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Y7 7 9 1 1 9 四川大学 硕士学位论文 题目氢垡垩丛堕盘菌盆鲤壁生堡垒堑盟盟窒 作者丛苤态完成日期2 Q 立三生5 旦 旦 培养单位婴刖盘堂 指导教师堡盘奎筮撞 专 业 生堑也三 研究方向生垡区廛苎壁 授予学位日期生旦旦 知识水坝论文 叫川人学硕l 学位论立 Y7 7 9 1 1 9 氧化亚铁硫杆菌分解难处理金矿的研究 生物化工专业 研究生姚荚杰指导教师张永奎教授 随着金矿的大规模开采，易选冶的金矿资源日趋减少，难处理矿石已经成 为黄会工业的主要资源。金粒出于被砷黄铁矿或是黄铁矿等伴生矿物包裹从而 不能用传统工艺直接提取，众所周知，细菌在分解硫化矿物过程中起了重要作 用，嗜酸化能自养菌，氧化亚铁硫杆菌，是分解硫化矿物的重要细菌，能够以 多种硫化矿物为底物进行生长。 本论文研究了氧化亚铁硫杆菌 T h i o b a c i l l u s ．扣r r o o x i d a n s 对三种难处理金 矿东北寨金矿、西南冶金局金矿、广西金矿的氧化预处理研究，首先对三种 矿物进行了矿物分析，然后从实验室现有的6 个氧化亚铁硫杆菌菌种中选出每 种矿样的最佳菌种，在摇床培养，温度3 4 0 c ，转速1 8 0 f ／r a i n 条件下确定G e r Y 菌种对西南冶金局矿样效果较好，并对广西和东北寨矿样进行了工艺条件的研 究，东北寨矿样在G e r D 菌种作用下p H 2 ．0 和接种量1 0 0 ％v ／v 时浸出效果较 好。在自行设计的间歇搅拌式反应器中，温度3 4 0 C ，转速6 5 0 f ／r a i n 条件下确定 了广西矿样在G e r D 菌种作用下p H 2 ．0 ，通气量在0 ．1 L 空气／r a i n ，L 矿浆，接矿 量5 0 k g ／m 3 时浸出效果较好。并对每个工艺条件的实验结果进行了理论分析， 给出了合理解释。 广西矿的动力学研究是论文的核心部分，研究了在均匀混合的间歇式反应 器中氧化亚铁硫杆菌分解3 中不同粒度的广话矿物的动力学，包括细菌对广西 矿粒的吸附实验和对该矿物动力学的验证实验。细菌吸附符合兰格穆尔等温吸 附式，等温吸附常数K 。 2 ．3 7 1 0 。5 m 3 ／e e l l s 不受粒度大小的影响，而单位质量 矿粒的最大吸收能力K 。。随着矿粒的增大而减小。实验在p H 2 ．0 、通气量 0 ．1 L ／m i n ．L 、搅拌转速6 5 0 f f m i n 、按矿量5 0 ∥L 和温度3 4 0 C 固定的情况下掌握 知识水坝论文 厂体系E h 、铁的浸m 率、液相细胞的生长随时『日J 变化的规律，根据实验数据确 定了与动力学方程有关的参数以F e 。为底物的细胞得率y ， 3 ．5 l 1 0 “ c e l l s ／k g ，以矿粒为底物的细胞得率y ． 10 4 1 0 1 4 c e l l s ／k g o r e 和固体表面细胞的 比生长速率“。 1 ．7 9 d ～，这些参数是通过对3 种不同初始粒度所得的实验数据做 图得到的，推导出与表面最大吸附细菌个数相关的参数∥。。／P 4 ．3 2 1 泸c e l l s m ／k g ，这些参数与矿粒的初始粒度没有关系。通过实验确定了细菌生长速率系 数K 0 ．1 8 1 0 6 D 。。 确定了等温吸附式一1 堡 二掣 堡 l 二竺荨。 X ．1 ．0 2 X 1 0 ～X ，4 ．3 2 X 1 0 8 通过氧化亚铁硫杆菌氧化难处理金矿的理论和氧化广西难处理金矿的实验 数据得到的动力学方程 以 c 砖，D o ，铆 c J c t z ．s ，z 。。1 5 x ， - ．。z - 。4 等去c 一一∞；，2 9 ．4 s - 。。5 坼 一{ 1 - 2 ．3 7 1 0 - t s X r 1 ．0 2 1 0 - 9W ，。瓦1 - 一痂“4 ．7 4 x 1 01 5 2 战r 一1 ．4 2 3 1 一口 3 X ‘ d t 1 2 ．3 7 1 0 “XL 2 警 胛一 - - s 蕊删6 刊；雨未‰ 应用龙格一库塔方法通过计算机模拟实验数据，该方程能够很好的预测氧化亚 铁硫杆菌对广西矿样分解率。 