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金属硫化矿的微生物脱硫及优化试验研究

文档作者：王洪江1，罗飞侠1，吴爱祥1，张旭1，艾纯明1，陈嘉生2，史良贵2 文档来源： 1．北京科技大学土木与环境工程学院 2．铜陵化学工业集团有限公司		点击数：	更新时间： 2024年06月14日
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上一篇：某进口红土镍矿湿法冶金工艺试验研究

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第31卷第1期(总第121期)
2012年2月
湿法冶金
Hydrometallurgy of China
V01．31 No．1(Sum．121)
Feb．2011
金属硫化矿的微生物脱硫及优化试验研究
王洪江1，罗飞侠1，吴爱祥1，张旭1，艾纯明1，陈嘉生2，史良贵2
(1．北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083；
2．铜陵化学工业集团有限公司，安徽铜陵244023)
摘要：利用微生物脱硫可以将硫化矿表面的硫含量降低。通过金属硫化矿微生物脱硫摇瓶试验，考察了溶液
pH、细菌接种量、矿浆浓度和初始Fe2+质量浓度对脱硫的影响，并对溶液电位(E)及脱硫率进行了回归分析。
结果表明，溶液pH对脱硫影响最大，接种量影响最小。优化的微生物脱硫条件为：pH—1．5，矿浆浓度5％，
初始Fe2+质量浓度0，细菌接种量lo％。优化条件下，溶液电位(E)最大期望值为804 mV，脱硫率最大期望
值22．7％。
关键词：硫化矿；脱硫；微生物；优化
中图分类号：TFl8 文献标志码：A 文章编号：1009—2617(2012)01—0016—04
高硫矿井自燃火灾的主要原因是其含有发火
危险矿物，如致密磁黄铁矿、胶状黄铁矿和黄铁
矿L1]。硫化矿中硫的含量也往往是决定硫化矿石
氧化速度的主要因素。金属硫化矿微生物脱硫是
利用微生物与矿石表面的作用，将矿石表面的黄
铁矿氧化，使其变为可溶性离子[2喝]。影响微生物
氧化效果的因素有很多，以溶液pH、细菌接种
量、矿浆浓度和初始Fe2+质量浓度最为重要，对
此进行了硫化矿摇瓶细菌脱硫试验，以寻求最优
脱硫条件。
l 试验材料与方法
1．1 矿石、微生物及试验设备
试验所用硫铁矿取自安徽铜陵新桥，菌种由
该矿酸性矿坑水中分离得到，为常温嗜酸混合菌。
硫铁矿中，W(硫)=45．87％，叫(铁)一40．13％，
存在极大自燃危险性。
试验所用主要仪器有620型实验室pH计、
立式恒温振荡器和分光光度计等。
1．2 试验方法
试验采用均匀设计法[4]，4因素6水平方案，
考察的因素有溶液pH、细菌接种量、矿浆浓度和
初始Fe2+质量浓度。试验方案见表1，共进行6
组试验。摇床温度设定为30℃，转速为160
r／min，试验共进行30 d，每48 h监测一次数据。
表1硫化矿细菌浸出摇瓶试验方案
2 试验结果与讨论
2．1 浸出液Fe2+质量浓度变化规律
浸出液中Fe2+质量浓度变化规律如图1所
示。前6 d，浸出液中Fe2+质量浓度都是下降的，
降幅最高达90．04％；6～18 d期间，Fe2+质量浓
度都先较大幅度升高而后稍有降低；18 d后，
Fe2+质量浓度又逐渐升高。前6 d，细菌处于适
收稿日期：2011—02—15
基金项目：国家自然科学基金资助项目(50774011)；国家重点基础研究发展计划基金资助项目(2004CB619206)I国家新世纪人才计
划基金资助项目(NCET-07—0070)。
作者简介：王洪江(1966-)，男，河南三门峡人。博士，教授，主要从事金属矿特殊开采与安全高效开采技术研究．
万方数据
第31卷第l期王洪江等：金属硫化矿的微乍物脱硫及优化试验研究·17·
应期，逐渐将Fe2+氧化成Fe3+；之后进入脱硫期，
铁被浸出，总铁质鼍浓度增大；浸出后期反应缓
慢。试验Y3、Y5矿浆浓度低，矿粉虽少，铁浓度
增加幅度较小；Y6初始不含铁，其铁质量浓度逐
渐增大。
12
O
0 4 8 12 16 20 24 28 32
时间／d
图1 阼+质量浓度随时间的变化曲线
2．2 浸出液pH变化规律
如图2所示：浸出4～6 d，溶液pH先降低而
后又出现峰值；之后，溶液pH缓慢降低，至浸出
后期，pH降至1．05～1．15。前6 d，细菌处于适
应期，细菌先氧化矿石表面的硫产生酸，使pH有
所下降，之后自身生长耗酸；之后，pH变化缓慢，
表明脱硫速度逐渐平缓。pH降低幅度最高达
62％。
3．0
2．5
薯2．0
1．5
1．O
0 4 8 12 16 20 24 28 32
时间／d
图2 pH随时间的变化曲线
2．3 浸出液电位变化规律
溶液电位(E)的变化规律如图3所示。可以
看出：溶液电位(E)先急剧增大后快速降低再逐
渐增大。前6 d，电位迅速增大，表明细菌活性较
大，大部分Fe2+转变为Fe3+；之后细菌的主要作
用为脱硫。随着浸出的进行，Fe抖质量浓度开始
增大。Fe2+与Fe3+处于动态转变过程中，但总体
而言，总铁及Fe3+质量浓度升高，溶液电位升高。
>
目
q
脚
0 4 8 12 16 20 24 28 32
时间／d
图3电位E随时间的变化规律
2．4 浸出液so：一质量浓度变化规律
浸出前后的溶液中，SO：一质量浓度的变化是
