影响细菌浸矿的生物因素

影响细菌浸矿的生物因素主要有:细菌种类、细菌营养物质、细菌适应性及有害组分。

(1) 菌种 

不同类别细菌的浸矿速度不同,因此,选择、分离、驯化、培养出高效浸矿细菌是关键因素。普通的细菌堆浸主要是氧化铁硫杆菌(T.F.)为主,其次是氧化硫硫杆菌、氧化铁铁杆菌、氧化亚铁微螺菌等菌种。

(2) 细菌的适应性 

由于矿石中不同元素对细菌产生不同的影响,即有些元素对细菌繁殖有利,有些元素不利于细菌繁殖。随时间的延长,浸矿细菌适应性会不断增强,繁殖速度会不断加快,硫化矿浸出率逐渐得到提高。

(3) 培养基 

浸出液中要有足够数量的细菌所需细胞生长养料,如:铵离子、硫酸盐(钾等)、磷酸盐、钙、镁、氧气、二氧化碳等。

①氮 氮由铵离子(  )供给,是浸矿细菌的重要养料之一,用于蛋白质及铁酸的合成。在足够空气供给条件下,氮对细菌浸矿影响最明显。铵离子浓度最佳为0.08g/L,多数浸出液中缺少铵离子,一般以硫酸铵的形式添加到萃余液中。生产实践添加硫酸铵浓度,可以通过小型细菌浸出试验研究及工业化生产经验数据作参考。

②磷 磷以磷酸盐的形式存在,是二价铁在细胞外壁氧化、细菌能量转移的重要营养物质。磷酸盐浓度0.06g/L时,为细菌生长最佳条件。多数原矿中都含有磷元素,会生成磷酸盐,细菌浸出过程一般不需要添加磷酸盐,因此,细菌浸出过程是否添加磷酸盐,需要化验浸出液中磷的浓度,参考小型细菌浸出试验研究结论及工业生产经验。

③铁、硫 二价铁、单质硫是细菌进行新陈代谢所需要的能源及营养物质,浸矿细菌的能源主要是硫化矿,如黄铁矿、辉铜矿、黄铜矿、铜蓝等矿物。矿石中没有硫化物,酸性浸矿细菌也就难以生长繁殖。

④氧、二氧化碳 浸矿细菌发生的化学反应,主要是氧化-还原反应。硫化矿具有还原性,细菌等浸出剂具有氧化性,化学反应才能发生。氧气的供给不能缺少,浸出剂中氧气的最佳氧浓度为0.30g/L。为了降低生产成本,一般不鼓入纯氧气或空气,而是采用增大浸出物料与空气的接触面积,增加氧气的传递速度,浸出液中保持较高的氧溶解浓度。二氧化碳是细菌生长的一种主要营养物质,空气中的二氧化碳可以满足细菌生长需要,一般不另外补充二氧化碳。

⑤三价铁离子 Fe 2+ 是氧化铁硫杆菌的能源,细菌把Fe 2+ 氧化为Fe 3+ 的过程获得能量,Fe 3+ 又是硫化矿物浸出的氧化剂。Fe 3+ 氧化硫化物后还原为Fe 2+ ,细菌又将Fe 2+ 氧化为Fe 3+ ,氧化-还原过程不断循环往复进行,浸出过程就能够持续发生。Fe 3+ 浓度影响浸出剂电位。有关化学反应方程式如下:

4Fe 2+ +O +4H =4Fe 3+ +2H O

4FeSO +O +2H SO =2Fe (SO ) +2H O

以上化学反应,只有在细菌作用下,反应速度才会加快,能够放出热量。

浸出剂中Fe 3+ 的浓度主要受细菌氧化速率、浸出硫化物速率、浸出溶液pH、其它离子浓度、温度等控制。Fe (SO ) 随浸出溶液pH值不同生成不同沉淀物,当pH≥2时,Fe 3+ 发生水解沉淀,铁沉淀物主要以Fe(OH) 为主,其次生成Fe · O沉淀;Fe 3+ 过高时,较低pH值也会生成生氢氧化铁沉淀;当pH 1.0~2.0时,Fe 3+ 主要以铁矾沉淀物为主,根据溶液中一价阳离子浓度(K 、Na 、NH ),分别生成黄钾铁矾、黄钠铁矾、黄铵铁矾沉淀物等。反应方程式如下:

Fe (SO ) +6H O=2Fe(OH) +3H SO 4

Fe (SO ) +3 O=Fe · O+3H SO 4

3Fe (SO ) +12KOH=K Fe (SO ) (OH) 12 +5K SO 4

3Fe (SO ) +12H O+K SO =K Fe (SO ) (OH) 12 +6H SO 4

(KOH可以为NaOH、NH OH,黄铁矾形成有硫酸产生,必须有碱性物质中和硫酸)

矿石浸出过程,黄铁矿受到细菌氧化生成Fe 3+ ,当pH≥2时,容易生成沉淀物,如果以Fe · O沉淀、铁矾沉淀为主,对细菌与矿物接触影响较小,对铜金属的浸出率影响程度小。以Fe(OH) 形式沉淀的物质,特别是陈化后的Fe(OH) 沉淀,很难重新溶解于稀硫酸,会堵塞矿堆、矿块孔隙,降低堆浸渗透性。针对此问题,细菌浸出时,一般控制pH值1.5~1.7,过高铁离子以生成KFe (SO ) (OH) 为主,基本不影响细菌与矿物接触。

控制pH值1.5~1.7的目的:

①能够提高浸出剂中Fe 3+ 浓度,提高硫化矿浸出速度;

②使浸出剂中产生  络离子,提高氧化能力,促进硫化矿浸出;

③防止铁离子以Fe(OH) 形式沉淀,影响浸出率指标。

pH值1.5时,Fe(OH) 2+ 及  络离子各占50%,络合后的Fe 3+ 比未络合的Fe 3+ 氧化能力强,对提高硫化矿浸出率指标十分有利。

(4) 有害组分影响 

溶液中大多数离子,当浓度超过一定极限时,特别是超过细菌所能够忍受的浓度时,杂质离子会对细菌的生长繁殖产生抑制或毒害作用,细菌可能会中毒。有关资料报道,经过驯化后的细菌能忍耐浓度As 3+ 、As 5+ 为15g/L,Zn 2+ 为119g/L,Ni 2+ 为72g/L,Co 2+ 为30g/L,Mn 为40g/L,VO 为12g/L,Cu 2+ 为56g/L,Fe 2+ 为160g/L,Ca 2+ 为4.9g/L,Mg 2+ 为2.4g/L。有些细菌经过变异后,也能够忍受更复杂、更高离子浓度的环境条件。

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