关键词难处理金矿；氧化亚铁硫杆菌；动力学；兰格穆尔等温吸附式； 龙格一库塔 叫川人学硕卜学位论文 E x p e r i m e n t a lR e s e a r c ho nd e c o m p o s i n gr e f r a c t o r yg o l d o r eb yT h i o b a c i l l u s f e r r o o x i d a n s M a j o r B i o C h e m i c a lE n g i n e e r i n g G r a d u a t eS t u d e n t Y A OY i n 百i e S u p e r v i s o r Z H A N GY o n g k u i W i t ht h ed e v e l o p m e n to fe x p l o i t a t i o nf o rg o l do r e ．t h eo r ew h i c hi se a s et o d i s t i l li sd r i n gu p ．R e f r a c t o r yg o l do r ei st h em a i nr e s o u r c eo fg o l di n d u s t r ya tp r e s e n t B e i n ge n w r a p p e db yt h ea r s e n o p y r i t e F e A s S o rp y r i t e ，g o l d i sd i f f i c u l tt ob e d i s t i l l e dd i r e c t l yb yu s i n gt r a d i t i o n a lt e c h n o l o g y ．I ti sw i d e l ya c c e p t e dt h a tc e r t a i n b a c t e r i ap l a yam a y o rr o l ei nm o s tl e a c h i n go p e r a t i o n sf o rm e t a ls u l f i d e s ．O n eo ft h e m o s ti m p o r t a n tb a c t e r i ai nt h es u l f i d el e a c h i n gi sa na c i d o p h i l i cc h e m o a u t o t r o p h i c b a c t e r i u m ，T h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n s ，w h i c hC a l lm u l t i p l yw i t hm i n e r a ls u l f i d e ． T h r e er e f r a c t o r yg o l d o r ew h i c ha r et h er e f r a c t o r ym i n e r a lo fD o n g b e i z h a i ，t h e r e f r a c t o r ym i n e r a lo fm e t a l l u r g y b u r e a uX i n a na n dt h er e f r a c t o r ym i n e r a lo f G u a n g x i ．w e r es t u d i e d ．T h em a i ne l e m e n ti r o n ，s u l f u ra n da r s e n i cw e r ea n a l y z e df o r e a c hr e f r a c t o r ym i n e r a l ．S i xk i n d so fT h i o b a c i l l u sf e r r o o x i n d a n si nl a bw e r eu s e dt o d e c o m p o s ee a c hr e f r a c t o r yg o l d o r e ．