矿物生物处理p

矿物生物处理p第一页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理1、微生物浸矿的基本理论1）直接作用理论是指在有水、空气存在的情况下，细菌与矿物表面接触，将金属硫化物氧化为酸溶性的二价金属离子和硫化物的原子团。如：（1）黄铁矿

一、生物冶金技术2第二页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理（2）黄铜矿（3）辉钼矿（4）稀有金属镓和锗的硫化矿1、微生物浸矿的基本理论1）直接作用理论一、生物冶金技术3第三页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理2）间接作用理论在多金属的硫化矿床中，通常含有黄铁矿，在有细菌的条件下，可以被快速氧化，生成硫酸铁，它是一种很有效的金属矿物氧化剂和浸出剂，其它金属矿物都可以被其浸出，凡是利用Fe3+为氧化剂的金属矿物的浸出，都是间接浸出。如：（1）黄铁矿一、生物冶金技术4第四页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理（2）铀矿物（3）铋矿物（4）铜矿物一、生物冶金技术5第五页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理3）复合作用理论是指在细菌浸出过程中，既有细菌的直接作用，又有Fe3+氧化的间接作用；有时以直接作用为主，有时则以间接作用为主。这是迄今为止绝大多数研究者普遍赞同的细菌浸矿机理。一、生物冶金技术6第六页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理2、微生物浸矿的影响因素

（1）菌种不同细菌对矿物的氧化和浸矿作用是不同的。目前用于浸矿的细菌主要有氧化亚铁硫杆菌、氧化亚铁微螺菌、氧化硫硫杆菌和嗜酸硫杆菌。实际应用中，菌液是各种细菌的混合液。（2）细菌的适应性（3）培养基的成分及氧和碳（4）有害组分和抑制组分一、生物冶金技术7第七页，共四十二页，编辑于2023年，星期一微生物名称生长温度pH值形态生理学特性氧化亚铁硫杆菌5-401.2-6.0杆状好氧、化能自养、革兰氏阴性菌，单鞭毛，可动氧化亚铁钧端螺旋菌301.5-4.0螺旋状好氧、化能自养、革兰氏阴性菌，有鞭毛，可动氧化硫硫杆菌5-400.5-6.0杆状好氧、化能自养、革兰氏阴性菌，单鞭毛，可动布赖尔利叶硫球菌55-801.0-5.1球形好氧、化能自养、革兰氏阴性菌，不可动嗜热硫氧化菌20-601.1-5.0杆状好氧、化能自养、革兰氏阳性菌常见浸矿微生物第二章矿物（煤）的生物处理一、生物冶金技术8第八页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理2）物理化学因素（1）pH值（2）温度（3）氧化还原电位3）工艺技术因素（1）矿石粒度（2）矿浆浓度4）其他影响因素（1）表面活性剂（2）光照（3）金属离子（4）渗透压一、生物冶金技术9第九页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理3、微生物浸矿的实验室研究方法1）微生物浸矿的典型流程

原矿或精矿矿石准备细菌浸出固液分离浸出渣富液金属回收粗金属尾液细菌再生细菌浸矿剂营养剂空气CO2一、生物冶金技术10第十页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理2）摇瓶试验它是一种分批培养方法。在反应器中一次性加入培养基，然后接种并在一定条件下培养，浸出过程不再加任何物料，浸出结束后放出培养液处理。3）微生物柱浸试验无论浸出介质是否循环，柱浸可作为地浸、堆浸的实验室模拟。浸柱直径应大于矿石颗粒直径的10倍，浸柱高度至少应该是柱直径的5倍。一、生物冶金技术11第十一页，共四十二页，编辑于2023年，星期一一、生物冶金技术12第十二页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理4）搅拌浸出试验（1）半连续浸出试验（2）连续浸出试验一、生物冶金技术13第十三页，共四十二页，编辑于2023年，星期一微生物连续浸出实验装置1-浸出反应器；2-调浆反应器；3-给矿机；4-矿浆收集器；5-矿浆14第十四页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理4、微生物浸矿工艺过程微生物浸矿方法有许多种，大致可以分为：1）微生物堆浸2）微生物搅拌浸出3）微生物地浸4）微生物槽浸一、生物冶金技术15第十五页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理1）微生物堆浸

