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本研究中所用黄铜矿样来自青海赛什塘地区,其间黄铜矿与黄铁矿夹杂共生,铜主要以原生硫化物形态为主,CuO含量0.83%,Fe2O3含量22.78%,为低品位铜矿。本课题选用固体废弃物重点实验室保存菌株氧化亚铁硫杆菌(SWO2)和面包酵母菌作为浸矿菌株,通过实验研究黄铜矿的生物浸出与生物吸附过程中各因素对浸出率和吸附率的影响,探索微生物浸出铜矿中Cu2+的最佳浸矿条件和吸附富集条件,以为青海地区铜矿的工艺应用提供技术支持。
实验研究发现黄铜矿浸出效率与菌株接种量、初始反应Fe2+浓度和含银催化剂浓度呈正相关,与矿粉粒度和矿粉含量呈负相关。适宜细菌的最佳浸矿条件为:T=28℃、转速170r/min、初始pH=2.0、菌株接种量5%、矿石粒度为109μm、矿粉含量为50g/L、初始反应Fe2+浓度为0.8g/L,初始AgNO3浓度为10.0mg/L;在细菌浸矿体系中,浸出63d后最终铜的浸出浓度是195.45mg/L,铁的浸出浓度是4.69g/L;无菌条件下浸出63d后最终铜的浸出浓度是97.78mg/L,铁的浸出浓度是2.35g/L。最佳吸附条件为:pH=4.5,T=30℃,菌体加入量8.0g/L,酵母菌吸附反应14h后铜吸附率可达66.64%。
XRD、SEM及FTIR分析发现细菌浸矿反应中既有细菌生长代谢分泌的酶参与进行的直接浸矿作用,也有间接浸矿作用,浸矿过程中碳氧双键、甲基基团等发生变化,反映整个浸矿过程中确实存在化学反应。酵母菌吸附Cu2+的过程中,菌体细胞上的蛋白质酰胺和多糖等成分更多地参与了吸附Cu2+的过程,Cu2+与菌体表面的有机基团结合形成颗粒物沉淀附着在细胞壁上,反映Cu2+已经吸附在菌体表面上,作为菌体细胞的组成元素存在。菌株动力学吸附分析中发现,实验用各菌株对Cu2+的动力学吸附过程除了受菌株种属的影响外,还应与菌株的细胞壁形貌、菌株本身的生长状况的等因素相关。
通过论文研究结果显示,实验室原有的氧化亚铁硫杆菌和面包酵母菌经实验条件下的胁迫诱导驯化后,氧化亚铁硫杆菌的Cu2+浸出效率最终可达64.0%,铁浸出效率可达63.92%,酵母菌对铜的吸附效率可达64%,这说明运用氧化亚铁硫杆菌浸出黄铜矿,面包酵母菌吸附富集Cu2+可以有效地回收低品位黄铜矿中的铜资源。