G e r YW a St h eo p t i m a lTf e r r o o x i n d a n sf o r r e f r a c t o r ym i n e r a lo fm e t a l l u r g yb u r e a uX i n a n ，T h ei n o c u l a t e dr a t i o1 0 0 ％V ，Va n d p H 2 ．0w e r et h eo p t i m a lp a r a m e t e r sf o rt h ed i s s o l u t i o no fD o n g b e i z h a ir e f r a c t o r y g o l d o r eu n d e rt h ec o n d i t i o n so ft e m p e r a t u r e3 4 0 Ca n ds h a k i n gr a t e18 0 r ／m i n ．T h e r e a c t o rw h i c hw a sa na i rs p a r g e da n ds t i r r e ra g i t a t e dv e s s e lo f6 Lw a sd e s i g n e d ．T h e r e a c t o rw a so p e r a t e db a t c h w i s ew i t hr e s p e c tt ot h el i q u i d ．T e c h n o l o g i cp a r a m e t e r s w h i c hw e r et h es t i r r i n gr a t e6 5 0 r ／m i n ，a i rf l o w0 ．1 U m i n ．L ，p H ；2 ．0 ，s o l i d - - l i q u i d r a t i o W o ，、，5 0 9 ／L w e r ec o n f i r m e da n dt h e l i q u i dt e m p e r a t u r e3 4 0 C ．E a c h e x p e r i m e n t a lr e s u l t sw e r ea n a l y z e dt h e o r e t i c a l l ya n dr e a s o n a b l ee x p l a n a t i o nw e r e I I I p U 川人学硕l 学位论文 g l V e n - T h em o s ti m p o r t a n tp a r to ft h i sp a p e ri st h es t u d yf o rt h ek i n e t i c so fG u a n g x i r e f r a c t o r yg o l d o r e ．T h ek i n e t i c so ft h eb a c t e r i a ld i s s o l u t i o no fG u a n g x ir e f r a c t o r y g o l d - o r ep a r t i c l e sb yT h i o b a c i l l u sf e r r o o x i n d a n sW a Ss t u d i e da td i f i e r e n tp a r t i c l e s s i z e si naw e l l m i x e db a t c hr e a c t o r ．E x p e r i m e n ts t u d i e sw e r em a d eo nt h ea d s o r p t i o n o fb a c t e r i ao n G u a n g x ir e f r a c t o r yg o l d - o r ep a r t i c l e sa s w e l la St h eb a c t e r i a l d i s s o l u t i o no ft h eo r e ．t h e a d s o r p t i o nd a t aw a sw e l lf i t t h eL a n g m u i ri s o t h e r m e q u a t i o n ．T h ee q u i l i b r i u mc o n s t a n tK _ 2 ．