高砷金矿的细菌氧化及提金实验研究.pdf

东北天学硕士论文 中文摘要 湖南省典型高砷金芷的细菌氧化及提金试 验研究 摘要 随着金矿石的开采，高品位的矿石资源日益短缺，难处理金矿占据了很大 的市场。在常见的焙烧、加压和细菌氧化工艺中，生物氧化工艺以建厂投资少， 易操作、浸出率高、可有效处理复杂矿、废渣和分散等矿物资源等为优点，越 来越受到人们的重视。细菌冶金属于环境友好冶金，也被称为“绿色冶金”，已 经成为全球选冶界的研究热点。H Q 0 2 1 1 菌是新驯化出的嗜温浸矿细菌，本项 研究是以湖南难处理高砷S P 矿和A H 矿为样品，意在驯化细菌提高其耐砷性、 耐热性和对实际矿石的适应性。 细菌培养生长过程中，表现出规律性。溶液中各参数的变化规律如下p H 先增大后减小；电位E h 增高，趋势为慢一快一馒，F e “减小，F e 如／I ’e “增大，E h 的变化趋势与F e 3 ／F e “的变化趋势相同。 在4 4 ℃条件下，为了考察H Q 0 2 1 1 菌种的优越性，将H Q 0 2 1 1 与S H 浸矿细 菌的比较。相比之下，H Q 0 2 1 l 比S H 浸矿细菌更加高效。 S P 和A H 矿的细菌氧化实验是在矿浆浓度为1 0 ％，通气量O ．5 m 3 ／h 的条件 下进行的。其中，S P 矿的氧化温度为4 4 ℃。细菌氧化的矿石的砷含量分别为 8 ．2 3 ％，1 1 ．2 0 ％，1 5 ．9 ％；A H 矿的氧化温度为4 5 ℃，细菌氧化的矿石的砷含量 分别为9 ．0 6 ％，1 0 ．7 8 ％。通过两种高砷金矿的细菌氧化试验可以得出结论 经过含砷量不同的三次实验以后，含砷高达1 5 ．9 ％的s P 矿经过1 2 天细菌 氧化试验，取得以下良好的工艺技术指标失重率6 0 ％，脱砷率9 8 ．7 7 ％。经过 含砷量不同的二次试验以后，含砷高达1 0 ．7 8 ％的A H 矿经过7 天细菌氧化试验， 取得了以下良好的工艺技术指标失重率6 3 ％，脱砷率达到9 9 ．4 2 ％。对细菌氧 化处理后的A H 矿氧化渣进行了氰化提金试验，结果显示，金浸出率由直接氰化 的1 8 ．9 ％提高到了8 6 ．2 ％，大大提高了金浸出率。H Q 菌在4 5 ℃条件下，对S P 、 A H 高砷金矿石适应较好，具有良好的耐高砷能力。氧化时间短，脱砷、脱硫、 效果好，可作为工业生产用的菌种。 关键词湖南；细菌氧化；难处理；高砷金精矿 I l 童 垒茎堡圭篁圣。，， ，茎兰垫茎 S t u d yo nt h eB a c t e r i t i mO x i d a t i o n sT e s to f t h ea ‘y p eH i g hA r s e n i cG o l dC o n c e n t r a t i o n f r b hH u n a na n dt h eE x t r a c t e dG o l d A b s t r a c t A sg o l do r ei sm i n e d ，h i g I lg r a d eo r eb e c o m em o r ea n dm o r es h o r t e d ，a n dn o w t h e r ei sa l m o s to n l yr e f r a c t o r yo r el e f t ．R o a s t i n g , p r e s s u r el e a c h i n ga n db i o o x i d a t i o n a r et h em o s tf a m i l i a rp r o c e s s e s ，b u tb i o - o x i d a t i o np r o c e s s i n gh a sm a n ya d v a n t a g e s l o w e rc o s to fb u i l d i n gaf a c t o r y , e a s i e ro p e r a t i o na n dh i g h e rm e t a lr e c o v e r y ．