,14 北京科技大学学报 第30卷 70 2.4黄铁矿的细菌浸出机理 60 在黄铁矿的生物浸出过程中，微生物的作用主 要表现为两个方面，即直接氧化作用和间接氧化作 % 用，直接氧化作用是微生物对硫化矿被氧化成可溶 40 -·-pH=12,辉铜矿 -。-pH=1.6,裤铜矿 性盐的反应有催化作用，能直接加速硫化矿的浸出 -A-pH-1.2,黄铁矿 30 --pH=1.6,黄铁矿 过程；所谓间接氧化作用是指，生物氧化过程中产生 20 的氧化剂对矿物有间接溶解作用☑. Fe3+浸出黄铁矿的反应式为： FeS2十Fe2(S04)33Fe2S04十2S 9 1215 18 21 细菌浸出黄铁矿的反应为： 时间ld 4feS2+1502十2H20→2Fe2(S04)3+2HS04, 图7pH值对浸出率的影响 4pe2++02十4H+4Fe3++2H20 Fig.7 Effect of pH value on the leaching rate 2S+302十2H20→4H++2S0. 为研究黄铁矿的细菌浸出机理，有必要考察直 70 接作用与间接作用的相对重要性，直接作用包括微 60 生物的生长繁殖以及与矿物间的生化反应，间接作 50 一。一菌液量5%.辉铜矿 用包括微生物浸出物与矿物间的化学反应，这两种 一●一菌液量10%，辉铜矿 40 反应过程的影响因素并不完全一致，尤其重要的 一▲一菌液量5%，黄铁矿 -,-菌液量10%，黄铁矿， 是，pH对浸出过程控制的细菌活性和Fe3+沉淀有 重要影响， 没有细菌存在时，不足以提供足够的Fe3+浓度 10 以及较高的氧化还原电位，氧化反应无法持续下去； 有菌条件下，由于矿物表面的F3+沉淀阻碍了细菌 9 121518 3 时间/d 在矿物表面的吸附，细菌的直接作用受到抑制8] 对黄铁矿的生物浸出过程的实验研究表明，黄 图8不同菌液量对浸出率的影响 Fig-8 Effect of bacterium concentration on the leaching rate 铁矿的生物浸出明显受溶解铁的氧化状态的影响， Fe+和Fe3+的比率控制着过程中的氧化反应的相 650 对速率.另外，黄铁矿的溶解也受Fe+、Fe3+在矿 600 -pH=1.2 物表面的竞争吸附控制)，矿物表面Fe2+的积累 550 ◆-pH=l.6 形成了扩散阻挡层，抑制了Fe3+的腐蚀作用.因 500 此，在生物浸出过程中，初始附着是引起溶解速率占 优势的主要原因1]，结果表明，黄铁矿的溶解是接 350 触生物浸出和间接生物浸出共同作用的结果 300 从细菌吸附与细菌浸蚀的显微照片（图10和图 250L 11)可以发现：在浸出第6天时，就有大量细菌吸附 6 12151821 时间d 在黄铁矿表面，但表面没有明显的浸蚀现象；在浸出 图9不同H条件氧化还原电位随时间的变化曲线 第25天时，才发现黄铁矿表面有明显的腐蚀坑 Fig.9 Curve of redox potential to time at different pH values 在氧化亚铁硫杆菌浸出黄铁矿的过程中，主要 是协同作用或联合作用的结果，这种协同作用表现 间的增加，氧化还原电位升高，浸出15d后，氧化还 为，附着在矿物表面的细菌对其产生溶解作用，溶液 原电位上升到500mV以上时，黄铁矿的浸出率可 中游离菌为附着菌创造了良好的生长环境、主要体 达25%.另外，黄铁矿的氧化速率较慢，而辉铜矿在 现在，附着在矿物表面的吸附菌与矿物作用后释放 浸出初期就迅速被氧化，可以考虑在浸出后期，通过 出一些中间体，供给悬浮在溶液中的游离菌作能源 控制氧化还原电位来抑制黄铁矿的浸出， 附着菌和游离菌共同作用使硫化矿解离溶解].