浅谈卡林型金矿微生物预氧化技术研究现状.pdf

第11卷 第2期 2021 年2月 有色金属工程 Nonferrous Metals Engineering Vol .11，No .2 February 2021 doi10 .3969／j .issn .2095 - 1744 .2021 .02 .009 收稿日期2020 - 07 - 27 基金项目 国家自然科学基金资助项目51960402 FundSupport by the National Natural Science Foundation of China51960402 作者简介 王国彬1990 ， 男， 硕士研究生， 研究方向为浮选理论与工艺。 通信作者 蓝卓越1976 ， 男， 博士， 副教授， 主要从事浮选理论与工艺研究。 引用格式 王国彬， 蓝卓越， 赵清平， 等.浅谈卡林型金矿微生物预氧化技术研究现状[J].有色金属工程，2021，112 63 - 72. WANG Guobin，LAN Zhuoyue，ZHAO Qingping，et al. Discussion on the Present Situation and Progress of Bacterial Pre - oxidation in Carlin - type Gold Ore[J].Nonferrous Metals Engineering，2021，112 63 - 72. 浅谈卡林型金矿微生物预氧化技术研究现状 王国彬1， 2，3， 蓝卓越1，2，3， 赵清平1，2，3， 崔永琦1，2，3， 蔡 鑫1，2，3 1 .昆明理工大学 国土资源工程学院， 昆明650093; 2 .省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室， 昆明650093; 3 .云南省金属矿尾矿资源二次利用工程研究中心， 昆明650093 摘 要卡林型金矿储量巨大、 分布广泛， 是一种典型的难处理金矿资源。用微生物预氧化技术处理该类矿石， 具有潜在优势。 从卡林型金矿资源的特点、 微生物预氧化技术的发展历程， 以及预氧化过程的基本原理和工艺等方面进行评述， 对影响微生物预 氧化过程的矿石性质、 设备、 菌种以及其他生产工艺参数等进行分析， 同时针对当前我国微生物预处理技术存在的问题进行了探 讨， 对微生物预氧化技术的发展和研究提出了合理化建议。 关键词卡林型金矿; 微生物; 细菌; 预氧化; 浸出 中图分类号TF111 .3 文献标志码 A 文章编号2095 - 1744202102 - 0063 - 10 Discussion on the Present Situation and Progress of Bacterial Pre - oxidation in Carlin - type Gold Ore WANG Guobin1 ，2，3， LAN Zhuoyue1 ，2，3， ZHAO Qingping 1，2，3， CUI Yongqi1 ，2，3， CAI Xin1 ，2，3 1.Faculty of Land Resource Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China; 2 .State Key Laboratory of Complex Nonferrous Metal Resources Clean，Utilization，Kunming 650093，China; 3 .Yunnan Province Engineering Research Center for Reutilization of Metal Tailings Resources， Kunming 650093，China AbstractThe Carlin - type gold ore is a typical ore with refractory treatment，which is widely distributed and has huge reserves of resources .The bacterial pre - oxidation technology has potential advantages over