含砷难处理金矿细菌浸出基础理论及工艺研究（闵小波，中南大学2000博士论文）NH和pdf

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论文标题：含砷难处理金矿细菌浸出基础理论及工艺研究
Fundamental and technological studies on bioleaching of refractory arsenical gold concentrates by Thiobacillus ferrooxidans
论文作者：闵小波
论文导师：张传福 钟海云
论文学位：博士
学位授予年份：2000
论文专业：有色金属治金
论文单位：中南大学
论文页数：108
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摘要：
       难处理金矿是我国急待开发利用的宝贵资源。本文以广西金牙含砷难处理金矿为研究对象，开展了难处理金矿细菌氧化的基础理论及工艺研究，其主要内容如下：系统研究了Fe2+离子氧化与细菌生长的规律。考察了各种因素对细菌氧化Fe2+离子的影响，建立了Fe2+离子浓度变化响应细菌生长的动力学模型，该模型确立了Fe2+离子浓度变化与细菌生长动力学参数μm、K、ρb0/Y之间的关系。根据实验中Fe2+离子浓度ρ随时间t变化，用计算机编程拟合，能快速确定细菌生长动力学参数；另一方面，通过改变细菌生长的动力学参数，可以从理论上预示细菌生长过程中Fe2+离子的氧化规律。 根据细菌浸出过程的特点，绘制了FeAsS-H2O系、FeS2-H2O系电位-pH图。将此图与细菌活动电位-pH图进行有机结合，详细分析了细菌浸出过程中毒砂、黄铁矿溶解及产物生成的热力学。细菌生长环境正好处于矿物氧化溶解的范围，这表明细菌浸出毒砂、黄铁矿在热力学上是可能的。而毒砂、黄铁矿的浸出易于生成元素硫；一旦元素硫生成，由于其进一步氧化存在较高的势垒，如果没有细菌对其直接分解作用，三价铁离子不足以使它进一步氧化。此外，在毒砂、黄铁矿的浸出过程中，可能形成砷酸铁和黄钾铁矾两种沉淀产物。 采用新型矿物粉末微电极及稳态极化、循环伏安现代电化学测试手段，研究了毒砂、黄铁矿的电化学行为。考察了毒砂、黄铁矿的溶解规律。比较了细菌、三价铁离子及浸出过程中表面产物层对毒砂、黄铁矿浸出的影响，细菌的作用降低了黄铁矿的静电位，改变了黄铁矿表面物理化学状态，加快了黄铁矿的氧化；而细菌对毒砂的作用相对较小。在含三价铁的介质中，黄铁矿具有较强的反应惰性。 研究了黄铁矿、毒砂细菌浸出过程中主要参数（相关离子浓度、溶液pH值、电位、细菌浓度）变化的不同特点。黄铁矿细菌浸出过程中，溶液pH值显著下降，细菌大量吸附在黄铁矿表面，对于毒砂，溶液pH值下降平缓，表面吸附细菌较少。采用现代微区检测技术（SEM、EDS、XRD）详细分析了黄铁矿、毒砂浸出过程中表面性质的变化及最终产物的组成。黄铁矿表面形貌呈现明显的选择性腐蚀特征，且硫优先溶出，浸出后主要产物为黄钾铁矾类物质；而毒砂的腐蚀则在整个表面发生，表现出均匀腐蚀的特点，砷优先溶出，浸出产物为元素硫、砷酸铁和黄钾铁矾。黄铁矿、毒砂细菌浸出过程特性的研究发现黄铁矿、毒砂的氧化分别以细菌的直接作用和间接作用为主。这澄清了许多文献报道的有关矿物细菌浸出的直接机理和间接机理的混乱之争。在此基 础上，通过建立黄铁矿、毒砂细菌浸出的能带模型，进一步阐明了细菌浸出的机理。毒砂的腐蚀与三价铁离子产生的空穴注入价带有关：而黄铁矿的腐蚀则 主要通过吸附在表面的细菌将山溶解氧产生的空穴注入价带引起。自行设计并组装了实验室规模的细菌半连续浸出新型流态化床反应器。