中温菌混合浸出黄铜矿过程中群落结构变化及矿物表面硫形态转化的研究

摘要

本文比较了三种典型铁/硫代谢菌--Acidithiobacillusferrooxidans，Leptospirillum ferriphilum及 Acidithiobacillusthiooxidans在30℃、起始pH1.8、矿浆浓度4％条件下，单独/混合浸出黄铜矿过程中细菌铁/硫氧化情况及浸出情况。通过RFLP法研究了元素硫对黄铜矿浸出及群落结构的影响，综合利用XRD、硫的K边XANES等分析手段比较分析了三种细菌单独/混合浸出黄铜矿过程中矿物组成成分变化和矿物表面硫的形态转化。结果如下：
　　 (1)单一及混合菌浸出黄铜矿的比较分析
　　 A.thiooxidans及L.ferriphilum浸出黄铜矿时生长和浸出现象不明显，A.ferrooxidans浸出后期出现较为严重的钝化现象，浸出率为59％，混合菌浸出黄铜矿时，浸出体系中细菌浓度、Fe3+浓度最高，浸出率为67％，明显较单菌浸出时高。另外，混合菌浸出黄铜矿时浸出体系pH最低、硫氧化能力最高。
　　 (2)混合菌浸出黄铜矿过程中群落结构变化及元素硫对其的影响
　　 混合菌浸出前期，体系中主要以A.ferrooxidans为优势菌，细菌浸出黄铜矿初期酸浸、细菌的铁氧化提供的Fe3+浸出为黄铜矿的主要浸出作用。浸矿过程后期，A.thiooxidans菌均显著增加，其原因可能是大量铁离子沉降为黄钾铁矾等钝化层物质，从而使得A.ferrooxidans、L.ferriphilum的铁氧化底物减少，最终影响其生长。同时也说明A.thiooxidans菌可能在抑制钝化层生成及消解钝化层，从而促进黄铜矿继续浸出的过程中起重要作用。
　　 添加S0后，改变了浸矿体系的群落结构。促进了硫氧化细菌的生长，硫氧化细菌优先利用S0，产生的酸抑制了黄钾铁矾的生成。适量的元素硫使浸矿体系中保持高浓度Fe3+，促进了黄铜矿的溶出。过量的元素硫使pH低于1.0，细菌铁氧化能力减弱，矿物浸出受到抑制。
　　 (3)三种典型能量代谢菌浸出黄铜矿过程中矿物表面硫形态转化的研究
　　 混合菌浸出时，体系的硫/铁氧化活性较单菌浸出有明显提高，硫的K边XANES分析结果表明，黄钾铁矾会在实验中逐渐累积，是钝化作用的主要因素，而元素硫的产量呈逐步下降趋势。A.thiooxidans、L.ferriphilum的存在增加了体系的硫氧化活性，从而使得pH降低，有效的抑制了黄钾铁矾的生成，同时更为有效的消解矿物表面积累的元素硫层，使铜浸出率明显提高。
　　 黄铜矿的生物溶出实验存在最适的氧化还原电位值540mV，更高的电位会抑制黄铜矿的溶出，这与黄铜矿二步溶出模型相一致。黄铜矿的硫的K边XANES谱拟合结果显示在浸出初期，电位较低时浸出体系中会有辉铜矿产生，这可能是低电位条件下黄铜矿浸出速率较高的原因之一。另外，混合菌浸出时，辉铜矿的生成量明显较单一细菌浸出时高，这可能是混合菌浸出效率提高的另一个关键因素。