本文關(guān)鍵詞：復(fù)雜硫化銅鈷礦生物浸出機理及新工藝研究

  更多相關(guān)文章： 生物浸出 浸出機理 反應(yīng)途徑 強化浸出 氧化產(chǎn)物層

【摘要】：鈷是一種非常重要的戰(zhàn)略金屬,應(yīng)用極其廣泛。我國鈷礦產(chǎn)資源具有富礦少貧礦多、易處理礦少難處理礦多的特點,若采用傳統(tǒng)提鉆工藝處理此類礦產(chǎn)資源,其經(jīng)濟效益和社會效益均不理想。生物冶金技術(shù)是一種新興的工藝,具有成本低、環(huán)境污染小、操作簡單等優(yōu)點,處理此類礦產(chǎn)資源與傳統(tǒng)工藝相比具有明顯的優(yōu)勢。目前,對于含鉆硫化礦物生物浸出工藝及生物浸出機理的研究仍存在許多亟待解決的問題,具有很高的理論研究價值。在這一背景下,本課題以贊比亞巴魯巴鈷精礦為研究對象,對含鉆硫化礦物生物浸出機理、浸出工藝及強化浸出進行研究。工藝礦物學(xué)研究表明,研究所用的鉆精礦含鈷、銅分別為1.63%、1.05%。金屬硫化礦物主要有硫銅鈷礦、黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦、銅藍、黃鐵礦等。硫銅鉆礦、黃銅礦、黃鐵礦大部分為單體礦物,少部分為連生體。斑銅礦、輝銅礦、銅藍主要以與其他金屬硫化礦物或脈石礦物連生形式賦存,單體礦物出現(xiàn)的很少。含鈷礦物與含鐵礦物主要分布在細粒度礦石中,粒度小于150μm的礦石中的鈷含量占鈷總量的96.24%,鐵含量占總鐵量的83.38%。而含銅礦物的分布比較均勻,各個粒級的銅含量相差不大。綜合利用偏光顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線能譜分析(EDS)、X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)等先進的表面分析檢測技術(shù),對硫銅鈷礦的氧化腐蝕過程、溶解反應(yīng)途徑、氧化產(chǎn)物層的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)變化規(guī)律等進行了研究。由硫銅鉆礦在與細菌接觸和非接觸條件下的氧化腐蝕結(jié)果可知,硫銅鉆礦生物氧化過程中,間接作用機制與間接接觸作用機制均存在,并且間接接觸作用機制對礦物的氧化溶解有重要影響。由SEM、XPS及EDS等分析結(jié)果可知,硫銅鈷礦生物氧化過程中,礦物中硫元素氧化價態(tài)的轉(zhuǎn)化過程為：S2-→S0→S4+→S6+,礦物表面有單質(zhì)S0、硫酸鹽和亞硫酸鹽等氧化腐蝕產(chǎn)物生成。由此可以推斷,硫銅鈷礦的氧化溶解按照多硫化物途徑進行。在生物浸出過程中,硫銅鈷礦的氧化腐蝕不是均勻性地進行,而是在礦物表面形成許多大小不一的腐蝕坑洞,并逐漸加深加大。同時,隨著氧化時間延長,礦物表面氧化腐蝕產(chǎn)物逐漸增多,并形成一層松散多孔、分布不均的氧化產(chǎn)物層。氧化產(chǎn)物層化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律為：形成初期,氧化產(chǎn)物層主要由黃鉀鐵礬與亞硫酸鹽組成,其結(jié)構(gòu)松散多孔、分布不均；形成中期,氧化產(chǎn)物層主要由單質(zhì)S0、黃鉀鐵礬與亞硫酸鹽組成,厚度逐漸增加；形成后期,氧化產(chǎn)物層主要由黃鉀鐵礬組成,厚度有繼續(xù)增加的趨勢。鈷精礦生物浸出與化學(xué)浸出搖瓶對比實驗表明,采用生物浸出工藝,鈷浸出率為85.71%,比化學(xué)浸出增加63.26%,平均鈷浸出速率提高近4倍；銅浸出率為60.38%,比化學(xué)浸出增加27.62%,平均銅浸出速率提高1.8倍。利用耐鈷ZY101菌種浸出贊比亞鈷精礦效果良好,該工藝具有可行性。