other traditional pretreatment s in the treatment of this kind of ore .This paper reviews the characteristics of Carlin - type gold ore resources，the development course of microbial pre - oxidation technology，and the basic principle and craft of the pre - oxidation process;meanwhile，the ore properties，pretreatment equipment，bacteria properties and parameters in production process that can affect the pretreatment process and effect were analyzed in detail .At the same time，not only the existing problems of microbial pretreatment technology in our country are discussed，but also some reasonable suggestions are put forward for the development and research of microbial pretreatment technology in the future . Key wordsCarlin - type gold ore;microbial;bacteria;pre - oxidation;leaching 万方数据 有 色 金 属 工 程第11卷 卡林型金矿， 于20世纪60年代初被发现于美 国卡林镇附近， 因而得名。该类矿床以分布于澳大 利亚、 美国、 中国、 多米尼加、 西班牙、 印度尼西亚等 国为主， 在我国主要分布于川陕甘金三角、 滇西南上 芒岗、 滇黔桂金三角等地[ 1]。随着日益开采， 金矿资 源呈现出“ 贫、 细、 散、 杂、 难” 的现象， 即贫矿多、 富矿 少、 品质差， 嵌布粒度细， 小矿多、 大矿少、 分布广， 单 一金矿少、 共伴生矿多[ 2]。根据难处理类型可将其 分为 卡林型金矿 部分文献称之为微粒浸染型金 矿 、 复杂多金属硫化矿型金矿、 非硫化脉石型金矿， 以及含碳金矿[ 3]。难处理金矿资源约占已探明金矿 总储量的30， 并以卡林型金矿为主， 探明储量多 于1 000 t。为了增加金的产出率和提高金的综合 回收率， 找到适合卡林型金矿的高效选冶技术至关 重要。 中美两国的卡林型金矿在地球化学特征、 成 矿模式， 以及矿床地质上均极其相似。然而， 与美 国卡林型金矿相比， 我国卡林型金矿矿石中的富 砷类矿 物 以 砷 黄 铁 矿 为 主， 且 为 主 要 的 载 金 矿 物[ 4]， 雄黄和雌黄的含量一般很少。此外， 我国卡 林型金矿中存在较多的石英包裹金， 大多属于泥 盆系微细浸染型金矿[ 5]。 一般卡林型金矿床中金呈次显微状态， 且以小 于微米粒级存在， 这些极细粒金又以微细包裹体或 类质同象的形式赋存于载金矿物里， 多以晶格金及 包体金状态产出[ 6]， 极难选冶， 且含碳含砷。碳物质 对金的影响存在两种观点 一是碳物质在后续浸金 过程中会和溶出的金络合离子进行吸附， 与浸出剂 形成竞争吸附， 即“ 劫金现象” ， 导致金的浸出率降 低[ 7]; 二是劫金碳物质本身不会和络合金进行吸附， 但碳物质在磨矿过程中会与疏松的硫化矿发生粘 结， 导致后续浸金过程中金的溶出率降低[ 8]。砷主 要以砷黄铁矿等形式存在， 极易溶于碱性浸出液中， 并消耗大量的氧气、 浸出剂和碱， 同时在碱性条件下 分解生成的物质会覆盖在金的表面， 钝化金的浸出， 因此该矿也常称为双重难处理金矿[ 9]。虽然该类型 矿石品位低、 不见明金， 但矿床一般储量大、 成矿集 中、 埋藏浅、 可露采， 有可观的经济价值[ 10]。 1 微生物预氧化技术 和传统方法相比， 采用物化及生化为基础处理 可使矿产资源的利用率由33增至96左右， 提高 近2倍[ 11]。