CN103805777B - 一种强化黄铁矿微生物浸出的方法 - Google Patents

一种强化黄铁矿微生物浸出的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种强化黄铁矿微生物浸出的方法。通过在黄铁矿微生物浸出体系中添加硫酸铁，使得溶液中的三价铁离子浓度保持在0.2g/L～0.8g/L范围，在微生物与高铁离子的协同作用下，溶液的氧化还原电位保持在600mV(vs.SCE)左右的较高水平，强化了黄铁矿氧化分解，显著提高了其浸出率，与不添加高铁离子的微生物浸出结果比较，其浸出率提高了45-96%。本发明对金以显微或次显微，甚至晶格金的形式存在于黄铁矿等硫化矿中矿石的高效开发利用提供了技术指导。

Description

一种强化黄铁矿微生物浸出的方法
技术领域
本发明属于硫化矿微生物冶金技术领域，具体涉及一种强化黄铁矿微生物浸出的方法。
背景技术
由于世界矿产总量有限在长时间的开采下矿产资源开始向贫细杂转变导致选冶的难度加大传统选冶技术遇到了新的问题，微生物冶金技术因其具有工艺成本低、污染小，能有效开发低品位、难处理矿产资源等特点而显示出优越性，成为全球矿冶领域研究的热点，并在铜矿、铀矿及难处理金矿预处理方面得到广泛研究和工业化应用。
对于难处理金矿石，矿石中金被黄铁矿、毒砂等硫化物包裹，采用传统工艺直接氰化提金，金的浸出率低，因此在氰化前需要进行氧化预处理，以提高金回收率。微生物预氧化法是行之有效的方法之一，利用微生物自身的代谢活动，氧化分解载金矿物，破坏硫化物晶格，使得包裹在其中的微细、超微细粒的金暴露出来，为下一步的氰化浸出创造条件。
微生物氧化含金硫化矿时，微生物对硫化物的催化氧化、硫化物溶解、离子转化等一系列生化反应都与硫化物性质密切相关。有文献通过对102个金矿床的统计表明：载金矿物中出现黄铁矿的金矿床占总数的98％，其次是磁黄铁矿和镍黄铁矿，且通常它们的含金量的次序由高至低依次是黄铁矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿。但黄铁矿细菌预氧化体系氧化时间大致是其他两种矿物的3倍且溶解浸出率低；研究还表明不同成因和产地矿石的黄铁矿矿物性质（如半导体性质、溶解性），特别是表面性质等差异大，并导致与微生物作用后浸出行为的不同，如对于P型半导体黄铁矿，微生物作用下其氧化溶解效率较高；但对于N型半导体黄铁矿，无论是改变菌种、增大细菌接种量、降低矿浆浓度，还是调整搅拌速度等，微生物对其氧化分解作用很弱。因此对于以黄铁矿为主要载金矿物的矿石，微生物预氧化效果差，黄铁矿溶解率低，金不能有效从载体矿物中解离出来，不利于下一步氰化浸出，并最终导致金回收率低。
有研究表明微生物浸出体系特定金属离子的添加对矿物具有催化氧化作用，可以促进微生物对矿物的氧化分解，如Ag离子等在有菌体系对黄铜矿溶解具有促进作用；另外特定金属离子的添加通过改变矿浆氧化还原电位，对矿物溶解也具有促进作用等。因此该方法将是一种提高微生物浸出体系黄铁矿的浸出效果的措施。
发明内容
本发明的目的是提供一种促进黄铁矿微生物浸出的方法，解决微生物对黄铁矿氧化分解效果差、浸出率低的问题，为含金黄铁矿矿石的高效开发利用提供技术指导。
本发明的具体实施步骤：
一种强化黄铁矿微生物浸出的方法，包括以下步骤：
1）将黄铁矿矿样粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒；同时将配制的9K培养基与浸出用容器高温灭菌；
2）取9K培养基和粉碎后的矿样置于灭菌容器中，矿浆浓度不大于10%；调节矿浆pH值，使其为接种细菌的适宜生长pH值，并接种细菌，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升～5.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升～5.0×107个/毫升；
3）浸出体系中添加硫酸铁，根据接种菌种的不同，溶液中的三价铁离子浓度在0.2g/L～0.8g/L之间；
4）将浸出体系置于恒温摇床，调控温度为接种细菌的适宜生长温度，并在转速160-180rpm条件下浸出至少15天。
浸矿微生物包括：如高温嗜热菌-万座布氏酸菌（Acidinanus manzaensis，简称A.manzaensis）、中等嗜热菌-嗜铁钩端螺旋菌（Leptospirillum ferriphilum，简称L.ferriphilum）和中等嗜热菌-嗜温硫氧化硫化杆菌（Sulfobacillus thermosulfidooxidans，简称S.thermosulfidooxidans）在内的各种浸矿微生物的一种或几种。
上述方法中优选几种工艺如下：
万座布氏酸菌Acidinanus manzaensis浸出N型半导体黄铁矿体系：将黄铁矿矿石粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入含微生物的9K培养液中；浸出条件为：矿浆浓度为1%，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升，培养液的pH值为2.5，摇床转速160rpm，温度为65℃，浸出开始前添加0.24g/L三价铁离子，浸出21天。
嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum浸出N型半导体黄铁矿体系：将黄铁矿矿石粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入含微生物的9K培养液中；浸出条件为：矿浆浓度为1%，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升，培养液的pH值为1.6，摇床转速160rpm，温度为40℃；浸出开始前添加0.79g/L三价铁离子，浸出21天。
嗜温硫氧化硫化杆菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans浸出N型半导体黄铁矿体系：将黄铁矿矿石粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入含微生物的9K培养液中；浸出条件为：矿浆浓度为1%，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升，培养液的pH值为1.6，摇床转速160rpm，温度为53℃，浸出开始前添加0.79g/L三价铁离子，浸出21天。
嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum浸出P型半导体黄铁矿体系：将黄铁矿矿石粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入含微生物的9K培养液中；浸出条件为：矿浆浓度为1%，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升，培养液的pH值为1.6，摇床转速160rpm，温度为40℃，浸出开始前添加0.4-0.79g/L三价铁离子，浸出21天。
嗜温硫氧化硫化杆菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans浸出P型半导体黄铁矿体系：将黄铁矿矿石粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入含微生物的9K培养液中；浸出条件为：矿浆浓度为1%，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升，培养液的pH值为1.6，摇床转速160rpm，温度为53℃；浸出开始前添加0.4-0.79g/L三价铁离子，浸出21天。
嗜温硫氧化硫化杆菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans与嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillumferriphilum混合使用浸出N型半导体黄铁矿体系：将黄铁矿矿石粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入含微生物的培养液中；浸出条件为：浸出液的矿浆浓度为2%，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升，培养液的pH值为1.6，摇床转速160rpm，控制温度为50℃；上述两种菌按菌数比例为3:1混合使用，浸出开始前添加0.79g/L三价铁离子，浸出21天。
嗜温硫氧化硫化杆菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans与嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillumferriphilum混合使用浸出P型半导体黄铁矿体系：将黄铁矿矿石粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入含微生物的培养液中；浸出条件为：浸出液的矿浆浓度为2%，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升，培养液的pH值为1.6，摇床转速160rpm，温度为50℃；上述两种菌按菌数比例为1:1混合使用，浸出开始前添加0.40g/L～0.79g/L三价铁离子，浸出21天。
上述方法取样导致的浸出液的损失用9K培养基补充，蒸发损失用无菌蒸馏水补充。
本发明所采用的技术方案是在强酸性的细菌培养基溶液中添加适量的硫酸铁，在微生物与高铁离子的协同作用下，溶液的氧化还原电位保持在一个较高的水平，从而显著提高了黄铁矿氧化分解，而且本发明对于菌种的选择和复配也进行了大量的研究，以期达到更好的浸出效果。处理含黄铁矿为主的金矿时，本发明的针对性更强，尤其解决了一直以来N型半导体黄铁矿，无论是改变菌种、增大细菌接种量、降低矿浆浓度，还是调整搅拌速度等，微生物对其氧化分解作用很弱的问题。
具体实施方式
本发明有下列实施例进一步说明，但不受这些实施例的限制。
实施例一
万座布氏酸菌A.manzaensis菌（保藏号:CBCBSU CSU206050；菌株号：KSD-1）浸出N型半导体黄铁矿体系：将黄铁矿矿石粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入含微生物的培养液中。浸出条件为：浸出液的矿浆浓度为1%，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升，培养液的pH值为2.5，摇床转速160rpm，温度为65℃。当黄铁矿在有菌无铁体系，浸出过程矿浆电位维持在350mV（vs.SCE）左右，浸出21天后黄铁矿浸出率仅为2.58%；在有菌体系，浸出开始前添加0.24g/L三价铁离子时，浸出21天后黄铁矿浸出率为47.28%；添加0.79g/L三价铁离子时，浸出21天后黄铁矿浸出率为45.89%。在有菌不同铁离子浓度下，矿浆电位分别在第6和12天达到550-600mV（vs.SCE）。
实施例二
嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum菌(保藏号：CBCBSU CSU206015；菌株号：YSK)浸出N型半导体黄铁矿体系：将黄铁矿矿石粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入含微生物的9K培养液中。浸出条件为：浸出液的矿浆浓度为1%，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升，培养液的pH值为1.6，摇床转速160rpm，温度为40℃。当黄铁矿在有菌无铁体系，浸出过程矿浆电位维持在350mV（vs.SCE）左右，浸出21天后黄铁矿浸出率仅为0.58%；在有菌体系，浸出开始前添加0.24g/L三价铁离子时，浸出21天后黄铁矿浸出率达到90.31%；添加0.79g/L三价铁离子时，浸出21天后黄铁矿浸出率达到91.39%。在有菌有铁浸出过程矿浆电位在3天后一直保持在600mV左右（vs.SCE）。
实施例三
