硫化矿生物浸出过程的氧化机理及生物多样性研究
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硫化铜矿微生物浸出的影响因素和机制
硫化铜矿微生物浸出是一种采用微生物氧化还原反应来促进硫化铜矿中金属元素溶解的方法。
其影响因素与机制如下:
影响因素:
1.微生物:微生物是影响硫化铜矿微生物浸出的最重要因素,常见的微生物包括硫氧化菌、铁氧化菌、硫还原菌等。
2.温度:微生物浸出通常在20-40℃的范围内进行,温度过高或过低均会影响微生物代谢反应的进行。
3.氧气:氧气是微生物浸出过程中必需的,因为氧气可以作为微生物氧化还原反应中的氧化剂,用于氧化铜矿中的硫化物。
4.酸度:微生物浸出的酸度通常在pH 2.0左右,过高或过低的酸度均会影响微生物的活性。
5.氧化还原电位:氧化还原电位是微生物浸出过程中的重要参数,因为它直接影响微生物氧化还原反应的进行。
机制:
1.氧化反应:微生物可以利用氧气在硫化铜矿中的硫化物和铁硫化物进行氧化反应,将这些化合物转化成亚硫酸盐和硫酸盐等易于溶解的化合物。
2.还原反应:还原反应是微生物浸出过程中的重要机制之一,微生物在还原过程中利用碳源和电子供体,还原硫酸盐为硫化物或金属,促进了硫化铜矿中金属元素的溶解。
3.酸化反应:微生物通过代谢产生酸性物质,降低矿物样品的pH值,以分解硫化铜矿中的碱式物质,使其释放出金属元素。
总之,微生物浸出是一种有效的硫化铜矿选矿方法,具有成本低、环保等特点,经过多年的研究和应用已经成为硫化铜矿浸出的主要方法之一。
项目名称:微生物冶金的基础研究一、研究内容和课题设置研究内容的调整根据本项目前两年项目任务书的要求,积极开展了研究工作,全面完成了前两年的预期目标,在某些研究领域取得了突破性的进展,为今后的研究工作奠定了基础。
各课题所取取得主要工作进展以及对今后三年研究内容的调整如下:课题1:原生硫化矿高效浸矿菌种选育的基础研究在前2年研究的基础上,后3年主要针对原生硫化矿浸出速度慢、浸出率低的难题,围绕浸矿微生物生态规律、遗传与代谢调控机制和菌种选育开展如下研究:1.高活性和耐高温浸矿微生物功能基因组学研究:从基因水平上阐明A. f菌对这些与浸矿作用直接相关因子的应答机理;进一步阐明已发现的一些与浸矿作用直接相关的基因的功能及其调控网络。
2.浸矿体系微生物群落结构与功能活动以及微生物种群之间相互作用:研究不同浸出体系中浸矿微生物群落结构与功能的差异以及浸出过程中微生物群落演替与功能变化规律,阐明这些微生物群落结构与功能活动的调控机制以及微生物种群之间相互作用的规律;构建第二代浸矿微生物功能基因芯片和群落基因组芯片。
3.原生硫化矿浸矿专属菌种快速筛选:从已有菌种库中进行菌种与菌群的快速筛选,获得针对低品位硫化矿生物提取的高效菌种15株以上以及针对不同矿物种类和浸矿环境的优化菌群10组以上;从西部地区开展高温菌的分离、纯化和筛选工作,完善已有的菌种资源库;此外,还将对磁选育细菌这一新的领域继续开展深入研究,从分子水平上阐明A. f菌生成磁小体的机理。
课题2:毒性离子抗性菌种的遗传特性及基因改造1. 利用蛋白质组学理论和方法,研究中度嗜热自养细菌的耐砷机制,指导高效抗砷菌种构建和浸矿过程控制。
2. 综合运用基因改造、抗性驯化等多种手段,选育抗砷、抗汞等毒性离子抗性菌系。
3. 将克隆到的有机质代谢关键酶基因导入自养细菌中,研究工程菌中有机质代谢的变化及其与浸矿能力的关系。
4. 建立高效抗性菌种选育理论,培育高效抗重金属离子的菌株9-11株。
硫化铜矿生物浸出菌种发展情况的研究硫化铜矿是一种含有大量铜的矿石,其资源储量丰富,但由于其硫化性质的特殊性,传统的冶金方法很难有效提取其中的铜。
生物浸出是利用特定的微生物对硫化矿石中的金属进行浸出的方法,其具有环保、低成本、高效率等优势。
研究硫化铜矿生物浸出菌种的发展情况对于提高硫化铜矿资源的综合利用水平具有重要意义。
目前,已经发现了多种能够在硫化铜矿生物浸出中发挥重要作用的菌种。
最常研究的是产氧细菌、硫化氢氧化细菌、铁杆菌等。
产氧细菌是一类能够通过光合作用或者化学合成氢气的细菌。
