第9章其他金属的微生物浸出.ppt.ppt

1、,其他金属的微生物浸出,1 锰的微生物浸出1.1 异养型微生物浸出锰 异养型细菌就是要人工喂养，要配制糖及糖的衍生物等有机物溶液来培养细菌。用异养型微生物将4价锰还原为2价锰。,自养型细菌就是要人工喂养，只要配制无机盐溶液和加入硫粉作为能量基质，细菌就可以自生长和繁殖。 用自养型微生物可以使复杂的矿物（同时具有氧化矿、磷锰矿、锰结核等）将4价锰还原为2价锰离子。,1.2 自养型微生物浸出锰,1.3 磷锰矿的细菌浸出,浸出过程分为二步:第一步 用氧化亚铁硫杆菌（TM菌）黄铁矿作能源基质，产生 Fe3+、硫酸溶液，称为菌生黄铁矿浸矿剂。第二步 用菌生黄铁矿浸矿剂浸出磷锰矿。,2 铀的细菌浸出,细菌

2、氧化浸出要求矿石中含有黄铁矿, 黄铁矿被氧化后产生硫酸和硫酸铁, 硫酸溶解含铀酰离子的铀矿物, 硫酸铁使UO2 氧化成UO22+ 。,铀的细菌浸出的反应式:UO2(S)+2Fe3+(aq) UO2 2+ (aq) 2Fe2+(aq) 铀通常以铀酰离子(UO2 2+ ）的形式进入溶液。,浸出过程分为二步：第一步 用硫酸和氧化亚铁硫杆菌（TM菌）对铀矿石进行酸化和浸出。硫酸亚铁被氧化成硫酸铁，产生酸性硫酸高铁第二步用酸性硫酸高铁浸出铀矿。硫酸铁将四价铀氧化成六价铀,1)浸出剂对铀浸出的影响,2)浸出时间对铀浸出的影响,浸出过程中定期测定浸出液中铀浓度,并换算成铀金属质量, 结果见表3,3)矿石粒度

3、对细菌浸出的影响,4)浸出剂中三价铁离子浓度对铀浸出的影响,细菌浸出主要是通过黄铁矿的氧化生成硫酸铁, 硫酸铁将U4+氧化成U6+来进行的, 因此, 对浸出液中三价铁的浓度对铀浸出率的影响进行了试验。 由表5 看出, 增大三价铁离子的浓度, 铀浸出率没有变化。,5）浸出柱高度对细菌浸出的影响,一般堆浸矿堆有几米高, 因此, 把几个浸出柱串联起来进行浸出试验以模拟现场浸出情况, 试验结果见表6 。,低品位铀矿石堆浸,对低品位铀矿石进行了细菌堆浸试验。矿石质量780 t, 取自选矿厂尾矿, 铀质量分数0.022%。矿堆先用2% H2SO4 浸出一个月, 浸出金属铀33 kg。当浸出液中铀浓度降低到

4、20 mg/L时, 改用细菌浸出。细菌浸出时, 铀浓度逐渐升高,维持一段时间后又降低。当铀浓度降低到30mg/L 时停止浸出。40 d 内共浸出金属铀34 kg。试验结果见表7 。,细菌浸出与2%硫酸浸出试验结果对比,从表7看出,细菌浸出比用2%H2SO4浸出可提高铀浸出率5%,缩短浸出时间至少9d,节约硫酸95% 以上。采用酸度较低的菌液浸出,降低了堆浸场地和其他设施的腐蚀程度,减少了设备维修工作量,降低了对堆浸建筑设施的耐酸要求,进而降低了生产成本。,表7的分析,从表7 看出, 细菌浸出比用2%H2SO4 浸出可提高铀浸出率5% , 缩短浸出时间至少9 d, 节约硫酸95% 以上。采用酸度

