微生物对黄铁矿表面性质的影响及优化黄铁矿生物浸出的研究.pdf

分类号⋯⋯⋯⋯⋯ U DC 密级⋯⋯⋯⋯⋯ 编号⋯⋯⋯⋯⋯ 十I 初大警 C E N T RA I ，S O U T HU N I V E R S I T Y 硕士学位论文 论文题目．⋯微生掳殖黄然矿表面丝质鲍髭响⋯ 及优化黄铁矿生物浸出的研究 学科、专业⋯⋯⋯⋯⋯壁拢拉王王翟⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 研究生姓名⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．烈一蒸⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一 导师姓名及 专业技术职务⋯⋯⋯⋯一顾坦华⋯熬攮⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 分类号V D C 硕士学位论文 密级 微生物对黄铁矿表面性质的影响及优化黄铁矿生物浸 出的研究 E f f e c t so f m i c r o o r g a n i s m so nt h es u r f a c ep r o p e r t i e so f p y r i t ea n do p t i m i z a t i o no fp y r i t eb i o l e a c h i n gp r o c e s s 作者姓名 学科专业 学院 系、所 指导教师 论文答辩日期丝fU 塑 刘慧 矿物加工工程 资源加工与生物工程学院 顾帼华教授 答辩委员会主席俨 中南大学 ∥f 『年f { 月 原创性声明 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，除了论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 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名麴2 蔓日期丛L 年三月鱼日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名趣l 墅，导师签名獭泣蓟墼日期丛年旦月粤日 硕士学位论文摘要 摘要 论文采用吸附量、接触角和动电位测定等方法，考察了微生物对 黄铁矿表面性质的影响；在研究纯茵浸出黄铁矿基础上，通过考察混 合菌、微生物生长营养物质对黄铁矿浸出的影响以及黄钾铁矾形成的 主要因素分析，并尝试古生菌F e r r o p l a s m at h e r m o p h i l u mL 1 在黄铁矿 浸出体系的应用，寻找优化黄铁矿生物浸出的方案。 表面性质研究结果表明，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 和 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 在黄铁矿粉末上的吸附皆在2 0 m i n 内达到 平衡，并且经矿驯化的细菌在矿物表面上的吸附量更大。在细菌浸出 的初期，黄铁矿表面的接触角因细菌的吸附而迅速减小，之后趋于平 稳。固体基质生长的微生物具有更高的等电点，可归因于此类菌的表 面含有更高的蛋白类化合物。与菌作用后的黄铁矿动电位电负性变 大，等电点减小并趋向于细菌等电点。 优化黄铁矿浸出研究表明，A ．f e r r o o x i d a n s 和A ．t h i o o x i d a n s 混 合菌以及L 1 和A c i d t h i o b a c i l l u sc a l d u s 混合菌浸出黄铁矿效果明显优 于纯菌A ．f e r r o o x i d a n s 和L 1 ，硫氧菌A ．t h i o o x i d a n s 和A ．c a l d u s 的存 在，加快了黄铁矿浸出过程中产生的硫化物的进一步氧化。添加酵母 提取物能有效促进黄铁矿的A ．f e r r o o x i d a n s 浸出，酵母提取物浓度为 0 ．0 0 5 ％时最为明显，黄铁矿浸出率达到8 1 ．4 ％。矿浆浓度、p H 、矿浆 电位及黄钾铁矾的生成是影响浸出的主要因素。因高矿浆浓度下颗粒 与菌体间剪切力的增大导致细菌死亡，随矿浆浓度的增大，黄铁矿浸 出率降低。无细胞壁古生菌L 1 浸出黄铁矿体系，使得这一现象更为 突出。A ．f e r r o o x i d a n s 浸出过程p H 的调整不利于黄铁矿的溶解，S E M 和X R D 分析表明，与不调p H 浸出体系比较，仅在调整p H 体系浸渣 表面检测到的黄钾铁矾阻碍了黄铁矿的浸出。研究还表明，影响黄钾 铁矾形成的主要因素是矿浆p H 与F e 3 浓度，两者之间还存在一定匹 配关系。低p H 值 p H 1 1 ．3 ，F e ”浓度 2 ．2 ∥L 一7 ．5 e j L ，以及p H 较高，但F e 3 浓度低的情况下 F e 3 浓度1 ．8 6 ∥L ，p H 1 ．8 9 都能有 效抑制黄钾铁矾的形成，从而促进黄铁矿的浸出。 单一古生菌L l 由于菌体性质决定其只能在低矿浆浓度下浸出黄 硕士学位论文摘要 铁矿。L 1 与黄铁矿作用的电化学交流阻抗测试表明浸出体系电极反 应受电化学步骤控制；交流阻抗和塔费尔测试都表明L 1 的添加加快 了电子传递，促进了黄铁矿氧化反应的进行。 