萃取有機物-礦物界面作用及其對生物浸銅過程的影響

萃取有機物—礦物界面作用及其對生物浸銅過程的影響銅萃取流失有機物通過萃余液循環(huán)利用進入生物浸出體系,會對生物浸出過程產(chǎn)生影響,到目前為止很多研究都從細菌的生長代謝和浸出效率的角度探討萃取有機物的影響,但是尚未涉及到有機物-礦物界面作用及對生物浸出過程影響的研究。本論文通過考察有機物吸附對礦物接觸角、ζ-電位的改變以及有機物吸附動力學及等溫平衡吸附,研究了生物浸出過程中萃取有機物和礦物的界面作用,進一步考察了礦物受萃取有機物污染后對生物吸附和生物浸出行為的影響,利用X射線光電子能譜(XPS),傅里葉紅外光譜(FTIR),X射線衍射(XRD)分析了浸出過程的次生產(chǎn)物,用掃面電鏡(SEM)觀測細菌吸附及浸渣形貌,最后進行了柱浸放大試驗,所得結論總結如下:(1)萃取有機物污染使黃銅礦表面疏水性提高,且隨有機相中LIX984N濃度升高,黃銅礦的接觸角增加。經(jīng)含LIX984N2.5%(v/v)的萃取有機物污染后,高純度黃銅礦的接觸角由54°增加到80°,而低品位黃銅礦原礦、廢礦的接觸角也由初始的35°、36°增大到63°、62°。礦物表面的ζ-電位在受萃取有機物污染后,電負性降低,絕對值升高。含不同濃度LIX984N的有機物污染后礦物,其ζ-電位之間的差別較小,推測是達到飽和吸附的原因。(2)萃取有機物在低品位黃銅礦表面吸附量隨接觸時間的延長而增大,在30min基本達到吸附平衡。最大吸附量隨萃取有機物濃度的升高而升高。其中,有機物吸附過程符合二級動力學模型。在30℃時,等溫平衡吸附過程符合朗繆爾模型。同時其等溫吸附量隨體系pH和溫度的升高而降低。熱力學分析表明這種吸附是屬于自發(fā)的放熱過程。(3)不同浸礦細菌在萃取有機物污染后的礦石表面的吸附特性表明,三種浸礦細菌在黃銅礦表面的吸附規(guī)律基本相同,于7min內在清潔礦物表面可以達到吸附平衡。在含LIX984N5%v/v的萃取有機物污染后的礦石表面,At.ferrooxidans、At.iooxidans、L.ferriphilum菌細胞達到平衡的吸附時間分別被延長了4min、3min、10min。細菌在受染礦物表面的吸附量大于在純凈礦物表面的吸附量。通過動力學方程擬合,發(fā)現(xiàn)這三種浸礦細菌在低品位黃銅礦表面的吸附都符合二級動力學吸附方程。(4)在細菌對低品位黃銅礦的生物浸出過程中,對于清潔礦物的浸出,At.thiooxidans菌、At.thiooxidans菌和L.ferriphilum菌的浸出效率依次減小。受有機物污染礦物的生物浸出過程中,三種細菌的生長均受到一定的抑制,懸浮細胞濃度降低,銅浸出效率降低,且其浸出體系pH始終大于潔凈礦物體系,而氧化還原電位小于潔凈礦物體系。另外,在萃取有機物的影響下,At.ferrooxidans菌浸出體系中的亞鐵氧化率被延遲3天,At.thiooxidans菌被延遲4天,而L.ferriphilum菌對受染礦物的浸出過程表現(xiàn)最為敏感,其亞鐵氧化基本一直被抑制。SEM觀察發(fā)現(xiàn),受染礦物較清潔礦物表面吸附堆積有更多的礦渣細末,吸附的細胞也更多。XPS和XRD分析表明,受染礦物與純凈礦物浸出產(chǎn)物檢測到含有硫酸鹽,FeOOH及黃鉀鐵釩類物質生成。(5)在萃取有機物在生物浸出柱內的流動分布試驗中,浸出液經(jīng)18次滴淋,其中流失有機物污染將由礦床頂部向下擴散而完全污染整個礦柱。在礦物生物的預浸出階段,萃取有機物對礦物浸出體系的pH和氧化還原電位影響較小。但能夠抑制亞鐵離子的氧化,體系亞鐵離子濃度持續(xù)增大至1.37g/L,而未被污染礦物柱浸體系中亞鐵濃度在第11天由最高0.94g/L降低至浸出結束時的0.48g/L。進入生物柱浸階段后,污染礦物浸出體系pH始終高于潔凈礦物浸出體系,而氧化還原電位小于清潔礦物柱浸體系。兩浸出體系中亞鐵在空氣以及細菌的氧化作用下,濃度始終維持在極低水平。受染礦物浸出體系細菌生長受到一定的抑制,懸浮細胞濃度降低,銅的