T h e c o m p l i c a t e do r e ，d i s p e r s i v e o r ea n dw a s t er e s i d u ec a nb ed i s p o s e db yt h e b i o o x i d a t i o n ，s o i th a sb e e np a y i n gm o r ea t t e n t i o nb yp e o p l ei nt h ew o r l d ． B i o l e a c h i n g , a l s oc a l l e d “g r e e nm e t a l l u r g y “ ’，w h i c hd o e s n ’tp o l l u t ee n v i r o n m e n t ，a n d i ti sn o ww i d e l yr e s e a r c h e di nm i n e r a lp r o c e s sa n dm e t a l l u r g y ．I nt h i sr e s e a r c h ，t w o k i n d so fh i g ha r s e n i cg o l dc o n c e n t r a t i o n S Pa n dA Hi nH u n a np r o v i n c ea r es t u d i e d w i t han e wc u l t u r e dm e s o p h i l i cb a c t e r i a , w h i c hi sn a m e dH Q 0 2 1 1 ，i no r d e rt h a tt h e b a c t e r i ac a nb ec u l t u r e du n d e rh i g h e ra r s e n i ca n dh i g h e rt e m p e r a t u r e ． I nt h ec o u r s eo fc u l t u r i n g , g r o w i n go ft h eb a c t e r i u md i s p l a y sr e g u l a r i t y ．T h e c h a n g el a wo fe v e r yp a r a m e t e r i sa sf o l l o w s p Hi sr e d u c e da f t e ri n c r e a s i n g ；E l e c t r i c p o t e n t i a lE hi n c r e a s e ，t r e n ds l o w ．q u i c k l y ．s l o w , F e 2 r e d u c e s ，F e 3 慨“i n c r e a s e s ， t h e v a r i a t i o nt e n d e n c i e sa n dF e 3 ’暇≯o f E hv a r i a t i o nt e n d e n c ya r et h es a m e ． U n d e r4 4 ℃，i no r d e rt oi n v e s t i g a t et h es u p e r i o r i t yo fH Q 0 2 1 1b a c t e r i a l ，w e g i v et h ec o m p a r i s o no fH Q 0 2 1 1a n dS H ．B yc o n t r a s t ，H Q 0 2 1 1i sm o r eh i g h ‘e f f i c i e n t t h a n S H ． T h ee x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do ni nap o tw h i c hu n d e rc o n d i t i o n sa sf o l l o w i n g p u l pd e n s i t y1 0 ％．a k - f l o wr a t eO ．5 m 弧．T h eo p e r a t i o n a lt e m p e r a t u r eo fS Pg o l dc o n c e n t r a t i o ni s 4 4 ‘C ，a r s e n i cc o n t e n ti s8 ．