礦物生物處理p

礦物生物處理p第1頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理1、微生物浸礦的基本理論1）直接作用理論是指在有水、空氣存在的情況下，細(xì)菌與礦物表面接觸，將金屬硫化物氧化為酸溶性的二價(jià)金屬離子和硫化物的原子團(tuán)。如：（1）黃鐵礦

一、生物冶金技術(shù)2第2頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理（2）黃銅礦（3）輝鉬礦（4）稀有金屬鎵和鍺的硫化礦1、微生物浸礦的基本理論1）直接作用理論一、生物冶金技術(shù)3第3頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理2）間接作用理論在多金屬的硫化礦床中，通常含有黃鐵礦，在有細(xì)菌的條件下，可以被快速氧化，生成硫酸鐵，它是一種很有效的金屬礦物氧化劑和浸出劑，其它金屬礦物都可以被其浸出，凡是利用Fe3+為氧化劑的金屬礦物的浸出，都是間接浸出。如：（1）黃鐵礦一、生物冶金技術(shù)4第4頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理（2）鈾礦物（3）鉍礦物（4）銅礦物一、生物冶金技術(shù)5第5頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理3）復(fù)合作用理論是指在細(xì)菌浸出過程中，既有細(xì)菌的直接作用，又有Fe3+氧化的間接作用；有時(shí)以直接作用為主，有時(shí)則以間接作用為主。這是迄今為止絕大多數(shù)研究者普遍贊同的細(xì)菌浸礦機(jī)理。一、生物冶金技術(shù)6第6頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理2、微生物浸礦的影響因素

（1）菌種不同細(xì)菌對(duì)礦物的氧化和浸礦作用是不同的。目前用于浸礦的細(xì)菌主要有氧化亞鐵硫桿菌、氧化亞鐵微螺菌、氧化硫硫桿菌和嗜酸硫桿菌。實(shí)際應(yīng)用中，菌液是各種細(xì)菌的混合液。（2）細(xì)菌的適應(yīng)性（3）培養(yǎng)基的成分及氧和碳（4）有害組分和抑制組分一、生物冶金技術(shù)7第7頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微生物名稱生長(zhǎng)溫度pH值形態(tài)生理學(xué)特性氧化亞鐵硫桿菌5-401.2-6.0桿狀好氧、化能自養(yǎng)、革蘭氏陰性菌，單鞭毛，可動(dòng)氧化亞鐵鈞端螺旋菌301.5-4.0螺旋狀好氧、化能自養(yǎng)、革蘭氏陰性菌，有鞭毛，可動(dòng)氧化硫硫桿菌5-400.5-6.0桿狀好氧、化能自養(yǎng)、革蘭氏陰性菌，單鞭毛，可動(dòng)布賴爾利葉硫球菌55-801.0-5.1球形好氧、化能自養(yǎng)、革蘭氏陰性菌，不可動(dòng)嗜熱硫氧化菌20-601.1-5.0桿狀好氧、化能自養(yǎng)、革蘭氏陽(yáng)性菌常見浸礦微生物第二章礦物（煤）的生物處理一、生物冶金技術(shù)8第8頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理2）物理化學(xué)因素（1）pH值（2）溫度（3）氧化還原電位3）工藝技術(shù)因素（1）礦石粒度（2）礦漿濃度4）其他影響因素（1）表面活性劑（2）光照（3）金屬離子（4）滲透壓一、生物冶金技術(shù)9第9頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理3、微生物浸礦的實(shí)驗(yàn)室研究方法1）微生物浸礦的典型流程