关键词黄铁矿，黄钾铁矾，表面性质，A f e r r o o x i d a n s ，Et h e r m o p h i l u m A BS T R A C T W i t h 廿1 em e t h o d ss u c ha s a d s o r p t i o n ．c o n t a c ta n g l ea n d Z e t a p o t e n t i a l ，t h ee f f e c t so fm i c r o o g n i s m so np y r i t es u r f a c ew e r es t u d i e d ；o n t h eb a s i so fp y r i t e b i o l e a c h i n gb yp u r ec u l t u r e ，b ym e a n so fs u c h e x a m i n a t i o na st h ei m p a c to fm i x e dc u l t u r ea n dn u t r i e n tf o rm i c r o b eo n p y r i t eb i o l e a c h i n g ，t h em a i nf a c t o rf o rj a r o s i t ef o r m a t i o n ，a n dt h ea t t e m p t o fa p p l y i n gF e r r o p l a s m at h e r m o p h i l u mL 1t op y r i t eb i o l e a c h i n g ，w et r i e d o u rb e s tt of m dt h eo p t i m u m p r o p o s a lf o rp y r i t eb i o l e a c h i n g ． T h er e s u l t so fa d s o r p t i o ne x p e r i m e n ti n d i c a t e dt h a tt h ee q u i l i b r i u m o fA 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 sa n dA 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 o n p y r i t es u r f a c e sw a sr e a c h e di n2 0 m i na n dt h ea d s o r p t i o nc o n t e n to fA ． f e r r o o x i d a n sg r o w no np y r i t ew a sh i g h e rt h a nt h a tg r o w no nF e 2 ．I nt h e e a r l yp y r i t eb i o l e a c h i n gs t a g e ，i t sc o n t a c t a n g l e sd e c r e a s e dr a p i d l y b e c a u s eo fb a c t e r i aa d s o r p t i o n ，a n dl a t e rw e n tt o s t e a d y ．T h em i c r o b e g r o w no ns o l i ds u b s t r a t es h o w e dh i g h e ri s o e l e c t r i cp o i n t I E P t h a nt h a t g r o w no ns o l u t i o ns u b s t r a t e ，b e c a u s es u r f a c e so ft h ef o r m e rc o n t a i n e d m o r ep r o t e i n ．I E Po f p y r i t ed e c r e a s e da f t e ri n t e r a c t i o nw i t hm i c r o b e ．a n d i t se l e c t r o n e g a t i v i t yi n c r e a s e d ．E l e c t r o n e g a t i v i t yo f p y r i t ei n t e r a c t e dw i t h m i c r o b ei n c r e a s e d ，a n dI E Po fi td e c r e a s e d ，i n c l i n i n gt oI E Po fb a c t e r i a ． T h ei n v e s t i g a t i o no fo p t i m i z i n gp y r i t eb i o l e a c h i n gi n d i c a t e dt h a t o t h e rt h i n g sb e i n ge q u a l ，t h em i x e dc u l t u r eo fA ．f e r r o o x i d a n sa n dA ． t h i o o x i d a n s ，L1a n dA c i d t h i o b a c i l l u sc a l d u ss h o w e ds u p e r i o rt ot h ep u r e c u l t u r eo fA ．