發(fā)布時(shí)間：2020-07-30 21:28

【摘要】：隨著世界的經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人口數(shù)量的持續(xù)攀升，對(duì)金屬礦產(chǎn)資源的需求量也是不斷增加；高品位、易處理礦石亦逐漸消耗殆盡，低品位、難處理礦石成為今后主要可利用的礦產(chǎn)資源。傳統(tǒng)冶金方式對(duì)低品位礦石的處理存在污染大、能耗高等問題，利用微生物的氧化將礦石中有價(jià)金屬溶出的生物冶金技術(shù)具有環(huán)境友好、流程短、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但其存在氧化速率慢、細(xì)菌易受環(huán)境影響等缺點(diǎn)。因此，提高細(xì)菌對(duì)礦石的氧化效率，促進(jìn)有價(jià)金屬的高效回收是目前濕法冶金領(lǐng)域需要解決的熱點(diǎn)問題。 本文利用從德興銅礦酸性礦坑廢水中篩選并富集得到適合在35℃-40℃的溫度下生長的嗜酸菌，并對(duì)其進(jìn)行馴化。選用含高砷的金精礦、黃銅礦等典型的硫化礦作為處理對(duì)象，在浸出體系中加入少量帶巰基氨基酸（L-半胱氨酸和高半胱氨酸），利用細(xì)菌和氨基酸共同作用氧化金精礦和黃銅礦。通過XRD（X射線衍射），F(xiàn)IRT（傅立葉變化紅外線光譜），SEM/EDS（掃描電子顯微鏡/能量彌散X射線譜)等表面分析技術(shù)考察金精礦礦粉在浸出前后的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的改變，確定金精礦生物氧化途徑及機(jī)理并探討氨基酸對(duì)其氧化途徑的影響；利用黃銅礦的半導(dǎo)體性質(zhì)，將黃銅礦礦塊做成電極，進(jìn)行循環(huán)伏安、極化曲線和交流阻抗等電化學(xué)實(shí)驗(yàn)，確定黃銅礦氧化途徑以及氨基酸對(duì)黃銅礦浸出的影響。利用Miseq高通量測(cè)序法確定浸礦前后浸礦細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)和群落演替情況；同時(shí)針對(duì)浸礦過程中對(duì)于金屬離子的測(cè)定程序復(fù)雜的現(xiàn)狀，本文開發(fā)了一種在酸性條件下能與Fe3+結(jié)合并能產(chǎn)生明顯熒光的羅丹明衍生物熒光探針，并將該探針應(yīng)用于金精礦等硫化礦的生物浸出液中Fe3+濃度的檢測(cè)。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下： （1）本文篩選的嗜中溫混合菌對(duì)高砷金精礦中鐵和砷都有較好的浸出效果。在浸出體系中分別添加少量含巰基的L-半胱氨酸和高半胱氨酸后，對(duì)鐵的浸出有較明顯的促進(jìn)作用，使Fe的浸出率從65.3%分別上升到96.4%和94.5%；但是半胱氨酸和高半胱氨酸的加入一定程度上抑制了As的浸出。SEM/EDS實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，添加半胱氨酸和高半胱氨酸以后，礦粉表面腐蝕明顯加重，且礦粉表面元素K和S的含量明顯增加，而元素Fe和As的含量則明顯減少。XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，無論是否添加L-半胱氨酸和高半胱氨酸，浸礦的產(chǎn)物都是黃鉀鐵礬，半胱氨酸和高半胱氨酸的添加并沒有改變反應(yīng)機(jī)理，只是加快了電子的傳遞。FT IR實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，浸礦體系中添加半胱氨酸以后，礦粉表面有較多的-NH和-COO-吸附在礦物表面，證明添加半胱氨酸有利于細(xì)菌在礦石表面吸附。 （2）黃銅礦電極的電化學(xué)測(cè)試中，循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，黃銅礦的電化學(xué)反應(yīng)的主要產(chǎn)物為CuO，Cu2O和Cu1-xFe1-yS1-z等；極化曲線實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明細(xì)菌和高半胱氨酸的添加不改變黃銅礦的電極極化機(jī)理，只會(huì)降低黃銅礦電極的表面阻力，加速了黃銅礦陰極反應(yīng)速率和電極表面的氧化。交流阻抗實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，電荷轉(zhuǎn)移電阻在含有高半胱氨酸和細(xì)菌的浸礦體系中最低，達(dá)到898.0Ω·cm2，說明在菌液中添加高半胱氨酸有利于電極表面電子的傳遞。在浸出的3-5天內(nèi)，電荷轉(zhuǎn)移電阻增加，隨著浸出時(shí)間的延長，電荷轉(zhuǎn)移電阻增加，膜阻抗也增加，說明在浸出后期有一層鈍化膜覆蓋在電極表面，這與極化曲線實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。 （3）利用Miseq高通量測(cè)序法比較了浸礦前、浸礦24天以后及添加高半胱氨酸浸礦反應(yīng)24天后細(xì)菌的菌落結(jié)構(gòu)變化，發(fā)現(xiàn)本次浸礦實(shí)驗(yàn)混合菌中硫桿菌（Acidithiobacillus）屬占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，相對(duì)豐度達(dá)到64.7%，嗜鐵鉤端螺旋菌（Leptospirilliu ferriphilum）和其它嗜酸菌（Acidiphilium）含量較低。隨著浸出反應(yīng)的進(jìn)行，嗜鐵鉤端螺旋菌（Leptospirilliu ferriphilum）和其它嗜酸菌（Acidiphilium）的含量明顯增加。在添加高半胱氨酸和未加高半胱氨酸的浸礦體系中，硫桿菌屬相對(duì)豐度分別下降到了47.2%和45.6%，嗜酸菌（Acidiphilium）的豐度上升到11.3%和9.6%。嗜鐵鉤端螺旋菌（Leptospirilliuferriphilum）的含量也分別上升到12.1%和10.3%。說明高半胱氨酸的添加對(duì)主要浸礦細(xì)菌群落的的影響并不明顯。從熱圖的分析可知，浸礦過程對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響較大，而添加高半胱氨酸對(duì)浸礦過程的中群落結(jié)構(gòu)的影響并不明顯。 （4）通過羅丹明為母體合成的熒光化合物，該化合物具可作為Fe3+熒光探針，其對(duì)Fe3+具有很高的競爭性和選擇性，在酸性介質(zhì)中熒光性能穩(wěn)定。在實(shí)際浸礦體系中，隨著浸礦時(shí)間的推移，浸出液中Fe3+的濃度逐漸增強(qiáng)，浸礦溶液的熒光強(qiáng)度也隨之逐漸增強(qiáng)，浸出液中Fe3+的濃度和浸礦溶液的熒光強(qiáng)度具有較好的線性關(guān)系。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TF18

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本文編號(hào)：2776104