据有关记载， 我国于公元前 2世纪就有 微生物浸铜实践， 只是当时人们对微生物及其浸矿 作用一无所知， 不自觉地利用了它们。如今， 微生物 预处理技术在采矿、 选矿、 冶金、 化工、 环境工程等领 域均有应用， 并且在提取金、 铀、 锰、 铜、 钴、 镍、 铁、 锌 等金属方面已经获得工业应用[ 12]。 目前一般采用预氧化法对卡林型金矿进行处 理， 主要有焙烧氧化法、 热压氧化法、 微生物氧化法、 竞争吸附法、 覆盖抑制法、 微波加热氧化法等， 但这 些方法都存在不同程度的安全、 环保、 操作、 成本等 局限性[ 1，3，13 - 15] 见表 1 。如高温焙烧法能耗较高、 产生SO2、As2O3气体， 灰化条件苛刻、 过烧易造成 二次包裹现象[ 16 - 18]; 加压氧化法投资和维修费用较 高， 且设备要求精度高; 化学氧化法试剂成本高， 设 备腐蚀现象普遍[ 10 - 12，16 - 19]; 微波氧化法虽然可选择 性加热、 热效率和除碳效率高、 能耗较传统焙烧法相 对更低， 但工业化应用仍然有大量不足。如中低温 微波反应装置研制及其相关配套非标设备研制和存 在的环保问题等， 目前微波氧化法仍处于实验室研 究阶段[ 20]。然而， 微生物预处理方法针对卡林型金 矿的特点， 具有操作简单、 流程少、 基建投资费用少、 生产费用较低、 金的浸出率高、 经济效益好、 环境污 染小等优势[ 21]， 近年来在黄金选冶领域发展迅速， 应用前景广阔， 在传统冶炼方法不易或者不能开发 利用的贫矿、 尾矿、 废矿等金矿资源上获得应用， 效 果较明显， 一度被认为是极具竞争力的一种绿色冶 金技术。 1 .1 微生物预处理技术在难处理金矿方面的发展 及应用现状 20世纪40年代，COLMER等发现酸性矿坑水 中有能够使硫化矿氧化的氧化亚铁硫杆菌后， 进而 有意、 有目的地对微生物浸出技术进行应用研究和 实践[ 22]。起初， 该方法主要适用于处理选矿后得到 的金精矿和高品位金矿石， 而后美国、 南非等选冶专 家借鉴前人成功经验， 开创了低品位难处理金矿的 微生物预氧化工艺。1986年， 南非Fairview金矿首 次开启难处理金矿微生物预氧化槽浸工业化进程， 美国、 巴西、 澳大利亚、 加拿大等国紧随其后， 相继建 成10多个槽 堆 浸厂。事实证明， 微生物预氧化在 技术和经济上均优于他法。国外生物工程技术公司 对于新技术、 新工艺的积极研发， 极大地促进了微生 物提金技术的发展。 46 万方数据 第2期 王国彬等 浅谈卡林型金矿微生物预氧化技术研究现状 表1 卡林型金矿预处理主要方法对比[ 1,3,13 - 15] Table 1 Main pretreatment s comparison of refractory gold ores [1,3,13 - 15] ItemsBacteria pretreatment Pressurized pretreament Roasting pretreatment Selective oxidationYesNoNo Applicable to mineral Gold ore containing arsenic，sulfur and carbon Goldorecontainingpyrite， arsenopyrite，carbonateandother high sulfide content Refractory goldores containingsulfur，arsenic， antimony and carbon Operating temperature／℃3080180220550880 Operating environmentAcidicAcidic or alkalineSolid Infrastructure costsLowerHighHigh Productiing energy consumption MediumHigh Processing maturity Relatively matureCompletely matureCompletely mature The proportion of industrial application／ 20404 Operating requirementsLowHighMedium