x i d a n s 简称l f ) 最适温度3 0 左右， 大小( 0 2 加4 ) um x ( o 9 1 1 ) 1 tm 。革兰氏阴性菌，单鞭毛，可运动。生理学特 性：严格好氧，无机化能自养。该菌功能与a f 相似，但只可以氧化金属硫化物和 亚铁离子，不能氧化元素硫【l 。 按照细菌生长的最适温度可以将其分为三类，即高温菌、中等嗜热菌和中温菌【1 2 】。 按照细菌生长的最适温度，也可将其分为极度嗜热菌( t 6 0 c ) 、中度嗜热菌( t = 4 0 6 0 ) 和常温细菌( t ：1 5 9 l - 1 ，1 0 。3m o l l ，新配置的水溶液。 ( 3 ) 醋酸钠溶液：lm o l | 。 测定方法 ( 1 ) 绘制标准曲线：用移液枪吸取0 1 i n g m l 叫铁标准溶液l o m l 于l o o m l 容量瓶中，加入 2 m l2 m o l l - h c l ，用水稀释至刻度，摇匀。此溶液含f e 3 + 1 0l ag 。m l 一。 ( 2