微生物堆浸一般多在地面上进行，通常利用斜坡地形，将矿石堆在不透水的地面，在矿堆表面喷洒细菌浸矿剂浸出，在低处建集液池收集浸出液。该工艺的特点是：规模大、浸出时间长，成本低。微生物堆浸工艺流程示意图一、生物冶金技术16第十六页，共四十二页，编辑于2023年，星期一微生物氧化难浸金矿的堆浸工艺流程17第十七页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理2）微生物搅拌浸出微生物搅拌浸出法一般用于处理高品位的矿石或精矿，用于搅拌浸出的物料一般粒度非常细，浓度比较低。搅拌过程中还需控制温度，以免影响细菌的生长和生存。3）微生物地浸又称为原地浸出或溶浸采矿，它是通过地面钻孔至金属矿体，然后由地面注入细菌浸矿剂到矿体中，浸矿剂在多孔的金属矿体中循环，最后经生产井用泵将浸出液抽到地面并回收。一、生物冶金技术18第十八页，共四十二页，编辑于2023年，星期一含金氧化矿体的原地浸出示意图19第十九页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理4）微生物槽浸矿石的槽浸是一种渗透浸出的过程，通常在浸滤池或者槽中进行，一般用于处理高品位的矿石或精矿，矿石粒度比堆浸小，每个浸出槽一次可以装矿数十吨或数百吨，浸出周期为十天至数百天。一、生物冶金技术20第二十页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理5、微生物浸矿的应用实例1）含金黄铁矿的微生物浸出2）铜矿物的微生物浸出3）铀矿石的微生物浸出一、生物冶金技术21第二十一页，共四十二页，编辑于2023年，星期一含金黄铁矿精矿微生物浸出工艺流程图22第二十二页，共四十二页，编辑于2023年，星期一江西德兴铜矿微生物堆浸-电积-萃取流程一、生物冶金技术23第二十三页，共四十二页，编辑于2023年，星期一微生物浸出铀矿石工艺流程一、生物冶金技术24第二十四页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理第七篇矿物（煤）的化学与生物处理煤的微生物脱硫是指通过培育出针对含硫化合物的菌种，利用煤中含硫化合物的生物化学反应，或微生物在黄铁矿表面的吸附改性，用沥滤或浮选的手段实现脱硫的目的。与传统方法相比，微生物脱硫具有常温、常压、温和、耗能低、污染少、成本小、不损耗热值等优点，同时具有脱除有机硫的潜力。

二、煤炭生物脱硫25第二十五页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理1、微生物脱硫的起源与分类2、微生物浸滤法3、微生物浮选法4、微生物脱硫存在问题与发展方向5、微生物脱硫技术的发展潜力二、煤炭生物脱硫26第二十六页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理煤的微生物脱硫是由生物冶金技术发展起来的。最早在1947年，Colmer和Hinkle发现，氧化亚铁硫杆菌能够促进煤中的黄铁矿的氧化溶解，从而揭开了微生物脱硫研究的序幕。煤的微生物脱硫技术可以分为微生物浸出法和微生物表面处理法两大类。二、煤炭生物脱硫1微生物脱硫的起源与分类27第二十七页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理微生物浸出法是通过微生物的氧化作用，将黄铁矿氧化分解成铁离子和硫酸，硫酸溶于水后将其分离，从而完成煤的脱硫过程。这种方法的优点是装置简单，仅需要在煤堆上面撒上含有微生物的水，通过水的浸透，实现煤的微生物脱硫，生成的硫酸在煤堆底部收集。但其缺点是处理周期长，一般需要30天左右，而且浸出的废液容易造成二次污染。二、煤炭生物脱硫28第二十八页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理微生物表面处理法，也称微生物浮选法，是将大量繁殖的细菌液，加在待处理高硫煤浆中，在一定浓度的细菌和介质条件下（温度、pH值），细菌会有选择性地吸附在黄铁矿表面，使黄铁矿表面由疏水变为亲水，但细菌却难以在煤颗粒表面吸附，煤粒仍然保持疏水性，再利用浮选技术把煤和黄铁矿分离。目前研究使用最多的微生物是氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillusferrooxidans）和氧化硫硫杆菌(Thiobacillusthiooxidans)。

二、煤炭生物脱硫29第二十九页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理1）脱硫机理一般以DBT作为模型化合物来表征微生物对煤中有机硫的脱除机理，以微生物对煤中黄铁矿硫的氧化过程表征对无机硫的脱除机理。有机硫的脱除机理分为4-S机理[17]和Kodama机理[18]，所谓4-S机理指微生物选择性氧化DBT中的硫，不破坏芳环结构，不降低煤的热值；Kodama机理是指微生物以DBT中碳为碳源，降解芳环结构，对DBT中的硫没有或只有部分氧化，通过生成含硫的水溶性化合物达到脱硫的目的，但煤的热值受到损失。2、微生物浸滤法二、煤炭生物脱硫30第三十页，共四十二页，编辑于2023年，星期一4—S途径Kodama途径（1）有机硫脱硫机理2、微生物浸滤法1）脱硫机理31第三十一页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理（2）无机硫的脱除机理