通過鈷精礦生物浸出影響因素單因素對比實驗得出最佳工藝參數(shù)為：浸礦菌種采用馴化菌；pH值為1.1～1.7；浸出溫度為45℃；礦石粒度小于38μm的占70%以上。在礦漿濃度為15%的生物浸出擴大實驗中,鈷浸出率為86.75%,銅浸出率為70.35%,浸出效果良好。添加表面活性劑可加速礦物表面氧化產(chǎn)物層的氧化溶解,降低氧化產(chǎn)物層的鈍化作用,促進鈷精礦的生物浸出,提高金屬浸出率。其中,Tween-20與Tween-80的催化效果優(yōu)于RB-1181,質(zhì)量濃度為0.10 g·L-1時即可達到最佳催化效果；添加活性炭,通過原電池效應(yīng),陽極硫銅鈷礦氧化溶解加速,金屬浸出率提高。質(zhì)量濃度為1.0 g·L-1時催化效果最佳；同時添加表面活性劑與活性炭,通過兩者之間的協(xié)同效應(yīng),催化效果增強。與未添加催化劑試樣相比,鈷浸出率提高20.50%,銅浸出率提高13.62%,而浸出周期縮短三分之一,催化效果優(yōu)于單獨添加活性炭或表面活性劑。通過添加催化劑組合,優(yōu)化了生物浸出過程,礦物氧化溶解加速,金屬浸出率大幅度提高。同時,縮短了浸出時間,生產(chǎn)成本降低,最終形成了鈷精礦生物浸出新工藝。
【關(guān)鍵詞】：生物浸出 浸出機理 反應(yīng)途徑 強化浸出 氧化產(chǎn)物層
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TF816
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第1章 緒論14-32
• 1.1 鈷的性質(zhì)及應(yīng)用14
• 1.2 鉆礦資源概況14-18
• 1.2.1 世界鉆礦資源概況15-16
• 1.2.2 我國鈷礦資源概況16-18
• 1.3 傳統(tǒng)鈷冶煉工藝18-21
• 1.3.1 火法冶煉工藝18-19
• 1.3.2 濕法浸出工藝19-21
• 1.4 生物浸鉆工藝21-25
• 1.4.1 生物冶金研究概況21-24
• 1.4.2 國內(nèi)外生物浸鉆研究24-25
• 1.5 生物浸出強化研究現(xiàn)狀25-29
• 1.5.1 原電池效應(yīng)強化26
• 1.5.2 金屬離子強化26-27
• 1.5.3 表面活性劑強化27-28
• 1.5.4 微波預(yù)處理強化28-29
• 1.6 論文的研究意義與研究內(nèi)容29-32
• 1.6.1 論文的研究意義29
• 1.6.2 論文的研究內(nèi)容29-32
• 第2章 實驗材料與研究方法32-40
• 2.1 菌種與培養(yǎng)基32-33
• 2.1.1 浸礦細菌32
• 2.1.2 培養(yǎng)基32-33
• 2.2 實驗儀器與設(shè)備33-34
• 2.3 實驗研究方法34-36
• 2.3.1 工藝礦物學(xué)研究34
• 2.3.2 鈷精礦生物浸出實驗34-35
• 2.3.3 硫銅鈷礦生物氧化動態(tài)腐蝕過程研究35
• 2.3.4 硫銅鈷礦表面微觀形貌觀察35
• 2.3.5 硫銅鈷礦表面X射線光電子能譜(XPS)檢測35-36
• 2.4 分析方法36-40
• 2.4.1 細菌計數(shù)方法36
• 2.4.2 pH值及氧化還原電位測定36
• 2.4.3 鈷離子濃度測定36-37
• 2.4.4 銅離子濃度測定37
• 2.4.5 亞鐵離子濃度測定37-38
• 2.4.6 全鐵濃度測定38-40
• 第3章 鈷精礦工藝礦物學(xué)研究40-50
• 3.1 概述40
• 3.2 化學(xué)成分分析40-41
• 3.3 粒度與金屬元素分布分析41
• 3.4 金屬礦物組成、賦存狀態(tài)分析41-48