3 7 1 0 1 5 m 3 ／c e l l si nt h eL a n g m u i r e q u a t i o nw a si n d e p e n d e n to ft h ep a r t i c l es i z e ，w h e r e a st h em a x i m u ma d s o r p t i o n c a p a c i t yp e ru n i tw e i g h to ft h eo r eK “。i n c r e a s e dw i t hd e r i v e d ，t a k i n gi n t oa c c o u n t t h ee f f e c to fi n i t i a l p a r t i c l es i z e ．E h ，t h er a t eo fi r o ne x t r a c t i o na n dt h eg r o w t ho f Tf e r r o o x i d a n si nt h el i q u i dp h a s ew e r es t u d i e di nt h ef i x e dc o n d i t i o no f p H 2 ．0 ，a i r f l o wO ．1 L ／m i n ．L ，r o t a t es p e e do fs t i r r e r6 5 0 r ／m i n ，s o l i d - - l i q u i dr a t i ow o ，v5 0 L a n dt e m p e r a t u r e3 4 0 CT h ek i n e t i cp a r a m e t e r sa p p e a r i n gi nt h er a t ee q u m i o n ，t h e g r o w t hy i e l do fF e 2 虼 3 ．5 1X1 0 Hc e l l s ／k g ，t h eg r o w t hy i e l do fo r er a 1 ．0 4 X 10 H c e l l s ／k g o r ea n ds p e c i f i c g r o w t hr a t e “ 1 ．7 9 d ～o fa d s o r p t i o nb a c t e r i a ，w e r e e v a l u a t e db yc u r v e m a t c h i n g ，u s i n gt h ee x p e r i m e n t a ld a t ao b t a i n e da td i f f e r e n ti n i t i a l p a r t i c l es i z e s ．T h ec o n s t a n ta b o u tt h em a x i m u ma d s o r p t i o nc a p a c i t yp e ru n i ts u r f a c e o ft h eo r e ≯肖。／p2 4 ．3 2x10 8c e l l sm ／k gw a sa c q u i r e d ．T h ec o e f f i c i e n to fg r o w t h K 0 ．18x10 0 D oi sp e r t i n e n tt ot h ei n i t i a lp a r t i c l es i z e ．T h ee v a l u a t e dk i n e t i c p a r a m e t e r sw e r ef o u n dt ob ei n d e p e n d e n tt ot h ep a r t i c l es i z e ． L a n g m u i re q u a t i o na p p l y i n gG u a n g x ir e f r a c t o r yg o l do r e I D o 1 一口 3，- - ～ X 』1 ．0 2 1 0 一6 ⅣL D o 1 一口 3 。4 ．