嗜温硫氧化硫化杆菌S.thermosulfidooxidans菌(保藏号：CBCBSU CSU206043；菌株号：KDW-1)浸出N型半导体黄铁矿体系：将黄铁矿矿石粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入含微生物的培养液中。浸出条件为：浸出液的矿浆浓度为1%，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升，培养液的pH值为1.6，摇床转速160rpm，温度为53℃。当黄铁矿在有菌无铁体系，浸出过程矿浆电位维持在350mV（vs.SCE）左右，浸出21天后黄铁矿浸出率仅为0.82%；在有菌体系，浸出开始前添加0.24g/L三价铁离子时，浸出21天后黄铁矿浸出率达到90.52%；添加0.79g/L三价铁离子时，浸出21天后黄铁矿浸出率达到96.76%。在有菌有铁浸出过程矿浆电位在1天后一直保持在650mV（vs.SCE）左右。
实施例四
嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum菌(保藏号：CBCBSU CSU206015；菌株号：YSK)浸出取自不同产地和成因的P型半导体黄铁矿体系：将黄铁矿矿石粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入含微生物的9K培养液中。浸出条件为：浸出液的矿浆浓度为1%，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升，培养液的pH值为1.6，摇床转速160rpm，温度为40℃。当黄铁矿在有菌无铁体系，浸出过程矿浆电位均维持在550mV-620mV（vs.SCE）左右，浸出21天后低温热液矿床P型半导体黄铁矿浸出率为15.25%，煤系沉积P型半导体黄铁矿浸出率为27.50%；在有菌体系，浸出开始前分别添加0.40g/L～0.79g/L三价铁离子时，浸出过程矿浆电位在2天后一直保持在600mV～650mV（vs.SCE）范围。浸出21天后两种P型半导体黄铁矿浸出率均大于95%。
实施例五
嗜温硫氧化硫化杆菌S.thermosulfidooxidans菌(保藏号：CBCBSU CSU206043；菌株号：KDW-1)浸出取自不同产地和成因的P型半导体黄铁矿体系：将黄铁矿矿石粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入含微生物的培养液中。浸出条件为：浸出液的矿浆浓度为1%，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升，培养液的pH值为1.6，摇床转速160rpm，温度为53℃。当黄铁矿在有菌无铁体系，浸出过程矿浆电位维持在550mV～650mV（vs.SCE）左右，浸出21天后低温热液矿床P型半导体黄铁矿浸出率为18.47%，煤系沉积P型半导体黄铁矿浸出率为34.59%；在有菌体系，浸出开始前分别添加0.40g/L～0.79g/L三价铁离子时，浸出过程矿浆电位在1天后一直保持在600mV～650mV（vs.SCE）范围，浸出21天后两种P型半导体黄铁矿浸出率均达到90%～93%。
实施例六
嗜温硫氧化硫化杆菌S.thermosulfidooxidans菌(保藏号：CBCBSU CSU206043；菌株号：KDW-1)与嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum菌(保藏号：CBCBSU CSU206015；菌株号：YSK)混合使用浸出N型半导体黄铁矿体系：将黄铁矿矿石粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入含微生物的培养液中。浸出条件为：浸出液的矿浆浓度为2%，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升，培养液的pH值为1.6，摇床转速160rpm，控制温度为50℃。当上述两种菌按比例为3:1混合使用时，浸出效果最佳，在有菌体系，浸出开始前添加0.24g/L三价铁离子时，浸出21天后黄铁矿浸出率达到95.20%，比无铁体系浸出率提高94.24%；添加0.79g/L三价铁离子时，浸出21天后黄铁矿浸出率达到98.87%。在有菌有铁浸出过程矿浆电位在1天后一直保持在650mV（vs.SCE）左右。
实施例七
嗜温硫氧化硫化杆菌S.thermosulfidooxidans菌(保藏号：CBCBSU CSU206043；菌株号：KDW-1)与嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum菌(保藏号：CBCBSU CSU206015；菌株号：YSK)混合使用浸出取自不同产地和成因的P型半导体黄铁矿体系：将黄铁矿矿石粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入含微生物的培养液中。浸出条件为：浸出液的矿浆浓度为2%，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升，培养液的pH值为1.6，摇床转速160rpm，温度为50℃。当上述两种菌按比例为1:1混合使用时，浸出效果最佳，当黄铁矿在有菌无铁体系，浸出过程矿浆电位维持在550mV～650mV（vs.SCE）左右，浸出21天后低温热液矿床P型半导体黄铁矿浸出率达到20.71%，煤系沉积P型半导体黄铁矿浸出率为38.27%；在有菌体系，浸出开始前分别添加0.40g/L～0.79g/L三价铁离子时，浸出过程矿浆电位在2天后一直保持在600mV～650mV（vs.SCE），浸出21天后两种P型半导体黄铁矿浸出率均大于98%。

Claims (8)

1.一种强化黄铁矿微生物浸出的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将黄铁矿矿样粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒；同时将配制的9K培养基与浸出用容器高温灭菌；
2)取9K培养基和粉碎后的矿样置于灭菌容器中，矿浆浓度不大于10％；调节矿浆pH值，使其为接种细菌的适宜生长pH值，并接种细菌，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升～5.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升～5.0×107个/毫升；