研究了广西金牙含砷浮选金矿细菌预氧化脱砷－氰化工艺，获得了理想的结果。在PH值2.0、三价铁离子浓度6．5g／L、矿浆浓度10％、浸出时间4天的条件下，批式流态化细菌浸出的脱砷率为82．5％，后续金的氰化浸出率为90％。用3个串联的流态化生物反应器对金精矿进行半连续试验，浸出过程中各槽参数表现了较好的稳定性，5~6天内砷的脱除率为91％，浸出3~4天也可脱除掉 82％的砷，后续的氰化浸金实验中金的浸出率分别可以达到92％和87．5％。研究结果可为含砷难处理金矿细菌浸出的工业实践提供重要依据。
关键词：含砷难处理金矿; 氧化亚铁硫杆菌; 热力学; 矿粉微电极; 机理; 能; 带模型; 流态化床反应器; 半连续浸出

目录：
文摘
英文文摘
前言
第一章 概论
1.1难处理金矿预处理研究现状
1.1.1难处理金矿分类
1.1.2难处理金矿预处理主要方法
1.1.3三种主要预处理方法技术经济评价
1.2难处理金矿细菌氧化预处理
1.2.1细菌氧化技术发展
1.2.2难处理金矿细菌氧化预处理技术现状
1.3本研究意义及思路
1.3.1本研究意义
1.3.2本研究思路
第二章 试验原料及研究方法
2.1试验矿物
2.1.1黄铁矿、毒砂纯矿物
2.1.2广西金牙含砷难处理金矿
2.2浸矿菌种及培养基
2.3试验研究方法
2.3.1细菌氧化浸出
2.3.2菌液离心
2.3.3细菌计数
2.3.4矿物表面形貌观测SEM
2.3.5表面成分分析EDS
2.3.6物相分析XRD
2.3.7电化学测试
2.3.8浸渣氰化浸金
2.3.9分析方法
第三章 Fe2+离子的氧化与细菌生长动力学
3.1引言
3.2细菌作用Fe2+离子机理
3.3 Fe2+离子响应细菌生长
3.3.1试验过程
3.3.2影响Fe2+离子响应细菌生长的因素
3.3.3 Fe2+离子响应细菌生长的动力学模型
3.4小结
第四章 毒砂、黄铁矿细菌浸出热力学
4.1引言
4.2细菌-FeAsS-H2O系电位-pH图
4.3细菌-FeS2-H2O系电位-pH图
4.4小结
第五章 毒砂、黄铁矿细菌浸出的电化学行为
5.1引言
5.2 3L培养基中毒砂、黄铁矿的电化学行为
5.2.1 3L培养基中毒砂、黄铁矿的阳极极化
5.2.2 3L培养基中毒砂、黄铁矿的氧化机理
5.3三价铁的作用
5.4细菌的作用
5.5细菌浸出后表面产物的影响
5.6小结
第六章 黄铁矿、毒砂细菌浸出特性及其机理
6.1引言
6.2黄铁矿、毒砂的细菌浸出
6.3黄铁矿、毒砂的细菌浸出过程行为
6.3.1试验过程
6.3.2浸出过程铁、砷浓度的变化
6.3.3浸出过程二价铁浓度的变化
6.3.4浸出过程体系pH值的变化
6.3.5浸出过程体系电位的变化
6.3.6浸出过程细菌浓度的变化
6.3.7浸出过程SEM、EDS变化及XRD检测
6.4黄铁矿、毒砂细菌浸出的机理
6.4.1黄铁矿、毒砂细菌浸出主要特征
6.4.2黄铁矿、毒砂细菌浸出机理分析
6.5黄铁矿、毒砂细菌浸出的能带模型
6.6小结
第七章 含砷难处理金矿细菌氧化-氰化工艺研究
7.1引言
7.2广西金牙金矿细菌可浸性分析
7.3浸矿菌种的驯化
7.4流态化生物反应器
7.5流态化批式脱砷-氰化浸出
7.5.1试验过程
7.5.2影响因素
7.5.3金的氰化率与砷氧化率的关系
7.6金牙金精矿流态化细菌浸出半连续试验
7.6.1半连续试验过程
7.6.2半连续试验有关参数计算
7.6.3半连续试验结果与讨论
7.6.4半连续细菌浸出的浸渣氰化
7.7小结
第八章 总结
参考文献
附录：作者在攻博期间公开发表论文目录
致谢