·356· 工程科学学报，第39卷，第3期 2Cu(NH)+Fe203+4S0+4NH+12H,0, 3.2浸矿培养阶段产氨菌生长规律 (4) 尿素培养基中细菌含量和产氨量变化曲线如图2 Cu2S+6NH0H+(NH4)2C04+2.502-→ 所示.观察细菌含量变化曲线，产氨菌接种到尿素培 2Cu(NH3).C0,+7H20. (5) 养基经历了12h的适应时间，期间产氨菌的数量增长 2.2浸出动力学 缓慢.对比活化阶段，细菌含量在浸矿培养阶段达到 产氨菌通过产氨间接浸矿，要实现铜离子的浸 峰值的时间相对滞后.由氨含量的变化规律看出，溶 出，溶液中氨离子需通过扩散作用到达含铜矿物表 液中氨的最大质量浓度达8.93g·L,氨含量随着细 面与其反应.单个含铜矿物颗粒不适于描述该浸 菌浓度的增长而变大，但增速缓于细菌含量且氨质量 出过程.Braun等a针对块矿提出“反应区域模 浓度达到峰值点的时间滞后于细菌含量 型”，当铜的浸出过程受灰分层内扩散控制，动力学 10 方程： 1-2Ba-(1-a)2B=ka1. (6) 式中，k为扩散过程反应速率常数，α为铜浸出率，t为 4 反应时间. 6 3 当铜的浸出过程受化学反应控制，动力学方程： 4 1-(1-a)B=k. (7) 式中，k为化学反应速率常数 2 Dicknson和Heal叨假设浸出速率同时受界面传 质和固体膜层的扩散影响，提出了一种新的收缩核模 0 122436486072840 型，动力学方程： 时间h 1/3ln(1-a)+(1-a)-1s-1=h. (8) 图2尿素培养基中细菌含量和氨质量浓度变化规律 式中，k为多相反应速率常数 Fig.2 Change rules of bacteria content and ammonia mass concen- tration in urea medium 3实验结果与分析 该阶段细菌浓度随时间变化关系： 3.1活化培养阶段产氨菌生长规律 N=el7.13+0056-367x0Y (9) 产氨菌活化培养初期，细菌含量和溶液pH值都 不断增长.从图1中可以看出，培养液pH值与细菌含 式中：N为细菌含量，mL,拟合相关系数R=0.958. 细菌含量和产氨量的拟合关系： 量的增长趋势有所不同：H值增长速率随时间逐渐减 C=3.29lnN-57.71 (10) 小，而细菌含量的增长速率随时间先增大后减小，两者 式中：C为氨质量浓度，gL,拟合相关系数R= 增长步调不一致：培养过程中细菌含量出现峰值，而 0.926. pH值一直保持增长.检测发现溶液pH值的增大是由 3.3浸矿对比实验分析 于其中氨离子的不断累积，说明产氨菌能将培养液中 3.3.1细菌产氨消耗量 含N物质分解成氨 10.0 观察A组溶液细菌含量与氨的质量浓度变化规 律（如图3），加入矿石原培养液平衡体系被打破，细菌 9.5 浓度在0~24h内有稍许减小.随着细菌对矿石的适 9.0 应，浸出体系中矿石矿物的分解为细菌提供了能量来 源，细菌含量迅速升高.浸矿0~120h为氨与矿石矿 8.5 物的主要反应阶段，氨消耗迅速，其含量下降显著：浸 3 8.0 矿192h后，氨浓度逐渐趋于稳定，浸矿完成.浸矿从 开始到完成，由图3可知溶液中氨的变化量为0.464 7.5 g:该值与加入的矿浆浓度、矿石化学成分及含量有 243648 72 7.0 关.实验采用相同的矿样，且控制各组浸矿溶液的体 60 时间h 积和矿浆浓度相同.该值为浸矿始末溶液中氨含量的 图1活化培养基中细菌含量及pH值变化规律 差值，而浸矿过程中细菌仍在产氨，所以浸矿结束后氨 Fig.1 Change rules of pH value and bacteria content in activated 的总消耗量应加上细菌产生的部分 medium 该过程细菌含量随时间变化关系：工程科学学报，第 39 卷，第 3 期 2Cu ( NH3 ) 2 + 4 + Fe2O3 + 4SO2 － 4 + 4NH + 4 + 12H2O， ( 4) Cu2 S + 6NH4OH + ( NH4 ) 2CO4 + 2. 