CN105734285B - 一种强化闪锌矿微生物浸出的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种强化闪锌矿微生物浸出的方法，包括以下步骤：（1）将闪锌矿矿样粉粹成颗粒，同时将要添加的黄铁矿矿样和/或黄铜矿矿样也粉粹成颗粒；（2）将培养基，闪锌矿，及将要添加的黄铁矿和/或黄铜矿进行高温高压灭菌；（3）将灭菌后的闪锌矿加入装有培养基的摇瓶中，再分别加入黄铁矿或黄铜矿，并接种浸矿微生物；（4）将步骤（3）的摇瓶放置恒温摇床培养；（5）测定浸出过程中锌的浸出效率。本发明通过在闪锌矿微生物浸出体系中添加黄铁矿，使得溶液中的pH较低，铁离子浓度和氧化还原电位较高，在微生物和物理化学因子的协同作用下，强化闪锌矿的氧化分解，显著地提高锌的浸出率。本发明对闪锌矿的高效浸出提供了技术指导。

Description

一种强化闪锌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，具体涉及一种强化闪锌矿微生物浸出的方法。
背景技术
由于世界矿产总量在长时间的开采下，矿产资源逐步由高品位向低品位转变，导致选冶的难度加大，传统的选冶技术遇到了挑战，微生物冶金技术因具有工艺成本低、污染小，并能有效开发低品位的矿产资源而备受关注，成为全球矿冶领域的热点，并在铜矿、铀矿等方面得到了广泛研究和工业化应用。
微生物作用于矿物，普遍认为有两种机制，包括直接作用和间接作用。直接作用，即微生物的主要作用是吸附在矿物表面通过蛋白分泌物或其他代谢产物直接将硫化矿氧化分解，硫化物的晶格被破坏，分解为金属离子和元素硫，细菌进一步将硫氧化成硫酸。间接作用，微生物将存在于浸出体系中及硫化矿氧化过程中产生的亚铁离子氧化成三价铁离子，Fe3+具有强氧化性，又可对硫化矿进一步氧化，硫化矿氧化析出有价金属离子及Fe2+，Fe2 +又被催化氧化成Fe3+，以此反复，硫化矿中的硫在有氧存在的情况下随硫化矿氧化的通过不同途径氧化成硫酸。在H+与铁离子的共同作用下，硫化矿晶格被破坏，最终溶解。
闪锌矿作为主要的锌矿资源，其处理也逐步由微生物湿法冶金取代了传统冶炼工艺。许多研究人员聚焦在通过菌种改良、添加铁离子、降低pH、提高浸出温度等措施改良直接作用或间接作用来提高闪锌矿的浸出效率，但是这些方法都有一些局限性。有研究表明在蓝辉铜矿纯矿物浸出体系中添加黄铁矿能明显加快蓝辉铜矿的微生物浸出效率，并通过对蓝辉铜矿和黄铁矿在浸出介质中静电位的测定表明，添加黄铁矿后能在浸出体系中形成较强的原电池效应，促进蓝辉铜矿的溶解。因此，向目的矿物中添加其他较目的矿物静电位高的矿物的方法将是一种提高闪锌矿微生物浸出体系的浸出效果的措施。黄铁矿和黄铜矿的静电位均比闪锌矿的高，可以与闪锌矿形成原电池效应，加速闪锌矿的溶解。另外，黄铁矿和黄铜矿含有高铁高硫，其微生物氧化后可以同时使得溶液中铁离子浓度升高，pH降低，通过间接作用使得闪锌矿进一步快速氧化分解。
发明内容
本发明的目的是提供一种强化闪锌矿微生物浸出的方法，解决微生物对闪锌矿氧化分解效果差、浸出率低的问题，为闪锌矿的高效开发利用提供技术指导。
本发明提供的技术方案是：一种强化闪锌矿微生物浸出的方法，包括以下步骤：
（1）将闪锌矿矿样粉粹成颗粒，同时将要添加的黄铁矿矿样和/或黄铜矿矿样也粉粹成颗粒；
（2）将培养基，闪锌矿，及将要添加的黄铁矿和/或黄铜矿进行高温高压灭菌；
（3）将灭菌后的闪锌矿加入装有培养基的摇瓶中，再分别加入黄铁矿或黄铜矿，并接种浸矿微生物；
（4）将步骤（3）的摇瓶放置恒温摇床培养；
（5）测定浸出过程中锌的浸出效率。
上述的方法，所述浸矿微生物是细菌喜温硫杆菌Acidithiobacillus caldus（保藏号：CBCBSUCSU208026，菌株号：S1），嗜热氧化硫硫化杆菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans（保藏号：CBCBSUCSU208043，菌株号：YN22），嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum（保藏号：CBCBSUCSU208015，菌株号：YSK）和古菌嗜热铁质菌Ferroplasma thermophilum（保藏号：CBCBSUCSU208123，菌株号：L1）组成的人工共培养体系。
所述人工共培养体系中喜温硫杆菌Acidithiobacillus caldus，嗜热氧化硫硫化杆菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans，嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum和一株古菌嗜热铁质菌Ferroplasma thermophilum，按菌数比例1:1:1:1加入。
优选地，所述的方法，其中闪锌矿矿样、添加的黄铁矿矿样和/或黄铜矿矿样粉粹成颗粒的粒度大小为0.037mm~0.074mm。
所述的方法，其中第(3)步中的矿浆浓度为1-3%，调节矿浆pH值为2.0-3.0；接种的浸矿微生物使得溶液中微生物浓度为0.5-2.0×106个/毫升；第(4)步培养条件为温度为40°C，并在转速为160-180rpm条件下浸出30天。
所述的方法，其所述培养基为9K培养基；闪锌矿与黄铁矿，或者是闪锌矿与黄铜矿等质量比加入，或者闪锌矿，与黄铁矿和黄铜矿混合矿是等质量比加入。
