Series No 427
Januaryꢀ 2012
金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ
20总12第年 4第271期期
ꢀ
ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ
ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ
METAL MINE
ꢀ
微生物活性的影响因素及其对浸矿效率的影响 ꢀ
1
, 2
1, 2
1, 2
1, 2
ꢀ 温 建 康
周 桂 英
ꢀ 李 文 娟
ꢀ 陈 勃 伟
(
1 北 京 有 色 金 属 研 究 总 院 ; 2 生 物 冶 金 国 家 工 程 实 验 室 )
摘 ꢀ 要 ꢀ 在 细 菌 纯 培 养 及 细 菌 浸 出 某 高 硫 铜 矿 过 程 中 , 考 察 了 不 同 萃 取 剂 等 有 机 物 和 杂 质 离 子 Fe + 对 细 菌 活
性 的 影 响 规 律 以 及 对 铜 浸 出 效 率 的 影 响 。 研 究 结 果 表 明 : 萃 取 剂 对 浸 矿 微 生 物 的 生 长 和 氧 化 活 性 具 有 很 强 的 抑 制
作 用 ; 随 着 细 菌 活 性 的 变 化 , 铜 浸 出 率 亦 随 之 变 化 。 因 此 , 调 节 浸 出 液 中 有 机 物 和 铁 离 子 浓 度 , 保 证 细 菌 活 性 , 可 有
效 地 提 高 浸 出 效 率 。
2
关 键 词 ꢀ 生 物 浸 出 ꢀ 微 生 物 活 性 ꢀ 影 响 因 素 ꢀ 铜 浸 出 率
Impact Factor of Bacterium Activity and Impact of Leaching Rate Efficiency
1
, 2
1, 2
1, 2
1, 2
Zhou Guiying ꢀ Li Wenjuan ꢀ Chen Bowei ꢀ Wen Jiankang
(
1 General Research Institute for Nonferrous Metals; 2 National Engineering Lab of Biohydrometallurgy)
Abstractꢀ The influence of different concentrations of all kinds of extractant and ferrous ion on the growth and activity
of acidophilic microorganisms and copper bioleaching rate were studied during bacteria cultivating and bioleaching The re
sults show that bacteria numbers and activity are restrained when extractant is added The copper leaching rate is changed as
bacteria activity The bioleaching rate will be increased on the condition of bacteria activity by adjusting concentration of ex
tractant and ferrous ion in bioleching solution
Keywordsꢀ Bioleaching, Bacterium activity, Impact factor, Copper leaching rate
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ꢀ
ꢀ 生 物 浸 出 液 在 后 续 萃 取 分 离 过 程 中 , 萃 余 液 常
9K 培 养 基 ( ( NH ) SO 3 0 g/ L、 K HPO 0 5 g/ L、
