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兰州大学硕{ 毕业论文生物一化学两级循环反应器中难浸金矿的细菌氧化预处理研究 摘要 随着金矿的大规模开采，易浸的金矿资源日渐枯竭，难处理、低品位金矿 将成为今后黄金工业的主要资源。近年来在微生物浸矿技术基础上开发的生物 氧化法由于具环境友好成本较低，受到越来越多的重视。但在目前生物冶金研 究领域中从细菌改良等菌种角度提高单菌氧化能力难有明显效果，需从优化细 菌生长条件等角度提高整体细菌氧化能力，而细菌搅拌浸出中应用的生物反应 器又普遍存在剪切力大、细菌磨损严重等缺点，因此，生物浸出技术迫切需要 解决过程工程问题，开发具有柔和搅拌条件、高效的生物浸出反应器。 本文基于细菌浸出的间接作用机理设计了一种生物．化学两级循环反应工 艺，该工艺将传统的矿物生物浸出过程分为细菌生长，F e 2 的细菌氧化的生物 反应过程以及细菌氧化产物与矿物间的化学反应过程。该工艺流程为在生物 反应器中F e 2 被么f ．厂氧化为F e ”，F e 3 通过恒流泵进入化学反应器，并与其中的 硫化矿进行反应产生F e 2 ，然后这些F e 2 又进入生物反应器被彳t 厂氧化为F e 3 ， 其后这些F e 3 又被带入化学反应器，如此往复循环。本论文用该工艺对甘肃坪 定含砷难处理金矿进行氧化预处理研究，首先对实验室现有的七种氧化亚铁硫 杆菌用含砷难处理金矿进行驯化，从中选出该矿样的最佳菌种。在摇床温度 3 0 ℃，转速1 8 0 r ／m i l l 条件下确定B Y 3 菌种对该矿样浸出效果较好，并对该菌种 生长条件进行优化，得出B Y 3 菌在9 K 液体培养基中的最佳生长条件为3 0 ℃， p H l ．5 ．2 ．0 ，接种量1 0 ％。在生物．化学两级循环反应工艺中，对固定化彳t 厂和游 离彳∥浸出高砷难处理金矿进行比较，得出前者比后者的浸出率低4 ．2 ％，因此， 本项目采用游离4 六7 r 来浸出高砷难处理金矿。 实验确定了生物．化学两级循环反应器浸出甘肃坪定高砷型难处理金矿的 最适理化条件 化学反应器温度7 0 ℃，F e 抖浓度为6 9 ／L 6 K ，矿石粒度．7 4 u m ， A g 5 m ∥L ，在优化条件下，使用该反应器当该体系运行到第5 天时，实验组砷 的浸出率就可以达到8 1 ．7 9 ％，明显高于无菌组和3 0 ℃对照组的浸出结果。生物 ．化学两级循环反应器提高了浸出率，浸出时间缩短了一半，间接降低了微生物 浸矿的成本，因此，在实际生产中具有可行性。 关键词难浸金矿；生物浸出；氧化亚铁硫杆菌；两级反应器；浸矿机理 A b S t r a C t W i t hl a 略e 。S c a l e g o l dm i I l i n g ，丘．e e m i l l i n gr e s o u r c e si n c r e a S i n g l yd e p l e t e d ， r e 胁c t o 吼l o w 伊a d eg o l dd e p o s i tw i l lb e c o m et 1 1 em a i nr e s o u r c e so f g o l di n d u s n y ． 1 1 1r e c e n ty e a r s ，b i o o x i d a t i o nd e V e l o p e do nt h eb a S i s0 fm i c r o b i o l o g i c a l l e a c h i n g t e c h n o l o g yh a db e e l l i n ga t t e n d e dm o r e 觚dm o r eb e c a u s eo fal o w e 卜c o s t 如d e n V l r 0 1 1 l n e n t 。衔朗d l y - A tp r e s e n t ，i ti sd i 旃c u J tt oi m p r o v em eb i o ．o x i d a t i o na b l h o f b l o I e a c t Ⅱn gm l c r o o r g a m s m s ，s o 、Ⅳen e e ds e e ks o m en e ww a y st o o p t i m i z et h e g r o w mc o n d i t i o no f b 砌嘶啪．H o 、v e v e r ，b i o ．o x i 缸i o ni 1 1 s t i 研n gr e a c t o ri saw e a p p m a c ht 0l m p r o v et l l eg r o 砒o f b a c t e r i u I I l ，t h es t i r r e d b i o r e a c t o r b 鹕eu p a g a i n S t 钍1 eh l 曲s h e a r r a t e s ，s u S p e n d i n gs o l i d sa I l dt h el o s so fs t e r i l 咄S ot h a ti t i s 1 l l u n l n e n c yt os e a r c hf o rs o m et e c l l l l i q u e st 0s o l V es u c hp r o b l 锄s ，觚dm a k e 恤 b i o l e a c l l i n gh a dp r e d o m i r l a 】∞et oo t l l e rh y d r o m e t a l l u 】哩yw a y s ． B a S e do nt l l ei n d i r e C t b i o l e a c m n gm e c h a m s m ，an e wb i o l e a c l l i n g p m c e s s c o m p n s m gb i o o x i d a t i o n 锄dc h e m i c a l l e a c h i n gi s p r o p o s e d ．