细菌冶金理论及技术.doc

课目：细菌冶金理论与技术研究生**李 鹏班级材硕07班研究生**1100877提交日期2011年12月30日1.适合细菌冶金的矿石类型有哪些.常见的浸矿菌有哪几类.答：目前细菌冶金主要应用在Cu、Pb、Zn、Ni、Co和U等的生物浸出，以及含Au矿石的生物预处理上适合细菌冶金的矿物主要是金属硫化矿，可分为以下几类：鸡肋型、遥远型、难处理型以及高要求型〔1〕鸡肋型：主要是贫矿、表外矿、选矿厂的尾矿、废矿、金属围岩等，金属品位较低，用常规方法回收本钱太高；〔2〕遥远型：主要是一些小而分散的矿山、地处偏僻山区、运费高的矿山；〔3〕难处理型：用常规方法不易别离的混合精矿，可以用细菌冶金的方法选择性的浸出其中一种金属，从而使精矿得以别离；〔4〕高要求型：通过降低精矿品位以提高实收率的精矿自然界中有一类微生物，可直接或间接地参与金属硫化矿物的氧化和溶浸过程，通常称为浸矿微生物或浸矿细菌按营养类型可将自然界的微生物分为自养型微生物和异养型微生物，和矿物浸出有关的微生物大局部属于自养微生物按照浸矿细菌生长的最正确温度可以将其分为三类，即中温菌、中等嗜热菌以及高温菌常见的自养浸矿细菌主要有以下几种：〔1〕氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferroo*idans)，该菌是浸矿细菌中发现最早最常使用的一种自养菌，它可以氧化金属硫化矿物、硫代硫酸盐、元素硫及亚铁离子，在含有Fe2+液体营养基中培养，由于亚铁被氧化使培养基变成红棕色，最后由于在一定的pH值条件下Fe3+水解生成氢氧化物或铁矾而产生沉淀；如用不含铁的液体培养基，由于硫代硫酸盐氧化生成硫酸，使培养基酸度升高。

〔2〕氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thioo*idans)，该菌发现也较早，通常以单个或成双链状存在，在菌体两端各有一油滴可将培养基中的元素硫吸入油滴再吸入体内氧化该菌不能在金属硫化物矿上生长，也不能氧化金属硫化物矿，但它可以氧化金属硫化物矿氧化过程中产生的元素硫，也可以氧化硫代硫酸盐，且氧化元素硫的能力比氧化硫化合物的能力强，可以产生许多酸并有较强耐酸性能〔3〕氧化亚铁小螺旋菌(Leptospirillum ferroo*idans)，与上述两种菌相比，该菌发现晚一些性能与氧化亚铁硫杆菌相似，可以氧化金属硫化矿物和亚铁离子，但不能氧化元素硫〔4〕耐热氧化硫杆菌(Sulfobacillum thermosulfidoo*idans)，该菌首次于美国**公园的温泉中发现，其后在澳大利亚西部炎热干旱的沙漠地区找到与之相类似的细菌，定名为M4菌其可以氧化金属硫化矿物、元素硫及亚铁离子，培养基也与氧化铁硫杆菌相似2.细菌氧化的机理是哪几类.影响细菌浸出的因素有哪些.答：微生物浸出的实质是氧化难溶的金属硫化物，使其中的金属阳离子进入溶液浸出过程是硫化物中S2-的氧化过程较为普遍承受的机理有以下几种：直接作用机理、间接作用机理、复合作用机理。

〔1〕直接作用机理，所谓直接作用就是酶腐蚀金属矿物，即浸矿微生物附着于到矿石外表与矿石中的硫化矿物发生作用，使矿物氧化溶解〔2〕间接作用机理，所谓间接作用机理是浸矿过程中有Fe3+的参与间接作用指的是细菌不需与矿物直接接触，由细菌氧化产生的Fe3+对其它元素进展氧化，而不是细菌直接与矿物作用，Fe3+相应被复原为Fe2+，而Fe2+又在细菌的作用下被氧化为Fe3+〔3〕复合作用机理，所谓复合作用机理就是指在细菌浸出当中，既有细菌的直接作用，又有通过Fe3+氧化的间接作用有些情况下以直接作用为主，有时则以间接作用为主，但两种作用都不可排除细菌浸出过程中既有细菌生长繁殖和生物化学反响，又有浸出剂和矿物的化学反响影响细菌浸出的因素主要有以下几个方面：〔1〕细菌培养基组成的影响 金属矿物的浸出速度和细菌的浓度成正比，矿物浸出要高速度，须保持细菌生长繁殖的高速度因此，应提供细菌生长所必需的足够营养〔2〕环境温度的影响最适于细菌生长的温度，也是细菌氧化力最强的温度*围〔3〕环境酸度的影响 环境酸度影响细菌活性及繁殖速度而且影响矿物浸出，在这里酸度本身对矿物的作用不很重要〔4〕金属及非金属离子的影响金属离子含量过多，将对细菌产生毒害作用。