它们在硫化铜矿生物浸出中通过产生的氧气使得硫化铜矿中的铜离子溶解成铜阳离子,并进一步与溶解的铜阳离子形成可溶性络合物,加速了铜离子的浸出速度。
硫化氢氧化细菌则是一类能够通过氧化硫化氢产生能量的细菌。
它们在硫化铜矿生物浸出中通过氧化硫化氢生成硫酸,使得硫化铜矿中的铜离子溶解成硫酸型铜离子,并进一步与溶解的硫酸型铜离子形成可溶性络合物,促进了铜的浸出。
铁杆菌是一类能够在富含铁的环境中生存的细菌。
它们在硫化铜矿生物浸出中通过氧化产氧细菌或者硫化氢氧化细菌所产生的二价铁,将其氧化成三价铁,并将铁离子与溶解的铜阳离子或硫酸型铜离子形成沉淀,从而减少了铜离子的浸出速率。
研究表明,不同的菌种在不同的条件下对硫化铜矿的浸出效果有所不同。
产氧细菌更适宜在酸性条件下进行浸出,而硫化氢氧化细菌则对酸度的要求较为宽松,更适宜在中性或碱性条件下进行浸出。
铁杆菌不仅可以通过促进铜离子的沉淀降低铜的浸出速率,还可以通过还原形成的硫酸型铜离子使其还原成可溶性的铜离子,从而提高铜的浸出效率。
综合利用不同的菌种可以在不同的条件下实现对硫化铜矿的高效浸出。
未来的研究方向主要包括以下几个方面。
需要进一步探索新的菌种。
尽管已经发现了多种能够在硫化铜矿生物浸出中发挥重要作用的菌种,但还有很多未知的微生物可能具有更好的浸出效果。
需要深入研究菌种的生长机理。
了解菌种生长的最适宜条件以及对不同条件的适应性,可以更好地控制生物浸出过程,提高浸出效率。
生物氧化预处理对难浸金精矿中难溶硫化金的转化研究引言:金是一种重要的贵金属,广泛应用于珠宝、电子、医疗等行业中。
然而,许多金矿中的金以硫化物形式存在,导致金的提取变得困难。
在传统的金冶炼过程中,一种有效的方法是进行生物氧化预处理,以提高金矿的浸出率和提取率。
本文将探讨生物氧化预处理对难浸金精矿中难溶硫化金的转化研究,并介绍生物氧化预处理的机理和影响因素。
一、生物氧化预处理的机理生物氧化预处理是一种使用微生物将难溶硫化金转化为可溶性金的方法。
在这个过程中,一些特定的细菌或真菌(如厌氧细菌、黄铁矿氧化细菌等)被引入金矿样品中,它们通过氧化作用将硫化物产生反应,从而加速金的释放。
二、生物氧化预处理的影响因素1. 微生物选择:不同的微生物对不同的金矿有不同的适应性。
选择适合特定金矿的微生物菌种是提高生物氧化预处理效果的重要因素。
2. 氧化条件:包括温度、pH值和氧气浓度等。
适宜的温度和pH值能提供良好的生长环境,促进微生物的生长和活性。
适当的氧气浓度能提供足够的氧气供给微生物进行氧化反应。
3. 矿料性质:不同金矿的矿石性质不同,如硬度、矿石中的杂质含量等。
这些性质会影响微生物对金矿的氧化效果。
三、生物氧化预处理的研究进展1. 微生物菌种的筛选和应用:研究者通过筛选不同的微生物菌种,探索适合不同金矿的生物氧化预处理方法。
同时,利用遗传工程技术来提高微生物的生物氧化能力,加速金矿的氧化过程。
2. 氧化条件的优化:通过调节温度、pH值和氧气浓度等氧化条件,研究者成功地提高了生物氧化预处理的效果。
例如,通过控制适宜的温度和pH值,可提高微生物的活性和生长速率。
3. 矿料性质对生物氧化预处理的影响:研究者发现,金矿中的杂质含量和硬度等性质会影响生物氧化预处理的效果。
因此,研究者通过改变矿料性质,如添加不同的硬度调节剂和杂质吸附剂,提高生物氧化预处理的效率。
四、生物氧化预处理在难浸金精矿中的应用难浸金精矿是一种金矿石,其中的黄金以硫化物形式存在,使其难以被传统的浸出方法提取。
硫化矿生物浸出过程的氧化机理及生物多样性研究随着世界的经济的飞速发展和人口数量的持续攀升,对金属矿产资源的需求量也是不断增加;高品位、易处理矿石亦逐渐消耗殆尽,低品位、难处理矿石成为今后主要可利用的矿产资源。
传统冶金方式对低品位矿石的处理存在污染大、能耗高等问题,利用微生物的氧化将矿石中有价金属溶出的生物冶金技术具有环境友好、流程短、成本低等优点,但其存在氧化速率慢、细菌易受环境影响等缺点。
因此,提高细菌对矿石的氧化效率,促进有价金属的高效回收是目前湿法冶金领域需要解决的热点问题。