f e r r o o x i d a n sa n dL 1 ，w h i c hw a sb e c a u s et h ep r e s e n c eo f s u l f u r o x i d i z i n gb a c t e r i aA ．t h i o o x i d a n sa n dA ．c a l d u sf a c i l i t a t e dt h e o x i d i z a t i o no fs u l f u rc o m p o u n dp r o d u c e di nt h ep r o c e s s ．A d d i n gy e a s t e x t r a c tf a c i l i t a t e d p y r i t eb i o l e a c h i n gb yA ．f e r r o o x i d a n s e f f e c t i v e l y , p a r t i c u l a r l ya d d i n gt h ea m o u n to fO ．0 0 5 ％，i nw h i c ha m o u tp y r i t el e a c h i n g r a t eW a su pt o81 ．4 ％．P u l pd e n s i t y , p H ，r e d o xp o t e n t i a la n dj a r o s i t ew e r e t h ev i t a lp a r a m e t e r sf o rp y r i t eb i o l e a c h i n g ．W i t ht h ei n c r e a s eo fp u l p d e n s i t y ，l e a c h i n gr a t ed e c l i n e d ．T h i sp h e n o m o n e ns t o o do u ti np y r i t e b i o l e a c h i n gb yL 1w i t h o u tc e l lw a l li nt h a tt h es h e a rf o r c eb e t w e e n p a r t i c l e sa n db a c t e r i ai nh i g hp u l pd e n s i t yi n d u c e db a c t e r i ad e a t h ．I nt h e 1 1 1 硕士学位论文 A B S T R A C T c o u r s eo fp y r i t e b i o l e a c h i n gb yA ．f e r r o o x i d a n s ，m o d i f y i n gp Hw a s a d v e r s et o p y r i t es o l u b i l i z a t i o n ．M o d i f y i n gp He n c o u r a g e dj a r o s i t e f o r m a t i o no np y r i t es u r f a c e ，i n s t e a d ，t h e r ew a sn oja r o s i t ef o r m e do n p y r i t es u f a c e ，p r o v e db yX R Da n dS E M ．A l s o ，t h et e s tr e s u l t si n d i c a t e d t h a tr e a s o n a b l ec o m b i n a t i o n o fp u l pp Ha n d F ec o n c e n t r a t i o n g a v e j a r o s i t ep r o d u c t i o na na d v a n t a g e ．B o t ht h ec a s eo fl o wp Hv a l u e p H 1 1 ．3 ，h i 曲F e ”c o n c e n 仃a t i o n 2 ．2 9 ／L 一7 ．5 9 ／L ，a n dt h eo t h e ro f h i g h p Hv a l u e p H 1 ．8 9 ，l o wF e 计c o n c e n t r a t i o n 1 ．8 6 9 ／L p r e v e n t e dj a r o s i t e f o r m a t i o nw i t he f f e c t ，a n dt h e np r o m o t e dp y r i t eb i o l e a c h i n g ． P y r i t eb i o l e a c h i n gb yL 1w a sl i m i t e dt ol o wp u l pd e n s i t ya sar e s u l t o ft h ep r o p e r t i e so fL1i t s e l f ．