微生物法从尾矿中浸出铜.pdf

2 0 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年6 期 微生物法从尾矿中浸出铜 吕丽华，任京成，胡巍，孙天虎，代建青 山东理工大学资源与环境工程学院，淄博2 5 5 0 4 9 摘要从梁邹矿业集团一2 0 0 米取矿井水，培养驯化分离出氧化亚铁硫杆菌，其最适生长温度为3 0 ℃， 最适p H 为2 ．0 。通过摇瓶浸出研究浸出液的p H 、矿浆浓度以及催化剂对老尾矿浸出的影响。结果表 明，浸出液温度为3 0 ℃、矿浆浓度为1 0 ％时，浸出效果较好；3g ／L 活性炭和3m g ／LA g 组合做催化剂 浸出率可达到9 2 ％，3m L 吐温和3m g ／L 的A g 组合浸出率达到8 8 ％。 关键词铜矿；氧化亚铁硫杆菌；浸出 中图分类号T F 8 1 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 0 0 6 一0 0 2 0 一1 4 M i c r o b i a lL e a c h i n gC o p p e rf r o mO l dT a i l i n gM i n i n g L VL i h u a ，R E NJ i n g e h e n g ，H UW e i ，S U NT i a n - h u ，D A IJ i a n q i n g S c h o o lo fR e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g ，S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，Z i b o2 5 5 0 4 9 ，C h i n a A b s t r a c t T h ef e r r o o x i d a n sw e r ec u l t u r e da n ds e p a r a t e df r o mm i n ew a t e rf r o m2 0 0m e t e r su n d e r g r o u n do f L i a n g z o uM i n i n gG r o u p ．I t ’Sa p p r o p r i a t eg r o w t ht e m p e r a t u r ew a s3 0 ℃a n da p p r o p r i a t eg r o w t hp Hw a s 2 ．0 ．T h ee f f e c to fp Ho ft h el e a c h i n g ，t h es l u r r yc o n c e n t r a t i o na n dc a t a l y s to nt h el e a c h i n gw e r es t u d i e d u s i n gs h a k ef l a s kl e a c h i n gf o ro l dt a i l i n g s ．T h er e s u l t ss h o w e dt h a tl e a c h i n ge f f e c ti sb e t t e ru n d e rt h ef o l l o w i n gc o n d i t i o n t h es l u r r yc o n c e n t r a t i o ni s1 0 ％，a n dp Hv a l u ei s2 ．0 ，t h el e a c h i n gr a t ec o u l dr e a c h9 2 ％ a n d8 2 ％u s i n g3 ．0g ／La c t i v a t e dc a r b o np l u s3 ．0m g ／LA g a n d3m LT w e e np l u s3m g ／LA g a se o m b i n a t i o nc a t a l y s t ，r e s p e c t i v e l y ． K e y w o r d s C o p p e ro r e ；F e r r o o x i d a n s ；L e a c h i n g 细菌冶金技术因其对环境保护友好和成本低而 成为研究的热点[ 1 _ 2 ] ，尤其对于传统技术难处理的 复杂矿 如多种化合状态的单金属矿和多金属复合 矿 ，低品位表土矿、废弃矿等具有独特的优势。 