T h ep r i n c i p l eo ft h j s w h o I ep r o c e s sc a I lb es Ⅶ珊a r i z e d 勰f o l l o w s f i r s t l ym e l e a c h i n gs o I u t i o ni nm e c h e 衄c a Jr e a c t o rw o u l dr e a c t 晰t l ls u l f i d et op r o d u c eF e ”，t h e nt h eF e 2 p 嬲s e dt 0 b j o r e a c t o rw o u l db e b i o l o 舀c a l l yo x i d i z e dt 0f b r r i ci o I l sw 1 1 i c hs u b S e q u e n t l yb e r e c y c I e dt oc h e m i c a lr e a c t o rb yaH L 2 Sp 嘶s t a l t i cp 啪p r e a c t i n gv v i t l lt h es u l m d e m i I l e m l sa g a i n T I l er e f ．r a c t 0 巧g o l do r e s0 fG a l l S uP i n gw i t l lt 1 1 ep 敞e S s 、惴s n J d i e d ． f i r s to fa l ls e V e nl i n d so f 爿c 汹衲扬6 口c 以螂斥，．加锨f I 妇珊i nl a b o r a t o r y 、Ⅳe r eI l S e dt o d e c o m p o s ea r s e m c ．b e a r i n gr e 如c t o D rg o l do r e st os e l e c tt h eb e S ts t r a 缸．B Y 3w a S n l eo p t 蚰a J 爿t 乃，．加似f 砌慨1 ki n o c u l a t e dr a t i o l0 ％v ～t e m p e r a l u r e3 0 ℃a I l d p H l 5 - 2 0 、Ⅳe r et l l eo p t i m a L Ip a m m e t e r Sf o rt h ed i s s p l u t i o no fG 咖趾r e f ．a c t o r v 9 0 l d ’o r eu 1 1 d e rt h ec o n d i t i o l l so fS h a l i n gr a t e18 0 r ／n l i n ．1 1 1n l eb j o J o g ，．c h e m i c a 】 r e a c t l o np r o c e s s ，妇o b i l i z e d 彳矿c o m p a r e d 诵t 1 1 舶e 彳叮t ol e a c hh i 曲a r s e m c r e 打a c t o r y9 0 l do r e s ，m er e s u l t sS h o w e dt l l a tt h el e a c l l i n gr a t eo ft h ef o 咖e rl o w e r t I l a I lm el a n e r ．T h e r e f o r e ，t l l i sp r o j e c ta d o 幽I j r e e 彳，．／t ol e a c hh i g h a r S e I l i c ．b e 嘶n g f e 觚t o r y9 0 l do r e s ． 1 nt m sp a p e r p r e t e a _ t m e n to fa n 翘；e T l i c b e a r i n gr e 丘a c t 0 巧g o l do r e ，、 I j ，h i c h w a S c o l l e c t e d 硒mP i I l g d i n g i n 阢n s up r 0 V i n c e ，嗍c 硎e do u t b yb i o l e a c M n g i na n o v e I c o n t I n u o u s “v 0 。s 诅g eb i o c h e m i c a lr e a c t o r ．1 ke 腩c t s 0 fp r o c e s s i n g p 啪e t e r S ，i ．e ．o r ep 缸i c l es 泌，t e m p e r a t u r e ，A 矿a 1 1 dF e 3 c o n c e n t r a t i o ne t 甜．．