E l e c t r o d er e a c t i o ni nt h ee l e c t r o c h e m i c a l s y s t e mo f L 1a n dp y r i t ew a sc o n t r o l l e db ye l e c t r o c h e m i c a ls t e p s ，p r o v e d b y e l e c t r o c h e m i c a l i m p e d a n c e ． F r o m t h em e a s u r e m e n t so f e l e c t r o c h e m i c a li m p e d a n c ea n dT a f e l ，w ed r e wt h ec o n c l u s i o nt h a ta d d i n g L1q u i k e n e de l e c t r o nt r a n s f e r , a n df u r t h e ra c c e l e r a t e dp y r i t eo x i d i z a t i o n ． K E YW O R D S P y r i t e ，J a r o s i t e ，S u r f a c ep r o p e r t i e s ，A ．f e r r o o x i d a n s ， F t h e r m o p h i l u m I V 硕士学位论文 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I A B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I I I 第一章文献综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 生物冶金发展过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 ．1 生物冶金起源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 ．2 生物冶金应用史⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 1 ．2 常用浸矿菌⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．2 ．1 适温菌 m e s o p h i l e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．2 ．2 中温菌 m o d e r a t et h e r m o p h i l e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．2 ．3 嗜热茵 t h e r m o p h i l e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．3 黄铁矿生物浸出的研究进展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．3 ．1 黄铁矿生物浸出机制研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 1 ．3 ．2 微生物在黄铁矿上的吸附研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 1 ．3 ．3 黄钾铁矾 j a r o s i t e 对黄铁矿生物浸出的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一7 1 ．3 ．4p H 、氧化还原电位和温度对黄铁矿生物浸出的影响⋯⋯⋯⋯⋯一8 1 ．3 ．5 黄铁矿氧化后的表面形貌研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9 1 ．4 本文研究的目的、意义及主要内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 1 ．4 ．1 本文研究的目的和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9 1 ．4 ．2 本文的主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1O 第二章试验材料和研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 1 2 ．1 试验材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 l 2 ．1 ．1 菌种及其生长条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．1 ．2 黄铁矿矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．1 ．3 试验用主要仪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．2 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l3 2 ．2 ．1 吸附量测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．2 ．