本文从梁邹矿业集团中一2 0 0 米矿井水中培养 分离纯化得到氧化亚铁硫杆菌[ 3 叫] ，作为浸矿细菌。 实验选用摇瓶浸出，向其中加入活性炭和A g 十、吐 温和A g 两种催化剂[ 6 - 7 ] 。 实验原料及仪器 实验用老尾矿取自梁邹矿业集团，其化学成分 为 ％ C u0 ．2 9 ，S i 0 26 9 。7 4 、A 1 2 0 31 2 ．7 7 ，F e e0 3 作者简介吕丽华 1 9 8 3 一 ，女，山东德 h t A ，硕士． 3 ．1 9 、C a 02 ．3 6 、M g OL3 5 。其中铜的化学物相 为原生硫化铜5 ．4 1 ％、次生硫化铜9 2 ．5 2 ％、游离 氧化铜1 ．1 2 ％、结合硫化铜0 ．9 5 ％。尾矿粒度分 布一0 ．4 5m m ～ 0 ．2 0 0m m1 4 ．3 7 ％、一0 ．2 0 0 m m ～ 0 ．1 2 5m m1 1 ．7 4 ％、一0 ．1 2 5m m ～ 0 ．0 9 7m m8 ．4 1 ％、一0 ．0 9 7m m ～ 0 ．0 7 4m m 5 ．2 1 ％、一O ．0 7 4m m6 0 ．2 7 ％。 菌种是从梁邹矿业酸性矿坑水中分离并经驯化 分离，以氧化亚铁硫杆菌为主的菌种。培养基采用 9 K S 培养基i s - 9 ] N H 4 S 0 43 ．0g 、K H 2 P 0 40 ．5 g 、K C l0 ．1g 、M g S 0 4 7 H 2 00 ．5g 、C a N 0 3 2 H 。O0 ．0 1g 、蒸馏水7 0 0m L ，l l 的H 2 S 0 4 调 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年6 期 2 1 p H 2 ．0 ，1 2 1 ℃灭菌1 5m i n ，并加入1 ％的硫粉。 浸出液初始F e 2 浓度为1 ．0g ／L 。 实验用仪器主要有P H S 一3 C 型精密酸度仪、 可控振荡摇床、电位测定仪，p H 和E h 用酸度计测 定，C u 2 用W F X 一1 2 0 原子吸收分光光度计测定。 2实验 2 ．1 试验方法 将灭菌后的培养基加入到已灭菌含矿粉的2 5 0 m L 锥形瓶中，用1 1 的H S O 。调节溶液p H ，置 于3 0 ℃、转速1 5 0r ／m i n 的气浴恒温震荡箱中浸 出，接种量为1 0 ％。3 ．0m g ／LA g 做催化剂，定时 取样，同时监测溶液中的C u 2 、p H 、E h ，用培养基补 充溶液中因采样而减少的体积，以保证溶液浸出的 总体积不变。 2 ．2 结果与讨论 2 ．2 ．1 浸出液p H 对浸出效果的影响 图1 美 、 瓣 书 嬲 腰 0 51 01 52 02 5 浸出时间／d 图1p H 对细菌浸出的影响 F i g ．1 T h ee f f e c to fp Ho nb a c t e r i a ll e a c h i n g 由图1 可看出，浸出液的酸度对细菌浸出的影 响很大，在p H 1 ．5 ～2 ．0 时。浸出效果较好，在 p H 2 ．0 时，浸出时间2 5d 的浸出效果最好，酸度 过高过低都将影响细菌的存活与生长以及繁殖速 度，p H 过高时，细菌浸出时产生的铁离子会形成棕 黄色沉淀物 氢氧化铁胶体沉淀 ，覆盖在矿物离子 的表面，阻碍反应的继续进行，p H 过低，酸度虽有 利于矿石的氧化，但细菌难以适应如此高的酸度，使 的细菌的延滞期变长，从而影响细菌的浸出效果，因 此，选择确定浸出液的p H 一2 ．0 。 2 ．2 ．2 矿浆浓度对铜浸出率的影响 图2 图2 表明，矿浆浓度过大，反而对浸出不利，原 摹 、 静 茁 魈 罪 05l O1 52 02 5 浸出时间／d 图2 矿浆浓度对铜浸出率的影响 F i g ．