硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4

硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)42024/3/29硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4銅及其化合物用途廣泛，表現(xiàn)了良好的市場需求和市場價(jià)格。我國銅資源有限，自產(chǎn)銅原料只能滿足銅需求的30%左右，必須開發(fā)利用各種銅資源，特別是低級(jí)品味的銅資源冶金開發(fā)利用，以彌補(bǔ)銅資源的不足，促進(jìn)我國同冶金工業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

低品位硫化銅礦開發(fā)利用方法比較多，但能經(jīng)濟(jì)、高效利用低品位硫化銅資源的卻很少，細(xì)菌冶金技術(shù)就是其中之一。硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4主要的硫化銅礦銀黝銅礦黝銅礦黃銅礦硫銅鈷礦銀黝銅礦硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4銅藍(lán)硫砷銅礦方銅礦斑銅礦輝銅礦硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4細(xì)菌浸出細(xì)菌浸出是近20年發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，它是利用微生物及其代謝產(chǎn)物氧化、溶浸礦石中目的組分的一種曠物化學(xué)處理新工藝。目前已知有多種浸礦細(xì)菌，其中重要的浸礦細(xì)菌如表2所示，這些細(xì)菌廣泛分布于金屬硫化礦、煤礦的坑道酸性水中.硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4表2浸礦細(xì)菌種類與生理特性硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4

以上細(xì)菌均屬于化能自養(yǎng)菌，即它們不需外加有機(jī)物質(zhì)作能源，而以鐵硫氧化時(shí)釋放出來的化學(xué)能作為能源，以大氣中的二氧化碳為唯一的碳源，并吸收溶液中的氮、磷等無機(jī)養(yǎng)分來合成自身的細(xì)胞。它們嗜酸好氣，習(xí)慣生活于酸性(pH=1.5~3.0)及含多種重金屬離子的溶液中。這些化能自養(yǎng)菌只能從無機(jī)物質(zhì)的氧化中取得能源，在酸性條件下，能很快地將硫酸亞鐵氧化為硫酸高鐵(其氧化速度比自然氧化高112—120倍)，可將元素硫及還原性硫化物氧化為硫酸。硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4

此外，目前也發(fā)現(xiàn)有能將硫酸鹽還原為硫化物，將硫化氫氧化為元素硫，將氮?dú)庋趸癁橄跛猁}的細(xì)菌。因此，可以認(rèn)為許多沉積礦床是經(jīng)過微生物作用而形成的。目前，，對細(xì)菌浸礦的機(jī)理大致有兩種看法：，1．細(xì)菌的直接作用以氧化鐵硫桿菌為例，它能將黃鐵礦中的低價(jià)鐵氧化為硫酸高鐵，將硫氧化為硫酸，此氧化過程破壞了礦物組分的晶格，使銅及其它金屬組分呈硫酸鹽的形態(tài)轉(zhuǎn)入溶液中。硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4但直接作用緩慢，所需時(shí)間較長，其反應(yīng)可以下式表示：CuFeS?+40?==CuSO?+FeSO?

Cu?S+H?S0?+O?==2CuSO?+H?02．細(xì)菌的間接催化作用金屬硫化礦中的黃鐵礦在有氧和水存在的條件下，將緩慢地氧化為硫酸亞鐵和硫酸：2FeS?+70?+2H?0==2FeSO?+2H?S0?在氧和硫酸存在的條件下，細(xì)菌可起一種催化作用，使亞鐵氧化為高鐵：4FeS0?+2H?SO?+O==2Fe?(SO?)?+2H?O所生成的硫酸高鐵是許多硫化礦的良好浸礦試劑，如溶解黃鐵礦的反應(yīng)為：FeS?+Fe?(SO?)?二3FeSO?+2S硫化礦溶解時(shí)生成的亞鐵和元素硫，可在細(xì)菌的催化作用下硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4