2 接触角测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．2 ．3Z e t a 电位测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．2 ．4 摇瓶浸出试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．2 ．5L l 充气浸出黄铁矿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 2 ．2 ．6L 1 与黄铁矿作用体系下的电化学测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 第三章微生物对黄铁矿表面性质的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 6 硕士学位论文目录 3 ．1 吸附量测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 3 ．2 接触角测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 3 ．3Z e t a 电位测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l8 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 第四章纯菌彳．／和混合菌 彳．／和彳．f 浸出黄铁矿对比试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 2 4 ．1 纯菌A ．厂浸出试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 4 ．1 ．1 矿浆浓度对比试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 4 ．1 ．2 粒度对比试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 4 ．1 ．3 过程中p H 的调整对浸出效果的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 8 4 ．1 ．4 细菌浓度对比试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 4 ．1 ．5 酵母提取物对A 厂浸出黄铁矿的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 4 ．2 ．混合菌 A 厂和A ．f 浸出黄铁矿试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 4 ．3 黄钾铁矾形成的主要影响因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 4 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 第五章黄铁矿的古生菌L l 浸出和电化学研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 5 ．1L 1 摇瓶浸出黄铁矿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 5 5 ．2 混合菌摇瓶浸出黄铁矿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 5 ．3L l 与黄铁矿作用体系下的电化学测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 5 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 第六章结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 4 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 5 致{ 射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 4 攻读学位期间发表的论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 6 硕士学位论文 第一章文献综述 1 ．1 生物冶金发展过程 1 ．1 ．1 生物冶金起源 第一章文献综述 生物冶金是指利用某些特殊微生物的代谢活动或代谢产物从矿物或其它物 料中浸取金属的过程，根据微生物所起的作用可分为生物浸出、生物吸附和生物 累积【I 】。其中生物浸出倍受关注。生物浸出是利用微生物将矿物中有价金属以离 子形式溶解到浸出液中加以回收，或将矿物中有害元素溶解并除去的过程，它是 综合了湿法冶金、矿物加工、化学工程、环境工程和微生物学的多学科交叉领域 【2 】。其研究和应用领域包括铜、铀、砷、钴、镍、锌等金属硫化矿的浸出；难处 理金矿的预氧化；海底锰结核／结壳浸出；从炉渣烟灰、尾矿、污泥等二次物料 中回收金属和浸出除杂如煤矿脱硫、高岭土除铁、铁矿除磷、橡胶脱硫掣3 。1 3 J 。 早在1 6 7 0 年，西班牙人就从奥里廷托矿坑水中回收细菌浸出的铜，这标志 着细菌浸矿的开始。