Gold recovery HighHighHigher Process by - productsWithoutWithoutSulfuric acid，arsenic trioxide The environmental pollutionWithoutWithoutAtmospheric pollution Safety and environmental protectionToxic compounds in low concentration Dangeroustooperate，andtoxic compounds in low concentration Arsenic compounds in high concentrate and CO2 我国在20世纪60年代将该技术用于铜官山 铜矿开发， 而生物预氧化提金技术在“ 九五” 期间 作为科技攻关项目， 起步相对较晚。直到1998年， 规模为10 t／d的陕西中矿细菌氧化提金试验厂建 成;2000年， 处理量为 50 t／d的山东烟台黄金冶炼 厂生物氧化提金厂建成并达产， 从此我国对难处理 金矿生物预氧化技术的研究从实验转向生产实践。 2003年7月， 具有独立知识产权的辽宁天利金业有 限责任公司生物氧化厂投产， 目前规模达150 t／d 比 设 计 多50 ， 金、 银 回 收 率 分 别 平 均 达 到 96 .32和81 .31。目前， 国内外已有数十家公 司利用微生物预处理浸出工艺对卡林型金矿精 矿进 行 提 金 见 表2 3 ， 如 国 外 的Kokpatas、 Fostervile， 国内的新疆哈图金矿、 哈希金矿等 [22]。 当前， 我国的微生物预氧化提金技术已处于国际 领先地位。 表2 国外难处理金矿微生物预氧化提金工业生产案列一览表 [13,23] Table 2 The foreign industrial production cases list of bacteria pre - oxidation treatment to extract gold refract gold [13,23] Factory CountryTreatment capacity／ td -1 Gold leaching rate／ProcessYear of put into operation FaviewSouth Africa5592BIOXR1988 Sao BentoBrazil15095BIOXR1990 WilunaAustralian158 BIOXR1993 AshantiGhana960 BIOXR1994 TamboraquePeru6092BIOXR1998 BeaconsfieldAustralia6094BIOXR2000 AmantaytauUzbekistan100 2000 OlypiasGreek200 2000 SuzdalKazakhstan192 BIOXR2005 FostervileAustralia120 BIOXR2005 BogosoGhana750 BacTech2006 KokpatasUzbekistan1069 BIOXR2008 56 万方数据 有 色 金 属 工 程第11卷 表3 国内难处理金矿微生物预氧化提金工业生产案列一览表[ 23] Table 3 The domestic industrial production cases list of bacteria pre - oxidation treatment to extract gold refract gold [23] Factory ProvinceRaw material source Treatment capacity／ td-1 Process Year of put into operation Yantai Gold SmelterShandongAcquisition of gold concentrate100CCGRI2000 Tiancheng Gold IndustryShandongAcquisition of gold concentrate 100Bactech2001 Tianli Gold Industry Extension Liaoning