4
MgSO · 7H O 0 5 g/ L、 KCl 0 1 g/ L、 Ca( NO ) ·
2
4
2
4
常 夹 带 少 量 的 有 机 物 , 在 其 返 回 矿 堆 喷 淋 系 统 时 , 萃
余 液 中 残 余 的 有 机 物 对 微 生 物 的 毒 害 作 用 , 会 使 矿
堆 中 微 生 物 的 活 性 受 到 抑 制 , 同 时 , 浸 出 液 中 杂 质 离
子 的 累 积 也 严 重 影 响 微 生 物 的 活 性 , 并 最 终 影 响 浸
出 效 果 。 因 此 , 开 展 萃 取 剂 等 有 机 物 和 铁 离 子 等 杂
质 离 子 对 微 生 物 活 性 的 影 响 规 律 研 究 , 为 生 物 堆 浸
过 程 提 高 浸 出 效 果 提 供 理 论 指 导 很 有 必 要 。 本 研 究
将 在 细 菌 纯 培 养 及 细 菌 浸 矿 过 程 中 , 考 察 不 同 萃 取
剂 等 有 机 物 和 杂 质 离 子 铁 离 子 对 细 菌 活 性 的 影 响 规
律 以 及 对 铜 浸 出 效 率 的 影 响 。
4
2
3
2
4H O 0 013 g/ L) 中 培 养 , 培 养 好 的 菌 液 备 用 。
2
1 3ꢀ 有 机 相 的 配 制
取 配 制 好 的 9K 培 养 液 , 按 照 与 有 机 相 的 体 积
比 10∶ 1 注 入 置 于 震 荡 器 中 的 分 液 漏 斗 中 充 分 混 合
30 min, 静 止 分 层 后 分 离 出 9K 培 养 液 , 备 用 。 其 中 ,
#
#
有 机 相 分 别 为 稀 释 剂 260 煤 油 、 稀 释 剂 260 煤 油 +
#
萃 取 剂 lix984N( 体 积 比 9∶ 1) 、 稀 释 剂 260 煤 油 + 萃
取 剂 lix984N( 体 积 比 4∶ 1) 。
1 4ꢀ 试 验 步 骤
考 察 浸 出 过 程 萃 余 液 中 夹 带 的 有 机 物 ( 主 要 指
萃 取 剂 和 稀 释 剂 ) 和 杂 质 离 子 铁 离 子 对 微 生 物 活 性
及 铜 浸 出 率 的 影 响 , 试 验 步 骤 如 下 :
1
ꢀ 试 验 材 料 与 研 究 方 法
1
1ꢀ 试 ꢀ 样
所 用 试 样 为 某 高 硫 铜 矿 样 , 该 样 品 中 Cu 含 量
为 0 42% , Fe 含 量 为 2 99% , S 含 量 为 4 29% , 试 样
粒 度 为 - 200目 。
( 1) 用 硫 酸 调 节 细 菌 纯 培 养 体 系 和 细 菌 浸 矿 体
系 ( 矿 浆 浓 度 为 2% 、 接 种 量 为 10% ) 的 pH 至 1 8,
1
2ꢀ 菌 种 的 培 养
国
家
重
点
基
础
研
究
发
展
计
划
( 973 计 划 ) 项 目 ( 编 号 :
试 验 所 用 细 菌 为 某 铜 矿 酸 性 矿 坑 水 中 分 离 出 的
2
010CB630906) 。
混 合 浸 矿 菌 株 , 主 要 为 氧 化 亚 铁 硫 杆 菌 、 氧 化 硫 硫 杆
菌 和 氧 化 亚 铁 钩 端 螺 旋 菌 等 混 合 菌 , 把 该 混 合 菌 放 入
周 桂 英 ( 1968— ) , 女 , 高 级 工 程 师 , 博 士 , 100088 北 京 市 西 城 区 新 街
口 外 大 街 2 号 。
·
80·
ꢀ
ꢀ ꢀ 周 桂 英 等 : 微 生 物 活 性 的 影 响 因 素 及 其 对 浸 矿 效 率 的 影 响 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2012 年 第 1 期
并 在 摇 床 中 震 荡 一 段 时 间 后 将 pH 值 稳 定 在 1 8。
2) 分 别 添 加 配 制 好 的 有 机 相 及 不 同 浓 度 的 铁
离 子 到 上 述 pH = 1 8 的 体 系 中 。
(
(