• 3.4.1 鈷礦物42-44
• 3.4.2 銅礦物44-47
• 3.4.3 硫化鐵礦物47-48
• 3.4.4 脈石礦物48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 第4章 硫銅鈷礦生物氧化動態(tài)腐蝕過程研究50-60
• 4.1 概述50
• 4.2 礦物樣品50-51
• 4.3 實驗結(jié)果51-58
• 4.3.1 硫銅鈷礦拋光片細菌氧化動態(tài)腐蝕過程51-53
• 4.3.2 硫銅鈷礦-黃銅礦礦物對細菌氧化動態(tài)腐蝕過程53-56
• 4.3.3 硫銅鈷礦-黃鐵礦礦物對細菌氧化動態(tài)腐蝕過程56-58
• 4.4 分析與討論58-59
• 4.4.1 硫銅鈷礦拋光片細菌氧化過程分析58-59
• 4.4.2 礦物對拋光片細菌氧化過程分析59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 第5章 硫銅鈷礦生物浸出機理研究60-82
• 5.1 概述60
• 5.2 硫銅鈷礦元素氧化價態(tài)分析60-62
• 5.3 細菌在硫銅鈷礦生物氧化過程中的作用62-66
• 5.3.1 實驗方法63
• 5.3.2 實驗結(jié)果與討論63-66
• 5.4 硫銅鈷礦生物氧化過程的反應(yīng)途徑66-70
• 5.5 硫銅鈷礦生物氧化溶解過程70-73
• 5.6 硫銅鈷礦表面氧化產(chǎn)物層的形成過程73-80
• 5.7 本章小結(jié)80-82
• 第6章 鈷精礦生物浸出實驗研究82-104
• 6.1 概述82
• 6.2 鈷精礦生物浸出與化學(xué)浸出搖瓶對比實驗82-88
• 6.2.1 實驗方法82-83
• 6.2.2 實驗結(jié)果與討論83-88
• 6.3 鈷精礦生物浸出影響因素的研究88-100
• 6.3.1 浸礦細菌88-91
• 6.3.2 浸出介質(zhì)pH值91-94
• 6.3.3 浸出溫度94-97
• 6.3.4 礦石粒度97-100
• 6.4 鈷精礦生物浸出擴大實驗100-102
• 6.4.1 實驗方法100
• 6.4.2 實驗結(jié)果100-101
• 6.4.3 浸出渣分析101-102
• 6.5 本章小結(jié)102-104
• 第7章 鈷精礦生物浸出新工藝研究104-122
• 7.1 概述104
• 7.2 表面活性劑對鈷精礦生物浸出的影響104-112
• 7.2.1 表面活性劑對ZY101菌種生長的影響104-106
• 7.2.2 表面活性劑對鈷精礦生物浸出的影響106-112
• 7.3 活性炭對鈷精礦生物浸出的影響112-119
• 7.3.1 活性炭吸附細菌實驗112-113
• 7.3.2 活性炭對鉆精礦生物浸出的影響113-116
• 7.3.3 pH值對活性炭吸附Co~(2+)離子的影響116-117
• 7.3.4 活性炭強化硫銅鈷礦生物浸出的原電池效應(yīng)117-119
• 7.4 鈷精礦生物浸出新工藝119-121
• 7.4.1 實驗方法119
• 7.4.2 實驗結(jié)果與討論119-121
• 7.5 本章小結(jié)121-122
• 第8章 結(jié)論122-124
• 參考文獻124-138
• 致謝138-140
• 攻讀博士期間成果目錄140-141

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 時啟立;朱艷彬;楊錢華;劉貴鎮(zhèn);王志樓;柳建設(shè);;細菌氧化法制取黃鉀鐵礬的研究[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2010年09期

，

本文編號：912524