Acquisition self-produced Acquisition of gold concentrate 100 150 CCGRI 2003 2007 Axi Gold Industry ExtensionXinjiangSelf-produced concentrate 50 80 Jilin Metallurgical research Institute 2004 2007 Sanhe Gold IndustryJiangxi Acquisition of gold concentrate70CCGRI2006 Jinchiling Gold IndustryShandongAcquisition of gold concentrate 100CCGRI2007 Jinfeng IndustryGuizhou Self-produced concentrate750BIOXR2007 1 .2 金矿预氧化过程基本原理 当直接氰化浸出时， 金浸出率一般低于70。 为了提高氰化浸出率， 要对矿石进行氧化预处理以 释放被包裹的金[ 24]， 方法就是通过微生物直接或间 接作用， 利用某些微生物在代谢过程中与空气、 水等 作用， 将载金的黄铁矿、 砷黄铁矿等氧化成砷酸盐或 硫酸盐等， 使被包裹金颗粒暴露出来的过程， 其中包 含物理过程、 化学过程、 电化学过程和微生物生长代 谢过程等; 此外， 需要通过适当的技术手段剔除、 降 解碳质或者钝化碳质活性， 为后续浸出创造极为有 利的条件。卡林型金矿预氧化过程可分为黄铁矿、 砷黄铁矿和劫金碳物质的生物氧化等3个过程[ 10]。 1 .2 .1 黄铁矿的生物氧化 对于细菌将硫化物氧化的机制尚不能统一， 但 大多认为， 有直接作用、 间接作用或复合作用3种氧 化机制。直接作用 图1 是指含有特定氧化酶的细 菌在与硫化矿物接触时， 直接将金属硫化物氧化并 释放出金属离子。间接作用 图2 是指细菌将Fe2 氧化成Fe3并获取能量，Fe3在浸矿过程中氧化其 他硫化矿再次被还原成Fe2， 细菌只以有生命的“ 催 化剂” 形式存在。协同作用就是直接作用和间接作用 共同发挥效能。无论细菌直接作用还是间接作用， 都 是由内在生理、 生化特性以及生态关系决定的， 细菌 学上是统一的。黄铁矿的氧化主要见式15 4FeS215O22H2O Bacteria →4Fe38SO2- 44H 1 4FeSO4O22H2SO4 Bacteria →2Fe2SO4 32H2O 2 2S3O22H2O Bacteria →2H2SO43 Fe2 Bacteria →Fe3 4 FeS27Fe2SO438H2O→15FeSO48H2SO4 5 式13 是细菌直接与黄铁矿作用， 将其氧 化并释放Fe3以及将硫氧化为硫酸的过程。 图1 细菌直接氧化机理[ 25] Fig .1 Sketch map of direct bacterial oxidation [25] 图2 细菌间接氧化机理[ 25] Fig .2 Sketch graph of indirect bacterial oxidation [25] 式45 表明细菌通过自身代谢作用将溶液 中的Fe2氧化成Fe3，Fe3进而氧化黄铁矿， 即间 接腐蚀， 这种间接作用具有方向性， 即电化学氧化。 该过程中细菌既作为催化剂又参与氧化反应， 并从 铁和硫的氧化中获得生长的能量[ 25]。 1 .2 .2 砷黄铁矿的生物氧化 有研究认为， 在浸矿过程中， 砷黄铁矿中的砷主 66 万方数据 第2期 王国彬等 浅谈卡林型金矿微生物预氧化技术研究现状 要是在间接作用下进行二阶段反应， 根据Fe3不同 含量分别将其氧化成As3和As5，As3部分水解 成偏砷酸， 部分继续被Fe3氧化成As5，As5水解 成砷酸[ 26]。主要含砷载金矿物可能发生式 6 9 的主要反应[ 3] 4FeAsSFe2SO4310 .5O23H2O→ 6FeSO44HAsO2H2SO4 6 2FeAsSFe2SO436O24H2O→4FeSO4 2H3AsO4H2SO4 7 HAsO2Fe2SO432H2O Bacteria →2FeSO4 H3AsO4H2SO4 8 2Fe3As3 Bacteria →2Fe3As59 张祉倩等[ 25]结合 SEM图研究了高海拔地区某 难处理金精矿微生物预处理浸出机理， 发现吸附在 矿物表面的细菌具有直接浸蚀作用， 然而不管是直 接作 用 还 是 间 接 作 用 占 据 主 导 地 位， 整 个 过 程 Fe2、Fe3离子均存在。 