2 T h ee f f e c to fs l u r r yc o n c e n t r a t i o n o nb a c t e r i a ll e a c h i n g 因是溶液中某些金属离子的不断积累可能超过了细 菌的极限耐受浓度而影响细菌的生长活性，且在浸 出液中细菌浓度一定的条件下，固体浓度增大使得 矿粒间的碰撞和摩擦加剧，这虽有利于矿物表面的 不断更新，但使矿物单位面积上细菌数目减少，其产 生的较强的剪应力也使矿物表面吸附的细菌损伤和 脱落，从而使吸附于单位矿物面积上的细菌减少，导 致浸出率下降，因此，1 0 ％的矿浆浓度最适宜。 2 ．2 ．3 催化剂对铜浸出率的影响 不同量的活性炭、吐温和A g 组合做催化剂， 对低品位梁邹铜矿尾矿细菌浸出结果见图3 ～4 。 图3 表明，不添加活性炭时，2 5d 的浸出率为6 5 ％， 随着活性炭的增加，浸出率逐渐增加。并不是活性 炭的量越多越好，活性炭越多，其表面粘附的细菌越 多，阻碍了细菌和矿物的接触而影响浸出效果，当添 加活性炭为0 ．3g 时，浸出效果较好，2 5d 的浸出率 达到9 2 ％。在浸出开始的时候，细菌处于适应环境 阶段，且老尾矿中含有低品位的砷，对细菌有一定的 毒害作用，但砷在浸出液中的浓度较低，使得适应期 内细菌对矿物浸出速度比较慢，活性炭与A g 的组 合浸铜比单纯的A g 催化浸铜浸出率要高，在浸出 1 0d 的时候，活性炭的催化效果明显提高，在浸出 时间2 0d 的时候达到9 0 ％。随着时间的延长，浸 出率几乎不再增大。随着F e 3 的增加，矿物表面覆 盖了黄钾铁矾等沉淀物n 引，这些沉淀物阻碍了细菌 与矿物的接触，致使浸出反应终止，铜浸出率不再 增加。 由图4 可看出，浸出时添加吐温对浸矿有促进作 用，可缩短浸矿的“滞后期”，吐温可改变矿物表面的 ∞ ∞ 5 l 鲫 { ；； ∞ m o 衙 ∞ ∞ 蚰 { ；} 舫 m o 万方数据 2 2 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年6 期 芝 磐 鼙 1 0 0 芝6 1 鐾 登 O 051 01 5 2 0 图3 活性炭用量对细菌浸出的影响 F i g ．3 T h ee f f e c to fa c t i v a t e dc a r b o n a m o u n t so nb a c t e r i a ll e a c h i n g 051 01 52 02 5 时间／d 图4 吐温用量对细菌浸出的影响 F i g ．4 T h ee f f e c to fT w e e na m o u n t so n b a c t e r i a ll e a c h i n g 润湿性，使其变得亲水，易被细菌吸附，缩短了细菌在 矿物表面达到吸附平衡所需要的时间，从而加速了浸 矿速度，但吐温的量不宜过高，否则对浸出不利。 由图5 可以看出，有菌浸出的浸出效果明显好于 无菌浸出，活性炭和A g 组合比吐温和A g 组合催 化浸出效果好些，2 5d 时浸出率高出4 个百分点。 2 ．2 ．4 催化剂对浸出液E h 的影响 矿物中的有用矿物多数以还原状态存在，高的 氧化环境才能促进矿物以溶解状态溶出，由图6 可 暮 、 静 丑 嬲 罪 1 0 0 6 0 4 0 2 0 O O51 0 时间／d 图5 催化剂对浸出的影响 F i g ．5 T h ee f f e c to fc a t a l y s t so nt h el e a c h i n g 以看出，有催化剂浸出比不添加的E h 要高，添加催 化剂比无催化剂浸出液的E h 变化明显，活性炭和 A g 的组合比和吐温2 0 做催化剂的E h 要高些。 说明在浸出过程中，添加A g 能降低氧化还原电 位，细菌的存在能保持相对好的氧化环境，有利于 C u 的浸出。 喜 嚣 时间／d 图6 催化剂对溶液E h 的影响 F i g ．6 t h ee f f e c to fc a t a l y s t so nE h o fl e a c h i n gs o l u t i o n 3结论 1 浸出液p H 一2 ．