2 3 ％，1 1 ．2 0 ％，1 5 ．9 ％r e s p e c t i v e l y ．T h eo p e r a t i o n a lt e m p e r a t u r eo fA l l g o l dc o n c e n t r a t i o ni s4 5 “ 2 ，a r s e n i cc o n t e n ti s9 ．0 6 ％，1 0 ．7 8 ％r e s p e c t i v e l y ．T h r o u g h t h e b i n - o x i d a t i o nt e s t so fh i g ha r s e n i cg o l dc o n c e n t r a t i o n ，t h er e s e a r c hr e s u l t sa r es h o w n A f t e r d i f f e r e n te x p e r i m e n t st h r e et i m e so fa r s e n i cc o n t e n t ，t h eb a c t e r i u mo x i d i z e sa n dt e s t st oi n c l u d e c h eS Ps a m p l et h a tt h ea r s e n i ci su pI O1 5 ．9 ％t h r o u g h1 2d a y s ，o b t a i nt h ef o l l o w i n ga n dg o o d c r a f tt e c h n i c a li n d i c a t o r s T h ew e i g h t l e s sr a t e6 0 ％．d e a r s e n i cr a t ei s9 8 ．7 7 ％．A f t e rd i f f e r e n tt e s t s l i t 童i ，奎兰堡圭鎏蚤 薹圣塑茎 t w ot i m e so fa r s e n i cc o n t e n t ，i n c l u d ea r s e n i c1 0 ．7 8 ％A l ls a m p l eb yt h eb a c t e r i u mo x i d i z e st e s t s ， h a v eo b t a i n e dt h ef o l l o w i n ga n dg o o dc r a f tt e c h n i c a li n d i c a t o r si n7d a y s ．T h ew e i g h t l e s sr a t e 6 3 ％，i ti su pt O9 9 ．4 2 ％t od e a r s e n i cr a t e ．a f t e rt h eE x t r a c t e dG o l dt e s t ，t h er e s u l ts h o w s ，t h e l e a c h i n gr a t eo fg o l dh a sr i s e nt o8 6 ．2 ％f r o m1 8 ．9 ％o fd i r e c tc y a n i d i n g ，h a si m p r o v e dt h eg o l d r a t eo fr e c o v e r yg r e a t l y ．u n d e r4 5 “ C ，H Qs u i t st oS P ，t h el e a c h i n gr a t eo fA Hh i 曲a r s e n i ci s b e t t e rt h a nb e f o r e ，h a v ea b l et ob e a rh i g l la r s e n i c ．N o to n l yt i m ej ss h o r tb u ta l s oi th a sag o o d a b l i t yo fd e a r s e n i ca n dd e s u l p h u r i z a t i o n ．