3) 2 类 体 系 均 在 33 ℃ 的 摇 床 上 培 养 , 摇 床 转
速 160 r/ min, 每 隔 24 h 测 定 培 养 液 中 的 细 菌 浓 度 、
pH 和 电 位 , 最 终 考 察 浸 渣 中 的 铜 含 量 , 计 算 铜 的 浸
出 率 。
1
5ꢀ 检 测 方 法
(
c) 有 机 物 对 微 生 物 生 长 过 程 中 电 位 的 影 响
pH 值 的 测 定 采 用 Thermo Orion 868 酸 度 计 , 溶
图 1ꢀ 有 机 物 在 细 菌 纯 培 养 过 程 中 对 细 菌 活 性 的 影 响
液 的 氧 化 还 原 电 位 测 定 采 用 UJ34D 直 流 电 位 差 计 ,
细 菌 活 性 计 数 采 用 血 球 计 数 板 在 显 微 镜 下 测 量 , 采
用 化 学 滴 定 法 检 测 浸 出 液 及 浸 渣 的 铜 含 量 。
■
●
— 未 加 有 机 物 ; — 煤 油 ;
▲
— 煤 油 和 萃 取 剂 ( 9∶ 1) ;
— 煤 油 和 萃 取 剂 ( 4∶ 1)
显 的 抑 制 作 用 , 同 一 生 长 期 细 菌 数 量 有 所 下 降 , 因 而
影 响 细 菌 氧 化 Fe2 + 的 能 力 , 但 不 改 变 溶 液 pH 值 先
升 高 后 降 低 的 规 律 , 以 及 溶 液 的 终 电 位 。 3 种 有 机
物 中 萃 取 剂 比 例 越 高 对 细 菌 的 毒 害 作 用 越 大 。
2 2ꢀ 有 机 物 对 浸 矿 体 系 细 菌 活 性 及 浸 出 效 果 的 影 响
在 4 个 250 mL 三 角 瓶 中 进 行 添 加 有 机 物 对 细
菌 浸 矿 过 程 中 细 菌 活 性 的 影 响 试 验 。 首 先 在 三 角 瓶
中 装 入 200 mL 配 制 好 的 9K 培 养 基 , 5 g 试 样 , 用 硫
酸 调 节 pH 值 稳 定 在 1 80, 分 别 加 入 25 mL 菌 液 和
25 mL 配 制 好 的 有 机 相 , 分 别 在 33 ℃ 的 摇 床 上 培
养 , 摇 床 转 速 160 r/ min, 每 隔 24 h 测 定 浸 出 液 中 的
2
ꢀ 试 验 结 果 与 讨 论
分 别 考 察 在 细 菌 纯 培 养 和 细 菌 浸 矿 过 程 中 , 萃 取
剂 等 有 机 物 及 不 同 铁 离 子 浓 度 对 细 菌 活 性 的 影 响 。
2
1ꢀ 有 机 物 在 细 菌 纯 培 养 过 程 中 对 细 菌 活 性 的 影
响
在 4 个 250 mL 三 角 瓶 中 进 行 有 机 物 对 细 菌 纯 培
养 过 程 中 细 菌 活 性 的 影 响 试 验 。 首 先 在 三 角 瓶 中 装
入 200 mL 配 制 好 的 9K 培 养 基 , 用 硫 酸 调 节 pH 值 ,
并 稳 定 在 1 80, 分 别 加 入 25 mL 菌 液 和 25 mL 配 制 好
的 有 机 相 , 然 后 在 33 ℃的 摇 床 上 培 养 , 摇 床 转 速 160
r/ min, 每 隔 24 h 测 定 培 养 液 中 的 细 菌 浓 度 、 pH 值 和
电 位 。 不 同 有 机 物 情 况 下 , 细 菌 生 长 情 况 、 细 菌 培 养
液 pH 值 和 溶 液 电 位 的 变 化 分 别 见 图 1。
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细 菌 浓 度 、 pH 值 和 电 位 , 浸 出 结 束 后 , 取 浸 出 渣 , 测
定 渣 中 的 含 铜 量 , 计 算 铜 浸 出 率 。 不 同 浸 矿 条 件 下 ,
细 菌 浸 矿 过 程 中 细 菌 生 长 情 况 、 浸 矿 液 的 pH 值 、 溶
液 电 位 的 变 化 见 图 2, 铜 浸 出 率 见 表 1。
从 图 1 可 以 看 出 , 有 机 物 对 细 菌 的 生 长 具 有 明