5O2 → 2Cu( NH3 ) 4CO4 + 7H2O． ( 5) 2. 2 浸出动力学 产氨菌通过产氨间接浸矿，要实现铜离子的浸 出，溶液中氨离子需通过扩散作用到达含铜矿物表 面与其反 应． 单 个 含 铜 矿 物 颗 粒 不 适 于 描 述 该 浸 出过程［15］． Braun 等［16］针对块矿提出“反应区域模 型”，当铜的浸出过程受灰分层内扩散控制，动力学 方程: 1 － 2 /3α － ( 1 － α) 2 /3 = kd ·t． ( 6) 式中，kd为扩散过程反应速率常数，α 为铜浸出率，t 为 反应时间． 当铜的浸出过程受化学反应控制，动力学方程: 1 － ( 1 － α) 1 /3 = kr t． ( 7) 式中，kr为化学反应速率常数． Dicknson 和 Heal［17］假设浸出速率同时受界面传 质和固体膜层的扩散影响，提出了一种新的收缩核模 型，动力学方程: 1 /3ln ( 1 － α) + ( 1 － α) － 1 /3 － 1 = kt． ( 8) 式中，k 为多相反应速率常数． 3 实验结果与分析 3. 1 活化培养阶段产氨菌生长规律 产氨菌活化培养初期，细菌含量和溶液 pH 值都 不断增长． 从图 1 中可以看出，培养液 pH 值与细菌含 量的增长趋势有所不同: pH 值增长速率随时间逐渐减 小，而细菌含量的增长速率随时间先增大后减小，两者 增长步调不一致; 培养过程中细菌含量出现峰值，而 图 1 活化培养基中细菌含量及 pH 值变化规律 Fig． 1 Change rules of pH value and bacteria content in activated medium pH 值一直保持增长． 检测发现溶液 pH 值的增大是由 于其中氨离子的不断累积，说明产氨菌能将培养液中 含 N 物质分解成氨． 3. 2 浸矿培养阶段产氨菌生长规律 尿素培养基中细菌含量和产氨量变化曲线如图 2 所示． 观察细菌含量变化曲线，产氨菌接种到尿素培 养基经历了 12 h 的适应时间，期间产氨菌的数量增长 缓慢． 对比活化阶段，细菌含量在浸矿培养阶段达到 峰值的时间相对滞后． 由氨含量的变化规律看出，溶 液中氨的最大质量浓度达 8. 93 g·L － 1，氨含量随着细 菌浓度的增长而变大，但增速缓于细菌含量且氨质量 浓度达到峰值点的时间滞后于细菌含量． 图 2 尿素培养基中细菌含量和氨质量浓度变化规律 Fig． 2 Change rules of bacteria content and ammonia mass concen￾tration in urea medium 该阶段细菌浓度随时间变化关系: N = e17. 913 + 0. 056t － 3. 647 × 10 － 4t 2 ． ( 9) 式中: N 为细菌含量，mL － 1，拟合相关系数 Ｒ2 = 0. 958． 细菌含量和产氨量的拟合关系: C = 3. 29lnN － 57. 71． ( 10) 式中: C 为 氨 质 量 浓 度，g·L － 1，拟合 相 关 系 数 Ｒ2 = 0. 926． 3. 3 浸矿对比实验分析 3. 3. 1 细菌产氨消耗量 观察 A 组溶液细菌含量与氨的质量浓度变化规 律( 如图 3) ，加入矿石原培养液平衡体系被打破，细菌 浓度在 0 ～ 24 h 内有稍许减小． 随着细菌对矿石的适 应，浸出体系中矿石矿物的分解为细菌提供了能量来 源，细菌含量迅速升高． 浸矿 0 ～ 120 h 为氨与矿石矿 物的主要反应阶段，氨消耗迅速，其含量下降显著; 浸 矿 192 h 后，氨浓度逐渐趋于稳定，浸矿完成． 浸矿从 开始到完成，由图 3 可知溶液中氨的变化量为 0. 464 g． 该值与加入的矿浆浓度、矿石化学成分及含量有 关． 实验采用相同的矿样，且控制各组浸矿溶液的体 积和矿浆浓度相同． 该值为浸矿始末溶液中氨含量的 差值，而浸矿过程中细菌仍在产氨，所以浸矿结束后氨 的总消耗量应加上细菌产生的部分． 该过程细菌含量随时间变化关系: · 653 ·