峨 m v e s t i g a t I 阳R e s u I t ss h o w Ⅱ1 a t 锄a r s e l l i ce x n 佻t i o nr a t eo f81 ．7 9 ％c o u l db e H I 兰州大学硕上毕业论文 生物．化学两级循环反应器中难浸金矿的细菌氧化预处理研究 o №i n e d f o r5 d 吼d e rt h ec o n d i t i 0 I l so f 7 0 ℃，6 9 ／Lo f F e 3 6 K ，5 m g ／Lo f A 矿a n d 7 缸聊o fp a n i c l e ss i z e ，r e s p e c t i V e l y ’1 1 i 曲e rt h a I lt l l ec o n 仃o lg r o u pa tl o w t e m p e r a t u f ea n d1 1 j 曲t e m p e m t u r ec o n t r o lg r o u p ．ni n c r e a s e dl e a c l l i n gr a t e ，S h o r t e d l e a c m n gt i m eb yo n et l a l fa 1 1 di n d n c t l yr e d u c e dt h ec 9 s to fb i o l e a c l l i n gi n b i o l o g i c a l c h e m i c a lr e a c t o r ，t l l e r e f o r e ，i ti sf e a S i b l ei nt h ea c t u a lp r o d u c t i o n ． K e yw o r d s R e f 如t o 巧g o l dc o n c e n t m t e ；B i o - o x i d a t i o np r e 仃e 咖e n t ；彳c 撕幻一 6 口c 批乃珊甜胁船；B i o l o g i c a l 一c h e m i c a lf e a c t o r ；L e a c №gm e c h 砌s m Ⅳ 兰州大学硕．I 毕业论文生物．化学两级循环反应器中难浸金矿的细菌钮化预处理研究 2 ．2 ．1X 射线鉴定两种形态的细胞产生的沉淀⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 2 ．2 ．2 黄铁矾形成机制研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 第四部分生物一化学两级循环反应器氧化难浸金矿的浸出参数优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 9 l 材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 9 1 ．1 菌种来源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 1 ．2 培养基⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 9 2 实验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 9 2 ．1 亚铁浓度测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 2 ．2A g 的驯化培养⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 2 ．3 单级反应器氧化难浸金矿的浸出参数优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 0 2 ．3 ．1 矿石粒度对生物浸出的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 2 ．3 ．2 温度对生物浸出的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 2 ．3 ．3 初始F e 3 的浓度对生物浸出的影响及浸出液中总铁含量的变化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 2 ．3 ．4 表面活性剂吐温．2 0 对生物浸出的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 2 ．4A 矿对生物浸出的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 2 ．5 游离彳t 厂在生物．化学两极反应器中浸出难处理金矿的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 3 结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3l 3 ．1 单级反应器中矿石粒度对生物浸出的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3l 3 ．2 单级反应器中温度对生物浸出的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 l 3 ．