金属以电解质形式影响细胞的渗透压，这类细菌对渗透压的变化适应性较强以硫为能源的细菌，在含硫的培养基中参加其他离子，细菌氧化硫的能力会受到影响〔5〕铁离子的影响Fe3+氧化金属矿物后复原为Fe2+，细菌又将Fe2+氧化为Fe3+，此氧化复原过程反复进展，在浸出介质中同时存在Fe2+和Fe3+，这两种离子是浸出环境电位和酸度的重要影响因素〔6〕固体物的影响由于细菌本身具有较大的外表活性，具有吸附于固体物的倾向，因而在细菌堆浸过程中大局部细菌吸附于矿石上，从矿石堆中流出的溶液细菌含量并不多 在搅拌浸出中，大局部细菌吸附于矿粒外表，固液别离之后，溶液中细菌数量有限由于细菌严密吸附在矿物外表，促进了矿物浸出〔7〕光线的影响 用于浸矿的细菌曝晒在直射光下，细菌即使不死亡，其活力和生长繁殖都会受到不利影响 〔8〕外表活性剂的影响利用外表活性剂可改善矿石中的亲水性和渗透性，增加矿物的亲水性，有利用于细菌和矿物接触，到达加快浸出速度的目的〔9〕通气条件的影响矿石堆中供气充分与否是浸出效果好坏的决定因素〔10〕催化金属离子的影响大多数金属硫化矿的氧化反响速度都很慢参加一些适当的催化离子，可使反响加快3.细菌冶金的工业化技术有哪几种方法.答：目前细菌冶金的工业化技术主要是堆浸法、槽浸法以及地浸法〔或称原位浸出法〕。

〔1〕堆浸法：通常在矿山附近的山坡、盆地、斜坡等地上，铺上混凝土、沥清等防渗材料，将矿石堆集其上，然后将事先准备好的含菌溶浸液用泵自矿堆顶面上浇注或喷淋矿石的外表〔在此过程中随之带入细菌生长所必须的空气〕，使之在矿堆上自上而下浸润，经过一段时间后浸出有用金属含金属的浸出液积聚在矿堆底部，集中送入收集池中，而后根据不同金属性质采取适当方法回收有用金属回收金属之后的含菌溶浸液经用硫酸调节pH后，可再次循环使用其特点是规模大、浸出时间长、生产本钱低〔2〕槽浸法：矿石槽浸是一种渗滤浸出作业，通常在渗滤池或槽中进展矿石粒度比堆浸小，一般为-3到-5mm槽浸一次装矿数十到数百吨、周期为数十到数百天，浸出率也比拟高槽浸的工作方式分为连续式与半连续式两种，一般用于大型冶炼厂，矿石需进展预加工，此法的本钱比堆浸高，但反响速度快，金属回收率高，控制比拟容易槽浸的浸出设备是搅拌反响器，反响器的搅拌可通过机械或空气搅拌方式到达这种方法主要应用于难处理金矿的预处理以及铜硫化矿精矿的浸出〔3〕地浸法：地浸法也叫原位浸出法，这是一种直接在矿床内浸提金属的方法这种方法大多用于难以开采的矿石、富矿开采后的尾矿、露天开采后的废矿坑、矿床相当集中的矿石等。