(
a) 有 机 物 对 微 生 物 生 长 过 程 中 菌 数 的 影 响
( a) 不 同 有 机 物 含 量 对 浸 矿 体 系 细 菌 生 长 的 影 响
(
b) 不 同 有 机 物 含 量 对 细 菌 浸 矿 体 系 pH 的 影 响
(
b) 有 机 物 对 微 生 物 生 长 过 程 中 pH 的 影 响
·
81·
总 第 427 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2012 年 第 1 期
( b) Fe2 + 浓 度 对 细 菌 纯 培 养 过 程 中 pH 值 的 影 响
(
c) 不 同 有 机 物 含 量 对 细 菌 浸 矿 体 系 溶 液 电 位 的 影 响
图 2ꢀ 有 机 物 对 浸 矿 体 系 细 菌 活 性 的 影 响
■
●
— 未 加 有 机 物 ; — 煤 油 ;
▲
— 煤 油 和 萃 取 剂 ( 9∶ 1) ;
— 煤 油 和 萃 取 剂 ( ( 4∶ 1)
表 1ꢀ 不 同 有 机 物 细 菌 浸 矿 体 系 铜 浸 出 率 对 比
%
添 加 9∶ 1
煤 油 和
添 加 4∶ 1
不 添 加
有 机 物
浸 矿 体 系
添 加 煤 油
煤 油 和
萃 取 剂
萃 取 剂
Cu 浸 出 率
81 26
78 34
77 83
73 90
ꢀ
ꢀ 从 图 2 并 结 合 图 1 可 以 看 出 , 有 机 物 对 浸 矿 体
(
c) Fe2 + 对 细 菌 纯 培 养 过 程 中 电 位 的 影 响
系 中 细 菌 的 生 长 具 有 明 显 的 抑 制 作 用 , 同 一 生 长 期
细 菌 数 量 有 所 下 降 , 因 而 影 响 细 菌 氧 化 Fe2 + 的 能
力 , 但 不 改 变 溶 液 pH 值 振 荡 下 行 的 规 律 , 以 及 溶 液
的 终 电 位 ; 加 矿 后 细 菌 的 生 长 有 一 定 的 延 滞 。
图 3ꢀ 铁 离 子 在 细 菌 纯 培 养 过 程 中 对 细 菌 活 性 的 影 响
■
● ▲
— 0 g/ L; — 8 g/ L; — 16 g/ L; — 32 g/ L; — 48 g/ L
2 +
从 图 3 可 以 看 出 , 适 当 的 Fe 浓 度 有 利 于 细 菌
2 +
的 生 长 。 当 Fe 初 始 浓 度 为 8 g / L 时 , 细 菌 具 有 最
从 图 1 及 图 2、 表 1 可 以 看 出 , 有 机 物 的 存 在 对
细 菌 有 毒 害 作 用 , 3 种 有 机 物 中 萃 取 剂 比 例 越 高 对
大 的 活 性 ; 随 着 铁 浓 度 的 增 加 , 细 菌 的 活 性 逐 步 受 到
; 当 初 始 Fe2 + 浓 度 升 至
抑 制 , 铁 氧 化 能 力 逐 渐 降 低
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48 g / L时 , 细 菌 几 乎 不 生 长 , 铁 氧 化 能 力 完 全 受 到 抑
3ꢀ 铁 离 子 在 细 菌 纯 培 养 过 程 中 对 细 菌 活 性 的 影
2 +
细 菌 的 毒 害 作 用 越 大 , 铜 浸 出 率 越 低 。
2
制 。 在 不 添 加 Fe 时 , 溶 液 的 pH 变 化 不 大 , 这 时 由
于 细 菌 缺 少 了 生 长 所 需 的 能 源 物 质 , 基 本 处 于 休 眠
状 态 ; 当 Fe2 + 添 加 量 < 16 +g / L 时 , 溶 液 的 pH 值 先 升
响
在 5 个 250 mL 三 角 瓶 中 进 行 不 同 铁 离 子 浓 度
对 细 菌 纯 培 养 过 程 中 细 菌 活 性 的 影 响 试 验 。 首 先 在
三 角 瓶 中 装 入 200 mL 配 制 好 的 9K 培 养 基 , 用 硫 酸
调 节 pH 值 稳 定 在 1 80, 分 别 加 入 25 mL 菌 液 和 25