3 单级反应器中F e 3 的浓度对生物浸出的影响及浸出液中总铁含量的变化⋯⋯⋯⋯⋯3 2 3 ．4 表面活性剂吐温．2 0 对生物浸出的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 3 ．5 催化剂A g 对生物浸出的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 3 ．6 游离彳t 厂在生物一化学两级反应器中浸出难处理金矿的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 4 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。3 7 第五部分总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 附录l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 附录2 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 附勇毛3 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 在校期间的科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 9 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 0 图1 ．1 直接作用机理示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 兰州大学硕上毕业论文生物．化学两级循环反应器中难浸金矿的细菌氧化预处理研究 图】．2 间接作用机理示意图⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。8 ’ 图1 ．3 间接接触间接一直接复合作用示意图⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 图1 ．4 气升式反应器浸出硫化矿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 图1 ．5 生物氧化．化学渗滤偶联装置浸出硫化矿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 图2 ．1 甘南金矿的菌种选择实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 8 图2 - 2P H 对氧化Ⅱ铁硫杆菌活性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 9 图2 ．3 初始p H 对培养基p H 的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 图2 ．4 接种量对氧化亚铁硫杆菌活性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 图2 - 5 温度对氧化亚铁硫杆菌活性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 l 图3 ．1 生物一化学循环反应器试验装置简图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 图3 ．2 同定化彳f ．厂和游离彳‘厂浸出甘南金矿比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 6 图3 ．3 游离彳∥和固定化彳玎产生的黄铁矾沉的x 射线衍射图谱⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 7 图3 - 4 不同培养时间对黄铁矾沉淀的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 7 图4 ．1 矿石粒度对砷浸出率的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 l 图4 ．2 化学反应器温度对砷浸出率的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 图4 ．3F e 3 的浓度对砷浸出率的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 图4 - 4 不同F e 3 浓度反应体系中总铁含量的变化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 图4 ．5F e 3 浓度分别为9 K 和6 K ，7 2 h 后反应器的变化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 4 图4 石A f 浓度对砷浸出率的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 图4 ．7 生物．化学两级反应器浸出难处理金矿时砷的浸出率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 图4 ．