浸矿微生物是由从德兴铜矿中分离的三株细菌喜温硫杆菌Acidithiobacillus caldus，嗜热氧化硫硫化杆菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans，嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum和一株古菌嗜热铁质菌Ferroplasma thermophilum组成的人工共培养体系。
上述方法优选几种工艺如下：
喜温硫杆菌Acidithiobacillus caldus，嗜热氧化硫硫化杆菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans，嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum和嗜热铁质菌Ferroplasma thermophilum构成的人工共培养体系浸出加入黄铁矿的闪锌矿体系：将闪锌矿和黄铁矿矿石粉粹成0.037mm~0.074mm的颗粒，投入到含有人工共培养体系的9K培养基中，浸出条件为矿浆浓度2%，接种后浸溶液微生物浓度为1.0×106个/毫升，pH值为2.0，培养温度为40°C，摇床转速170rpm，浸出30天，其中闪锌矿与黄铁矿是等比例加入。
喜温硫杆菌Acidithiobacillus caldus，嗜热氧化硫硫化杆菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans，嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum和嗜热铁质菌Ferroplasma thermophilum构成的人工共培养体系浸出加入黄铜矿的闪锌矿体系：将闪锌矿和黄铜矿矿石粉粹成0.037mm~0.074mm的颗粒，投入到含有人工共培养体系的9K培养基中，浸出条件为矿浆浓度2%，接种后浸溶液微生物浓度为1.0×106个/毫升，pH值为2.0，培养温度为40°C，摇床转速170rpm，浸出30天，其中闪锌矿与黄铜矿是等比例加入。
喜温硫杆菌Acidithiobacillus caldus，嗜热氧化硫硫化杆菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans，嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum和嗜热铁质菌Ferroplasma thermophilum构成的人工共培养体系浸出加入黄铁矿和黄铜矿的闪锌矿体系：将闪锌矿、黄铁矿和黄铜矿矿石粉粹成0.037mm~0.074mm的颗粒，投入到含有人工共培养体系的9K培养基中，浸出条件为矿浆浓度2%，接种后浸溶液微生物浓度为1.0×106个/毫升，pH值为2.0，培养温度为40°C，摇床转速170rpm，浸出30天，其中闪锌矿、黄铁矿与黄铜矿是等比例加入。
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pH2.0的蒸馏水补充
本发明所采用的技术方案在强酸性的细菌培养基溶液中添加黄铁矿或黄铜矿，使得溶液中铁离子浓度和氢离子浓度提高，在微生物与高铁离子、高氢离子的协同作用下，显著提高了闪锌矿的氧化分解，提高锌的浸出率，与不添加黄铁矿的微生物浸出结果比较，其浸出率提高了20%~41%。而且本发明也对军中的选择进行了研究，以期达到更好的浸出效果。本发明的针对性强，解决了闪锌矿浸出时间长，浸出效率低的问题。
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。
喜温硫杆菌Acidithiobacillus caldus（保藏号：CBCBSUCSU208026，菌株号：S1），嗜热氧化硫硫化杆菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans（保藏号：CBCBSUCSU208043，菌株号：YN22），嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum（保藏号：CBCBSUCSU208015，菌株号：YSK）和古菌嗜热铁质菌Ferroplasma thermophilum（保藏号：CBCBSUCSU208123，菌株号：L1）（菌株均保存在武汉大学保藏中心，位于湖北省武汉市武昌区八一路299号武汉大学校内）
实施例1
喜温硫杆菌Acidithiobacillus caldus，嗜热氧化硫硫化杆菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans，嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum和嗜热铁质菌Ferroplasma thermophilum构成的人工共培养体系浸出加入黄铁矿的闪锌矿体系：将闪锌矿和黄铁矿矿石粉粹成0.037mm~0.074mm的颗粒，投入到含有微生物富集物的9K培养基中，浸出条件为矿浆浓度2%，接种后浸溶液微生物浓度为1.0×106个/毫升，pH值为2.0，培养温度为40°C，摇床转速170rpm，浸出30天，其中闪锌矿与黄铁矿是等比例加入。当闪锌矿单独微生物浸出体系中，浸出12天后，pH值为1.72，铁离子浓度为0.2g/L，闪锌矿的浸出率仅为48.0%；添加等量的10g/L黄铁矿体系中，浸出12天，pH值为1.48，铁离子浓度为0.87g/L，闪锌矿的浸出率达到88.7%，提高了40.7%。