mL 不 同 浓 度 的 硫 酸 亚 铁 溶 液 , 在 33 ℃ 的 摇 床 上 培
养 , 摇 床 转 速 160 r/ min, 每 隔 24 h 测 定 培 养 液 中 的
2
+
高 后 降 低 , 这 是 由 于 Fe 的 氧 化 消 耗 H 及 最 后
3
+
+
2 +
Fe 的 水 解 生 成 H 造 成 的 ; 而 当 Fe 的 添 加 量 在
3
2 ~ 48 g / L 时 , 溶 液 的 pH 值 低 于 初 始 时 的 1 8, 这
2 +
可 能 是 因 为 高 浓 度 的 Fe 存 在 下 , 极 易 被 氧 化 , 进
而 导 致 大 量 的 Fe 水 解 所 造 成 的 。 不 添 加 Fe2 + 时 ,
溶 液 电 位 基 本 保 持 不 变 , 这 是 因 为 溶 液 的 电 位 大 部
分 取 决 于 [ Fe3 + ] / [ Fe2 + ] 的 比 值 , 而 [ Fe3 + ] / [ Fe2 + ]
2
+
3 +
细 菌 浓 度 、 pH 值 和 电 位 。 不 同 Fe 浓 度 对 细 菌 纯
培 养 过 程 中 细 菌 生 长 、 培 养 液 pH 值 和 溶 液 电 位 的
变 化 规 律 见 图 3。
2
+
的 比 值 基 本 不 变 ; 添 加 Fe 后 , 溶 液 电 位 从 低 位 开
2
+
始 上 升 , Fe 浓 度 小 于 32 g / L 时 有 一 个 急 速 上 升 的
2
+
过 程 ; 当 Fe 浓 度 大 于 48 g / L 时 , 细 菌 几 乎 不 生 长 ,
铁 氧 化 能 力 完 全 受 到 抑 制 , 电 位 的 增 加 是 由 于 空 气
氧 化 Fe2 + 所 致 。
2
4ꢀ 铁 离 子 对 浸 矿 体 系 细 菌 活 性 及 浸 出 效 果 的 影
响
a) Fe2 + 浓 度 对 细 菌 纯 培 养 过 程 中 菌 数 的 影 响
在 5 个 250 mL 三 角 瓶 中 进 行 添 加 Fe2 + 对 细 菌
(
·
82·
ꢀ
ꢀ ꢀ 周 桂 英 等 : 微 生 物 活 性 的 影 响 因 素 及 其 对 浸 矿 效 率 的 影 响 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2012 年 第 1 期
2 +
ꢀ ꢀ 从 图 4 并 结 合 图 3 可 以 看 出 , 添 加 少 量 的 Fe
2 +
对 微 生 物 的 生 长 具 有 促 进 作 用 , 而 当 Fe 浓 度 较 高
浸 矿 过 程 中 细 菌 活 性 的 影 响 试 验 。 首 先 在 每 个 三 角
瓶 中 装 入 200 mL 配 制 好 的 9K 培 养 基 , 5 g 粒 度 为
-
200 目 原 矿 样 品 , 用 硫 酸 调 节 pH 值 并 稳 定 在
时 , 对 微 生 物 生 长 具 有 抑 制 作 用 ; 加 矿 后 溶 液 的 pH
变 化 相 对 于 不 加 矿 时 具 有 变 化 趋 势 的 均 一 性 , 主 要
是 因 为 细 菌 氧 化 Fe2 + 生 成 Fe3 + 产 酸 与 溶 矿 作 用 耗
酸 同 时 进 行 , 溶 液 的 pH 变 化 具 有 一 定 的 规 律 性 ; 加
1
80, 加 入 25 mL 菌 液 和 25 mL 不 同 浓 度 的 硫 酸 亚
铁 , 在 33 ℃的 摇 床 上 培 养 , 摇 床 转 速 160 r/ min, 每
隔 24 h 测 定 浸 出 液 中 的 细 菌 浓 度 、 pH 值 和 电 位 。
浸 出 结 束 后 , 取 浸 出 渣 , 测 定 渣 中 的 含 铜 量 , 计 算 铜
浸 出 率 。 不 同 铁 离 子 浓 度 条 件 下 , 细 菌 浸 矿 体 系 细
菌 生 长 情 况 、 pH 值 及 溶 液 电 位 见 图 4, 铜 浸 出 率 见
表 2。
2
+