硫化銅礦的種類與可浸性比較自然界中含銅礦物至少有360種，這些銅礦物又可分為硫化銅礦物和氧化銅礦物。我國的銅礦物以硫化礦為主，在已探明的儲(chǔ)量中，硫化礦占87％，氧化礦占10％，混合礦只占3％。硫化銅礦物主要有輝銅礦、黃銅礦、斑銅礦、黝銅礦和銅藍(lán)，氧化銅礦物主要有孔雀石、藍(lán)銅礦、硅孔雀石、水晶礬、氯銅礦。硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4分別被氧化為高鐵和硫酸：2S+30?+2H?o==2H?SO?反應(yīng)生成的硫酸高鐵和硫酸是許多金屬氧化礦和硫化礦的良好浸出劑。硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4對細(xì)菌浸出時(shí)各種硫化銅礦浸出的難易程度的判斷至今也沒有什么理論依據(jù)，但大量的實(shí)驗(yàn)研究與工業(yè)實(shí)踐為我們提供了一些很有價(jià)值的認(rèn)識(shí)。一個(gè)比較系統(tǒng)的研究是英國比利頓公司過程研究所作的，用中溫細(xì)菌(主要是氧化亞鐵微螺菌、氧化硫硫桿菌與T．Caldus)在40℃溫度下浸出贊比亞與智利的浮選精礦，分別跟蹤分析了精礦所含的各種硫化銅礦的浸出情況，得出各硫化銅礦浸出率隨時(shí)間的關(guān)系如圖7-1與圖7-2。硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4圖7—1、圖7—2表明，中溫細(xì)菌浸出時(shí)，各種硫化銅礦的浸出效果由大到小可排序如下：輝銅礦>斑銅礦>古巴礦>銅藍(lán)>黃鐵礦>硫砷銅礦>硫銅鉆礦>黃銅礦輝銅礦最易浸出，黃銅礦最難浸出。難怪世界上建成的銅礦細(xì)菌堆浸廠基本上是以輝銅礦為主的。黃銅礦堆浸效果不佳，試驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)(圖7—3)。圖中的民樂銅礦的銅以輝銅礦為主，大紅山銅礦與中甸上江鄉(xiāng)銅礦的含銅礦物以黃銅礦為主。硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)41、輝銅礦（Cu2s）在硫化礦的氧化浸出中輝銅礦有其獨(dú)特之處。(1)浸出分兩步進(jìn)行。硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4(2)從Cu2s到CuS之間生成一系列非計(jì)量化學(xué)的Cu—S固溶體的中間產(chǎn)物。Koch測繪了用Cu2s薄膜做成的電極的開路電位與Cu2s—CuS之間銅含量的關(guān)系線，示于圖7—4。線上的平臺(tái)對應(yīng)一兩相區(qū)間，而電位急劇上升則標(biāo)志成分的變化。硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4(3)Cu?s以及從Cu?s到CuS之間各種中間產(chǎn)物為P型半導(dǎo)體，其禁帶約為1.8eV。輝銅礦的導(dǎo)帶由銅的4s軌道演化而來，而其價(jià)帶則來自s的3p軌道。硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4(4)浸出過程動(dòng)力學(xué)。圖7—5為Cu2s在Fe2（so4）3溶液中30℃下浸出速率與時(shí)間的關(guān)系曲線。由圖看出，從Cu2s到Cu1.2s的轉(zhuǎn)化速率很快，到Cu浸出率α約等于0.27前(相當(dāng)于轉(zhuǎn)為CU1.46S)，浸出過程動(dòng)力學(xué)為Fe(Ⅲ)的一級(jí)反應(yīng)。α<0．27，按邊界層傳質(zhì)控制模型計(jì)算的浸出速率與實(shí)測值相吻合，求出其相應(yīng)活化能為11．76kJ／m01。α>0．27后，速率迅速減少至α＝0．4。在0．27<α<0．4區(qū)間，速率與Fe(Ⅲ)濃度與Cu1＋xS晶格中可遷移的Cu＋濃度[Cu1＋]成正比。硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)42、黃銅礦2、1黃銅礦的晶體結(jié)構(gòu)黃銅礦屬N型半導(dǎo)體，電阻率為10－3Ω·m，禁帶為0。黃銅礦的價(jià)電子帶由金屬原子軌道與硫原子軌道共同給出。硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)42、2黃銅礦溶解機(jī)理黃銅礦的陽極溶解靠的是價(jià)帶的空穴與導(dǎo)帶電子的轉(zhuǎn)移，溶解的開始階段是空穴的填充。與金屬依靠自由電子導(dǎo)電不同，半導(dǎo)體中可以區(qū)分出兩類載流子(電子和空穴)導(dǎo)電機(jī)理，如圖所示。由于半導(dǎo)體禁帶較窄，不要太多的能量就能使至少有少數(shù)具有足夠熱能的電子從滿帶(又稱為價(jià)帶)激發(fā)到空帶(又稱為導(dǎo)帶)，而在價(jià)帶中留下空穴。因?yàn)閮r(jià)帶中的電子原來已滿，是定域的，不能在晶體中自由運(yùn)動(dòng)，所以不起導(dǎo)電作用，而導(dǎo)帶中的電子幾乎可以自由地在晶體中運(yùn)動(dòng)而傳導(dǎo)電流。硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)42、3黃銅礦細(xì)菌浸出的一些規(guī)律