I tc a nh eu s e di ni n d u s t r i a lp r o d u c t i o n ． K e yW o r d s H u n a np r o v i n c e ；B i o o x i d a t i o n ；r e f r a c t o r y ；h i g h e ra r s e n i cg o l d c o n c e n t r a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名战像t 中 日 期办趴、“口 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使 用学位论文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索、交流。 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。 学位论文作者签名 签字日期 导师签名 签字日期 1 ．1 细菌冶金概述 1 ．1 ．1 细菌冶金发展 第一章绪论 细菌冶金也称微生物冶金．是近三十年来兴起的一门以湿法冶金和 微生物学为基础形成的交叉学科⋯，是以微生物或其代谢产物溶浸矿石 中有用金属的新工艺，它的最大特点是适用于传统冶金方法难以处理的 矿石，并且投资少，成本低，不污染环境，经济效益明显【孙。鉴于有色 资源濒临枯竭、环保生态问题日益严重，采用生物技术处理低品位矿已 取得国际的广泛共识。细菌冶金近年来已成为冶金领域的前沿研究热点。 用细菌氧化浸出方法处理金、铜、锌等重金属硫化矿，特别是复杂重金 属硫化矿，具有重大的现实意义和广阔的应用前景，受到世界各国的普 遍重视。 细菌在生物地球化学物质循环中起了非常重要的作用。但在1 9 4 7 年 以前，有关细菌冶金的了解还知之甚少1 3 】，人们尚无法确定细菌作用的 具体时间，但有时却会不自觉地利用他们。例如，在我国北宋时期，劳 动人民发明的用胆水浸铅的方法，产量可以达到1 0 0 0 公斤／年；1 6 7 0 年， 在西班牙的R i o T i n t o ，当地居民就从矿坑水中提取铜；1 7 6 0 年，葡萄牙利 用矿坑水浸出含铜黄铁矿从而得铜；事实上，这些都是硫菌属中的几种 菌作用的结果，尽管当时人们并不知道这是硫细菌在帮忙。 1 9 0 2 年，N a t h a n s o h n 发现了第一株硫杆菌，以后许多氧化硫的自养 微生物逐渐被人们分离、鉴定出来，其中也有能氧化铁的细菌，首先由 T e m p l e 和C o l m e r 命名为氧化亚铁硫杆菌1 4 】。随后由L e a t h e n 等人发现了 氧化亚铁硫杆菌，又由S i l v e r m a n 、L u n d g r e n 发现了氧化硫铁杆菌。后来 分类学和营养学的研究表明以上几种菌系都没有显著的区别，于是被命 名为氧化亚铁硫杆菌 T h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n s 缩写为T ．f 。 在2 0 世纪2 0 年代和1 9 2 0 ～1 9 4 7 年的第一、二次世界大战期间，因 为金属需求量大大增加，利用矿坑水浸矿得到广泛应用。1 9 4 7 年，C o l m e r 和H i n k l e 第一次从被认为在氧化硫化矿中起作用的酸性矿坑水中分离出 氧化亚铁硫杆菌，随后B r y n e r 报导了微生物在浸出硫化矿中的作用。1 9 5 l 。1 ． 东北大学硕士学位论文第一章绪论 年，坦布尔也分离出氧化亚铁硫杆菌 T ．f ；1 9 5 3 年，葡萄牙铝业公司 利用含细菌矿坑水从含铀的硫化矿中提铀；1 9 5 4 年，B l a i r 用细菌对硫化 矿浸出，在试验室取得成功；1 9 5 6 年，在国际原子能会议上，葡萄牙铝 业公司发表了一套完整的细菌浸矿程序一堆浸提铀，而后该程序逐渐应 用于铜、铀的提取。 从1 9 5 8 年开始，进入了细菌冶金时代。1 9 5 8 年，K e n n e c t 公司在犹 他矿破碎后，用渗滤法提铜，并申请了专利，此后，很多国家和其专利 大提高了铜、铀的提取速度。