8 不同组的【F e 2 】变化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。3 6 表1 ．1 难处理金矿生物预氧化处理工厂一览表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。4 表1 ．2 不同氧化预处理方法的比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 表1 ．3 生物冶金中常用微生物⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 表2 - l 甘南金矿样化学成分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 表2 ．2 浸出3 天后不同浸出类型浸出率的比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 兰州大学硕十毕业论文生物．化学两级循环反心器中难浸金矿的细菌氧化预处理研究 缩略词表 原创性声明 本人郑重声明本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独 立进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发 表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引 用的内容外，不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研 成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名 盏拉亟f J 日期丝三笸z 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权 归属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的 规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和 电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复 制手段保存和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或 与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州 大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名蕴堑晕d 导师签名i 生匕当日期坦丑‘分 兰州大学研究生学位论文电子版使用授权书 生物．化学两级循环反应器中难浸金矿的细菌氧化预处理研究是本人在兰 卅I 大学攻读博士口／硕拭撑位的毕业论文，现已通过答辩。本人作为此论文的著 作权人，同意向兰州大学图书馆提交该论文的电子版和印刷本各一份。 根据中华人民共和国著作权法的规定，本人授权兰州大学图书馆对该 论文电子版享有以下权力 同意者画√ l 、同意提交全文。可以在提交 半年 公开 口一年 秘密 口 二年 机密 口三年 绝密 口 期限之后，由图书馆在校园网上提供全文浏览。 2 、本人论文解密之后，同意向“C A L I S 高校学位论文全文数据库”提交 论文标题、提要和论文前1 6 页口论文全文口 3 、不同意提交电子版论文Z 选此项者，须由作者本人出具不能公开 证明，导师签字，院系所加盖公章。 图书馆承诺 1 、不对论文从收集、保存、发布意外的其他活动； 2 、未经著作权人同意，不得从事营利性活动。 院系釜命科髫学P 乞 作者 授权人 签名 苑毒玉引 被授权人兰州大学图书馆 学号口，M 跏7 岁 时间枷≯．，．≥ 关于学位论文向“C A L I s 高校学位论文全文数据库”授权的说明 随着网络和计算机技术的发展，近几年来在国际范围内进行着一种大学范闱内的学术 资源共建、共享运动，目的是促进学术团体内学术资源的交流和使用。 “c A L I S 高校学位论文全文数据库”是教育部支持的高等教育文献保障体系 C A L I S 的一个学位论文共建共享项目。目的是为中国高校范围内的读者通过网络利用博硕士学位 论文信息提供途径和保障。参加C A L I S 学位论文库建设的成员单位 约百所人学 之间可 免费检索浏览获得授权的论文全文。在获得作者授权方面，‘℃A L I s 高校学位论文全文数 据库”采用作者自愿的原则，作者是否授权完全由自己决定。 作者授权给“C A L I S 学位论文全文数据库”后享有的权益有1 提高学位论文的使用率， 在更广的范围内被检索浏览，提高论文的影响力；2 授权在“C A L I s 学位论文全文数据库” 发布论文全文的作者，可长期免费检索浏览该库收录的论文全文；3 对检索浏览率高的论 文推荐出版社正式出版。 访问地址h t t p ／，c - t d ．c a l i s ．e d u ．c n 兰州大学硕士毕业论文生物- 化学两级循环反应器中难浸金矿的细菌氧化预处理研究 第一部分前言 随着金矿的大规模开采，易浸的金矿资源日渐枯竭，难处理金矿将成为今 后黄金工业的主要资源。据统计，目前世界黄金总产量的l ／3 左右 L i u1 9 9 7 ； Z h o u ，1 9 9 9 ；1 9 9 8 ；X u ，x i a oe ta 1 ．