铁闪锌矿微生物浸出及电化学研究

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铁闪锌矿含铁量高,采用传统焙烧-浸出-电解工艺处理时,会产生铁酸锌和SO2,降低锌的浸出率,造成环境污染。而采用生物浸出技术处理铁闪锌矿时,可避免SO2气体的生成,且流程简单、成本低廉,值得深入研究。本论文采用摇瓶浸出实验研究了铁闪锌矿纯矿物的生物浸出过程。浸矿菌株为L.ferrooxidans菌和中等嗜热菌S. thermosulfidooxidans菌的原菌株,考察了矿物粒度、矿浆浓度、pH、初始接种量、酵母、Fe2+、Fe3+、Cu2+对铁闪锌矿细菌浸出过程的影响,并结合SEM.XRD、EDS及电化学测试等研究方法分析讨论了铁闪锌矿生物浸出的机理。浸出结果表明:生物浸出的最适宜粒级为-0.074+0.043mm;在浸出过程中,降低矿浆浓度、调控溶液pH至细菌最适生长值有利于铁闪锌矿的溶解;Cu2+对细菌生长有毒害作用,导致锌浸出率降低;添加适量Fe3+对铁闪锌矿的浸出有显著促进作用,但添加浓度过高时,将抑制铁闪锌矿的浸出;Fe2+对浸出的促进作用主要表现在前15天内,后期效果不明显。添加0.02%的酵母或提高初始接种量有利于S. thermosulfidooxidans菌生物浸出铁闪锌矿。与L.ferrooxidans菌相比,S. thermosulfidooxidans原菌株对矿物粒度及矿浆浓度更为敏感;且矿浆浓度为3%时,锌的浸出率较快。浸出30天后,L.ferrooxidans和S. thermosulfidooxidans浸出率分别为63.92%和70.33%。铁闪锌矿的浸出过程是一个耗酸过程。细菌浸出过程中,Fe3+离子的化学浸出对铁闪锌矿的溶解具有重要作用。SEM、 XRD、 EDS分析结果表明:矿物表面有产物层覆盖,从而降低了浸出后期铁闪锌矿的溶解速率;浸渣中矿物包括元素硫、黄钾铁矾和未反应的铁闪锌矿;矿物中的锌被优先溶出。阳极极化曲线表明:有菌酸性体系下,随着外加电位的增加,铁闪锌矿不断溶解,当提供的电位值大于800mVvs. SHE后,铁闪锌矿表面开始发生钝化;Tafel分析结果表明:接种细菌后,体系的腐蚀电流密度增加,铁闪锌矿的溶解速率增大;交流阻抗谱显示:接种细菌后,交流阻抗谱呈单一容抗弧,反应过程受电化学控制。有菌酸性体系下,添加Fe2+或Fe3+后,体系的腐蚀电流密度明显增大,说明铁离子的存在加速了铁闪锌矿腐蚀速率。且随着外加Fe2+离子浓度增加,交流阻抗谱内的单一容抗弧不断被压缩,反应阻力减小,有利于铁闪锌矿的溶解。外加Fe3+时,L.ferrooxidans菌酸性体系下所得交流阻抗谱呈现新特征,但整个过程仍为电化学反应控制过程;外加Fe3+后,S. thermosulfidooxidans菌酸性体系下的交流阻抗谱形状没有改变,容抗弧被压缩。
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