1 9 5 9 年，S i l v e r m a n 和L u n d g r e n 两位微生 物学家在研究了存在氧化亚铁硫杆菌的矿坑水的成功并做了大量试验 后，最终发表了著名的选择性培养氧化亚铁硫杆菌的培养基一一9 K 培养 基【5 1 ，这无疑是生物湿法冶金上的转折点。从此以后，从事细菌冶金的 研究不再为微生物工作者所垄断，在一定条件下，冶金工作者也可以从 事这方面的工作了。随后，细菌冶金的热潮在西方被掀起。 2 0 世纪8 0 和9 0 年代，是细菌冶金的大发展时期。细菌生物学的研 究被大力推进，已发现1 万余种细菌；菌种的分离技术有了全面发展， 其应用已有2 0 余种；浸矿工艺得到多种发展，新的工艺有堆浸、渗滤、 池浸、废坑坑浸等；中西方学者对浸矿动力学、细菌浸矿生物机理的研 究及最佳条件的选择都有了进展；浸矿菌种类别扩大，自养菌、异养菌、 厌氧菌、好氧菌等逐渐被发现和培养；浸出的金属种类中，贵金属、贱 金属、稀有金属、稀散金属等都采用了细菌浸出的工艺，如C u 、F e 、C o 、 P b 、Z n 、M o 、A g 、A u 、w 、S b 、G a 、B i 、G e 、A s 、S 等；新的发展方 向是用细菌除去s i 含量高，可采用细菌除去S i 0 2 ；另外细菌技术也开始 延伸到其他的应用领域，如非金属、医药、环保、生命起源、太空食品 等很多方面，还有如利用微生物降解来分解土壤板结的E M 技术。E M 是 “有益微生物”英文缩写，是一种复合微生物菌剂。它是把现有对人类 和农作物有益的微生物合在一起的菌群，其中包含有光合菌、放线菌、 酵母菌等5 科1 0 属8 0 多种微生物，是典型的微生物制剂。由于其中不 含任何化学物质，所以无毒副作用，也不会污染环境、危害人畜。 9 0 年代以后，细菌浸矿技术的发展主要集中在这几个方面 1 开发富矿和精矿的细菌浸出技术 2 采用细菌浸出难开采的贵金属和稀有金属。以提高生产率，降 低生产成本； 3 培养驯化中、高温菌； 一2 一 查i 垄耋丝圭耋竺丝耋 。 篓 塞丝篁 4 浸出采用混合菌种，形成各细菌种、属之间的优势互补； 5 加大浸矿的规模。如从几百到上万吨大堆浸，可以有效降低成 本。 2 0 0 0 年以后，从全世界范围来看，生物浸出技术从理论到工业应用 都日趋成熟，而今后的发展则着眼于； 1 研究中、高温细菌的菌种选取及培养，在我国一些高温矿坑多 温泉多的省份 比如云南省 ，发展中、高温菌有广阔的前景； 2 对生物选冶工程的研究，即实现选冶程序的合并； 3 培养反硝化细菌，使之适应的碱性条件下的细菌浸出； 4 因为使用F e C l 3 做浸出剂比使用F e 2 S 0 4 效果好，所以要驯化耐 高浓度氯离子C L 。的菌种； 5 加强对细菌冶金工程设备、材料的研究，解决现在所使用的一 些金属 如铝质或铁质 反应设备极容易被腐蚀，影响反应正常进行的问 题L o ～l 6 开发研究与细菌冶金配套的提纯、净化技术； 7 借助目前世界上生命迅猛发展，开展菌种的基因工程优化，如 对大肠杆菌实行D N A 克隆，实现基因重组优化，进而用于提取金属，将 是未来发展的一个重点方向。 1 ．1 ．2 细菌冶金分类 细菌冶金是借助于微生物吸附溶液中的金属离子或浸出一定体系矿 物中的有用成分，从面达到回收金属的目的，根据微生物在回收金属过 程中特点的不同，可将细菌冶金进一步分为三类；生物吸跗、生物累积、 生物浸出川。细菌冶金经过几十年的发展，已经形成了一套完整的研究 方法，可概括如下【2 】； 1 从一定的环境中分离到需要的微生物，并且根据已知的生理、 形态等牲进行鉴定工作； 2 驯化微生物，即将分离锝到的微生物放到所需要处理的物质体 系中生长，同时再进行加富培养和非加富培养 3 增强生物浸出微生物的活性，其方法有在选择性培养上生长 细菌；培养优势突变菌株；通过再次培养技术活菌体数量。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 4 浸出采用混合菌种，形成各细菌种、属之间的优势互补； f 5 加大浸矿的规模。如从几百到上万吨大堆浸，可以有效降低成 本。 2 0 0 0 年以后，从全世界范围来看，生物浸出技术从理论到工业应用 都日趋成熟，而今后的发展剥着眼于； 1 研究中、高温细菌的菌种选取及培养．