可能包含两种途径：

一种是黄铁矿直接被微生物氧化成铁离子和硫酸根离子另一种是微生物先将Fe2+氧化为Fe3+，Fe3+作为强氧化剂与金属硫化物反应，将黄铁矿硫氧化为硫酸根离子或元素硫

二、煤炭生物脱硫2、微生物浸滤法1）脱硫机理32第三十二页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理2）微生物脱硫的影响因素

微生物浸滤法脱硫的影响因素，主要集中在物理、化学、生物三个方面

物理因素化学因素生物因素煤粒度培养基组成菌体活性煤孔结构毒物微生物群落固体浓度气体组成接种物大小温度PH值抗毒性压力煤反应性

二、煤炭生物脱硫2、微生物浸滤法33第三十三页，共四十二页，编辑于2023年，星期一3）微生物脱硫菌种的选择

微生物种类细胞形状细胞壁性质营养类型能源温度℃酸度硫杆菌属杆G-严格和兼性自养Fe2+,S，无机硫化物2-401.2-5.0硫螺菌属弯曲G-严格自养Fe2+,FeS22-401.0-5.0假单胞菌属杆G-异养有机硫化物287-8.5大肠杆菌杆G-异养有机硫化物30-407.0红球菌属球

异养有机硫化物307.0硫杆菌属杆G+兼性自养Fe2+,S，无机和有机硫化物20-601.1-5.0芽孢杆菌属杆G+异养有机硫化物287-8.5硫化叶菌属不规则球G-兼性自养Fe2+,S，无机和有机硫化物40-901.0-5.8排硫球菌属甲烷杆菌属球或杆G-兼性自养Fe2+,S，无机和有机硫化物50-801-4Pyrococcus菌属球

厌氧异养H2S、S1000.6-1.62、微生物浸滤法34第三十四页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理4）中试状况

在欧共体资助下，意大利托雷斯港于1992年9月建成一个干煤处理量为50千克/小时的微生物浮选中试装置，采用氧化亚铁硫杆菌为脱硫菌，在分成两组的6个体积为7.5立方米的搅拌槽式生物反应器中，对粒度小于40um的细粒煤进行处理。试验煤浆的固体浓度范围6.5%-41.5%，达到稳定的时间为10天左右。在煤浆流速为250L/h时，在前5个反应器内，脱除90%的黄铁矿需要6.254天。

美国矿物局与PETC合作对匹兹堡煤进行了两种堆沥试验，一是将23吨粒度小于5cm的粗煤在室内沥滤，一年后大约50%的黄铁矿被脱除；

二、煤炭生物脱硫2、微生物浸滤法35第三十五页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理5）存在问题二、煤炭生物脱硫2、微生物浸滤法36第三十六页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理3、微生物-浮选法微生物-浮选法最早出现于80年代，是一种微生物改性的方法。它是通过亲水的氧化亚铁硫杆菌在黄铁矿表面的选择性吸附，增大黄铁矿表面的亲水性，使其可浮性受到抑制，从而实现与煤粒的分离。

1）脱硫机理利用微生物在黄铁矿表面的吸附，以细菌的体表代替黄铁矿的表面，增强黄铁矿表面亲水性，然后借助浮选手段，强化煤炭的浮选脱硫效果。

二、煤炭生物脱硫37第三十七页，共四十二页，编辑于2023年，星期一2）菌种的选育名称形态特征表面特性最佳环境氧化亚铁硫杆菌Thiobacillusferrooxidans0.5-2um直短杆状接触角20-30°荷负电（PH2.0）荷正电（PH1.3-4）PH1.4-1.5温度20-35℃氧化硫硫杆菌Thiobacillusthiooxidans0.5-1um直短杆状亲水PH1.4-4.5温度25-35℃分枝杆菌Mycobacteriumphki-1um浆果状接触角70°荷负电（PH2-10）PH3-6温度-35℃酸热硫叶菌Sulfolobusacidocaldarius0.8-1um不规则叶片球状

PH1-5.8温度>55℃酒酵母菌SaccharomycesCerevisiae

亲水PH1.4-4.5温度25-35℃二、煤炭生物脱硫3、微生物-浮选法38第三十八页，共四十二页，编辑于2023年，星期一浮选矿浆浮选柱精煤尾矿细菌培养液浮选药剂煤浆微生物预处理3）浮选脱硫的工艺流程3、微生物-浮选法39第三十九页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理4）影响脱硫效果的因素

（1）细菌驯化时间（2）矿浆预处理时间（3）矿浆粒度（4）菌液浓度（5）pH值二、煤炭生物脱硫3、微生物-浮选法40第四十页，共四十二页，编辑于2023年，星期一第二章矿物（煤）的生物处理4、微