黃銅礦浸礦體系微生物對其表面性質(zhì)的影響及分步溶解機制.pdf

1、中溫菌浸出黃銅礦的速度慢，浸出率低，嚴重制約著生物浸出技術在實際生產(chǎn)中處理黃銅礦的應用。高溫菌對黃銅礦顯示出好的浸出效果，其浸礦潛力及浸礦機制越來越受到生物冶金領域研究者的重視。本論文在熱力學分析基礎上，采用吸附量、動電位、接觸角測定等方法研究了中溫菌和高溫菌對黃銅礦表面性質(zhì)的影響及與溶解機制的關系;并運用X射線衍射、拉曼光譜、掃描電鏡和能譜等檢測方法，以及電化學分析等手段，詳細考察和比較了中溫菌及高溫菌作用下黃銅礦浸出過程的差別，深入

2、討論了導致黃銅礦浸出效果差異的原因及影響黃銅礦溶解機理的因素，從而揭示微生物浸出過程中黃銅礦的分步溶解機制。
　　本文提出了黃銅礦的浸出是一個分步溶解過程，在低氧化還原電位下可轉(zhuǎn)化為次生銅，次生銅的生成是深度溶解的關鍵，促進浸出，這是導致中溫菌和高溫菌浸出差異的關鍵原因之一。高溫菌浸出過程中，F(xiàn)e3+離子易于轉(zhuǎn)化為鐵礬沉淀，而高溫菌氧化亞鐵的速率遠遠低于其生成的速率，從而導致體系的氧化還原電位保持在較低的水平，黃銅礦可以轉(zhuǎn)化為次生

3、銅，有利于浸出;而中溫菌浸出的過程中，體系的電位基本保持在高電位下，次生銅難以生成，浸出速度緩慢。而浸出過程中生成的硫膜、黃鉀鐵礬沉淀不是制約黃銅礦溶解的本質(zhì)原因。論文的主要結(jié)論如下:
　　(1)熱力學分析結(jié)果表明:酸性條件下，黃銅礦可轉(zhuǎn)化為Cu5FeS4，CuS，Cu2S的銅硫化合物，最終釋放出Cu2+離子，不同溫度條件下各組分優(yōu)勢區(qū)間的范圍相近。高溫酸性條件下，F(xiàn)e3+離子更容易生成KFe3(SO4)2(OH)6沉淀;另外，溶

4、液中離子濃度升高也促進了Fe3+離子轉(zhuǎn)化為KFe3(SO4)2(OH)6沉淀。Fe3+離子的沉淀過程可降低浸出體系的氧化還原電位，從而影響黃銅礦的分解。
　　(2)盡管不同能源物質(zhì)培養(yǎng)的細菌在黃銅礦表面吸附的速度及程度有所差別，但中溫菌和高溫菌在黃銅礦表面的初步吸附及對其表面性質(zhì)的影響規(guī)律相似，因此不是造成這兩類細菌浸礦差異的主要因素。而隨著微生物對黃銅礦作用時間的延長，黃銅礦接觸角的變化與其溶解機制密切相關，溶解過程中會生成疏水

5、的單質(zhì)硫、銅硫化物及親水的鐵礬等，從而改變了礦物表面的接觸角大小。中、高溫菌作用下，黃銅礦接觸角變化規(guī)律存在差異。
　　(3)浸出體系的氧化還原電位決定了黃銅礦是否能生成次生銅，次生銅易氧化分解，從而促進浸出。中溫菌浸出過程中，僅在浸出的最初幾天電位較低，之后一直保持在較高的數(shù)值(550mV vs.SCE)以上。與之對應，浸出前幾天的浸渣能檢測到次生銅Cu2S，浸出速度相對較快;當電位達到較高數(shù)值時，次生銅的生成受到抑制，浸出速度

6、緩慢。然而，黃銅礦的高溫菌浸出過程中，體系的氧化還原電位一直保持在較低的水平(380-450 mV vs.SCE)，可生成Cu2S，此時的浸出效果較中溫菌浸出大幅提高。
　　(4)微生物浸出過程中，微生物的主要作用是氧化鐵或者氧化硫。因此，高溫菌和中溫菌對黃銅礦顯示出不同的浸出效果應該是基于其氧化鐵或者硫的能力的差異。以單質(zhì)硫為能源物質(zhì)培養(yǎng)的高溫菌氧化鐵的能力明顯弱于可溶性亞鐵培養(yǎng)的中溫菌。另外，溫度升高，F(xiàn)e3+離子易轉(zhuǎn)化為鐵礬

7、沉淀而消耗。這是造成中溫菌和高溫菌浸出體系氧化還原電位差異的主要因素。
　　(5)電化學研究結(jié)果表明:溫度的變化和細菌的加入不改變黃銅礦的分解機理，但溫度的升高和細菌的加入反應速度增大。另外，中溫菌的浸出過程中，5天后黃銅礦電極的開路電位大幅降低，之后升高并保持在較高的電位值;而高溫菌的浸出過程中，黃銅礦的開路電位迅速下降后一直保持在較低的水平;可見在中溫菌浸出黃銅礦時，僅在浸出的前幾天礦物易分解，之后浸出困難;而高溫菌浸出的整個

8、過程中，黃銅礦均易分解。
　　(6)黃銅礦的浸出過程中，硫膜、黃鉀鐵礬沉淀不是制約黃銅礦溶解的本質(zhì)原因。中溫菌浸出中，鐵氧化菌L.ferriphilum菌浸出黃銅礦的體系中加入硫氧化菌A.thiooxidans菌后，導致硫膜的消失，但銅浸出率提高不顯著。而浸出中生成的鐵礬疏松且脫落后黃銅礦表面沒有鐵礬沉積，不會阻礙浸出。另外，高溫菌的浸出效果較中溫菌浸出大幅提高，但浸渣中檢測到硫和黃鉀鐵礬，進一步說明其不是制約黃銅礦溶解的本質(zhì)原因