原礦或精礦礦石準(zhǔn)備細(xì)菌浸出固液分離浸出渣富液金屬回收粗金屬尾液細(xì)菌再生細(xì)菌浸礦劑營(yíng)養(yǎng)劑空氣CO2一、生物冶金技術(shù)10第10頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理2）搖瓶試驗(yàn)它是一種分批培養(yǎng)方法。在反應(yīng)器中一次性加入培養(yǎng)基，然后接種并在一定條件下培養(yǎng)，浸出過程不再加任何物料，浸出結(jié)束后放出培養(yǎng)液處理。3）微生物柱浸試驗(yàn)無(wú)論浸出介質(zhì)是否循環(huán)，柱浸可作為地浸、堆浸的實(shí)驗(yàn)室模擬。浸柱直徑應(yīng)大于礦石顆粒直徑的10倍，浸柱高度至少應(yīng)該是柱直徑的5倍。一、生物冶金技術(shù)11第11頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、生物冶金技術(shù)12第12頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理4）攪拌浸出試驗(yàn)（1）半連續(xù)浸出試驗(yàn)（2）連續(xù)浸出試驗(yàn)一、生物冶金技術(shù)13第13頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微生物連續(xù)浸出實(shí)驗(yàn)裝置1-浸出反應(yīng)器；2-調(diào)漿反應(yīng)器；3-給礦機(jī)；4-礦漿收集器；5-礦漿14第14頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理4、微生物浸礦工藝過程微生物浸礦方法有許多種，大致可以分為：1）微生物堆浸2）微生物攪拌浸出3）微生物地浸4）微生物槽浸一、生物冶金技術(shù)15第15頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理1）微生物堆浸

微生物堆浸一般多在地面上進(jìn)行，通常利用斜坡地形，將礦石堆在不透水的地面，在礦堆表面噴灑細(xì)菌浸礦劑浸出，在低處建集液池收集浸出液。該工藝的特點(diǎn)是：規(guī)模大、浸出時(shí)間長(zhǎng)，成本低。微生物堆浸工藝流程示意圖一、生物冶金技術(shù)16第16頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微生物氧化難浸金礦的堆浸工藝流程17第17頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理2）微生物攪拌浸出微生物攪拌浸出法一般用于處理高品位的礦石或精礦，用于攪拌浸出的物料一般粒度非常細(xì)，濃度比較低。攪拌過程中還需控制溫度，以免影響細(xì)菌的生長(zhǎng)和生存。3）微生物地浸又稱為原地浸出或溶浸采礦，它是通過地面鉆孔至金屬礦體，然后由地面注入細(xì)菌浸礦劑到礦體中，浸礦劑在多孔的金屬礦體中循環(huán)，最后經(jīng)生產(chǎn)井用泵將浸出液抽到地面并回收。一、生物冶金技術(shù)18第18頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月含金氧化礦體的原地浸出示意圖19第19頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理4）微生物槽浸礦石的槽浸是一種滲透浸出的過程，通常在浸濾池或者槽中進(jìn)行，一般用于處理高品位的礦石或精礦，礦石粒度比堆浸小，每個(gè)浸出槽一次可以裝礦數(shù)十噸或數(shù)百噸，浸出周期為十天至數(shù)百天。一、生物冶金技術(shù)20第20頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理5、微生物浸礦的應(yīng)用實(shí)例1）含金黃鐵礦的微生物浸出2）銅礦物的微生物浸出3）鈾礦石的微生物浸出一、生物冶金技術(shù)21第21頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月含金黃鐵礦精礦微生物浸出工藝流程圖22第22頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月江西德興銅礦微生物堆浸-電積-萃取流程一、生物冶金技術(shù)23第23頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微生物浸出鈾礦石工藝流程一、生物冶金技術(shù)24第24頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理第七篇礦物（煤）的化學(xué)與生物處理煤的微生物脫硫是指通過培育出針對(duì)含硫化合物的菌種，利用煤中含硫化合物的生物化學(xué)反應(yīng)，或微生物在黃鐵礦表面的吸附改性，用瀝濾或浮選的手段實(shí)現(xiàn)脫硫的目的。與傳統(tǒng)方法相比，微生物脫硫具有常溫、常壓、溫和、耗能低、污染少、成本小、不損耗熱值等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有脫除有機(jī)硫的潛力。

