生物选矿技术-第五章影响微生物浸出的因素.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第五章影响微生物浸出的因素,细菌浸出与化学浸出的区别,细菌浸出是一个更复杂的反应过程，在这个过程中既有细菌生长繁殖和生物化学反应，又有浸出剂和矿物的化学反应,细菌的的生长状况是整个细菌浸出过程的制约环节，因此，细菌生长繁殖速度比矿物化学浸出反应慢得多。,硫化矿的细菌浸出过程是一个复杂的反应过程,在这个过程中存在着:,细菌的生长繁殖和生物化学反应,细菌与矿物之间的作用,浸出剂和矿物之间的化学反应,在此过程中作用的对象是矿石，,矿石的性质,是影响浸出的首要因素。,再者，,浸出体系,对细菌的生长和一系列反应的进行有着重要的影响，,细菌,的生长情况和活性是浸出过程的重要环节。,对浸出体系多因素相互作用深入系统的研究，将为生物浸出速度慢，浸出率低等缺点的解决提供研究支持。,1）生物学因素,菌种,不同细菌对矿物的氧化和浸矿作用是不同的。目前用于浸矿的细菌主要有氧化亚铁硫杆菌、氧化亚铁微螺菌、氧化硫硫杆菌和嗜酸硫杆菌。实际应用中，菌液是各种细菌的混合液。,2）环境物理化学因素,（1）PH值，酸度（2）温度，（3）氧化还原电位，（4）,O,2,和CO,2,的含量，（5）Fe,3+,浓度，,（6）表面活性剂，（7）光照，（8）金属离子，（9）渗透压,3）矿石因素,（1）矿石粒度，（2）矿浆浓度,细菌浸出过程的影响因素,微生物的营养物质通常为六个要素:水、碳源、氮源、无机盐、生长因子和能源。,在生物氧化过程中矿质化能自养菌所需的营养主要为碳、氮、磷、钾、硫、钙、镁、钠等，,这些物质中的大部分可从氧化的,矿物,中得到，,需另外补充的主要为,碳,(从空气中补充)、,氮,(部分从空气中，部分从氨盐或硝酸盐中补充)、,磷,(从无机磷酸盐中补充)和,钾,(从无机钾盐中补充)。,由于矿质化能自养菌不需要外源有机物质，只需无机物就能合成全部细胞物质，故其生长不需要生长因子。,而能量则主要靠从氧化的过程中获取。,试验证明，在供给足够CO,2,的情况下，,氮,对矿石浸出效果影响最明显，,磷,酸盐浓度也是浸出速率的限制因素，,铁,离子浓度为总浸出率的限制因素。,所以浸出过程中必须保证细菌生长必须的营养物质NH,4+,和磷酸盐。,除提供细菌所需的营养外，还要提供细菌进行代谢活动所需的能源。浸矿细菌的能源主要是Fe2+和S。,此外，要利用矿物中的组分作为代谢活动的能源，通过培育和驯化细菌使细菌适应浸出矿物的条件。,CO,2,足够时培养基中,氮,的影响最明显,磷,的影响,磷酸盐含量为,15mg/L,时黄铜矿浸出率最大，浓度为,60mg/L,浸出速率最高。,多数矿石中都含有磷酸盐，浸出时可以不加或少加磷酸盐。,其他营养成分充足时，磷酸盐浓度是浸出速率的限制因素。,对硫氧化率的影响,对铁氧化率的影响,金属离子含量过多，将对细菌产生毒害作用。,金属以电解质形式影响细胞的渗透压，这类细菌对渗透压的变化适应性较强,以硫为能源的细菌，在含硫的培养基中加入其他离子，细菌氧化硫的能力会受到影响。,氯化钠可以抑制50%的细菌复制。氟离子严重抑制细菌生长，同时降低细菌氧化硫的能力。,硫化物溶度积很小的金属的阳离子如Ag,+,、Bi,3+,、Co,2+,等对金属硫化物的细菌浸出有催化作用，用氧化亚铁硫杆菌浸出闪锌矿时，Ag,+,、Bi,3+,可催化闪锌矿的浸出。,细菌对各种离子的抗性对浸出是很重要的。研究表明，不同的细菌，同一细菌的不同菌株，同一菌株在经历了不同环境下的培养后，其抗性各异。,各种离子对细菌的生长有很大的影响，在细菌浸出体系中要充分考虑离子带来的影响，进而达到较好的浸出效果。,细菌生长中的实际消耗的氧，比水中溶解的氧多两个数量级,(,常温常压下水中氧的溶解量为,7mg/L),。所以仅靠自然溶解在水中的氧远不能满足细菌需要，向溶液中充气或加快溶液的循环速度，以改善溶液中氧的供应状况。,据测定在细菌分解黄铜矿的试验中，充入溶液的空气中氧的利用率仅为,4.7%,。,通气对细菌氧化Fe,2+,的速度的影响,通气条件下(4d)：,Fe,2+,氧化量为660mg/L,不通气条件下(4d)：,Fe,2+,氧化量仅50mg/L,说明：,过度充气也会影响细菌活性。,实际浸出作业中，通气速度为0.06-0.1 m,3,/(m,3,min)。一般情况下，空气中的CO,2,可满足细菌的需要，但有时为加快细菌繁殖速度，在供气中补加1%-5%的CO,2,。