1 7 6 2 年西班牙人在R i o T i t o l 矿利用矿坑废水浸出含铜黄铁矿 中的铜，只是当时并未意识到是细菌在起作用【1 4 ，1 5 】。在当时人们对微生物在其中 的作用一无所知的情况下，已经在不自觉的应用着他们。不难猜测，也许更早的 时候，就有生物浸出的应用，只是未能记载在册。 人们对细菌浸出的真正认识以及微生物在矿业中的应用始于2 0 世纪2 0 年代 末。1 9 2 2 年R u d o l 等人首次报导了使用未被鉴定的细菌浸出铁和锌的硫化矿物f I 6 ， 1 7 】。1 9 4 7 年，美国C o l m e r 和H i n k l e 从矿山酸性坑水中分离鉴定出氧化亚铁硫杆 菌，并证实了微生物在浸出矿石中的生物化学作用。细菌浸出在冶金工业上获得 成功应用的主要是3 种金属的回收铜、铀、金。而在继铜、铀、金的微生物湿 法提取实现工业化生产之后，钴、锌、镍、锰的微生物提取也正由实验室研究向 工业化生产过渡【4 1 。自1 9 5 8 年美国利用微生物浸铜和1 9 6 6 年加拿大利用微生物 浸铀的研究及工业化应用成功之后，已有3 0 多个国家开展了微生物在矿冶工程 中的应用研究工作。 1 ．1 ．2 生物冶金应用史 对于贫、细、杂矿石，生物冶金有着较传统浮选技术更为优越的特性。另外， 硕士学位论文 第一章文献综述 它还有着以下优越的特性一、环境友好；二、基建成本低；三、流程短；四、 反应温和。尤其是对环境友好这一优势使得其更有可能成为未来选别矿物的优先 技术。 难浸金矿的细菌氧化预处理，最早于1 9 6 4 年在法国提出。法国人首先尝试 利用细菌浸取红土矿物中的金，取得了令人振奋的效果。而于1 9 7 7 年苏联最先 发表了实验结果。北美首次应用搅拌反应槽对难浸金矿石及精矿进行细菌氧化， 对于搅拌反应槽式细菌氧化厂的投产和推广，具有奠基作用。1 9 8 4 ．1 9 8 5 年，加 拿大G i a n t B a y 微生物技术公司对北美及澳大利亚的3 0 多个金精矿进行了细菌氧 化实验研究，取得了一定效果。1 9 8 6 年南非金科公司的F a i r v i e w 金矿建立了世 界上第一个细菌氧化提金厂，实现了难浸金矿细菌氧化预处理法在世界上的首次 工业化应用。 近年来，在国外该技术的研究与应用早已成为矿冶领域热点。堆浸在铜、金 等金属的提取上获得广泛的工业应用，并取得鼓舞人心的效果。葡萄牙在1 9 5 9 年就有一个铀矿采用细菌浸出进行生产，铀浸出率达6 0 ％．8 0 ％。法国的埃卡尔 耶尔铀矿采用细菌浸出，1 9 7 5 年产铀量达到3 5t 。自1 9 8 0 年始，智利、美国、 澳大利亚等国相继建成大规模铜矿堆浸厂。锌、镍、钴、铂等金属的生物提取技 术也得到进一步的深入研究。加拿大的细菌浸铀的规模最大，历史最久，安大略 州伊利埃特湖区三铀矿公司1 9 8 6 年时做到产铀3 6 0t 。美国也在浸取铜矿时利用 细菌回收其中的铀，在1 9 8 3 年产值已达9 ，0 0 0 万美元。智利北部的Q u e b r a d a B l a n c a 矿山是目前生物浸出实践中非常好的范例，并展示了生物冶金在矿业中的 成功应用。 在中国，生物浸出低品位铜矿在2 0 世纪9 0 年代中后期时，便成功应用于工 业。江西德兴铜矿于1 9 9 4 年5 月便开始建设年产2 0 0 0t 的电铜堆浸厂。德兴铜 矿先后于8 6 年、9 1 年进行限1 0 0 0t 级含铜废石堆浸扩大试验，并于9 5 年建成 年产电铜1 0 0t 的小堆浸试验厂，筑堆矿石5 0 0 0 0t ，两年的浸出率达到6 9 ％随 后于9 6 年5 月对祝家废石场3 号堆进行了1 0 0 0 0 m 2 的浸出工业试验【1 8 】。福建紫 金山目前已建成千吨级的生物提铜堆浸厂，铜浸出率可达8 0 ％以上【1 9 】。截至2 0 0 3 年6 月，紫金山铜试验厂共有浸矿堆5 座，入堆矿石总量为1 4 5 8 3 8 ．3 8t ，平均品 位为0 ．7 1 ％。不同浸矿堆累计浸出时间为1 0 0 0 小时，浸出率在4 0 ％．6 0 ％，而若 浸出半年，其浸出率可达7 5 ％以上【2 0 1 。目前紫金山万吨级的生物提铜堆浸厂的 建成也将指日可待。与此同时，金精矿的生物预氧化提取已在山东莱州得到工业 应用，镍、锌等硫化矿的生物浸出工艺也有不同程度的发展。 较之国外，生物浸出工艺在我国的研究及应用都要迟滞、落后一些，我们不 硕士学位论文 第一章文献综述 能闭门造车，需要以一种开放、谦虚的心态向他们借鉴、学习，并不断创新，以 期迎头赶上。 生物浸出在世界上的应用见表1 ．1 、表1 2 。 表1 - 1 ．国内外典型生物提铜矿山 T a b l e1 - 1 ．T h er e p r e s e n t a t i v ec o p p e rb i o - e x t r a c t i o nm i n e sa th o m ea n da b r o a d ． L oA g n i m 智利次生璜化铜矿1 ．4 ％ C e l r oc o b t 秘如智刊 次生硫化铜矿l 。烈 Q u e b r 氆d aB l n , r 喀急智利 次生璃化铜矿I 。5 ％ Z a 】d 矾r 留利 S u l f u r o sB a j ab , y 智剩 C e z r oV e r d e 琵鲁 M o E e n c i 美国 氧化矿霸优矿1 ．似 原生硫化锕矿废石 0 ．3 姒 次生璇化锕矿0 ．