图7 pH 值对浸出率的影响 Fig．7 Effect of pH value on the leaching rate 图8 不同菌液量对浸出率的影响 Fig．8 Effect of bacterium concentration on the leaching rate 图9 不同 pH 条件氧化还原电位随时间的变化曲线 Fig．9 Curve of redox potential to time at different pH values 间的增加‚氧化还原电位升高‚浸出15d 后‚氧化还 原电位上升到500mV 以上时‚黄铁矿的浸出率可 达25％．另外‚黄铁矿的氧化速率较慢‚而辉铜矿在 浸出初期就迅速被氧化‚可以考虑在浸出后期‚通过 控制氧化还原电位来抑制黄铁矿的浸出． 2∙4 黄铁矿的细菌浸出机理 在黄铁矿的生物浸出过程中‚微生物的作用主 要表现为两个方面‚即直接氧化作用和间接氧化作 用．直接氧化作用是微生物对硫化矿被氧化成可溶 性盐的反应有催化作用‚能直接加速硫化矿的浸出 过程；所谓间接氧化作用是指‚生物氧化过程中产生 的氧化剂对矿物有间接溶解作用［7］． Fe 3＋浸出黄铁矿的反应式为： FeS2＋Fe2（SO4）3 3Fe2SO4＋2S． 细菌浸出黄铁矿的反应为： 4FeS2＋15O2＋2H2O 2Fe2（SO4）3＋2H2SO4‚ 4Fe 2＋＋O2＋4H ＋ 4Fe 3＋＋2H2O‚ 2S＋3O2＋2H2O 4H ＋＋2SO 2－ 4 ． 为研究黄铁矿的细菌浸出机理‚有必要考察直 接作用与间接作用的相对重要性．直接作用包括微 生物的生长繁殖以及与矿物间的生化反应‚间接作 用包括微生物浸出物与矿物间的化学反应‚这两种 反应过程的影响因素并不完全一致．尤其重要的 是‚pH 对浸出过程控制的细菌活性和 Fe 3＋ 沉淀有 重要影响． 没有细菌存在时‚不足以提供足够的 Fe 3＋浓度 以及较高的氧化还原电位‚氧化反应无法持续下去； 有菌条件下‚由于矿物表面的 Fe 3＋沉淀阻碍了细菌 在矿物表面的吸附‚细菌的直接作用受到抑制［8］． 对黄铁矿的生物浸出过程的实验研究表明‚黄 铁矿的生物浸出明显受溶解铁的氧化状态的影响． Fe 2＋和 Fe 3＋的比率控制着过程中的氧化反应的相 对速率．另外‚黄铁矿的溶解也受 Fe 2＋、Fe 3＋ 在矿 物表面的竞争吸附控制［9］．矿物表面 Fe 2＋ 的积累 形成了扩散阻挡层‚抑制了 Fe 3＋ 的腐蚀作用．因 此‚在生物浸出过程中‚初始附着是引起溶解速率占 优势的主要原因［10］．结果表明‚黄铁矿的溶解是接 触生物浸出和间接生物浸出共同作用的结果． 从细菌吸附与细菌浸蚀的显微照片（图10和图 11）可以发现：在浸出第6天时‚就有大量细菌吸附 在黄铁矿表面‚但表面没有明显的浸蚀现象；在浸出 第25天时‚才发现黄铁矿表面有明显的腐蚀坑． 在氧化亚铁硫杆菌浸出黄铁矿的过程中‚主要 是协同作用或联合作用的结果．这种协同作用表现 为‚附着在矿物表面的细菌对其产生溶解作用‚溶液 中游离菌为附着菌创造了良好的生长环境．主要体 现在‚附着在矿物表面的吸附菌与矿物作用后释放 出一些中间体‚供给悬浮在溶液中的游离菌作能源． 附着菌和游离菌共同作用使硫化矿解离溶解［11－12］． ·14· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