3 2 x 1 0 8 T h ek i n e t i ce q u a t i o nw a ss e tu pb yt h et h e o r yo ftf e r r o o x i d a n so x i d a t i o nf o r r e f r a c t o r yg o l do r ea n de x p e r i m e n t a ld a t u m 耻似一一 _ [ 扛2 ．3 7 1 0 “以“0 2 ”9 等击 1 刊； 2 9 4 8 X 1 0 “- 一{ 1 - 2 ．3 7 1 俨“ 1 ．。2 l 。一W r 。- - 峨- I 1 _ a ] ] ／{ 4 ．7 4 x 1 0 - ” V 四川人学倾1 j 学位论文 d X r 一1 ．4 2 3 1 一d 3 X ￡ d t 1 2 ．3 7 1 0 “XL 2 警 脚∥卜s 瑚删啊刊；而赢南 T h ek i n e t i cm o d e lw a ss u c c e s s f u l l yu s e dt op r e d i c tt h eb a c t e r i a ld i s s o l u t i o n b e h a v i o rf o rt h ed i s s o l u t i o nr a t eb yu s i n gt h em e t h o do fR u n g e K u t t a ．． K e y w o r d s r e f r a c t o r yg o l do r e ；T h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n s ；k i n e t i c s L a n g m u i ri s o t h e r me q u a t i o n ；R u n g e K u t t a V 旧』I f 人学硕} 学位论立 1 前言 1 ．1 难处理金矿现状 随着易处理金矿资源的日趋减少，难处理金矿资源的合理、高效、环保地开 发已成为世界各产金国当前主要面对的技术问题【l 】。国外先进国家对难处理金 矿资源的开发利用已占相当大的比例而我国则与之相距较大【2 】。其重要原因之 一在于对难处理金矿石选冶技术的开发和工业化应用程度较低。据统计目前世 界黄金总产量的1 ／3 左右p ，4 l 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 3 ％蔓J 难处理金矿l5 1 。难处理金矿石是指那些富 含研『、碳等杂质成份，在常规浸出条件下，金回收率不高的金矿石。一般以氰化搅 拌浸出率8 0 ％作为界限，低于此值者即为难处理会矿石，典型的难处理矿石直接 浸出率仅为1 0 ％～3 0 ％。目前难处理金矿石基本上分为三类[ 6 1 1 金被含非硫化 矿物 硅石或碳酸盐 包裹的金矿石 2 金被包裹在硫化矿物 黄铁矿和砷黄铁矿 中； 3 碳质金矿石。难处理金矿石难浸的主要原因 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t 等劫会物在浸取金时可吸附会的络合物，盒被“劫持”； 4 导电矿物的存在 会与碲、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。 难处理金矿石在美国、南非、澳大利亚、加拿大等国分布广泛【6 J 。已开发 应用的预处理工艺技术使这些国家大部分已探明的难处理矿石资源在开发利用 方面做到了经济合理与安全环保的统一。除极微细的碳质难浸金矿石仍缺乏有 效的处理方法外，目前，国外发达国家黄金的总产量已有近一半左右是产自于难 处理会矿石1 7 1 。 我国难处理金矿资源比较丰富，在已探明的地质储量中，约有1 0 0 0t 左右属 于难处理金矿资源【9 1 。这类资源分布广泛，在各个产金省中均有分布。其中贵州、 云南、四川、甘肃、青海、内蒙、广西、陕西等西部省份占有较大比例．辽宁、 f p qJ 1 1 大学坝} j 学位论空 江西、广东、湖南等省区也有较大的储量。主要的资源矿区有广西的金牙金矿 区，贵州烂泥沟矿区和丫他矿区以及紫木函矿区，云南镇源冬瓜林矿区，甘肃舟曲 坪定矿区和岷县鹿儿坝矿区以及文县的阳山矿区，辽宁凤城矿区，广东长坑矿区， 安徽马山矿区，江西金山会矿区等【1 0 1 。 1 ．