实施例2
喜温硫杆菌Acidithiobacillus caldus，嗜热氧化硫硫化杆菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans，嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum和嗜热铁质菌Ferroplasma thermophilum构成的人工共培养体系浸出加入黄铜矿的闪锌矿体系：将闪锌矿和黄铜矿矿石粉粹成0.037mm~0.074mm的颗粒，投入到含有人工共培养体系的9K培养基中，浸出条件为矿浆浓度2%，接种后浸溶液微生物浓度为1.0×106个/毫升，pH值为2.0，培养温度为40°C，摇床转速170rpm，浸出30天，其中闪锌矿与黄铜矿是等比例加入。当闪锌矿单独微生物浸出体系中，浸出12天后，pH值为1.72，铁离子浓度为0.2g/L，闪锌矿的浸出率仅为48.0%；添加等量的10g/L黄铜矿体系中，浸出12天，pH值为1.39，铁离子浓度为1.88g/L，闪锌矿的浸出率达到74.7%，提高了26.7%。
实施例3
喜温硫杆菌Acidithiobacillus caldus，嗜热氧化硫硫化杆菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans，嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum和嗜热铁质菌Ferroplasma thermophilum构成的人工共培养体系浸出加入黄铁矿和黄铜矿的闪锌矿体系：将闪锌矿、黄铁矿和黄铜矿矿石粉粹成0.037mm~0.074mm的颗粒，投入到含有人工共培养体系的9K培养基中，浸出条件为矿浆浓度2%，接种后浸溶液微生物浓度为1.0×106个/毫升，pH值为2.0，培养温度为40°C，摇床转速170rpm，浸出30天，其中闪锌矿、黄铁矿与黄铜矿是等比例加入。当闪锌矿单独微生物浸出体系中，浸出12天后，pH值为1.72，铁离子浓度为0.2g/L，闪锌矿的浸出率仅为48.0%；添加等量的0.67g/L黄铁矿和黄铜矿体系中，浸出12天，pH值为1.27，铁离子浓度为2.97g/L，闪锌矿的浸出率达到89.3%，提高了41.3%。

Claims (6)

1.一种强化闪锌矿微生物浸出的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将闪锌矿矿样粉粹成颗粒，同时将要添加的黄铁矿矿样和/或黄铜矿矿样也粉粹成颗粒；
（2）将培养基，闪锌矿，及将要添加的黄铁矿和/或黄铜矿进行高温高压灭菌；
（3）将灭菌后的闪锌矿加入装有培养基的摇瓶中，再分别加入黄铁矿或黄铜矿形成矿浆，并接种浸矿微生物；其中，矿浆浓度为1-3%，矿浆pH值调节为1.0-3.0；
（4）将步骤（3）的摇瓶放置恒温摇床培养；
（5）测定浸出过程中锌的浸出效率；
其中，浸矿微生物是细菌喜温硫杆菌Acidithiobacillus caldus，嗜热氧化硫硫化杆菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans，嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum和古菌嗜热铁质菌Ferroplasma thermophilum组成的人工共培养体系；
闪锌矿与黄铁矿，或者是闪锌矿与黄铜矿等质量比加入，或者闪锌矿，与黄铁矿和黄铜矿混合矿是等质量比加入。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述人工共培养体系中喜温硫杆菌Acidithiobacillus caldus，嗜热氧化硫硫化杆菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans，嗜铁钩端螺旋菌Leptospirillum ferriphilum和一株古菌嗜热铁质菌Ferroplasma thermophilum，按菌数比例1:1:1:1加入。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，闪锌矿矿样、添加的黄铁矿矿样和/或黄铜矿矿样粉粹成颗粒的粒度大小为0.037mm~0.074mm。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，第(3)步中的矿浆浓度为2%，调节矿浆pH值为2.0；接种的浸矿微生物使得溶液中微生物浓度为0.5-2.0×106个/毫升。
5.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，第(4)步培养条件为温度为40°C，并在转速为160-180rpm条件下浸出30天。
6.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述培养基为9K培养基。
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