，1 9 9 6 ；K e ，1 9 9 8 ；W a n ge ta 1 ．，2 0 0 1 是产自难处理 金矿，这一比例今后必将进一步增高。在我国已探明的黄金储量中，有3 0 ％ O l s o ne ta 1 ．，2 0 0 3 为难处理金矿。对于难处理金矿，直接氰化提金得不到满 意的金浸出率，往往要借助各种氧化预处理手段，打开包裹金，消除有害杂质， 再采用传统的氰化法提金 B r e w i s ，1 9 9 6 ；U b a l s i I l ie ta 1 ．，1 9 9 8 。目前采用的预处理 手段有焙烧法、加压氧化法、化学氧化法等，但存在金回收率低、投资大、 污染大、环保控制费用高等缺点。因此，在富矿、易处理矿资源R 渐减少、环 保要求不断提高、现代工业和科技发展对金属的需求与日俱增的条件下，无污 染的微生物氧化技术比较引人注目。 1 ．1 难处理金矿的现状 1 ．1 ．1 难处理金矿的种类 所谓难处理会矿是指在正常磨矿情况下，采用传统的氰化法直接提金得不 到满意的浸出率的矿石和精矿，也有人称之为难选冶金矿或难浸金矿。根据其 难处理的原因不同，可以分为以下三大类 “u ，1 9 9 7 ；H 啪g ，1 9 9 2 1 包裹型金矿该类金矿石中，金以相当细的粒度包裹于毒砂、黄铁矿、砷 黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等硫化矿中，从而阻止了金与氰 化物的有效接触，妨碍了金的浸出。该类金矿物粒度非常细小，很难用细磨或 超细磨的办法使金颗粒暴露出来。这类金矿通常采用常规氰化法直接氰化，提 取率低于4 0 ％，属于极难处理金矿。 2 含碳物质型金矿该类金矿中含有一定数量的有机碳及无机碳，提取金时， 除了金转入溶液的氰化过程外，还存在溶液中的金氰络合物被碳物质吸附而产 生的“劫金作用”，使得已被浸出的金重新回到浸渣中，影响金的浸出。这是因 为碳物质的比表面积较大，对金银的氰化络合物具有较强的吸附活性。此外有 些碳物质也可能与金形成～种稳定的难溶络合物。含碳物质的吸附能力在程度 上有差别，有的含碳矿石具有很高的吸附能力，而有的吸附活性相对较弱，因 兰州人学硕士毕业论文生物- 化学两级循环反应器中难浸金矿的细菌氧化预处理研究 而对氰化影响相对较小。 3 复杂多金属共生型金矿许多金矿常与铜、锌、锑、汞、碲等硫化矿物及 其氧化矿物共生，这些复杂多金属共生矿难以经济地分选出单一精矿。在氰化 时，共生金属矿物多不稳定，矿石中的硫化物和有害杂质 通常大量存在 会 与氰化物、氧或碱反应，消耗大量的氰化物、氧、碱，反应生成的氰化产物进 入溶液后又往往降低金的溶解速度；矿石中的金属硫化物与金接触时会导致金 阳极溶解而钝化，对于这类矿石需要将导电性的硫化矿变成非导电性的氧化矿， 有些金属矿物如碲化金、黑铋金矿等在还原焙烧时形成的含金化合物等在氰化 物溶液中溶解很慢，甚至不溶；矿石中存在的氧化铁、锑、铅等化合物会在金 粒表面形成保护膜，妨碍金的浸出。 通常适合用细菌氧化预处理的金矿主要是第一大类，最常见的就是砷黄铁 矿、黄铁矿型金矿。 1 ．1 ．2 难处理金矿难处理的原因 L i ，2 0 0 3 概括起来，可以归纳为以下几点 1 包裹物理的机械包裹、化学的晶体 固熔体和化学覆盖膜，从而造成氰化物不能与金矿物接触； 2 耗氰耗氧物质 的存在砷、铜、锑、铁、锰、镍、钴等金属硫化物和氧化物在溶液中有较高的 溶解度，并且大量消耗溶液中的氰化物和溶解氧； 3 劫金物的存在如碳质物、 粘土等劫金物在浸取金时可吸附金的络合物，金被“劫持”； 4 导电矿物的存在 金与碲、铋、锑等导电矿物形成的某些化合物，使金的阴极溶解被钝化。因此， 在浸出之前一般都需要进行预处理。 1 ．1 ．3 难处理金矿预处理的方法 对于难处理金矿，通常需要在氰化工序前进行氧化预处理，打开包裹金以 及消除有害杂质对后续提金的影响。目前应用及研究最普遍的预处理方法主要 有焙烧法、加压氧化法、化学氧化法和细菌氧化法。 1 ．1 ．3 ．1 焙烧法 Z h o u 。1 9 9 9 通常在温度6 0 0 ～9 0 0 ℃下进行空气焙烧或富氧焙烧，使包裹金的硫化矿物 分解为多孔的氧化物而使金暴露出来。现在多用鼓泡型和快速循环型两种沸腾焙 烧炉设备。焙烧法是最早应用的预处理方法，现已成为常规成熟工艺，世界上很 多国家均有这类工厂。 近年又开发了“加盐固硫”焙烧法。有加钠盐 碳酸钠 和加钙盐 氧化钙或氢 2 兰州大学硕’L 毕业论文生物．化学两级循环反J 衄器中难浸金矿的细菌氧化预处理研究 氧化钙 两种方法。矿石与盐一起混合均匀 或制成球团 后焙烧，硫及砷转化为 硫酸盐、砷酸盐固定于焙砂中，避免了环境污染，氰化效果也好，钙盐焙烧法更 有前途。美国矿物局率先对此进行过研究。 该工艺对加热参数和矿石成分十分敏感，一旦偏离最佳条件，导致矿石透气 性降低，使金暴露不完全。该法对环境污染严重，S 0 2 和A s 2 0 3 严重污染环境。各 国对环保条件进行了严格的立法，促使对现有的氧化方法进行技术改造，如采用 循环沸腾炉，高温静电除尘或采用高效洗涤设备等，这样增加了生产成本。但还 是不能克服锑等有害杂质对后续浸出的严重影响，越来越多的焙烧厂停产或采用 其他低污染的氧化工艺。 1 ．1 ．3 ．2 加压氧化法 加压氧化法是在高温、有氧条件下加压浸出，将硫化物氧化为硫酸盐而使金解 离，以便下步浸出。依介质不同，又分为下列2 种方法 F r a s e re ta 1 ．，1 9 9 1 。 