2 处理难处理金矿技术现状 国外难处理金矿石选冶技术应用现状从国外对难选冶矿石黄金生产技术 的研究思路和应用效果可以看出，难选冶金矿石生产技术的关键在于矿石的预氧 化或预选除去碳质矿物的“劫余”性，因此在现阶段所谓的难选冶技术主要指矿 石的预处理技术。目前已经开发应用或正在研究的预处理技术有焙烧工艺、加 压氧化工艺、细菌氧化工艺等。从对国外预处理工艺应用的发展趋势和程度分 析能看出，焙烧氧化、加压氧化和细菌氧化这3 种预处理工艺已成为难处理金矿 石的基本工艺技术1 1 1 1 。 焙烧是难处理金矿石的最古老而传统的预处理方法。随着技术的进步和市 场的需求，近十几年来开发出的两段沸腾焙烧和原矿循环沸腾炉焙烧给这一传统 工艺的工业应用带来了新的生机。近十年中，世界各地新建焙烧氧化厂1 0 多座。 较为有代表性的应用矿山有美国的J e r r i t tC a n y o n 和B i g S p r i n g 以及南非的 N e w C o n s o r t 等【l2 。。焙烧工艺的优点是适应性相对较强，操作费用相对较低，综合 回收效果好。该工艺的缺点是对操作参数和给料成分变化比较敏感溶易造成过 烧或欠烧。欠烧时矿石中的含硫和含砷矿物分解不充分；过烧时焙砂出现局部烧 结使焙砂的孔隙被封闭形成二次包裹，从而导致金的浸出率下降；另外，焙烧时会 产生二氧化硫和三氧化二砷，综合回收不利时，会严重污染环境。从目前来看随着 环保要求越来越严格【l M 与工艺相配套的烟气治理成本将会大幅度提高，因此，该 工艺受到湿法预处理工艺的挑战。 热压氧化法在拉美国家应用较多，分为酸性热压氧化和碱性热压氧化两 种。碱性热压氧化由于仅适用于碳酸盐含量高、硫化物含量低 2 0 ％ 的难处理 金矿石，因而相比而言酸性热压氧化工艺的应用较为广泛。热压氧化工艺的优点 在于黄铁矿和毒砂的氧化产物都是可溶的[ 1 4 1 , 因此，无论金颗粒多么细都会被解 离，因而金的回收率较高，许多难处理金精矿经加压浸出后，浸出率高达9 8 ％以上 心川人学硕士学位论文 ”“。垓工艺也可以直接处理原矿，这对于不易于浮选富集的金矿石而言更加有 效。由于是湿法工艺流程，无烟气污染问题。该工艺缺点是设备的设计和材质要 求很高，由于压力操作及设备的防腐问题会有一定的危险，与生物氧化法相比，操 作和维护水平的要求较高，再者由于技术要求基建投资费用较高，因此普遍认为 只有建设大规模处理厂，经济上才比较合理。 细菌氧化技术是继热压氧化和焙烧氧化之后又一个具有强大生命力的预 处理工艺，目前应用于槽浸氧化和堆浸氧化两个方面，后者主要用于从低品位的 难处理金矿石中回收金【1 6 】。该预处理技术有B I O X 法和B a c T e c h 法两种【。”。 B I O X 法是南非G e n c o r 公司1 9 7 5 年开始研究开发的技术，从1 9 8 6 年首先 在南非F a i r v i e w 金矿建成1 0 t ／d 规模的细菌氧化预处理厂以来，G e n c o r 公司开始 陆续地向国外金矿转让该项技术，并从1 9 9 1 年起，世界陆续建成5 座处理难选冶 精矿的细菌氧化厂。它们分别是南非的F a i r v e w 4 0 t ／d ，巴西的S a o B e n t o 1 5 0 t ／d ， 澳大利亚的H a r b o u rL i g h t 4 0 t M 和W i l t u n a 1 5 7 t ／d ，加纳的A s h a n t i 9 6 0 t ／d ，其中加 纳的A s h a n t i 的规模最大【博J ，它处理的矿石是含碳质的硫化物金矿石，直接氰化金 浸出率仅5 ％～4 0 ％，细菌氧化预处理后的氰化金浸出率可提高到9 4 ％以上。鸟兹 别克斯坦的N o v o i 公司也已购买了该技术，拟处理K o k p n t a s 金矿的难处理金矿石 即将投产。 B a c T e c h 法是澳大利亚B a c T e c h 公司开发的技术，巴克泰克公司第一个将嗜 热菌成功地用于生产实践，在澳大利亚的Y o n a n m i 尤安密 金矿成功地生产了2 年以上，处理能力为1 2 0t ／d 。从国外的生产实践分析，细菌氧化工艺具有很多的 优点。与热压和焙烧工艺相比，基建投资较低，生产成本也较低，同时生产操作的复 杂程度相对不高。砷最后生成砷酸铁化合物，比生成气体化合物再回收利用要安 全和更加环保。