CN108998814A - 一种基于生物冶金体系的mfc蜂巢集群系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于生物冶金体系的MFC蜂巢集群系统,包括恒温箱、供电装置、电解装置、电源控制装置,监测装置;其中供电装置、电解装置、电源控制装置设置在所述恒温箱中,供电装置、电解装置与电源控制装置连接,电源控制装置控制供电装置从浸矿微生物体系中获得电能,再将该电能输送给所述电解装置用于电解金属,恒温箱用于保持整个系统的温度。所述监测装置与所述供电装置和电解装置连接,用于监测供电装置和电解装置,并将监测到的数据传输给显示终端显示器,检测装置与所述电源控制装置连接。本发明一种集浸矿微生物电池供电、电解、监测为一体化系统,同时实现了生物浸出过程中有价金属和电能的高效回收利用,带了一定的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及矿物加工和生物湿法冶金领域,具体为一种基于生物冶金体系的MFC蜂巢集群系统,即集群-供电、电解、监测一体化系统。
背景技术
我国铜金属对外依存度较高,已探明的铜矿资源储量不足,且大多为贫、细、杂的硫化铜矿石。而这些贫、细、杂的硫化铜矿逐渐难以通过传统选矿富集-火法冶炼技术实现经济、绿色、高效和综合利用,造成资源浪费和环境污染。
生物冶金是指微生物通过直接或间接作用溶解矿物,使金属离子进入溶液,然后通过萃取-电积获得高纯度的金属材料。生物冶金技术对矿产资源品位要求低,该技术具有生产成本低、设备简单、工艺流程短、反应过程温和、环境友好等优点,特别适合处理低品位、复杂、难处理的矿产资源,工业固体废弃物及二次资源。生物冶金技术在低品位铜矿石的清洁高效提取方面具有广阔的应用前景。然而,目前低品位铜矿生物浸出仍然存在浸出速率低、能量难回收等难题,限制了其大规模工业推广。
已有研究表明,微生物燃料电池(MFC)利用微生物代谢将有机物进行生物降解,并将代谢产生的电子传到外电路产生电流,同时加速有机物的降解。理论上,生物冶金是微生物作用下无机硫化物的氧化溶解过程,伴随大量电子转移和电能产生,但一直未有该体系中电能回收利用的相关报道。
因此,如何将生物冶金体系中的电能回收、如何提高生物冶金体系中金属浸出率成为当下技术难题。
发明内容
针对上述现有技术的缺点,本发明提供一种能够提高冶金体系中浸出率和电能回收的MFC蜂巢集群系统。
本发明解决上述技术问题采用以下技术方案:一种基于生物冶金体系的MFC蜂巢集群系统,包括恒温箱、供电装置、电解装置、电源控制装置;其中供电装置、电解装置、电源控制装置设置在所述恒温箱中,供电装置、电解装置与电源控制装置连接,电源控制装置控制供电装置从浸矿微生物体系中获得电能,再将该电能输送给所述电解装置用于电解金属,恒温箱用于保持整个系统的温度为25℃~45℃。
作为优选,还包括监测装置,所述监测装置与所述供电装置和电解装置连接,用于监测供电装置和电解装置的温度、pH、溶解氧、浊度、电流和电压,并将监测到的数据传输给显示终端显示器,检测装置与所述电源控制装置连接。
作为优选,所述供电装置包括由石墨烯复合导电聚合物修饰的多块平行的不锈钢板阳极、由石墨烯复合导电聚合物修饰的一块不锈钢板阴极和设置在所述装置顶端的LED灯,所述LED灯根据产电效率,然后不定时闪烁,便于工作人员检查装置的工作状态;所述不锈钢板阳极与不锈钢板阴极之间的距离为1.2~3.0cm。
作为优选,所述供电装置还包括正六边形蜂巢状泡沫板,所述阳极、阴极设置在所述泡沫板下方,LED等设置在所述泡沫板上方,所述平行的不锈钢板阳极为5块。
作为进一步优选,所述不锈钢板阳极上有若干小孔,便于浸矿微生物的附着。
作为优选,所述电解装置包括电解槽、由石墨烯复合导电聚合物修饰的多块平行的不锈钢板阳极和多块石墨板阴极。
作为优选,所述电解装置还包括正六边形蜂巢状泡沫板,所述阳极和阴极均设置在泡沫板下方,其中所述阴极设置在所述阳极下方,所述泡沫板漂浮在所述电解槽内。所述阴极设置在所述阳极下方,有利于阴极接触矿物,同时底部铜离子浓度更高,阴极面积更大,便于生产阴极铜。
进一步地,所述石墨板阴极上有若干小孔,便于溶液与电极充分接触。
作为优选,所述电源控制装置包括电能存储单元、控制单元和升压与稳压单元,电能存储单元用于存储从所述供电装置输送来的电能,升压与稳压单元与所述电能存储单元连接,所述控制单元与电能存储单元以及升压与稳压单元相连接,用于控制电能存储、升压与稳压单元工作。所述电能存储单元的输入端与所述供电装置连接,将浸矿微生物体系中产生的电能储存起来。升压与稳压单元的输入端与电能存储单元连接,用于完成电压的升压和稳压。当电压达到一定程度时,即可对电解装置和监测装置供电。该装置能有效收集和储存浸矿微生物体系中微生物浸矿过程产生的微弱的电流,当收集到一定程度后,同时电压也达到一定程度时,即可对电解装置和监测装置供电。