1 酸性加压氧化法 通常在温度1 8 0 ～2 1 0 ℃和总压力l ～3 1 2 M P a 、氧分压3 5 0 ～7 0 0 k P a 条件下操 作。设备采用由耐酸砖作衬里或衬铅的多室碳素钢制卧式高压釜，在l ～3 h 内可 使硫化物基本达到完全氧化。目前认为，酸性加压法是氧化难处理金矿石最好的 方法，因对有害元素 如锑、铅 不敏感，各种矿石和精矿都可以适用，金回收率较 高，不向空气中排放二氧化硫或砷，其主要问题是投资大和生产成本高。在美国 和加拿大采用此法的工厂较多，在巴西、希腊、巴布亚新几内亚等地也有应用。 2 碱性加压氧化法 一般在温度1 0 0 ～2 0 0 ℃、p H 7 ～8 和较高的压力 总压力 3 M P a 条件下操作， 产出主要由F e 2 0 3 组成的残渣，硫和砷则以硫酸盐和砷酸盐形式完全溶解。该法 的优点是氧化温度低和高压釜腐蚀轻，问题是试剂费用高及含砷渣不好处置。该 法已被美国的M e r c u r 金矿选厂和G e t c h e l l 选厂采用，矿石为硫化物及碳质物混 合物。 目前，加压氧化法是当今世界金矿技术发展的一个里程碑。它似乎是氧化难 处理金矿的最佳方法。它不需要严格控制有关的工艺参数，不污染环境，氧化后 的产物很适于氰化并能取得较高回收率，但该法设备投资大，设备材质要求高， 使用和维护十分不方便，且设备腐蚀严重。这与我国和许多发展中国家当前的经 济技术实力差距很大。 兰州人学硕士毕业论文生物．化学两级循环反应器中难浸金矿的细菌氧化预处理研究 1 ．1 ．3 ．3 化学氧化法 Q i u ，1 9 9 7 化学氧化法也称水溶液氧化法，是一种在常压下利用强的氧化剂来氧化含金 矿石的预处理方法，主要是用于含碳质物和非典型的黄铁矿金矿石。这类矿石难 处理的原因主要是由于碳质物的吸附造成的，其次是由于金在黄铁矿和砷黄铁矿 中呈微细粒浸染所致。但这些方法的流程较长，工艺复杂，生产上难以管理和控 制。 表1 - 1 难处理金矿生物预氧化处理工厂一览表 B r i e r l e y ，1 9 9 l ；N i c o l ，2 0 0 1 T a b l e ．1 - 1F a c t o D ，o fb a c t e r i a lp r e 帕x i d 鲥o no fr e 仔a c t o D ，g O l dc o n c 蚰t r a t e B r i e r l e y ，1 9 9 1 ；N i c o l ，2 0 0 1 厂矿名称国家 原料性质工艺 规模 们投产时间 F a i v i e w 南非精矿 B I o X 95 51 9 8 8 S ∞B e n t o 巴两精矿 B I o X 91 5 01 9 9 0 H a r b o u fL i 曲t s 澳大利亚精矿 B I o x 4 0 1 9 9 l 已关闭 Y o 岫n m i 澳大利亚精矿 B a c T e c h6 0 已关闭 W i l u 眦 澳大利哑精矿 B l O X ”1 5 81 9 9 3 A s h a n t i 加纳精矿 B 1 0 X 99 6 019 9 4 N e m o m C 甜l i n 美国内华达原矿块矿 N e w m o n tl o 0 0 01 9 9 5 T a m b o r a q u e秘鲁精矿 B I O X 96 0l9 9 8 B e ∞o n s f i e l d 澳大利亚精矿 6 01 9 9 8 A m a n t a y t 柚乌兹别克精矿 1 0 0 2 0 0 0 o l y p 泌希腊精矿 2 0 0 2 0 0 0 F o s t e r v i l l e 澳人利哑精矿 1 2 0 2 0 0 0 烟台黄金冶炼中国烟台精矿 B I O X 98 02 0 0 0 ．0 9 山东大承金业中国莱州精矿 B a c T e c h1 0 02 0 0 1 ．0 5 锦丰金矿中国贞丰精矿 B I O X 9 2 0 0 0 7 ．0 3 1 ．1 ．3 ．4 微生物氧化法 P a r e sMY l9 6 4 细菌氧化是利用氧化亚铁硫杆菌、耐热细菌和硫化裂片菌等微生物在酸性条 件下，将包裹金的黄铁矿、砷黄铁矿等有害成分氧化成硫酸盐、碱式硫酸盐或砷 酸盐，达到暴露金的目的。微生物氧化法具有污染程度小，成本低，浸出指标高 等特点，越来越受到人们的重视。目前，全世界许多研究机构都在积级开发微生 物氧化难浸金矿的方法。表1 ．1 所列为世界上主要已投产的难处理金矿生物预氧 化工厂。 1 ．1 ．4 难处理金矿预处理主要方法比较 与氧化条件剧烈的预处理方法如焙烧和加压氧化法不同，细菌氧化可以利用 不同性质矿物的氧化速率差异达到选择性氧化 M e h t a 肌dM u 仃 1 9 8 3 ；N o m a n 4 兰州大学硕士毕业论文 生物．化学两级循环反应器中难浸金矿的细菌氧化顶处理研究 a n dS n y m a n ，1 9 8 8 ，在黄铁矿一毒砂型金矿细菌氧化中，毒砂总是被优先氧化。 细菌氧化的这种选择性使得只要部分氧化硫化矿物就可以达到相当高的金回收 率。细菌还选择性地吸附在硫化矿物的晶界、位错区及某些活性中心区，对矿物 进行分解，这些部位往往是次显微金以及晶格金富集的地方。细菌氧化的选择性 大大减少了矿石中需要氧化的硫量，缩短了细菌氧化的停留时间，节省了搅拌和 充气的能量 瞰i a r c h o ue t 甜．，1 9 9 4
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