判断细菌对硫铁矿脱硫作用的一个重要指标。硫
化矿在细菌作用下，反应产生大量H+及S()i一，
SOi一质量浓度随时间的变化嗑线如图4所示。
培养液中SOj一质量浓度随浸出时间的延长而增
大，其变化规律与溶液中Fe2+质量浓度升高和
pH下降有一定联系。Y5和Y6曲线的变化较其
余4组都要明显，Y5变化最大，SOi一质量浓度最
大达到23．136 g／L。培养基中初始Fe2+质量浓度
越小，浸出后S0；一增加量越大。由于菌种采自矿
山，比较适应该矿样，脱硫时不需另外添加Fe2十。
0 4 8 12 16 20 24 28 32
时间／d
图4 p(SOl一)增加■与时间的关系曲线
2．5 硫浸出率计算
根据溶液中硫的质量浓度及矿石中硫的质量
分数计算硫浸出率，结果见表2。
表2硫浸出率％
2．6 细菌脱硫浸出机制
根据浸出过程中浸出液pH、电位、Fe2+质量
O
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万方数据
· 18 · 湿法冶金2011年2月
浓度及S0：一质量浓度的变化大致可将浸出过程
分为3个阶段：前6 d为细菌适应期，6～18 d为
快速繁殖期，18 d以后为平缓期。细菌代谢所产
生的一些有机废物积累到较高浓度，对其自身的
生长会产生显著的抑制作用[引，而矿样表面生成
的硫膜也会影响硫的浸出。
浸出前6 d，细菌大量繁殖，其活动主要通过
直接作用、间接作用与溶液中的Fe2+和矿石表面
的FeS。发生氧化反应‘争71，H+、sol一和Fe2+质
量浓度增大：
4Fd+4H+Q堕生4Fd+204Fd Fd 2H O，(1) + ++Q』兰3 ++2，(1)
FeS2+8H20+14Fe3+一
16H++250i一+15Fe2+。(2)
浸出中期，细菌吸附在矿石表面，与矿石表面
的Fes2作用，同时溶液中的Fe件与FeSz反应[83
生成单质S：
2Fes2+2H。0．+-+-70：j墼
4H++4sol一+2Fe2+， (3)
FeS。+2Fe3+—一3Fe2++25。(4)
浸出后期，由于生成单质S的速度较细菌氧
化速度快，因而在矿石表面形成硫膜。硫膜的形
成对细菌脱硫有明显的抑制作用【9]。
3 细菌脱硫优化试验
采用均匀设计软件，分别以浸出结束时溶液
电位和硫浸出率为因变量，以pH、细菌接种量、
矿浆浓度、初始Fe2+质量浓度为自变量，进行多
元线性回归分析及优化。
3．1 浸出液电位(E)回归分析及优化
浸出液电位(E)回归方程(相关系数r=1．0，
偏差F=4 578)为
E一731—25719Xl+0．556X2+
508X；-1—0．967Xi， (5)
式中：E为浸出结束时溶液电位，mV；X。为溶液
pH；X。为细菌接种量，％；X。为矿浆浓度，g／L；
X。为初始Fe抖质量浓度，g／L。
标准回归系数：B(1)=一0．839，B(2)=
0．154，B(3)=0．927，B(4)=一0．889。
偏回归平方和：U(1)=136，U(2)=133，
U(3)=4 440，U(4)=151。
标准回归系数绝对值越大，其方程项越重要；
偏回归平方和越大，对回归的贡献越大。可见，溶
液电位(E)与细菌接种量关系较小，但呈正相关
关系，与pH、初始Fe2+质量浓度及矿浆浓度呈负
相关关系，与矿浆浓度关系最为显著。以浸出液
电位(E)为考察对象，根据单纯形法n¨嵋进行条件
优化试验，优化条件分别为pH一1．5，细菌接种量
30％，矿浆浓度5 g／L，初始Fe2+质量浓度0。优化
结果表明，电位预期最大值为(804士1．11)HlV。
3．2 硫浸出率回归分析及优化
硫浸出率回归方程(r----0．999 7，F=383．8)为
硫浸出率=25．93—27．819Xl+0．007 9X2+
8．7Xfl--0．09 6Xi。(6)
标准回归系数：B(1)=--3．77，B(2)-----0．089 4，
B(3)一0．659，B(4)=一3．65。
偏回归平方和：U(1)=14．4，U(2)----0．235，
U(3)=11．7，U(4)=13．3。
对硫浸出率，细菌接种量的贡献最小，溶液
pH贡献最大。以单纯形法进行条件优化，各优
化试验条件分别为pH一1．5，细菌接种量30％，矿
浆浓度5 g／L，初始Fe2+质量浓度0。优化结果表
明，硫浸出率预期最大值为(22．7-+-0．587)％。
在电位(E)和硫浸出率回归方程及试验条件
优化中，对pH、初始Fe2+质量浓度和矿浆浓度的
要求是一致的，即Fe2+添加量取0，溶液pH=
1．5，矿浆浓度为5 g／L，细菌接种量越大越好。
4 结论
细菌脱硫摇瓶试验结果表明，以采自矿山的
嗜酸混合菌对硫化矿脱硫是可行的，硫脱除率可
达15％，最大期望值为22．7％，可有效降低高硫
矿石发生自燃的风险。
细菌脱硫过程可分为3个阶段：前6 d，细菌
处于适应期，先氧化矿石表面的硫产生酸，将
Fe2+氧化为Fe3+；6～18 d，细菌处于快速繁殖
期，主要作用是脱硫；18 d以后，细菌作用受到抑
制，脱硫缓慢。
多元线性回归分析结果表明，溶液电位和脱
硫率主要受溶液pH、矿浆浓度及初始Fe2+质量
浓度影响，而细菌接种量越大越好。
参考文献：
[1]万勇．高温高硫矿床开采中防止矿石自燃发火的探讨EJ]．
有色金属，1995(6)：12—14．
[2] Eseobar B。Jedlicki E，Wiertz J，etal．A Method for Evalua—