二、煤炭生物脫硫25第25頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理1、微生物脫硫的起源與分類2、微生物浸濾法3、微生物浮選法4、微生物脫硫存在問題與發(fā)展方向5、微生物脫硫技術(shù)的發(fā)展?jié)摿Χ?、煤炭生物脫?6第26頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理煤的微生物脫硫是由生物冶金技術(shù)發(fā)展起來的。最早在1947年，Colmer和Hinkle發(fā)現(xiàn)，氧化亞鐵硫桿菌能夠促進(jìn)煤中的黃鐵礦的氧化溶解，從而揭開了微生物脫硫研究的序幕。煤的微生物脫硫技術(shù)可以分為微生物浸出法和微生物表面處理法兩大類。二、煤炭生物脫硫1微生物脫硫的起源與分類27第27頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理微生物浸出法是通過微生物的氧化作用，將黃鐵礦氧化分解成鐵離子和硫酸，硫酸溶于水后將其分離，從而完成煤的脫硫過程。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是裝置簡(jiǎn)單，僅需要在煤堆上面撒上含有微生物的水，通過水的浸透，實(shí)現(xiàn)煤的微生物脫硫，生成的硫酸在煤堆底部收集。但其缺點(diǎn)是處理周期長(zhǎng)，一般需要30天左右，而且浸出的廢液容易造成二次污染。二、煤炭生物脫硫28第28頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理微生物表面處理法，也稱微生物浮選法，是將大量繁殖的細(xì)菌液，加在待處理高硫煤漿中，在一定濃度的細(xì)菌和介質(zhì)條件下（溫度、pH值），細(xì)菌會(huì)有選擇性地吸附在黃鐵礦表面，使黃鐵礦表面由疏水變?yōu)橛H水，但細(xì)菌卻難以在煤顆粒表面吸附，煤粒仍然保持疏水性，再利用浮選技術(shù)把煤和黃鐵礦分離。目前研究使用最多的微生物是氧化亞鐵硫桿菌（Thiobacillusferrooxidans）和氧化硫硫桿菌(Thiobacillusthiooxidans)。

二、煤炭生物脫硫29第29頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理1）脫硫機(jī)理一般以DBT作為模型化合物來表征微生物對(duì)煤中有機(jī)硫的脫除機(jī)理，以微生物對(duì)煤中黃鐵礦硫的氧化過程表征對(duì)無(wú)機(jī)硫的脫除機(jī)理。有機(jī)硫的脫除機(jī)理分為4-S機(jī)理[17]和Kodama機(jī)理[18]，所謂4-S機(jī)理指微生物選擇性氧化DBT中的硫，不破壞芳環(huán)結(jié)構(gòu)，不降低煤的熱值；Kodama機(jī)理是指微生物以DBT中碳為碳源，降解芳環(huán)結(jié)構(gòu)，對(duì)DBT中的硫沒有或只有部分氧化，通過生成含硫的水溶性化合物達(dá)到脫硫的目的，但煤的熱值受到損失。2、微生物浸濾法二、煤炭生物脫硫30第30頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4—S途徑Kodama途徑（1）有機(jī)硫脫硫機(jī)理2、微生物浸濾法1）脫硫機(jī)理31第31頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理（2）無(wú)機(jī)硫的脫除機(jī)理

可能包含兩種途徑：

一種是黃鐵礦直接被微生物氧化成鐵離子和硫酸根離子另一種是微生物先將Fe2+氧化為Fe3+，F(xiàn)e3+作為強(qiáng)氧化劑與金屬硫化物反應(yīng)，將黃鐵礦硫氧化為硫酸根離子或元素硫

二、煤炭生物脫硫2、微生物浸濾法1）脫硫機(jī)理32第32頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理2）微生物脫硫的影響因素

微生物浸濾法脫硫的影響因素，主要集中在物理、化學(xué)、生物三個(gè)方面

物理因素化學(xué)因素生物因素煤粒度培養(yǎng)基組成菌體活性煤孔結(jié)構(gòu)毒物微生物群落固體濃度氣體組成接種物大小溫度PH值抗毒性壓力煤反應(yīng)性

二、煤炭生物脫硫2、微生物浸濾法33第33頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3）微生物脫硫菌種的選擇

微生物種類細(xì)胞形狀細(xì)胞壁性質(zhì)營(yíng)養(yǎng)類型能源溫度℃酸度硫桿菌屬桿G-嚴(yán)格和兼性自養(yǎng)Fe2+,S，無(wú)機(jī)硫化物2-401.2-5.0硫螺菌屬?gòu)澢鶪-嚴(yán)格自養(yǎng)Fe2+,FeS22-401.0-5.0假單胞菌屬桿G-異養(yǎng)有機(jī)硫化物287-8.5大腸桿菌桿G-異養(yǎng)有機(jī)硫化物30-407.0紅球菌屬球

