Sulfolobus metallicus浸出三种典型硫化矿过程中矿物表面硫形态转化研究

摘要

硫化矿生物浸出本质上是微生物-矿物相互作用的结果。生物浸出过程中硫形态转化复杂多样，并与硫化矿浸出的钝化作用有着密切的关系，极端嗜热微生物因其特殊的生活条件，理化性质和优良的浸出金属硫化物的能力已成为研究的热点。因此，本课题以嗜酸嗜热菌Sulfolobus metallicus(S.metallicus)为研究对象，选取酸不溶性金属硫化矿黄铁矿以及酸可溶性金属硫化矿闪锌矿和黄铜矿，综合采用XRD、FT-IR、硫的K-边XANES等硫形态分析方法研究生物浸出过程中矿物表面硫形态转化。具体内容包括以下四部分：
　　 (1)S.metallicus在三种能源基质下生长时细胞表面化学性质研究
　　 以极端嗜热菌S.metallicus为研究对象，采用zeta电位，FT-IR等方法对亚铁、单质硫、黄铁矿这三种能源基质中生长S.metallicus胞外性质进行了研究，结果发现其胞外性质在很大程度上取决于其能源基质。Zeta电位结果表明，在固体底物中生长的细胞比可溶性底物中细胞具有更高的等电点。FT-IR法分析亚铁和硫中生长S.metallicus细胞表面化学性质时发现，硫生长细胞图谱特征峰更丰富，强度更强。表明固体基质生长S.metallicus细胞表面具有更多的糖类或蛋白类物质。
　　 (2)S.metallicus浸出含铁闪锌矿过程中矿物表面硫形态转化研究
　　 综合利用XRD、FT-IR、硫的K-边XANES等方法对65℃下S.metallicus浸出含铁闪锌矿过程中浸矿行为及矿物表面硫形态转化进行了研究。浸矿结果表明在S.metallicus的作用下，锌的溶出效率高，浸矿初期，矿物中的黄铁矿促进了锌的溶出，而在浸矿后期由于黄钾铁矾的积累从而抑制了锌的溶出。硫形态转化分析结果表明黄钾铁矾和单质硫是生物浸矿残渣的主要组成成分，而黄钾铁矾的累积是造成浸矿速率下降主要原因。
　　 (3)S.metallicus浸出含黄铁矿过程中矿物表面硫形态转化研究
　　 综合利用XRD、FT-IR、硫的K-边XANES等方法对65℃下S.metallicus浸出黄铁矿过程中浸矿行为及矿物表面硫形态转化进行了研究。浸矿结果表明在S.metallicus的作用下，铁的溶出效率高。硫形态转化分析结果表明浸矿过程中矿物表面出现了黄钾铁矾、单质硫以及少量的亚硫酸盐，结合浸矿过程中溶液中总铁含量的变化，发现黄钾铁矾的累积才是高温条件下造成浸矿速率下降主要因素。
　　 (4)S.metallicus浸出黄铜矿过程中矿物表面硫形态转化研究
　　 综合利用XRD、FT-IR、硫的K-边XANES研究65℃下S.metallicus浸出黄铜矿过程中浸矿行为及硫形态转化。浸矿结果表明在S.metallicus的作用下，铜的溶出效率高。硫形态转化分析结果表明浸矿过程中矿物表面出现了铜蓝、斑铜矿、辉铜矿、单质硫以及黄钾铁矾等多种含硫化合物，结合浸矿过程中溶液中铜离子浓度的变化，发现黄钾铁矾的累积才是高温条件下造成浸矿速率下降主要因素，而铜蓝、斑铜矿等次生硫化矿的出现促进了黄铜矿的分解。