细菌可以有选择地氧化砷黄铁矿，当矿石中金主要与砷黄铁矿共 生时，在砷黄铁矿和黄铁矿混合的矿石中，只氧化砷黄铁矿就能使金解离，不需要 氧化全部硫化物。但是，该工艺也存在一定的缺点氧化时间长，矿浆浓度低，需要 大容积搅拌槽；因在酸性介层中完成氧化过程，要防腐材料或外包材料。作为一种 比较新的工艺，与其它的预处理工艺相比，己充分显示了非常好的发展前景。 我国难选冶金矿石处理技术的现状【1 9 】国内难选冶金矿石处理技术的开发 研究起始于2 0 世纪9 0 年代初，“八五”期间国内的科研机构针对国内陆续发现 的难处理金矿资源开展了许多很有成效的试验研究工作。但大都停留在试验室 旧川人学硕I 学位论文 所获得的成果水平上，工业上的应用几乎为空白。贵州丹寨的精矿焙烧提金厂曾 进行过工业化的尝试，因为种种原因仅运行了几年。较为系统的研究起始于“九 五”国家科技攻关项目。长春黄金研究院、北京有色金属研究院等科研院所对 氧化焙烧工艺、碱性热压氧化工艺和细菌氧化工艺这3 大预处理工艺借助国家 “九五”科技攻关计划进行了较为系统的研究，并取得了阶段性成果，为我国难处 理会矿资源的丌发利用奠定了峰实的技术基础。 焙烧工艺经过北京有色金属研究院依托湖南黄金洞金矿完成了系统的小 试、中试和工业试验。该项研究课题针对黄金洞金矿的高砷难处理金精矿，通过 系统的试验研究重点解决了工艺的技术条件和参数，并完成了2 0 t ／d 规模两段的 焙烧一氰化工业试验。在试验室条件下，氰化浸出率由一段焙烧前的6 0 ％～7 0 ％ 提高到9 3 ％左右。烟气中的砷以白砒形式得到回收，综合回收率达9 9 ．9 ％，烟气中 的S 0 2 达6 ％～1 0 ％，符合制酸条件，采用吸收方法治理，吸收率达到9 0 ％以上。 热压氧化工艺经过国内多家科研院所的系统化研究，已完成了大量的小型试 验和扩大连续性试验研究。长春黄金研究院与核工业北京化工冶会研究院合作， 引‘列‘吉林浑江金矿的难处理矿石，通过采用碱性热压氧化一釜内快速氰化提金工 艺技术，使金浸出率从直接氰化的低于4 7 ％提高到9 2 ％以上，并且完成了 8 0 0 ～1 0 0 0 k g ／d 的扩大性试验。 细菌氧化工艺在国内是发展最迅速的工艺。目前在国内的工业化应用程度 和受青睐程度已远远地超过了前两种工艺。目前正在从事细菌氧化工艺研究的 科研单位不低于1 0 家。如长春黄金研究院、东北大学、吉林冶金研究院等。其中， 长春黄金研究院已形成了较为完善的工艺研究系统，从菌种的选育、培养、驯化 到I k g ／d 、5 k g ／d 、1 0 0 k e ，d 的连续试验，已基本达到了扩大性工业试验的研究规模。 2 0 0 0 年1 2 月，烟台黄金冶炼厂采用长春黄金研究院的工艺技术，成功地建成了国 内第一家5 0t ／d 规模的细菌氧化一氰化炭浆工艺提金示范厂。我国含硫、砷难 选浸金矿储量丰富，目前至少有4 0 个以上储量为1 ～1 0 0t 的难选金矿因环保问 题而未能开发。 1 ．3 处理难处理金矿技术发展趋势 目前，各国仍在研究开发各种更加有效、易于工业实施的预处理技术，如硝酸 4 四川人学硕上学位论文 作为催化剂的硝酸催化氧化法，同步完成预处理和浸金过程的H M C 工艺，硫酸、 碳酸、氢氧化钠、氯化盐介质中电化学氧化法工艺等。这些化学氧化法在试验 室研究和半工业试验研究中均获得了良好的效果，但尚需解决许多工程化的技术 问题。我国应针对难处理金矿资源类型各异的特点，来选择合适的处理工艺技术。 在选择难选冶技术时，要做到工艺技术指标的先进性、经济指标的合理性和环保 的安全性三者的统一。在自主开发新技术、新工艺的同时，要加大科研投入，并不 断借鉴国外的先进技术，充分利用国外成功的技术经验。细菌氧化工艺、热压氧 化工艺和焙烧工艺将成为2 l 世纪难处理金矿资源的基本预处理工艺，因为它们 均已被工业化应用实践所检验和具有较好的技术研究基础。从国内外难选冶技 术的发展趋势看，研究开发操作条件比较温和，反应速度快，工艺投资费用和生产 费用合适，环境污染小的预处理技术是主要的发展方向。 1 ．4 本课题的理论依据与思路 1 ．4 ．1 氧化亚铁硫杆菌对矿物的氧化机理 氧化亚铁硫杆菌 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T ．