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甲玛低品位铜矿石微生物浸出试验研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 我国铜矿资源的开发利用现状

1.2 微生物湿法冶金的发展现状

1.2.1 概念

1.2.2 微生物湿法冶金的特点

1.2.3 微生物湿法冶金的发展简史

1.2.4 国外微生物湿法冶金工业化进程

1.2.5 国内微生物湿法冶金工业化进程

1.3 硫化铜矿物微生物浸出的研究

1.3.1 常见的浸矿用微生物

1.3.2 微生物浸出主要工艺

1.3.3 微生物浸出硫化铜矿石的作用机理研究

1.3.4 矿石微生物浸出过程的主要影响因素

1.3.5 矿石生物浸出过程存在的主要问题

1.4 本研究的意义和主要研究内容

第2章 试验材料与研究方法

2.1 试验材料

2.1.1 试验用矿样

2.1.2 甲玛酸性矿坑水样

2.1.3 培养基

2.1.4 试验用药剂和仪器设备

2.2 研究方法

2.2.1 菌株XZ的富集培养

2.2.2 细菌形貌观察

2.2.3 细菌计数

2.2.4 细菌生长条件试验

2.2.5 摇瓶浸出试验

2.2.6 柱浸试验

2.2.7 细菌吸附试验

2.3 分析测试方法

2.3.1 电感藕合等离子发射光谱分析(ICP-AES)

2.3.2 亚铁滴定分析

2.3.3 全铁滴定分析

2.3.4 pH值和氧化还原电位的测定

第3章 浸矿用细菌的特性研究

3.1 细菌形貌观察

3.1.1 光学显微镜的观察结果

3.1.2 扫描电子显微镜的观察结果

3.2 外界条件对细菌生长的影响研究

3.2.1 温度对菌株XZ氧化活性的影响

3.2.2 初始pH对菌株XZ氧化活性的影响

3.2.3 温度对菌株DB氧化活性的影响

3.2.4 初始pH对菌株DB氧化活性的影响

3.3 培养过程沉淀物的分析

3.4 菌株XZ生长规律研究

3.4.1 XZ菌株的生长曲线

3.4.2 培养过程中菌液Fe2+浓度的变化

3.4.3 培养过程中菌液氧化还原电位和pH的变化

3.5 小结

第4章 甲玛低品位铜矿石浸出试验

4.1 摇瓶浸出试验

4.1.1 有菌与无菌对比试验

4.1.2 矿浆浓度对浸出率的影响

4.1.3 矿浆初始pH对浸出率的影响

4.2 柱浸试验

4.2.1 菌株XZ的柱浸试验

4.2.2 菌株DB的柱浸试验

4.3 小结

第5章 作用机理研究

5.1 黄铜矿的晶体结构与溶解机理

5.1.1 黄铜矿的晶体结构

5.1.2 黄铜矿的溶解机理

5.2 甲玛低品位铜矿石微生物浸出过程的主要反应

5.3 甲玛低品位铜矿石摇瓶浸出过程的作用机理

5.3.1 浸出过程中pH的变化

5.3.2 浸出过程中Fe2+和总铁离子浓度的变化

5.3.3 浸出过程中氧化还原电位的变化

5.3.4 浸出效果与浸渣分析

5.4 细菌在矿粒表面的吸附

5.4.1 矿石粒度对细菌吸附的影响

5.4.2 菌液浓度对吸附的影响

5.4.3 细菌吸附的选择性

5.5 小结

第6章 结论

参考文献

致谢

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摘要

我国的铜矿资源储量偏少,品位较低,利用微生物浸出工艺回收低品位铜矿石的铜,是有效缓解我国金属铜供需矛盾的有效途径之一。本研究针对甲玛地区的低品位铜矿石,开展了浸矿用细菌的选育和生长行为研究、矿石的试验室摇瓶浸出和柱浸试验,以探讨这种低品位铜矿石微生物柱浸的适宜工艺条件,为甲玛地区角岩型低品位铜矿石的开发利用提供依据。
  本研究从甲玛酸性矿坑水中分离出了一株浸矿用嗜酸细菌,命名为XZ菌株。该菌的菌体呈短杆状,长度约1.0~2.0μm,宽度约0.5μm。氧化生理特征和生长行为研究结果表明,XZ菌株在温度为30℃,初始pH=1.5~2.0的条件下,氧化活性最强,利于细菌生长;细菌生长过程中,体系中Fe3+会水解沉淀生成黄钾铁矾,在pH约为2.4时Fe3+更容易水解生成铁矾沉淀。
  摇瓶浸出试验研究结果表明,有菌浸出的浸出速度和浸出率都明显高于无菌浸出的;在浸矿菌液接种量为10%的条件下,浸出15d,浸出率达到最大值,即为72.15%;矿浆浓度低于20%时,浓度的差别对浸出影响较小;初始pH=2~3时,矿石浸出的效果最佳。
  在柱浸试验研究中,采用甲玛当地的XZ菌株浸矿,浸出率约32%;采用试验室保存的DB菌株浸出率约36%;柱浸后期浸出速度变缓可能是铁钒沉淀阻碍了铜的进一步浸出;浸出体系非常复杂,实际矿石浸出受到环境因素的影响非常大,即使相同的环境条件,浸出时体系变化差别也会很大。
  综合浸出试验结果表明,浸出过程体系的pH、Fe2+浓度、总铁浓度和氧化还原电位之间的变化规律存在紧密联系;由吸附机理分析得知,矿石粒度越细,吸附率越高;接种浓度为1×107个/mL时,细菌吸附率高于接种浓度为1×108个/mL;细菌在黄铜矿表面的吸附具有明显的选择性。

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