进一步地,所述恒温箱上还设置有进水口和出水口,所述进水口通过三通开关分别与浸矿微生物体系和所述电解槽连通,所述浸矿微生物体系和所述电解槽各自有出水口。
本发明与现有技术相比具有如下优点:本发明提出一种集浸矿微生物电池供电、电解、监测为一体化系统,同时实现生物浸出过程中有价金属和电能的高效回收利用;将供电、电解、监测一体化系统置于恒温箱内可以有效提高生物电池组的换热效率;通过多个正六边形的蜂巢状泡沫板相接起到保持装置悬浮和连接其他装置的双重作用,众多规则的泡沫板通过每边的连接结构连接,是为稳定的蜂巢结构;本发明以铜矿作为原料进行反应,有效提高了铜的浸出效率;本发明的监测装置的设置能够快速准确的测定系统内的数据,工作人员通过分析数据可实时了解到装置的运行情况,以及定期及时收获电解铜,并且活化电极,维修装置等,提高工作效率。本发明有效地解决了生物冶金体系中的电能回收和提高生物冶金体系中金属浸出率的难题。
附图说明
图1是本发明的系统示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示及实施例,进一步阐述本发明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
参考图1,本发明提供一种基于生物冶金体系的MFC蜂巢集群系统,包括恒温箱、供电装置、电解装置、电源控制装置;其中供电装置、电解装置、电源控制装置设置在所述恒温箱中,供电装置、电解装置与电源控制装置连接,电源控制装置控制供电装置从浸矿微生物体系中获得电能,再将该电能输送给所述电解装置用于电解金属,恒温箱用于保持整个系统的温度为25℃~45℃。还包括监测装置,所述监测装置与所述供电装置和电解装置连接,用于监测供电装置和电解装置的温度、pH、溶解氧、浊度、电流和电压,并将监测到的数据传输给显示终端显示器,检测装置与所述电源控制装置连接,电源控制装置为检测装置供电。所述供电装置包括由石墨烯复合导电聚合物修饰的多块平行的不锈钢板阳极、由石墨烯复合导电聚合物修饰的一块不锈钢板阴极和设置在所述装置顶端的LED灯,所述LED灯根据产电效率,然后不定时闪烁,便于工作人员检查装置的工作状态,。所述供电装置还包括正六边形蜂巢状泡沫板,所述阳极、阴极设置在所述泡沫板下方,LED等设置在所述泡沫板上方。所述不锈钢板阳极上有若干小孔,便于浸矿微生物的附着。所述电解装置包括电解槽、由石墨烯复合导电聚合物修饰的多块平行的不锈钢板阳极和多块石墨板阴极。述电解装置还包括正六边形蜂巢状泡沫板,所述阳极和阴极均设置在泡沫板下方,其中所述阴极设置在所述阳极下方,所述泡沫板漂浮在所述电解槽内。所述阴极设置在所述阳极下方,有利于接触矿物,同时底部铜离子浓度更高,阴极面积更大,便于生产阴极铜。所述石墨板阴极上有若干小孔,便于溶液与电极充分接触。所述电源控制装置包括电能存储单元、控制单元和升压与稳压单元,电能存储单元用于存储从所述供电装置输送来的电能,升压与稳压单元与所述电能存储单元连接,所述控制单元与电能存储单元以及升压与稳压单元相连接,用于控制电能存储、升压与稳压单元工作。所述恒温箱上还设置有进水口和出水口,所述进水口通过三通开关分别与浸矿微生物体系和所述电解槽连通,所述浸矿微生物体系和所述电解槽各自有出水口1和2。
在本发明中,先调整供电装置内浸矿微生物体系的溶液pH值为1.5~2.5,加入菌液,然后在通入空气的情况下逐渐加入品位为0.4%~0.8%的铜矿粉末,且主要为硫化铜矿,混合搅拌进行细菌浸出,浸出8~12天后矿石中的铜以铜离子的形式进入到溶液中,浸矿微生物利用浸出过程中转移的电子产生电能,即浸矿微生物体系为浸矿微生物电池。
实施例1
供电装置中由5块平行的石墨烯复合导电聚合物修饰的不锈钢板作为阳极,由1块石墨烯复合导电聚合物修饰的不锈钢板作为阴极。调整供电装置两极之间的距离为1.5cm,以品位为0.67%的低品位铜矿为原料,调整溶液的pH到1.9,加入一定量菌液,向反应体系中通入足量的空气,保持体系温度为30℃下加入低品位铜矿,进行生物浸出10天,铜的浸出率为92%,电源控制装置收集到的电流密度为302.4mA/m2。通过出水口1得的铜矿浸出液,再通过进水口三通向电解装置电解槽中加入铜矿浸出液,电源控制装置将收集到的电能用于电解装置电解得到金属铜,电解废液从出水口2排出。
实施例2
供电装置中由5块平行的石墨烯复合导电聚合物修饰的不锈钢板作为阳极,由1块石墨烯复合导电聚合物修饰的不锈钢板作为阴极。调整供电装置两极之间的距离为1.2cm,以品位为0.67%的低品位铜矿为原料,调整溶液的pH到2.4,加入一定量菌液,向反应体系中通入足量的空气,保持体系温度为45℃下加入低品位铜矿,进行生物浸出9天,铜的浸出率为87%,电源控制装置搜集到的电流密度为288.5mA/m2。通过出水口1得的铜矿浸出液,再通过进水口三通向电解装置电解槽中加入铜矿浸出液,电源控制装置将收集到的电能用于电解装置电解得到金属铜,电解废液从出水口2排出。