在我国一些高温矿坑多 温泉多的省份 比如云南省 ，发展中、高温菌有广阔的前景； r 2 对生物选冶工程的研究，即实现选冶程序的合并； 3 培养反硝化细菌，使之适应的碱性条件下的细菌浸出； 4 因为使用F e C l 3 做浸出剂比使用F e 2 S 0 4 效果好，所以要驯化耐 高浓度氯离子C L ‘的菌种； 5 加强对细菌冶金工程设各、材料的研究- 解决现在所使用的一 些金属 如铝质或铁质 反应设备极容易被腐蚀，影响反应正常进行的问 题[ 6 ”7 】 r 6 开发研究与细菌冶金配套的提纯、净化技术； f 7 借助目前世界上生命迅猛发展，开展菌种的基因工程优化，如 对太肠杆菌实行D N A 克隆，实现基因重组优化，进而用于提取余属，将 是未来发展的⋯个重点方向。 1 ．1 ．2 细菌冶金分类 细菌冶金是借助于微生物吸附溶液中的金属离子或浸出一定体系矿 物中的有用成分，从面达到回收金属的目的，根据微生物在回收金属过 程中特点的不同，可将细菌冶金进一步分为三类；生物吸附、生物累积、 生物浸出川。细菌冶金经过几十年的发展，已经形成了一套完整的研究 方法，可概括如下1 2 1 ； 1 从一定的环境中分离到需要的微生物，并且根据已知的生理、 形态等牲进行鉴定工作； 2 驯化微生物．即将分离得到的微生物放到所需要处理的物质体 系中生长，同时再进行加富培养和非加富培养； 3 增强生物浸出微生物的活性，其方法有在选择性培养上生长 细菌；培养优势突变菌株；通过再次培养技术活菌体数量。 细菌；培养优势突变菌株；通过再次培养技术活莆体数量。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 4 微生物反应测试确定其生长特性、金属的溶解、反应副产物 的形成确定浸出反应的改进措施。能参与微生物浸出的微生物除了氧 化亚铁硫杆菌、氧化硫杆菌，氧化硫噬硫杆菌、氧化铁螺杆菌、酸热硫 化叶菌等自养细菌外，还包括巨大芽孢杆菌、肠膜芽孢杆菌、液化假单 孢杆菌等异养微生物。前者或者直接作用或间接作用或二者联合作用于 矿物，而后者作用的机理主要是它们的代谢产物一一氨基酸 如苯氨酸、 天门冬氨酸、甘氨酸、丝氨酸等 在添加氧化剂的情况下对金有很强的 浸取能力。前苏联有人对些研究较多。还有大量不同的真菌都能从糖， 如葡萄糖中形成柠檬酸和草酸，这些酸与金属氧化矿、硅酸盐和铝硅酸 盐反应，从而提取金属组分，其作用机理取决于酸对金属组分的浸蚀和 络合，如D a v e 等在1 9 8 1 年发现黑曲霉可分别从氧化铜矿和锌矿中溶解 铜和锌。 1 ．2 难处理金矿的预处理 1 ．2 ．1 难处理金矿分类 中国是一个生产黄金大国，随着开采的不断进行，易处理矿石越来 越少，难处理金矿逐渐增多。难处理金矿成为当今的研究热点，被选冶 界称为顽固矿石。S ．R ．拉伯迪等人以常规浸出时金的浸出率为依据，按 矿石的难易浸出程度，将矿石分为以下四类 见表1 ．1 。 表1 ．1 金矿石可浸性分类 里 生 羔 埋 罂 竖 i 篮 i b g 金浸出率 来制作，反应所需氧气还要专门的制氧车间提供，投资大， 生产成本高。 3 细菌氧化法 难处理金矿细菌氧化预处理是上世纪八十年代的新型工艺，主要是 ．E ． 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 通过细菌及其代谢产物作用来分解载金硫化矿物，达到解离包裹金的目 的。通常最适宜氧化分解黄铁矿、毒砂的细菌是氧化亚铁硫杆菌 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 菌 ，它通过氧化还原态的铁或硫来 获得生长繁殖的能量I9 1 。细菌细胞内含有各种蛋白酶是生物化学反应的 催化剂，它的存在大大提高了硫化矿氧化分解速度。如果把硫化矿物简 单暴露在没有细菌的水和空气中，细菌氧化速度可比前者的氧化速度提 高5 0 - - 1 0 0 万倍【1 6 1 。 细菌沿金及硫化物晶界及晶体缺陷部位进行化学腐蚀，并优先腐蚀 金聚集区，这种选择性腐蚀的结果导致矿石形成多孔状，为氰化浸出创 造了有利条件。 细菌氧化法是典型的绿色冶金，属于环境友好冶金，它的优点是投 资少、生产成本低、工艺方法简单、操作方便、无环境污染。微生物的 氧化亦可用于堆浸，大大提高堆浸的金浸出率。