異養(yǎng)有機(jī)硫化物307.0硫桿菌屬桿G+兼性自養(yǎng)Fe2+,S，無(wú)機(jī)和有機(jī)硫化物20-601.1-5.0芽孢桿菌屬桿G+異養(yǎng)有機(jī)硫化物287-8.5硫化葉菌屬不規(guī)則球G-兼性自養(yǎng)Fe2+,S，無(wú)機(jī)和有機(jī)硫化物40-901.0-5.8排硫球菌屬甲烷桿菌屬球或桿G-兼性自養(yǎng)Fe2+,S，無(wú)機(jī)和有機(jī)硫化物50-801-4Pyrococcus菌屬球

厭氧異養(yǎng)H2S、S1000.6-1.62、微生物浸濾法34第34頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理4）中試狀況

在歐共體資助下，意大利托雷斯港于1992年9月建成一個(gè)干煤處理量為50千克/小時(shí)的微生物浮選中試裝置，采用氧化亞鐵硫桿菌為脫硫菌，在分成兩組的6個(gè)體積為7.5立方米的攪拌槽式生物反應(yīng)器中，對(duì)粒度小于40um的細(xì)粒煤進(jìn)行處理。試驗(yàn)煤漿的固體濃度范圍6.5%-41.5%，達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間為10天左右。在煤漿流速為250L/h時(shí)，在前5個(gè)反應(yīng)器內(nèi)，脫除90%的黃鐵礦需要6.254天。

美國(guó)礦物局與PETC合作對(duì)匹茲堡煤進(jìn)行了兩種堆瀝試驗(yàn)，一是將23噸粒度小于5cm的粗煤在室內(nèi)瀝濾，一年后大約50%的黃鐵礦被脫除；

二、煤炭生物脫硫2、微生物浸濾法35第35頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理5）存在問題二、煤炭生物脫硫2、微生物浸濾法36第36頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理3、微生物-浮選法微生物-浮選法最早出現(xiàn)于80年代，是一種微生物改性的方法。它是通過親水的氧化亞鐵硫桿菌在黃鐵礦表面的選擇性吸附，增大黃鐵礦表面的親水性，使其可浮性受到抑制，從而實(shí)現(xiàn)與煤粒的分離。

1）脫硫機(jī)理利用微生物在黃鐵礦表面的吸附，以細(xì)菌的體表代替黃鐵礦的表面，增強(qiáng)黃鐵礦表面親水性，然后借助浮選手段，強(qiáng)化煤炭的浮選脫硫效果。

二、煤炭生物脫硫37第37頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）菌種的選育名稱形態(tài)特征表面特性最佳環(huán)境氧化亞鐵硫桿菌Thiobacillusferrooxidans0.5-2um直短桿狀接觸角20-30°荷負(fù)電（PH2.0）荷正電（PH1.3-4）PH1.4-1.5溫度20-35℃氧化硫硫桿菌Thiobacillusthiooxidans0.5-1um直短桿狀親水PH1.4-4.5溫度25-35℃分枝桿菌Mycobacteriumphki-1um漿果狀接觸角70°荷負(fù)電（PH2-10）PH3-6溫度-35℃酸熱硫葉菌Sulfolobusacidocaldarius0.8-1um不規(guī)則葉片球狀

PH1-5.8溫度>55℃酒酵母菌SaccharomycesCerevisiae

親水PH1.4-4.5溫度25-35℃二、煤炭生物脫硫3、微生物-浮選法38第38頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月浮選礦漿浮選柱精煤尾礦細(xì)菌培養(yǎng)液浮選藥劑煤漿微生物預(yù)處理3）浮選脫硫的工藝流程3、微生物-浮選法39第39頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理4）影響脫硫效果的因素

（1）細(xì)菌馴化時(shí)間（2）礦漿預(yù)處理時(shí)間（3）礦漿粒度（4）菌液濃度（5）pH值二、煤炭生物脫硫3、微生物-浮選法40第40頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章礦物（煤）的生物處理4、微生物