矿 后 溶 液 的 电 位 变 化 比 较 明 显 , 在 Fe 浓 度 大 于 16
2
+
浓
g / L 时 , 细 菌 的 氧 化 性 能 就 受 到 明 显 抑 制 , 而 Fe
度 大 于 24 g / L 时 , 细 菌 的 生 长 就 受 到 抑 制 。
2
+
从 表 2 可 以 看 出 , 添 加 适 量 Fe 有 利 于 铜 的 浸
2
+
出 , 但 是 高 浓 度 的 Fe 对 铜 浸 出 不 利 。
3
ꢀ 结 ꢀ 论
(
1) 在 细 菌 纯 培 养 和 细 菌 浸 矿 过 程 中 , 不 同 萃
取 剂 等 有 机 物 对 细 菌 活 性 具 有 较 强 的 抑 制 作 用 , 并
影 响 浸 矿 效 率 。
(
2) 在 细 菌 纯 培 养 和 细 菌 浸 矿 过 程 中 , 杂 质 离
子 Fe2 + 对 细 菌 活 性 有 一 定 的 影 响 , 少 量 的 Fe 对 微
2 +
2
+
生 物 的 生 长 具 有 促 进 作 用 , 添 加 适 量 Fe 有 利 于 铜
(
a) 不 同 Fe2 + 浓 度 对 浸 矿 体 系 细 菌 生 长 的 影 响
b) 不 同 Fe2 + 浓 度 对 细 菌 浸 矿 体 系 pH 的 影 响
c) 不 同 Fe2 + 浓 度 对 浸 矿 体 系 溶 液 电 位 的 影 响
2 +
的 浸 出 , 但 是 高 浓 度 的 Fe 对 浸 出 不 利 。
(
3) 在 萃 余 液 返 回 矿 石 堆 浸 系 统 前 , 要 严 格 控
制 萃 余 液 夹 带 的 萃 取 剂 等 有 机 物 浓 度 和 铁 离 子 浓
度 , 避 免 对 铜 浸 出 效 率 的 影 响 。
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参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献
[
[
[
[
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3] ꢀ Okibe N, Johnson D B Toxicity of flotation reagents to moderately
themophilic bioleaching microorganisms [ J] . Biotechnology Let
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[ 5] ꢀ Watling H R The bioleaching of sulphide minerals with emphasis
on copper sulphidesa review[ J] . Hydrometallurgy, 2006, 84: 81
图 4ꢀ 铁 离 子 对 浸 矿 体 系 细 菌 活 性 的 影 响
108
■
— 未 加 Fe;
●
— 8 g/ L;
▲
— 16 g/ L;
— 24 g/ L; — 40 g/ L
表 2ꢀ 不 同 Fe2 + 浓 度 细 菌 浸 矿 体 系 铜 浸 出 率 对 比
[
6] ꢀ Watling H R, Perrot F A, Shiers D W Comparison of selected char
acteristics of Sulfobacillus species and review of their roles in acid
ic and bioleaching environments[ J] . Hydrometallurgy, 2008, 93:
初 始 Fe + 浓 度
2
0
8
16
24
40
/
( g/ L)
5765
Cu 浸 出 率 / % 78 54
81 27
79 62
74 75
73 29
(
收 稿 日 期 ꢀ 20111011)
·
83·
/pdf/swf/201202/2012_0201_034507_635.swf