,细菌都有各自最适应的生长温度条件，氧化铁硫杆菌的最适生长温度是,30-32,，,此时细菌活力强、生长快、浓度高、浸出快。,当温度低于,10,时，细菌活力变得很弱，生长繁殖也很慢。当温度高于,45,时，细菌生长也受影响，甚至要死亡。,最适于细菌生长的温度，也是细菌氧化力最强的温度范围。,环境温度的影响,金属硫化矿的氧化是放热反应，搅拌槽浸有时温度可达90以上，堆浸的矿堆内部温度有时高达80以上。用细菌氧化含硫高的精矿时放热现象更明显，这对不耐热的氧化铁硫杆菌不利。,因此，使用某些耐高温的菌株是人们感兴趣的方向。可耐受6080的高温和耐受4050中等耐热菌可采用。其对金属硫化物精矿的浸出效果比氧化铁硫杆菌好。,环境酸度的影响,浸出体系的PH值直接影响细菌繁殖速率、细菌的氧化能力和活性以及硫化矿的氧化速率，同时也决定了适宜生长繁殖的细菌和菌种。,对于不同的细菌，最适宜的酸度条件不同，黄铁矿生物氧化连续浸出实验研究发现：,当矿浆pH升高至1.5一2.3时，以氧化亚铁硫杆菌为主。当PH为 2时可生成结晶性黄铁矾沉淀包围在矿石表面，形成致密的包裹层。,培养基中不加Fe,2+,，矿石中的黄铁矿受细菌氧化也会生成Fe,3+,，当pH2时，也会形成沉淀Fe,2,O,3,nH,2,O（氧化铁凝胶）是一种非结晶的胶状沉淀物，该沉淀物以类似悬浮的形状附于矿石表面，不妨碍细菌与矿物接触，不影响浸出。,水溶液中,Fe,3+,的溶解度与溶液,pH,值、温度及其它离子存在情况有关。当,Fe,3+,浓度超过它的溶解度或溶液,pH,值增高时，部分,Fe,3+,开始水解形成新的平衡：,Fe,3+,+3H,2,O=Fe(OH),3,+3H,+,此反应对溶液有缓冲作用，水解反应还有以下平衡：,Fe(H,2,O),6,3+,+H,2,O=Fe(H,2,O),5,OH,2+,+H,3,O,+,2Fe(H,2,O),5,OH,2+,=Fe,2,(H,2,O),8,(OH),2,4+,+2H,2,O,以上水解平衡是缓慢达到的，已沉淀的铁盐特别是老化后的沉淀，再重新溶解是困难的。,铁离子沉淀对矿石堆浸的影响,当浸出液矿石堆后，溶液中的一部分铁以不同方式沉淀在矿石堆中，流出液中总含铁量逐渐下降。,沉淀的铁可能包围矿石表面，防碍矿石继续溶解，也有可能堵塞矿石中的孔隙，使矿堆渗透变差，也许会造成溶液短路。,对空气在矿堆中的流通产生不利影响。,总之，铁离子沉淀对细菌浸出不利，应避免发生。,避免铁离子产生沉淀的措施,适当提高溶液酸度，将浸出过程的酸度控制在,pHHg,2+,Co,2+,Bi,3+,；,闪锌矿：Cu,2+,Bi,3+,Co,2+,Hg,2+,从金属浸出速率看：,复杂硫化矿物：Hg,2+,CO,2+,Bi,3+,Ag,+,，,闪锌矿为：Bi,3+,Ag,+,Hg,2+,Co,2+,。,金属离子加快CuFeS,2,氧化反应速度的原因：,CuFeS,2,的阳极反应为：,CuFeS,2,=Cu,2+,+Fe,2+,+2S+2e,-,有细菌作用时：将S氧化为H,2,SO,4,，将Fe,2+,氧化为Fe,3+,，从而促进了总浸出反应。,六、介质的氧化还原电位,硫化矿的浸出过程是一个电极腐蚀过程，氧化还原电位是浸出过程的固有因素。浸出液中Fe3+与Fe2+的浓度比决定氧化还原电位。氧化还原电位对浸出至关重要。氧化还原电位及其控制，是黄铜矿精矿搅拌浸出和原矿的堆浸过程中关键因素。,通过控制浸出液中的Fe3+/Fe2+，从而控制氧化还原电位在适宜的浸出要求范围内。一般以控制在340-680mV为宜。,在黄铜矿的浸出过程中，利用硫代硫酸盐调节矿浆氧化还原电位在540mv-66Omv时，可以极大的提高黄铜矿的浸出率。,七、光线的影响,微生物对紫外线很敏感,用于浸矿的细菌曝晒在直射光下，细菌即使不死亡，其活力和生长繁殖都会受到不利影响。,在曝露于阳光下深,0.6m,以内的浅培养池中，几乎观察不到细菌氧化作用。,堆浸中暴露于阳光下的矿堆表面，细菌的作用也很微弱。,总结,相对于矿物浸出化学反应来说，细菌生长繁殖过程是个缓慢的过程，,细菌浸出金属的总反应速度受细菌生长速度控制。,细菌浸出速度与浸出介质中细菌的浓度成正比，细菌生长繁殖速度受环境因素控制，当环境通气量与其他条件固定时生长率与培养基某一组分浓度有关。,实际上，存在细菌时，黄铁矿氧化产生硫酸亚铁的反应对溶液电位影响很大。,铁离子的缓冲作用使环境电位维持于400mV左右。,在该电位下可氧化大部分金属硫化矿物质。细菌的作用是不断将生成的FeSO,4,氧化为Fe,2,(SO,4,),3,。,