但是它氧化周期长，细 菌对氧化环境 如酸度、温度、杂质含量 要求苛刻。 1 ．2 ．4 三种主要预处理方法的技术经济评价 表1 ．2 对比了三种预处理方法的主要技术经济指标f 17 1 。 表1 ．2 三种主要预处理方法技术经济指标对比 T a b l e l ．2T h r e ek i n d so fm a i np r e t r e a t m e n tm e t h o dt e c h n i c a la n de c o n o m i c i n d e xc o n t r a s t s 童兰堑錾耋墼童圭，。。，，。。，．，量二耋，堑丝 细菌氧化作为一个与加压氧化和焙烧相并列的难处理金矿预处理新 方法，有其独到之处。 细菌氧化具有选择性。与氧化条件剧烈的预处理方法如焙烧和加压 氧化法不同，细菌氧化可以利用不同性质矿物的氧化速度差异达到选择 性氧化。在黄铁矿一毒砂型金精矿细菌氧化中，毒砂总是被优先氧化。 细菌氧化的这种选择性使得只要部分氧化硫化矿物就可达到相当高的金 浸出率。细菌还选择性地吸附在硫化矿物的晶界、位错区及某些活性中 心区，对矿物进行分解，这些部位往往是次显微金以及“晶格金”富集 的地方。细菌氧化的选择性大大减少了矿石中需要氧化的硫量，缩短了 细菌氧化的停留时间，节省了搅拌和充气的能量。 细菌氧化对环境友好，它不像焙烧法那样放出有毒的二氧化硫和三氧 化二砷，细菌浸出液用石灰中和，砷和硫以砷酸铁 F e A s 0 4 、F e O H 3 和硫酸钙形式沉淀，排出液中砷含量可以小于0 ．5 p p m ，符合排放要求【1 8 l 。 一般来说，难处理金矿的细菌氧化相对于焙烧和加压氧化成本较低， 表1 ．3 比较了三种预处理方法实际投资费用和生产费用f 处理量1 0 0 t 精矿 ／d 。焙烧工艺需要建立庞大尾气处理系统来净化含砷二氧化硫烟气，其 基建投资及生产成本较高而加压氧化需要昂贵的高压釜，并且还需专 门制氧车间和提供蒸汽的锅炉；就基建投资来看，细菌氧化最低，其作 业成本低于焙烧工艺，与加压氧化法相当。细菌氧化作业成本最主要的 是动力消耗。其降低途径可以采用筛选优良的菌种、提高细菌的生长温 度、选择性的不完全氧化以缩短氧化时间，减少单位能耗。 表1 ．3 三种预处理方法的比较 1 0 0 t ／d 2 ￡ 婴P i b i ￡ 望 翌 坐 f 盟2 预处理方法 实际投资费用 万美元实际生产费用 美元，I 矿 1 ．3 细菌氧化难处理金矿 1 ．3 ．1 难处理金矿细菌氧化概述 查些垄耋堡圭篁篁鳖 塞 耋彗篓 1 ．3 ．2 国内外细菌冶金技术发展现状 据报道目前世界上有2 0 多个国家在从事细菌冶金领域的研究，已发 现有3 0 多种微生物可用于细菌冶金工艺。 目前，细菌氧化法在难处理金矿生物氧化工艺研究开发中，比较成 功并得到工业应用的有如下几种工艺【1 9 】①B i o x 工艺、②B a c T e c h 工艺、 ③M i n b a c 工艺、④N e w m o n t 公司的细菌氧化堆浸工艺。 自从细菌氧化法，在南非的F a i r v i e w 金矿获得世界上首先获得工业 应用，该法在世界上获得快速发展，现已有二十多家生物厂。表1 ．4 【2 0 】 列出了部分难处理金精矿的细菌氧化预处理厂。 我国难处理金矿细菌氧化工艺的研究起始于8 0 年代，“八五”以来， 国内有关研究设计单位先后对难选冶金矿进行了细菌氧化提金研究和试 验，如吉林省南岔金矿金精矿的半工业试验及陕西中矿公司的细菌氧化 工业生产实践，取得了一定程度的进展，积累了一些经验，但在工业化 进程方面与发达国家有一定差距。真正从难处理的金矿资源中有效合理、 安全环保地提取出的黄金占每年的总产量的比例并不高。过去由于国内 缺乏细菌氧化技术工业化的成功经验，因而相关技术和设备主要依赖进 口，影响了细菌氧化技术的工业化推广，限制了对国内“贫、细、杂” 难处理金矿资源的有效利用。2 0 0 0 年，山东天承引迸南非的M i n t e k 矿业 表1 ．4 部分难浸金矿细菌氧化预处理厂 墨Q 翌Q ．2 i Q Q 茎i 曼 i 旦曼E 巴 翌 P 望 ii 旦 b 曼Q 垒 工厂规模 t ／d 投产年份 * F a i r v i e w 厂1 9 8 6 年建厂，1 9 9 1 年规模由原来的1 0 t ／d 扩至3 5 t ／d 。 