本文利用从德兴铜矿酸性矿坑废水中筛选并富集得到适合在35℃-40℃的温度下生长的嗜酸菌,并对其进行驯化。
选用含高砷的金精矿、黄铜矿等典型的硫化矿作为处理对象,在浸出体系中加入少量带巯基氨基酸(L-半胱氨酸和高半胱氨酸),利用细菌和氨基酸共同作用氧化金精矿和黄铜矿。
通过XRD(X射线衍射),FIRT(傅立叶变化红外线光谱),SEM/EDS(扫描电子显微镜/能量弥散X射线谱)等表面分析技术考察金精矿矿粉在浸出前后的化学成分和结构的改变,确定金精矿生物氧化途径及机理并探讨氨基酸对其氧化途径的影响;利用黄铜矿的半导体性质,将黄铜矿矿块做成电极,进行循环伏安、极化曲线和交流阻抗等电化学实验,确定黄铜矿氧化途径以及氨基酸对黄铜矿浸出的影响。
利用Miseq高通量测序法确定浸矿前后浸矿细菌的群落结构和群落演替情况;同时针对浸矿过程中对于金属离子的测定程序复杂的现状,本文开发了一种在酸性条件下能与Fe3+结合并能产生明显荧光的罗丹明衍生物荧光探针,并将该探针应用于金精矿等硫化矿的生物浸出液中Fe3+浓度的检测。
主要研究内容
及结果如下:(1)本文筛选的嗜中温混合菌对高砷金精矿中铁和砷都有较好的浸出效果。
在浸出体系中分别添加少量含巯基的L-半胱氨酸和高半胱氨酸后,对铁的浸出有较明显的促进作用,使Fe的浸出率从65.3%分别上升到96.4%和94.5%;但是半胱氨酸和高半胱氨酸的加入一定程度上抑制了As的浸出。
SEM/EDS实验结果显示,添加半胱氨酸和高半胱氨酸以后,矿粉表面腐蚀明显加重,且矿粉表面元素K和S的含量明显增加,而元素Fe和As的含量则明显减少。
XRD实验结果表明,无论是否添加L-半胱氨酸和高半胱氨酸,浸矿的产物都是黄钾铁矾,半胱氨酸和高半胱氨酸的添加并没有改变反应机理,只是加快了电子的传递。
FT IR实验结果表明,浸矿体系中添加半胱氨酸以后,矿粉表面有较多的-NH和-COO-吸附在矿物表面,证明添加半胱氨酸有利于细菌在矿石表面吸附。
(2)黄铜矿电极的电化学测试中,循环伏安实验结果显示,黄铜矿的电化学反应的主要产物为CuO,Cu2O和Cu1-xFe1-yS1-z等;极化曲线实验结果说明细菌和高半胱氨酸的添加不改变黄铜矿的电极极化机理,只会降低黄铜矿电极的表面阻力,加速了黄铜矿阴极反应速率和电极表面的氧化。
交流阻抗实验结果显示,电荷转移电阻在含有高半胱氨酸和细菌的浸矿体系中最低,达到898.0Ω·cm2,说明在菌液中添加高半胱氨酸有利于电极表面电子的传递。
在浸出的3-5天内,电荷转移电阻增加,随着浸出时间的延长,电荷转移电阻增加,膜阻抗也增加,说明在浸出后期有一层钝化膜覆盖在电极表面,这与极化曲线实验结果相符。
(3)利用Miseq高通量测序法比较了浸矿前、浸矿24天以后及添加高半胱氨酸浸矿反应24天后细菌的菌落结构变化,发现本次浸矿实
验混合菌中硫杆菌(Acidithiobacillus)属占绝对优势,相对丰度达到64.7%,嗜铁钩端螺旋菌(Leptospirilliu ferriphilum)和其它嗜酸菌(Acidiphilium)含量较低。
随着浸出反应的进行,嗜铁钩端螺旋菌(Leptospirilliu ferriphilum)和其它嗜酸菌(Acidiphilium)的含量明显增加。
在添加高半胱氨酸和未加高半胱氨酸的浸矿体系中,硫杆菌属相对丰度分别下降到了47.2%和45.6%,嗜酸菌(Acidiphilium)的丰度上升到11.3%和9.6%。
嗜铁钩端螺旋菌(Leptospirilliuferriphilum)的含量也分别上升到12.1%和10.3%。
说明高半胱氨酸的添加对主要浸矿细菌群落的的影响并不明显。
从热图的分析可知,浸矿过程对细菌群落结构的影响较大,而添加高半胱氨酸对浸矿过程的中群落结构的影响并不明显。
(4)通过罗丹明为母体合成的荧光化合物,该化合物具可作为Fe3+荧光探针,其对Fe3+具有很高的竞争性和选择性,在酸性介质中荧光性能稳定。
在实际浸矿体系中,随着浸矿时间的推移,浸出液中Fe3+的浓度逐渐增强,浸矿溶液的荧光强度也随之逐渐增强,浸出液中Fe3+的浓度和浸矿溶液的荧光强度具有较好的线性关系。