其方法是在开采完毕的场所和局部露出的矿体上浇淋细菌溶浸液，或者在矿区钻孔至矿层，将细菌溶浸液由钻孔注入并通气，其溶浸一段时间后，抽出溶浸液进展回收金属处理这种方法的优点是，矿石不需运输，不需开采选矿，可节约大量人力和物力，矿工不用在矿坑内工作，增加了人身平安度，还可减轻环境污染4.查溶度积表，计算以下离子在10g/L浓度下的起始沉淀pH值〔包括过程〕〔选作〕：Fe3+; Fe2+;Co2+;Cu2+;Ni2+答：查阅相关资料可得，上述金属离子氢氧化物溶度积常数表如1所示表1 氢氧化物溶度积常数化合物溶度积Fe〔OH〕34×10-38Fe〔OH〕28×10-16Co〔OH〕21.09×10-15Cu〔OH〕22.2×10-20Ni〔OH〕22×10-15上述离子在溶液中存在溶解与电离平衡，方程式如下所述：〔1〕Fe〔OH〕3(s) Fe3+＋ 3OH-〔2〕Fe〔OH〕2(s) Fe2+＋ 2OH-〔3〕Co〔OH〕2(s) Co2+＋ 2OH-〔4〕Cu〔OH〕2(s) Cu2+＋ 2OH-〔5〕Ni〔OH〕2(s) Ni2+＋ 2OH- 首先将质量浓度化为摩尔浓度，则上述离子的摩尔浓度分别为0.179 mol/L、0.179 mol/L、0.170 mol/L、0.157 mol/L、0.170 mol/L。

根据溶度积公式Ksp〔AmBn〕= Cm(An＋)×(Bm-)以Fe〔OH〕3为例进展计算：Ksp〔Fe〔OH〕3〕=C(Fe3+)×C3(OH-) 代入数据可得C(OH-)= =6.07×10-13以25℃计算，由pH=14+lgC(OH-)计算得：pH=1.78同理可以算出：其他几种离子的起始沉淀pH分别为：pH=6.82 pH=6.89pH=4.57 pH=7.04最终数据如下表2所示，沉淀为氢氧化物沉淀表2 离子浓度为10g/L浓度下的起始沉淀pH值离子初始沉淀pH值Fe3+1.78Fe2+6.82Co2+6.89Cu2+4.57Ni2+7.045.查找相关表格，写出或计算以下电对的标准电极电位〔选作〕： Ag+/Ag;Fe3+/Fe2+;Hg2+/Hg;O2/H2O;Cu2+/Cu+; SO32-/S2-答：查阅相关资料，上述标准电极电位分别为：E0〔Ag+/Ag〕=0.7795V E0〔Fe3+/Fe2+〕=0.771VE0〔Hg2+/Hg〕=0.793V E0〔O2/H2O〕=1.229VE0〔Cu2+/Cu+〕=-0.519V6.查找文献，写出一个用细菌氧化的工艺流程，指出工艺需要控制哪些主要参数.答：细菌氧化一般应用于难处理的金矿的预处理，借助细菌的氧化作用将硫化矿物破坏，使被包裹的贵金属暴露出来以利于后续氰化浸出。

细菌氧化工艺主要包括Bio*工艺、Bactech工艺、Minbac工艺、Newmont公司的细菌氧化堆浸工艺金矿堆浸通用做法：在堆好的矿石堆上，首先用细菌浸出剂在酸性条件下氧化处理，氧化完成后的硫酸盐从矿堆中洗出，用石灰中和至碱性，再引入氰化物溶液浸出金金矿堆浸工艺流程如图1所示图1 细菌氧化预处理提金工艺流程工艺需要控制的参数主要是氧化槽的温度、酸度、氧化复原电位、细菌营养、矿浆混合情况以及通气情况等〔1〕温度控制：细菌对环境温度很敏感，温度过低会影响细菌生长和硫化物的氧化效率，而温度过高会使细菌失去活性甚至死亡〔2〕通气情况：在矿浆细菌氧化作业中，必须向反响槽不断通入空气，以便为细菌提供氧和二氧化碳通入空气气泡尺寸越小，气泡在矿浆中保持的时间越长，氧与二氧化碳进入矿浆的时机越多，越有利于细菌繁殖与氧化硫化物如果鼓人空气缺乏，细菌氧化速度就会下降，甚至严重时会停顿反响过程矿浆中溶解氧的浓度应保持在2mg/L以上，才可维持细菌的正常生长〔3〕气、液、固混合情况：气、液、固三相充分混合是氧化槽成功操作的重要条件，目前建成的细菌氧化厂均采用机械搅拌加通气的混合方式混合的目的是促进空气在矿浆中的传递，使矿浆中各种粒级固体颗粒均匀分布，利于细菌与矿物组分、溶解氧、二氧化碳及营养物质接触。

〔4〕pH值的控制：pH值对细菌的活性有很大影响，氧化预处理所用细菌为嗜酸菌，但是pH值过高或过低都对与处理不利过高容易生成铁矾，降低氧化效率；pH值过低，影响细菌的活性。