5、较低的菌液浸出, 降低了堆浸场地和其他设施的腐蚀程度, 减少了设备维修工作量, 降低了对堆浸建筑设施的耐酸要求, 进而降低了生产成本。,3 锌的微生物浸出,硫化锌矿主要是闪锌矿，用于锌矿浸出的微生物主要有化能自养菌、异养菌和真菌等，如氧化亚铁硫杆菌(T.f.)、氧化硫硫杆菌(T.t.)、氧化亚铁微螺菌(T.f.)。在矿物浸出过程中,后两种细菌通常与其他菌种混合使用,可以提高矿物中有价金属的浸出率。,影响硫化锌矿生物浸出的因素,1）浸出条件的影响 温度、pH、CO2 的供应量、初始粒度的大小、固液比、营养物质浓度和固体比表面积等对硫化锌矿中锌的浸出速率都有一定的影响,上述这些因素影响了锌浸出的滞

6、后时间、浸出液中锌的最终浓度和浸出速率等,而且这些因素之间也是相互影响的。,2）添加剂及复杂矿物之间的影响,添加金属离子、表面活化剂或抑制剂可以提高或抑制矿物中有价金属的浸出速率,同时可以影响矿物中不同金属成分的分离和选择性浸出。 铜离子或其他一些重金属离子活化闪锌矿,活化效果取决于活化时的电化学电位。不同离子催化效果的顺序为: Cu2+Bi3+Co2+Ru3+Hg2+,微生物与矿物颗粒之间的相互作用,不同菌种对矿物中有价金属的浸出效果是不同的,这主要是由于菌种的生物学特性不同造成。研究发现,T.f. 在氧化闪锌矿时比T.t. 更有效,而且当用两种细菌的混合培养可以提高闪锌矿的浸出速率,这可能

7、是由于集合了不同菌种的优点和优势互补,以及菌种之间的氧化物与氧化产物之间的耦合造成。,硫化锌矿的电解生物浸出,为了提高生物浸矿的效率,通常采用一些措施来强化矿物浸出过程,除了加入添加剂外,也可以采取施加电位、磁场和微波技术等措施。金属硫化物的生物浸出实质上是电子得失的电化学氧化还原过程,因此利用电化学原理可以提高金属硫化物的浸出效率。在闪锌矿的溶解过程中会出现两个峰值,分别处在- 500 mV和+ 400 mV。控制浸出介质的氧化还原电位为- 500 mV 时可以选择性浸出闪锌矿中的锌,而在+ 400 mV 的正值电位下闪锌矿的电解生物浸出比在- 500 mV 的负值电位下更有效。,硫化锌矿生

8、物浸出的反应机理,硫化锌矿微生物浸出的直接和间接作用机理可以表述为:硫化锌矿生物氧化的总反应为:,8.4 镍矿细菌浸出,细菌浸出的镍矿主要有镍黄铁矿和针镍矿(NiS) ,所用细菌有硫杆菌、硫酸盐还原菌、枯草杆菌、地衣芽孢杆菌、大肠杆菌、反硝化细菌、生枝动胶菌、异养嗜酸固氮菌(Beijerinckia tacticogenes)等硫化镍矿的浸出机理研究,与大多数硫化物的生物浸出类似,是一个复杂的过程,化学氧化、生物氧化及原电池反应往往同时发生,其主要有三种氧化机理:,三种氧化机理,(1) 细菌直接作用机理 是指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,使其矿物溶

9、解。 (2)间接作用 是指矿石在细菌作用过程中产生的硫酸高铁和硫酸作用下发生化学溶解作用。反应中产生的Fe2+在细菌作用下又被氧化成Fe3+ ,形成新的氧化剂,使间接作用不断进行下去。(3) 电化学反应机理 硫化矿在酸性浸出介质中作为一个电极。常见硫化矿电化学活性顺序为:黄铁矿 黄铜矿 镍黄铁矿 方铅矿 磁黄铁矿 闪锌矿,Ni2+对硫化镍矿细菌浸出的影响,由于细菌自身的生理特征所决定,溶液中金属离子含量过多,将对细菌产生毒害作用。Ni2+对硫化镍矿细菌浸出的影响,主要是通过Ni2+对细菌的抑制作用来实现的,已有研究结果表明,镍离子对氧化亚铁硫杆菌生长有明显的抑制作用,并随着Ni2+浓度增加,未驯化过的细菌的停滞期变长,停滞期Fe2+的氧化速率降低。,