1 .2 .3 劫金碳的生物氧化 微生物预 处 理 可 以 有 效 地 对 碳 质 物 进 行 氧 化或钝化， 钝化机制主要有2种 有机物与碳质 物之间的静电斥力能抑制碳物质对金的吸附[ 2 7]; 有机物和金的竞争吸附， 并优先吸附至碳质物表 面的活性位点上， 降低其与金结合的能力[ 5]。卡 林型金矿中的碳质主要以烃类、 有机酸及元素碳 形式存在。 罗文杰等[ 28]利用自主驯化的混合嗜酸菌， 对某 碳质卡林型金矿进行了生物预处理氰化提金研 究。和仅用碳浆浸出工艺相比， 生物预处理碳浆 浸出工艺金的回收率从12 .9上升至82 .39， 且 氰化钠的用量降低49 .68， 此工艺不仅高效地解 决了包裹金的问题， 而且也利用活性炭竞争吸附的 原理降低了“ 劫金” 作用。尚鹤[ 13]利用采自泥堡金 矿的驯化菌种， 对贵州某浮选金精矿采用生物预氧 化氰化浸出工艺， 经过15 d氧化周期， 金精矿中 的有 机 碳 含 量 下 降27 .88， 无 机 碳 含 量 下 降 70 .59， 说明生物预氧化过程对碳质有一定的降解 作用。刘倩[ 3]研究了碳质物对氰化提金的影响， 实 验 结 果 表 明，烃 类氰 化 体 系 提 金 浸 出 率 为 82 .35， 有机酸提取物和元素碳氰化体系金的浸 出率分别为64 .76和14 .37， 表明烃类、 有机酸 提取物、 元素碳对金的提取干扰度依次增强。由于 碳质对金的影响主要发生在微孔中[ 29]， 所以， 被 P.chrysosporium氧 化 后 的 矿 石 更 有 利 于 金 的 浸出。 1 .2 .4 载金矿物及包裹金的释放行为 孔晔[ 30]结合 SEM分析了微生物预氧化过程中 金的变化规律， 结果见表45。可知， 未经预氧化 时， 金主要呈包裹状态存在， 主要的载体矿物为黄铁 矿， 占比58 .26， 其次为毒砂， 占比36 .56。随着 预氧化过程的推进， 黄铁矿和毒砂的载金率逐渐降 低， 包裹金逐渐被打开， 转变成半包裹金。包裹金继 续被氧化， 最终暴露出独立金， 独立金从未氧化的 20 .97增至86 .11。在预氧化中期， 金主要以独立 金形式存在， 占比47 .62。在预氧化末期， 毒砂与金 全部分离， 但依然有3 .73的包裹金未被打开。 熊柳[ 31]通过对金精矿和细菌氧化渣进行 XRD 分析， 发现后者所含主要矿物有单质硫、SiO2和黄钾 铁钒， 证明黄铁矿及毒砂被氧化，As、Fe和S元素 脱除效果较好。有关学者也证明了金精矿中黄铁矿 被细菌氧化成铁钒， 毒砂中的砷被氧化成离子状态， 随后以砷酸铁的形式沉淀[ 13]。 表4 微生物预氧化过程中载金率变化规律[ 30] Table 4 The changing regularity of gold occurrence in the process of bacteria pre - oxidation [30] / Gold - bearing mineralPyriteArsenical pyriteGangue and othersTotal Unoxidized58 .2636 .565 .18100 .0 Initial occupancy 76 .935 .3817 .69100 .0 Intermediate occupancy50 .9 0 .9148 .19100 .0 Telophase occupancy 16 .13083 .87100 .0 表5 微生物预氧化过程中金的包裹状态变化规律[ 30] Table 5 The changing regularity of gold covered in the process of bacteria pre - oxidation [30] / Gold - bearing mineralIndependent goldHalf package goldGold packageTotal Unoxidized20 .9713 .2865 .75100 .0 Initial occupancy 23 .5236 .7739 .71100 .0 Intermediate occupancy47 .62 33 .3319 .05100 .0 Telophase occupancy 86 .1110 .163 .73100 .0 76 万方数据 有 色 金 属 工 程第11卷 1 .3 影响浸出的主要因素 要想提高微生物预处理工艺的适用性、 浸出速 率与效率， 获得较好的技术经济指标， 必须充分考虑 各因素之间的相互制约， 以达到动态满意效果。