低品位碲矿生物浸出液中碲的形态分析及氧化性碲的生物还原研究

摘要

本论文参考国内外有关碲的含量测定方法和溶液中碲的形态分析方法，比较了不同前处理方法对电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定低品位碲矿中Te、Bi、Cu、 Co、Ni、Sb和Se七种金属元素含量的影响，提出了以KI-抗坏血酸为还原剂，1，10-二氮杂菲和Fe3+为抗干扰剂测定溶液中的Te(Ⅳ)和Te(Ⅵ)的氢化物-原子荧光光谱分析方法，并将HG-AFS应用于氧化亚铁硫杆菌对低品位碲矿的浸出液中碲的形态分析。使用实验室前期所筛选的光合细菌-沼泽红假单胞菌对氧化性碲进行还原，初步探究了其还原影响因素并采用响应面法对还原条件进行优化。本论文的主要研究内容和结论如下:
　　(1)电感耦合等离子体质谱法测定低品位碲精矿中Te、 Bi、Cu、 Co、 Ni、Sb和Se的溶样方式的考察。利用电热板消解法和高压罐消解法对实验室现有的两种经浮选获得的低品位碲精矿进行溶样，用ICP-MS测定矿样中的Te、Bi、Cu、Co、Ni、Sb和Se七种金属元素的含量。通过比较，两种溶样方法均有较低的检出限、良好的准确度和灵敏度，但是电热板消解法消耗试剂多且易交叉污染，高压罐消解法试剂用量较少，空白值低。研究中选用高压罐消解法对其进行前处理。
　　(2)低品位碲矿微生物浸出液中碲的形态分析方法的考察。使用AFS-2202型双道原子荧光光谱仪，在最佳的仪器工作条件下，采用0.01％ KI-抗坏血酸为还原剂，0.05％的1，10-二氮杂菲和20 mg/L Fe3+为抗干扰剂，对浸出液中的Te(Ⅳ)和Te(Ⅵ)进行测定，检出限低至0.209μg/L，回收率介于90.8-106％。该方法用于碲的形态分析灵敏度高，选择性好，操作简便，有良好的精密度和准确度。
　　(3)光合细菌对氧化性碲的还原特征的考察。利用实验室前期筛选的光合细菌-沼泽红假单胞菌对氧化性碲进行抗性研究，通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等一系列表征手段，证实了光合细菌-沼泽红假单胞菌可以将氧化性碲还原成黑色单质碲。
　　(4)响应面法优化氧化性碲的还原条件的考察。以实验室前期获得的一株光合细菌-沼泽红假单胞菌为研究对象，在单因素试验基础上，以氧化性碲的还原率为响应值，采用Box-Behnken(BB)设计，利用Design-Expert软件对响应值进行4因素3水平下的多元二次回归拟合分析，确定最佳还原条件为:在光照强度1500 Lx的培养条件下，菌接种量6％(v/v)，初始碲浓度95 mg/L，初始pH6.2，接种培养9d。在此条件下，氧化性碲的还原率可达99.6％。
　　研究结果表明，所筛选的高压罐消解法对低品位碲精矿中Te、Bi、Cu、Co、Ni、Sb和Se的分析测定具有良好的适用性。氢化物-原子荧光光谱分析方法可用于大批量分析测试，能够满足低品位碲矿微生物浸出液中Te(Ⅳ)和Te(Ⅵ)的分析。将光合细菌-沼泽红假单胞菌对氧化性碲还原，采用响应面法优化其还原条件，得到了较高的还原率。研究对利用微生物法分离回收低品位碲矿中的碲提供了理论依据，具有指导性作用。与传统的碲分离回收工艺相比，微生物法更适合处理这种低品位的复杂矿物，对环境污染小且资源利用率高，符合可持续发展的理念。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 碲资源的概述

1．1．1 碲矿物的分布

1．1．2 碲资源的应用

1．2 微生物冶金技术概述

1．2．1 浸矿微生物的种类

1．2．2 浸矿作用机理

1．2．3 技术特点

1．2．4 工业应用

1．3 碲的形态分析进展

1．3．1 环境中碲的形态

1．3．2 样品前处理

1．3．3 碲的无机形态分析

1．3．4 碲有机形态的分析

1．4 氧化性碲的生物还原作用

1．5 选题背景与研究意义

1．6 本研究的主要内容及创新点

1．6．1 研究内容及目的

1．6．2 创新之处

第2章 不同前处理法-ICP-MS测定低品位碲矿中碲及其他元素的含量

2．1 实验材料

2．2 仪器设备与试剂

2．2．1 主要仪器设备

2．2．2 主要试剂

2．2．3 试剂的配制

2．3 实验方法

2．3．1 仪器工作条件

2．3．2 样品前处理方法

2．3．3 标准曲线的绘制

2．3．4 测定同位素的选择

2．3．5 样品的测定

2．4 结果与讨论

2．4．1 方法检出限的比较

2．4．2 样品测定和精密度的比较

2．4．3 方法可操作性比较

2．5 本章小结

第3章 低品位碲矿生物浸出液中碲的形态分析

3．1 实验材料

3．2 仪器设备与试剂

3．2．1 主要仪器设备

3．2．2 主要试剂

3．2．3 试剂的配制

3．3 实验方法

3．3．1 细菌浸矿实验方法

3．3．2 标准曲线的绘制

3．3．3 仪器最佳工作条件

3．3．4 碲浸出率的测定

3．4 结果与讨论

3．4．1 仪器工作条件的选择

3．4．2 化学反应体系的选择

3．4．3 干扰实验及其干扰消除

3．4．4 检出限的测定

3．4．5 Te(Ⅵ)还原剂的选择

3．4．6 精密度实验

3．4．7 回收率实验

3．4．8 样品的测定

3．5 本章小结

第4章 光合细菌对氧化性碲的还原特征研究

4．1 实验材料

4．1．1 菌种

4．1．2 供试培养基

4．2 仪器设备与试剂

4．2．1 主要仪器设备

4．2．2 主要试剂

4．2．3 试剂的配制

4．3 实验方法

4．3．1 光合细菌对氧化性碲的还原实验

4．3．2 扫描电镜(SEM)样品制备方法

4．3．3 透射电镜(TEM)样品制备方法

4．3．4 X射线衍射(XRD)样品制备

4．3．5 光合细菌对氧化性碲的抗性研究

4．4 结果与讨论

4．4．1 沼泽红假单胞菌对氧化性碲的还原现象

4．4．2 扫描电镜(SEM)结果分析

4．4．3 透射电镜(TEM)结果分析

4．4．4 X射线衍射(XRD)结果分析

4．4．5 光合细菌对氧化性碲抗性结果分析

4．5 本章小结

第5章 响应面法优化氧化性碲还原条件研究

5．1 实验材料

5．2 主要试剂

5．3 实验方法

5．3．1 单因素试验优化氧化性碲还原条件

5．3．2 响应面法优化试验设计

5．3．3 碲还原率的测定

5．4 结果与讨论

5．4．1 Te(Ⅳ)和Te(Ⅵ)比例对还原率的影响

5．4．2 初始碲浓度对还原率的影响

5．4．3 菌种接种量对还原率的影响

5．4．4 接种后培养天数对还原率的影响

5．4．5 光照强度对还原率的影响

5．4．6 pH对还原率的影晌

5．4．7 Box-Behnken中心组合设计试验与响应面优化还原条件

5．4．8 最佳还原条件的预测与检验

5．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果