0 、矿浆浓度1 0 ％时，氧化亚 铁硫杆菌对老尾矿有较好的浸出效果； 2 在浸出温度为3 0 ℃，转速为1 5 0r ／m i n 的 情况下，有细菌比无细菌浸出效果明显要好，有催化 剂的浸出率比单纯A g 浸出率要高； 下转第4 0 页 ∞ 舯 ∞ ∞ ∞ o 万方数据 4 0 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年6 期 收的研究中温成型硫酸化焙烧一氰化[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，1 9 9 7 4 3 2 3 4 ． [ 3 ] 张兴仁．处理铜一金精矿可供选择的方案硫酸化 焙烧和生物浸出[ J ] ．国外黄金参考，1 9 9 7 8 2 5 2 8 ． [ 4 ] 邱廷省．聂光华，张强．难处理含铜金矿预处理与浸出 技术现状及进展[ J ] ．黄金，2 0 0 5 8 。3 0 一3 3 ． [ 5 ] 张兴仁．处理黄铜矿的几种可供选择的工艺方案评述 [ J ] ．国外黄金参考，1 9 9 7 1 1 ／1 2 1 9 2 7 ． 上接第2 2 页 3 3 ．0g ／L 的活性炭和3 ．0m g ／LA g 十组合比 3 ．0m L 吐温和3 ．0m g ／LA g 的浸出效果好； 4 有催化剂的浸出液的电位要比没有添加的 电位要高。 参考文献 [ 1 ] 廖梦霞，邓天龙．硫化矿生物湿法冶金技术现状与展望 [ J ] ．四川有色金属，2 0 0 3 3 3 3 3 5 ． [ 2 ] E h r l i c hHL ．P r e s e n tf u t u r eo tb i o h y d r o m e t a l l u r g y [ J ] ． H y d r o m e t a l l u r g y ，2 0 0 1 ，5 9 1 1 2 7 1 3 4 ． [ 3 ] T e m p l eKL ，C o l m e rA R ．T h ea u t o t r o p h i vo x i d a t i o no f i r o nb yan e wb a c t e r i u m T h i b a c i l l u sf e r r o o 】【i d a n s [ J ] ． B a c t e i o l ，1 9 5 1 ，6 2 6 0 5 6 1 1 ． [ 4 ] 张维庆，魏德洲，沈俊．氧化亚铁硫杆菌对黄铜矿的氧 化作用[ J ] ．矿冶工程，1 9 9 9 ，1 9 3 3 0 一3 3 ． [ 5 ] 陈常礼．推广保护性耕作促进节本增效[ J ] ．山东农业， 2 0 0 3 1 1 2 6 3 3 ． [ 6 ] 张卫民，谷士飞，王焰新．银离子对低品位原生硫化铜 矿石细菌浸出的催化[ J ] ．金属矿山，2 0 0 6 8 2 6 2 9 ． [ 7 ] 张卫民，荆秀艳，邱木清．永平铜矿浸矿细菌驯化培养 研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 4 5 5 8 ． [ 8 ] S i l v e r m a nMP ，L u n d g e nD G ．S t u d i e so nt h ec h e m o a u t o t r o p h i ci r o nb a c t e r i u mF e r r o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n s ．I ． A n i m p r o v em e d i u ma n dah a r v e s t i n gp r o c e d u r ef o rs e c u r i n gh i g hc e l ly i e l d s [ J ] ．J b a c ，1 9 5 9 ，7 7 6 4 2 - - 6 4 7 ． [ 9 ] 张卫民，谷士飞，王焰新．永平铜矿浸矿菌液的培养条 件研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 5 5 9 1 2 ． [ 1 0 ] 李宏煦，王淀佐．硫化矿细菌浸出过程的电化学 Ⅱ [ J ] ．矿冶，2 0 0 3 ，1 2 2 4 5 - - 4 7 ． 万方数据