万方数据
第31卷第1期王洪江等：金属硫化矿的微生物脱硫及优化试验研究·19·
ting the Proportion of Free and Attached Bacteria in the Bi一[7]
oleaching of Chalcopyrite with Thiobacillus Ferrooxidans
[J]．Hydrometallurgy，1996。40(1)：1-10．
[3]罗飞侠，壬洪江，吴爱祥．金属硫化矿的微生物脱硫可行性[8]
分析[J]．中国安全生产科学技术．2009，5(4)：23—26．
[4]方开泰．均匀设计与均匀设计表[M]．北京：科学出版社，
1994． [93
[5]邹俐宏．钱林，张燕飞．源自硫化矿区的Acidiphilium属菌
的分离及其浸矿性能[J]．中国有色金属学报。2008，18(2)t
336—341．
[6]Fowler T A，Holmes P R，Crundwell F K．On the Kinetics [10]
and Mechanism of the Dissolution of Pyrite in the Presence
of Thiobacillus Ferrooxidans[J]．Hydrometallurgy。2001，59 [11]
(2／3)：257—270．
Hiroyoshi，Hirota，Hirajima。etal．A Case of Ferrous Sulfate
Addition Enhancing Chalcopyrite Leaching[J]．Hydrometal—
lurgy·1997·47(1)：37—45．
Katrina J Edwards，Bo Hu，Robert J Hamers，etal．A New
Look at Microbial Leaching Patterns on Sulfide Minerals
[J]．FEMS Microbiology Ecology，2001。34(3)：197—206．
Mikkelsen D．Kappler U。Webb R I，etal．Visualisation of
Pyrite Leaching by Selected Thermophilic Archaea l Nature
of Microorganism-ore Interactions During Bioleaching[J]．
Hydrometallurgy。2007。88(1／4)1143—153．
邱迪华，张珩．邱维．改进单纯形法计算药物动力学参数
[J]．武汉工程大学学报，2009，31(7)：30—32．
展丙军．单纯形法的改进及其应用[J]．大庆师范学院学
报，2007，27(2)：5-8．
Experiment and Condition Optimization on Microbial Desulfurization of Sulfide Ore
WANG Hong-jian91，LUO Fei—xial，WU Ai—xian91，ZHANG Xul，AI Chun-min91，
CHEN Jia-shen92．SHI Liang—gui2
(1．School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beij ing，
Beijing 100083，China；
2．Tongling Chemical Industry Group Co．，Ltd．，Tongling 244023，China)
Abstract：The content of sulfur in the sulfide ore can be decreased by microbial desulfu“zation．The
effects of pH。inoculum concentration，pulp density and original Fe2+concentration on desulfurization
have been investigated by shake flask experiment．Regression analysis was used for solution potential
and desulfurization degree．The results show that pH has the largest contribution to desulfurization．
The optimization condition of microbial desulfurization were pH of 1．5．pulp density of 5％，original
Fe抖concentration of 0。inoculum concentration of 1 0％．At the conditions，the maximum expected
value of solution potential was 804 mV，and desulfurization was 22．7％．
Key words：sulfide ore；desulfurization；microbe；optimization

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