影 响预氧化过程的主要因素有矿石性质、 预处理设备、 菌种及生产过程工艺参数如矿浆浓度、 矿浆 pH值、 磨矿细度及矿浆温度等。 1 .3 .1 矿石性质 1 硫化矿种类影响浸出速率。有学者认为， 主 要有两个原因 一是在2种及2种以上矿物组成的 矿石体系中， 细菌会根据特殊的“ 喜好性” 去氧化更 适合自身生长繁殖的矿物; 二是矿物中不同硫化物 的氧化顺序或作用程度不同， 造成氧化还原电位的 不同， 进而形成原电池效应， 加快细菌氧化速度[ 32]。 2 脉石矿物成分和含量影响浸出效果， 主要表 现在两方面 一是碱性脉石如钙、 镁等碳酸盐极易与 体系中的酸反应， 增加了酸耗和成本; 二是如果矿石 中的碳酸钙含量过高， 浸出液中的CaSO4含量也会 过高， 发生过饱和析出现象， 附着罩盖于未完全氧化 的矿石表面， 阻碍浸出效果， 降低浸金效率[ 33]。 1 .3 .2 预处理设备 预处理浸矿设备是微生物预处理技术实施的基 础保障， 高效反应器的研发对于提升生产效率至关 重要。常用的预处理设备主要有低能耗反应器、 泡 沫柱反应器BcR 、 气升式反应器ALR 、 巴秋卡槽 等， 但在应用过程中均存在剪切力大、 细胞磨损严 重、 处理量低等问题。因此， 开发出能够改善以上缺 陷的高效预处理反应器是急需突破的关键。由于微 生物预氧化过程是在气、 液、 固三相中完成的放热反 应， 故高效反应器既要满足细菌的大量繁殖， 也要保 证反应的快速进行。王铧泰[ 34]采用驯化后的中度 嗜热混合菌， 在自行设计实验室规模的气升式生物 反应器中， 对高砷难处理金精矿进行氧化预处理， 脱 砷率可达93 .5。 1 .3 .3 菌种性质 采用不同的菌种、 同一菌种的不同菌株、 同一菌 株的不同培养和驯化条件得到的细菌对矿物进行预 处理时， 其浸出效果不尽相同[ 35]。 据有关报道， 已发现细菌总量约51030种， 但 目前能用于选矿、 冶金行业的微生物只有20余种， 分别属于嗜酸嗜热的硫叶菌属、 铁杆菌属、 硫杆菌 属、 异养菌、 真菌及酵母菌， 大多数为化能自养或兼 性自养的细菌和古生菌[ 6]。按最适生长温度可将常 用菌种划分为三类 中温菌Mesophiles ， 最适生长 温 度 为 22 35℃;中 等 嗜 热 菌 Moderate thermophile ， 最适生长温度为4045 ℃; 极端嗜 热菌Extreme thermophile ， 最适生长温度为 60 75 ℃ [13]。目前在金矿预氧化生产中， 主要有氧化 硫铁杆菌、 氧化铁铁杆菌、 氧化硫硫杆菌、 氧化铁硫 杆菌等4种菌种作为预氧化细菌。 王铧泰[ 34]对中度嗜热混合菌进行耐砷浸矿驯 化， 并对矿浆浓度为8的高砷难浸金精矿进行连 续细菌预氧化实验， 浸矿周期为60 h， 脱砷率可达 95 .25。戴红光等 [36]利用经过诱变的中温嗜热菌 对某卡林型金矿进行探索， 经过6个月的预处理， 金 的浸出率可达65 .5， 比单一氰化浸金高60多个 百分点。尚鹤[ 13]对贵州某浮选金精矿进行了生物 预氧化-氰化浸出试验， 经过15 d氧化周期， 金的 浸出 率 可 由 直 接 氰 化 浸 出 的10 .21提 升 至 80 .18。而且， 采用NB菌群和其他生物预氧化菌 群相比， 生长温度范围更广， 耐酸能力和抗逆性更 强， 特别适合含砷碳质难处理金矿的氧化预处理。 1 .3 .4 生产过程工艺参数 1 矿浆浓度 矿浆作为预氧化过程中细菌赖以生存的环境， 同时作为细菌氧化的底物， 直接影响细菌的浸矿效 率， 合适的矿浆浓度对浸矿效率有极大的促进作用， 而浓度过高会减弱体系中O2和CO2传输速率及溶 解浓度， 且产生干扰细菌生长的机械力作用， 削弱细 菌与O2和CO2的正常接触， 降低溶液中细菌含量， 导致二级反应基本停止， 因此As3在细菌体内不断 积累， 毒害菌类繁殖， 恶化氧化效果。