T ／o 次生硫纯嗣矿0 ．6 5 ％ M y a m 燃S a K 缅甸、尖生辘化铜矿O J ％ N i f t y ；雯大利巫 次生酸化铜矿l3 ％ 繁金山嗣矿中圜次生硫化湘矿0 ．6 5 ％ 1 7 , 0 0 0 1 2 0 , 0 0 0 7 5 , 0 0 0 1 2 5 , 0 0 0 1 5 , 0 0 0 3 2 , 0 0 0 7 5 , 0 0 0 1 8 , 0 0 0 2 5 , 0 0 0 1 , 0 0 0 生物浸出 1 9 ∞．1 9 9 6 筇 B x h e a p ，S X - E W B i o 骗p ，S X ．E W 1 9 9 4 荨- 现在 B i o h 嘲沁X ．E W 1 9 9 4 ．年．现在 酸浸l f B i o h e a l ．S X ．E W19 9 4 年．现在 生物原矿堠浸 1 9 9 4 年现在 B i o d u m p t S X ，E W B 幻h e 蚴葛X ．E W 19 9 6 年，现在 B 幻l 砖a D 5 X ．E W2 8 0 8 事．现在 B i o l 潞a p - S X 。E W 19 9 8 年- 现在 B M h e e l ．S X ．k - W 2 0 0 2 年．现在 B i o h e a - S X ．E W 2 0 0 1 年．现在 德兴锕矿帼原生磺化舸废石8 0 0 B i o d u m p - S X ．E W I9 9 7 删l 在 德兴锕矿中国 ． 1 9 9 r 7 辱现歪 0 。1 0 ％ 表1 ．2 ．部分发展中国家大规模金精矿生物氧化提金厂 T a b l e1 - 2 ．L a r g e - s c a l eg o l db i o o x i d a t i o nf a c t o r i e si ns o m ed e v e l o p i n gc o u n t r i e s S a GB e n t o ，B r a z i l 15 0 渔精矿19 9 0 A s h a n t i ，G h a n a S a n s uJG h a n a 1 ．0 0 0 淦精矿 1 。0 0 0 渔精矿 19 9 4 19 9 4 T a m b or a q u e ，P e r u2 6 0 ．0 0 0 锌浮选尾矿 19 9 9 _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ ●- _ _ - - - _ _ _ _ I I _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ I - _ _ - l I _ _ _ _ 3 硕士学位论文 第一章文献综述 1 ．2 常用浸矿菌 微生物根据其最适生长温度范围可分为以下几种[ 2 H 1 嗜冷微生物 p s y c h r o p h i l e s ，最适生长温度 8 0 ℃。以上分类并不是特定的，也不表明 超过最适温度范围，微生物便不能生长。而受浸矿环境温度所限，常用浸矿用微 生物为适温菌 m e s o p h i l e s 、中温菌 m o d e r a t et h e r m o p h i l e s 和嗜热菌 t h e r m o p h i l e s 。 1 ．2 ．1 适温菌 m e s o p h i l e s 在 4 0 ℃的硫化矿生物浸出中，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 过去被称作 T h i o b a c i l l u s f e r r o o x i d a n s 【2 2 】在很多年里都被认为是最重要的浸矿微生物【2 3 1 。其 生长最适p H 为2 ．5 ，能忍受的最低p H 为1 ．3 【2 4 1 。而K e l l y 和W o o d 则报导其最 适p H 范围为1 ．3 - 4 ．5 【2 2 1 ，格兰氏阴性，棒状，无机化能自养型原核生物。该菌氧 化亚铁、硫和还原态硫化物获得能量，并在氧化环境中以溶解氧 D O ，d i s s o l v e d o x y g e n 作为电子受体【2 5 之8 1 。在氧气不足或p H 极低 l - 3 时，A ．f e r r o o x i d a n s 还有一个可供选择的获得能量的机制，即以F e 3 或S o 作为电子受体，以H 2 或S o 为电子供体[ 2 9 - 3 2 】。不过在此种机制下所获得的能量仅能维持细菌自身的生长，且 此种机制下的生长速度远低于以溶解氧作为电子受体的机制【3 3 ，3 4 1 。 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 为格兰氏阴性，螺旋状，通过氧化F e 2 获得能量， 不能氧化硫及还原态硫化合物。最适生长温度是3 8 ．5 。C ，最适p H 为1 ．7 ，能忍 受的最低p H 为1 ．0 【2 4 1 。根据J o h n s o n 的报导，其最适p H 范围是1 ．3 ．2 ．0 【3 5 】。而 C o r a m 和R a w l i n g s 则认为其最适p H 范围是1 ．6 2 ．0 【3 6 】。虽被认为是适温菌，但 有文献报导称其能忍受最高4 8 ．5 ℃的温度【2 l 】。较之于A ．[ e r r o o x i d a n s ，此菌能耐 受更高浓度的F e 3 【3 7