微生物对黄铁矿表面性质的影响及优化黄铁矿生物浸出的研究

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论文采用吸附量、接触角和动电位测定等方法,考察了微生物对黄铁矿表面性质的影响;在研究纯菌浸出黄铁矿基础上,通过考察混合菌、微生物生长营养物质对黄铁矿浸出的影响以及黄钾铁矾形成的主要因素分析,并尝试古生菌Ferroplasma thermophilum L1在黄铁矿浸出体系的应用,寻找优化黄铁矿生物浸出的方案。表面性质研究结果表明,Acidithiobacillus ferroxidans和Acidithiobacillus thiooxidans在黄铁矿粉末上的吸附皆在20min内达到平衡,并且经矿驯化的细菌在矿物表面上的吸附量更大。在细菌浸出的初期,黄铁矿表面的接触角因细菌的吸附而迅速减小,之后趋于平稳。固体基质生长的微生物具有更高的等电点,可归因于此类菌的表面含有更高的蛋白类化合物。与菌作用后的黄铁矿动电位电负性变大,等电点减小并趋向于细菌等电点。优化黄铁矿浸出研究表明,A. ferroxidans和A. thiooxidans混合菌以及L1和Acidthiobacillus caldus混合菌浸出黄铁矿效果明显优于纯菌A. ferrooxidans和L1,硫氧菌A. thiooxidans和A. caldus的存在,加快了黄铁矿浸出过程中产生的硫化物的进一步氧化。添加酵母提取物能有效促进黄铁矿的A. ferrooxidans浸出,酵母提取物浓度为0.005%时最为明显,黄铁矿浸出率达到81.4%。矿浆浓度、pH、矿浆电位及黄钾铁矾的生成是影响浸出的主要因素。因高矿浆浓度下颗粒与菌体间剪切力的增大导致细菌死亡,随矿浆浓度的增大,黄铁矿浸出率降低。无细胞壁古生菌L1浸出黄铁矿体系,使得这一现象更为突出。A. ferrooxidans浸出过程pH的调整不利于黄铁矿的溶解,SEM和XRD分析表明,与不调pH浸出体系比较,仅在调整pH体系浸渣表面检测到的黄钾铁矾阻碍了黄铁矿的浸出。研究还表明,影响黄钾铁矾形成的主要因素是矿浆pH与Fe3+浓度,两者之间还存在一定匹配关系。低pH值(pH=1-1.3),Fe3+浓度(2.2g/L-7.5g/L),以及pH较高,但Fe3+浓度低的情况下(Fe3+浓度1.86g/L, pH=1.89)都能有效抑制黄钾铁矾的形成,从而促进黄铁矿的浸出。单一古生菌L1由于菌体性质决定其只能在低矿浆浓度下浸出黄铁矿。L1与黄铁矿作用的电化学交流阻抗测试表明浸出体系电极反应受电化学步骤控制;交流阻抗和塔费尔测试都表明L1的添加加快了电子传递,促进了黄铁矿氧化反应的进行。
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