f 属革兰氏阴性无机化能自 养细菌中的代谢硫磺的细菌硫杆菌属【2 0 l 。T f 菌被认为是酸性环境中浸矿的主导 菌种，早在7 0 年代，T u o v i n e n 、K e l l v 、L e w i s 、M i l l e r 、M u r r 、E c c l e s t o n 等[ 2 1 , 2 2 , 纠 研究指出，它的主要代谢是氧化F d 为F d 而获得能量；研究认为，它亦可氧化 硫化矿物、元素硫及可溶硫化合物，如硫代硫酸盐，甚至可氧化溶液中的～价铜 离子‘2 4 1 及二价锡离子，并对溶液中的C u 2 、C a 2 、M 9 2 、F e 3 、A g 、A u 等金属 离子具有一定的耐受力【25 ，”J ，同时固定二氧化碳以生长。这类细菌的形状呈圆端 短柄状．长1 , 0 ～1 ．5 u m ，宽O ．5 ～0 ．8 u r n ，端极生鞭毛。每个细胞表面都有一粘液层， 能运动。最佳生长温度为3 0 3 K ，最佳生长p H 范围是2 ．0 3 ．0 ，它氧化二价铁的 速度比同样条件下空气中的氧的纯化学氧化速度快2 1 0 5 倍。，氧化黄铁矿速度 ．t e t D N1 0 0 0 倍，氧化其它硫化物的速度可增加数十到数百倍【2 7 J 。 氧化亚铁硫杆菌 T h i o b a c i l l u l ．f e r r o o x i d a n s 对硫化矿的生物浸出是一个复杂的 过程，化学氧化、生物氧化与原电池反应同时发生。人们对微生物在细菌浸出中 的特殊作用的解释各不相同。～般认为可分为两大类1 2 8 】1 直接的生物反应机理 啊川人学硕| 学位论立 该机理认为浸出过程是T ．f 直接与矿物接触发生氧化作用。2 间接的生物反应机 理在洲接的生物反应体制中，T ．f 使亚铁离子重新氧化为铁离子，此时铁离子为 氧化物，使金属硫化物氧化为硫酸盐。在直接的生物反应机理中有人认为还有初 级次级反应机理关于T f 如何直接氧化分解硫化矿物，K e l l y 1 9 7 9 等提出初级 次级反应机理，他认为砷黄铁矿和黄铁矿的T ．f 菌氧化是分阶段进行的。 直接氧化机理[ 2 0 1 直接作用是指矿石的浸出主要是靠细胞吸附于金属硫化 矿颗粒表面，通过细胞特有的酶氧化金属硫化物使其溶解，与此同时，微生物 获得生长繁殖所需要的能量如图】一1 。 举例如下 Z n S 2 0 2 生bZ n S 0 4 C u F e S 2 4 ．2 5 0 2 H 生L C u 2 2 S 0 4 2 F e “ 0 ．5 H 2 0 F e S 2 3 ．7 5 0 2 O ．5 I - [ 2 0 ￡一F e 3 2 S 0 4 2 ‘ H 在这类反应中氧化亚铁硫杆菌起催化作用，电子受体是氧气。例如黄铁矿在 反应中细菌既不是反应物，也不是产物，而是起催化剂的作用。其催化作用可 以理解为一种“生物电池反应”。细胞紧紧附着在硫化物的表面，从而形成了一 对原电他，如图1 2 所示。 图1 - 1 直接作用机理示意图 F i g ．1 1M o d e lc h a r to fT ．f e r r o o x i d a n s d i r e c tm e c h a n i s mf o rs u l f i do x i d a n t i o n 6 叫川人学硕士学位论文 浸矿液 oM e ” S 0 4 2 之／X 么≤ 沿呼吸链 g 。◇ 0 2 r2 1 - 1 2 0 0 2H 细胞罐 外周胞质 翊I 胞膜 细胞质 圈1 - 2 硫化物氧化机理示意图 F i g ．1 2 M o d e lc h a r to fT ．f e r r o o x i d a n s o x i d i z i n gs u l p h u r e d o r em e c h a n i s m 浸没在浸出液中的硫化物为负极，细胞膜与细胞质为正极。发生电子由负极向 正极的转移，在负极上发生失去电子的反应 氧化 。例如 F e S 2 8 H 2 0 一1 5 e ”F e ” 2 S 0 4 2 “ 1 6 H 在正极上发生还原反应．3 ．7 5 [ 0 2 4 H 4 e ．2 H 2 0
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