3)浸出体系中添加硫酸铁，使得溶液中的三价铁离子浓度在0.2g/L～0.8g/L之间；
4)将浸出体系置于恒温摇床，调控温度为接种细菌的适宜生长温度，并在转速160-180rpm条件下浸出至少15天；
浸矿微生物包括：高温嗜热菌-万座布氏酸菌Acidinanus manzaensis、中等嗜热菌-嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum和中等嗜热菌-嗜温硫氧化硫化杆菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans在内的各种浸矿微生物的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
万座布氏酸菌Acidinanus manzaensis浸出N型半导体黄铁矿体系：将黄铁矿矿石粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入含微生物的9K培养液中；浸出条件为：矿浆浓度为1％，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升，培养液的pH值为2.5，摇床转速160rpm，温度为65℃，浸出开始前添加0.24g/L三价铁离子，浸出21天。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum浸出N型半导体黄铁矿体系：将黄铁矿矿石粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入含微生物的9K培养液中；浸出条件为：矿浆浓度为1％，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升，培养液的pH值为1.6，摇床转速160rpm，温度为40℃；浸出开始前添加0.79g/L三价铁离子，浸出21天。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
嗜温硫氧化硫化杆菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans浸出N型半导体黄铁矿体系：将黄铁矿矿石粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入含微生物的9K培养液中；浸出条件为：矿浆浓度为1％，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升，培养液的pH值为1.6，摇床转速160rpm，温度为53℃，浸出开始前添加0.79g/L三价铁离子，浸出21天。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum浸出P型半导体黄铁矿体系：将黄铁矿矿石粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入含微生物的9K培养液中；浸出条件为：矿浆浓度为1％，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升，培养液的pH值为1.6，摇床转速160rpm，温度为40℃，浸出开始前添加0.4-0.79g/L三价铁离子，浸出21天。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
嗜温硫氧化硫化杆菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans浸出P型半导体黄铁矿体系：将黄铁矿矿石粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入含微生物的9K培养液中；浸出条件为：矿浆浓度为1％，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升，培养液的pH值为1.6，摇床转速160rpm，温度为53℃；浸出开始前添加0.4-0.79g/L三价铁离子，浸出21天。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
嗜温硫氧化硫化杆菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans与嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum混合使用浸出N型半导体黄铁矿体系：将黄铁矿矿石粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入含微生物的培养液中；浸出条件为：浸出液的矿浆浓度为2％，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升，培养液的pH值为1.6，摇床转速160rpm，控制温度为50℃；上述两种菌按菌数比例为3:1混合使用，浸出开始前添加0.79g/L三价铁离子，浸出21天。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
嗜温硫氧化硫化杆菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans与嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum混合使用浸出P型半导体黄铁矿体系：将黄铁矿矿石粉碎成粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入含微生物的培养液中；浸出条件为：浸出液的矿浆浓度为2％，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×108个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×107个/毫升，培养液的pH值为1.6，摇床转速160rpm，温度为50℃；上述两种菌按菌数比例为1:1混合使用，浸出开始前添加0.40g/L～0.79g/L三价铁离子，浸出21天。
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