M．Boon與J．J．Heijnen分析總結(jié)了1970～1992年間發(fā)表的關(guān)于黃銅礦細(xì)菌浸出的24篇文獻(xiàn)，提出了關(guān)于黃銅礦浸出的以下結(jié)論：(1)在排除擴(kuò)散控制的條件下，黃銅礦細(xì)菌浸出的速率常數(shù)明顯地大于化學(xué)浸出的速率常數(shù)，前者為后者的5～10倍。(2)在生成鐵礬的情況下，細(xì)菌浸出與化學(xué)浸出的速率相同，明顯地低于無鐵礬生成時(shí)的細(xì)菌浸出速率。(3)細(xì)菌浸出速率隨礦石粒度下降而上升硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)42、4表面固態(tài)產(chǎn)物膜

在各種硫化礦中黃銅礦屬于較難浸出的，其原因歸結(jié)于在黃銅礦的表面隨反應(yīng)的進(jìn)行生成了固態(tài)產(chǎn)物層覆蓋于礦粒表面從而阻礙了反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行。但這一固態(tài)產(chǎn)物層是何物則有三種不同的觀點(diǎn)。一是鐵礬層觀點(diǎn)，二是元素硫?qū)佑^點(diǎn)，三是銅藍(lán)層觀點(diǎn)

硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4

2、5在黃銅礦的細(xì)菌浸出實(shí)踐中因操作上的失誤可能會(huì)導(dǎo)致氧與二氧化碳供應(yīng)不足而限制過程的進(jìn)行。

2、6在細(xì)菌浸出實(shí)踐前必須對細(xì)菌進(jìn)行馴化。

2、7在黃銅礦細(xì)菌浸出過程中由于原電池效應(yīng)，黃鐵礦的存在，浸出速率增大。

2、8低品位黃銅礦細(xì)菌浸出速率比精礦浸出速率大10倍，這同樣可能是因?yàn)辄S鐵礦的存在，當(dāng)然也不排除若干其他因素的作用。硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4

2、9用氧化亞鐵硫桿菌浸出黃銅礦(在35℃下)，加Ag＋作催化劑，12天銅浸出率為80％，而不加Ag＋時(shí)僅為25％。用高溫細(xì)菌在68℃下浸出Ag+沒有明顯的催化作用。這兩種溫度下有兩種不同的作用機(jī)理，35℃下的浸出，在黃銅礦表面生成了Ag2S，而在68℃下浸出時(shí)在黃銅礦表面生成了金屬銀的薄膜。硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)43、銅藍(lán)的浸出硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌浸出理論基礎(chǔ)4硫化銅礦細(xì)菌