实施例3
供电装置中由6块平行的石墨烯复合导电聚合物修饰的不锈钢板作为阳极,由1块石墨烯复合导电聚合物修饰的不锈钢板作为阴极。调整供电装置两极之间的距离为1.6cm,以品位为0.5%的低品位铜矿为原料,调整溶液的pH到1.9,加入一定量菌液,向反应体系中通入足量的空气,保持体系温度为30℃下加入低品位铜矿,进行生物浸出8天,铜的浸出率为85%,电源控制装置搜集到的电流密度为286.8mA/m2。通过出水口1得的铜矿浸出液,再通过进水口三通向电解装置电解槽中加入铜矿浸出液,电源控制装置将收集到的电能用于电解装置电解得到金属铜,电解废液从出水口2排出。
实施例4
供电装置中由4块平行的石墨烯复合导电聚合物修饰的不锈钢板作为阳极,由1块石墨烯复合导电聚合物修饰的不锈钢板作为阴极。调整供电装置两极之间的距离为1.8cm,以品位为0.5%的低品位铜矿为原料,调整溶液的pH到2.4,加入一定量菌液,向反应体系中通入足量的空气,保持体系温度为45℃下加入低品位铜矿,进行生物浸出7天,铜的浸出率为77%,电源控制装置搜集到的电流密度为273.6mA/m2。通过出水口1得的铜矿浸出液,再通过进水口三通向电解装置电解槽中加入铜矿浸出液,电源控制装置将收集到的电能用于电解装置电解得到金属铜,电解废液从出水口2排出。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点,本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内,本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种基于生物冶金体系的MFC蜂巢集群系统,包括恒温箱、供电装置、电解装置、电源控制装置;其中供电装置、电解装置、电源控制装置设置在所述恒温箱中,供电装置、电解装置与电源控制装置连接,电源控制装置控制供电装置从浸矿微生物体系中获得电能,再将该电能输送给所述电解装置用于电解金属,恒温箱用于保持整个系统的温度为25℃~45℃。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:还包括监测装置,所述监测装置与所述供电装置和电解装置连接,用于监测供电装置和电解装置的温度、pH、溶解氧、浊度、电流和电压,并将监测到的数据传输给显示终端显示器,检测装置与所述电源控制装置连接。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述供电装置包括由石墨烯复合导电聚合物修饰的多块平行的不锈钢板阳极、由石墨烯复合导电聚合物修饰的一块不锈钢板阴极和设置在所述装置顶端的LED灯,所述LED灯根据产电效率,然后不定时闪烁;所述不锈钢板阳极与不锈钢板阴极之间的距离为1.2~3.0cm。
4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于:所述供电装置还包括正六边形蜂巢状泡沫板,所述阳极、阴极设置在所述泡沫板下方,LED等设置在所述泡沫板上方,所述平行的不锈钢板阳极为5块。
5.根据权利要求3所述的系统,其特征在于:所述不锈钢板阳极上有若干小孔。
6.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述电解装置包括电解槽、由石墨烯复合导电聚合物修饰的多块平行的不锈钢板阳极和多块石墨板阴极。
7.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述电解装置还包括正六边形蜂巢状泡沫板,所述阳极和阴极均设置在泡沫板下方,其中所述阴极设置在所述阳极下方,所述泡沫板漂浮在所述电解槽内。
8.根据权利要求6所述的系统,其特征在于:所述石墨板阴极上有若干小孔。
9.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述电源控制装置包括电能存储单元、控制单元和升压与稳压单元,电能存储单元用于存储从所述供电装置输送来的电能,升压与稳压单元与所述电能存储单元连接,所述控制单元与电能存储单元以及升压与稳压单元相连接,用于控制电能存储、升压与稳压单元工作。
10.根据权利要求6所述的系统,其特征在于:所述恒温箱上还设置有进水口和出水口,所述进水口通过三通开关分别与浸矿微生物体系和所述电解槽连通,所述浸矿微生物体系和所述电解槽各自有出水口。
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