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 公司和澳大利亚B a c t e c h 公司成熟的细菌氧化技术，建成投产了莱州含砷 矿细菌氧化厂。在消化吸收国外技术设备的基础上，自主开发出适合于 中国国情的细菌氧化技术，同时实现细菌氧化设备的国产化，具有了自 行设计建设细菌氧化厂并保障工艺指标的能力。这样，为该技术在国内 的进一步推广节省大量的技术引进、工程设计和设备贿买等费用。国内 外的试验研究和生产实践证明，细菌氧化提金工艺是一个崭新的具有广 阔发展前景的工艺。细菌氧化工艺具有运行可靠、操作简单、工程投资 和经营费用低等优点该技术处理难选冶金矿可获得非常理想的技术经 济指标，以山东莱州细菌氧化厂为例日处理含砷金精矿可达1 1 0 吨，金 浸出率为9 3 9 7 ％；同时，该工艺没有环境污染，因为1 生产用细菌是 非病原性微生物，对人体无害；2 生产产生稳定的砷酸铁沉淀，对环境 无污染；外排的砷低于0 ．3 p p m 国家外排标准是0 ．5 p p m ；3 外排水为 中性无害。由此可见，细菌氧化法可在不污染或尽可能少污染环境的前 提下，扩大资源可利用储量，提高资源利用效率，不仅会对企业产生可 观的经济效益和巨大的社会效益，而且具有良好的环境效益，与当前大 力倡导的科学发展观理念相一致。因此，它不仅为我国储有1 0 0 0 多万吨 难处理黄金资源的开发利用开辟新途径，同时也会大大地促进此类资源 的地质勘探工作，以进一步扩大黄金储量。 所以，它必将给我国黄金工业的发展产生巨大的推动作用。针对我国 高砷矿多的特点及考虑到细菌冶金企业中的生产成本问题，所以培养耐高 温、耐高砷细菌成为当前需要迫切解决的问题。 1 ．4 本论文研究目的及研究内容 细菌氧化硫化物是一种发生在矿物界面上的、复相的、受多因素影响 的复杂过程。细菌氧化含砷矿时，细菌对硫化物的氧化，砷的溶解、转化 等一系列生化反应都与硫化物性质密切相关。目前，对细菌氧化的研究在 增强浸矿菌对复杂硫化矿的适应性、提高工作浸矿细菌温度、优化工艺参 数等方面都有大量工作可做，硫化矿矿物性质的研究也有待加强。因此， 试图从以下几个方面着手开展研究工作，并对细菌氧化过程中硫化物矿物 性质的变化进行分析。 1 ．探讨H Q 0 2 1 1 菌氧化含砷硫化矿的条件及细菌氧化工艺的影响因 素。 1 探讨相同矿浆浓度下，不同温度下细菌的生长情况。 ．9 ． 东北大学硕士学位论文第一章绪论 2 考察了细菌对不同砂浆浓度毒砂的氧化情况，找到矿浆浓度与 细菌氧化效果的关系。 3 在4 4 “ C 条件下，为了考察H Q 0 2 1 1 菌种的优越性，将H Q 0 2 1 1 与S H 浸矿细菌的比较。 2 ．强化H Q 0 2 1 1 菌的嗜温耐高砷性能，培育出适合我国金矿资源特点 高效的菌种，以节约成本、提高资源利用率。 3 ．用驯化的H Q 0 2 1 1 菌进行氧化试验，矿料为湖南典型难处理高砷金 精矿S P 矿和A H 矿，验证H Q 0 2 1 1 菌的耐温 4 4 1 。C 、耐砷能力及 对S P 矿和A H 矿的氧化效果。 4 ．通过细菌氧化渣做氰化提金试验，以考察细菌氧化前后金的浸出 率的变化。 童 垄耋堡圭 耋篁垒耋。。 。 董三耋耋丝矍塞至塑璧墼些竺星壁 耋 第二章难处理金矿细菌氧化的反应机理 2 ．1 浸矿细菌概述 2 ．1 ．1 浸矿细菌 总体说来，目前大部分有关难处理金矿的浸出所用菌种主要有三种 1 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 菌 2 氧化硫硫杆 菌 T h i o b a c i l l u st h i o o x i d a n s ，简称T ．t 菌 3 氧化亚铁螺旋菌犯e p t o s p i r i l u m 弦r r o o x i d a n s 简称L ．t 菌 ，表2 ．1 列出了它们部分生理特性。由于这三种 细菌的生长环境相近，通常我们所用的浸矿细菌实际上是这三种细菌的 混合菌[ 2 1 l 。 表2 ．1 常见浸矿细菌生理特性 T a b l e 2 ．1T h ep h y s i o l o g i c a lb e