有关研究表 明， 矿浆浓度介于1020时， 该浓度不影响微 生物的生长和浸出效果; 超过20时， 浸出率大幅 度下降; 超过30时， 微生物难以存活[ 35]。但具体 矿浆浓度应结合矿石性质等多方面因素综合考虑， 并进行及时有效的调整。尚鹤[ 13]对 NB菌种在不 同浓度下生长情况进行观察， 发现在低矿浆浓度 23 条件下生长良好， 但浓度达到5以上 时， 菌种生长明显受到抑制， 可见矿浆浓度越高对菌 种生长繁殖越不利， 这主要是因为过高的矿浆浓度 对细菌的碰撞及剪切力增加， 影响细菌的生长繁殖。 2 矿浆 pH 值 浸矿细菌绝大多数为嗜酸菌， 合适的 pH 值才 能保证细菌快速繁衍。由于微生物预处理在一个氧 化周期内是产酸和放热的过程， 氧化初期阶段随着 细菌氧化过程的不断进行， pH 值逐渐下降， 当 pH 值为1 .3 1 .5时， 氧化速度最快。 pH 值持续降 低， 会形成砷酸铁FeAsO4 沉淀并罩盖在矿石表面 的细菌上， 降低其活性， 减缓氧化速率。为减少罩盖 86 万方数据 第2期 王国彬等 浅谈卡林型金矿微生物预氧化技术研究现状 现象， pH 值一般控制在1 .5 2 .1; 当 pH 值0 .7 时， 细菌生长趋于停止[ 32]。 3 磨矿细度 难处理金矿预氧化速度与矿粒总表面积和成正 比， 粒度越细、 表面积越大、 细菌数目越多， 氧化速率 也越快[ 37]。而卡林型金矿中的金嵌布粒度细， 多为 次显微金， 常规的球磨工艺无法使其与载金矿物单 体解离， 导致微生物对该类矿石的浸出周期长， 因此 对其进行适度的超细磨， 有益于载体矿物与金的单 体解离， 及后续的脱硫脱砷作用[ 10]。但在实际生产 过程中， 超细磨成本过高， 一般在难处理金精矿的生 物浸出研究中， 其矿物粒度以75100μm为宜[ 38]。 针对大兴安岭兴安金矿难处理金银精矿常规氰化 金、 银浸出率较低的问题， 孔德晶等[ 39]进行了生物 氧化氰化浸金联合工艺试验研究。结果 表明， Fe、S的 脱 除 率 及 金、 银 的 浸 出 率 随 着 矿 石 粒 度 -0 .044 mm所 占 比 例 的 增 大 而 逐 渐 增 加;当 -0 .044 mm粒级分布率占95时， 金、 银浸出率分 别达到97 .2和99 .3。 4 体系温度 温度的变化会改变细菌体内酶的活性， 极端温 度可能使酶改性， 进而影响细菌活性。因此在浸矿 过程中， 既要考虑菌种的最佳生长温度， 又要从冶金 热力学角度匹配最佳的浸矿温度[ 10]。ANNA 等[ 40] 采用聚合酶连锁反应PCR 变性梯度凝胶电泳 PGGE 顺序法对柱浸实验进行测定， 发现7 ℃时， 浸液中嗜酸氧化铁硫杆菌为主要细菌种类;35 ℃ 时， 主要菌种变为氧化铁钩端螺旋菌;50 ℃时， 细菌 主要组分又变为耐热硫代硫杆菌， 细菌组分与温度 有关。根据实验也可得出反应过程温度与优势菌落 分布及反应速率密切相关。尚鹤等[ 41]对 NB菌种 进行了温度影响实验， 也发现细菌在4045 ℃时生 产繁殖最快， 活性也最好; 达到55 ℃以上时， 细菌基 本不生长。因此， 合理控制反应温度是保证优势菌 落种类及数量的核心任务。 5 其他因素 1 营养物质及添加剂。细菌是活性有机体， 氮源 与碳源的持续供给是维持其生长、 活动的营养源。营养 物质充足时， 可大幅节省添加剂。通常将NH4 2SO4、 KOH、H3PO4以及K2SO4和NH43PO4作为营养 物质[ 42]。有 关 资 料 表 明， 氧 化 亚 铁 硫 杆 菌 所 需 NH4最佳浓度为420640 mg／L [43]。 2Fe2初始浓度。由于氧化Fe2和S等元素 是氧化亚铁硫杆菌获取能量的来源， 当处于浸出的 初始阶段， 菌种需要适宜的Fe2浓度作为初始动力 源， 但若Fe2浓度过高， 该菌种会对添加的Fe2产 生依赖性， 而不去氧化矿石中的Fe2， 从而适得其 反。袁欣等[ 44]在实验中得出， Fe2的最佳初始浓度 为2 .01 g／L左右， 此时预氧化效果最好。 3 预氧化时间。氧化时间决定浸出的效率， 但 时间过长， 将会导致成本增加[ 37]， 一般预处理时间 以将氧化渣中含砷降至0 .50 .6为宜， 此时浸 出率可达94