尹升华等：次生硫化铜矿微生物浸出实验 ·1499· greater with increase rate of 6.65%,conversely,this tends to be smaller at the column bottom,and its decreases rate is 8.29%.The slump degree is proportional to the fines content;the minimum slump is 1.7 mm and the maximum 6.15 mm.Ore particle size is the key factor in the leaching process;column B with particle size r<I mm accounted for 28.41%of whole ores quality)shows the best copper extraction rate of 47.23%after 480h. KEY WORDS secondary copper sulfide;acidthiobacillus ferrooxidans;shake flash;column leaching;copper extraction rate 矿业是国家的支柱产业，经济的快速发展导致了 扫描技术416)、核磁共振技术[)等非接触、无损探 现有品位高和易采选矿产的逐渐枯竭.对于复杂难选测技术的出现，使得孔隙结构研究进入了细观层 的低品位矿石和废石中铜、金、钴等贵金属元素的提取 面，实现了孔隙结构特征与演化规律的量化分析 方法，逐渐成为矿业领域的重要研究方向.我国矿 但是，以往研究通常只针对浸矿菌种的分离与纯 产资源禀赋性较差，以次生硫化铜矿等矿石为代表的 化]、矿石颗粒群组结构[]等某一影响因素开展 伴生现象较为明显，矿石矿物与脉石矿物相互镶嵌、包 研究，对于富集培养、驯化和柱浸过程，并结合现代 裹，磨矿时难以解离，矿石的可浮性较差.因此，采用 无损探测技术，开展浸矿菌的增殖和浸矿机理的研 常规的分选方式具有浮选药剂成本高，残渣难以被有 究较为缺乏. 效处理，易造成环境污染等问题，以微生物浸出为代表 对此，本研究开展了浸矿菌富集培养实验、有矿环 的溶浸采矿技术，因其经济性、高效性、环境友好性等 境下浸矿菌驯化转代实验和多粒径配比柱浸实验对比 优点被逐渐应用2-] 研究，通过富集培养、驯化和柱浸实验数据对比，重点 近年来，在国内外专家学者努力下，微生物浸矿 考察细菌浓度、溶液pH值、铜浸出率等因素的变化规 的研究取得了一定进展.众所周知，浸矿体系是一个 律.此外，结合X-ry电子计算机断层扫描(CT)技术， 固、热、液、气和菌多相耦合体系.其中，浸矿菌的活 对浸矿前后的柱体进行扫描，实现了柱内堆体塌落、孔 性和浸矿效率是影响浸矿效果的关键因素之一[). 隙演化和浸矿机理研究，并且，探讨了矿石浸出规律与 对于低品位次生硫化铜矿而言，常采用嗜酸氧化亚 矿堆孔隙演化的内在联系 铁硫杆菌，浸矿菌的生存和运移严重依赖于堆内溶 液[).由于入堆矿石粒径及其配比、矿石颗粒间的微 1实验 观力、矿石形状的随机性等[6-]因素的差异，使得堆 1.1实验矿样 体结构的各向异性[]，直接导致了堆内溶液分布呈 矿样取自福建某铜矿，矿石中铜品位为0.7%，属 现不均匀性】，以及溶液优先流和大量浸矿盲区的 于低品位次生硫化铜矿，采用常规的采选矿方式，存在 出现]并且，伴随着黄钾铁矾、单质硫等抗酸物质 成本高、难度大、效果差等缺点，矿石中主要金属矿物 形成[)，导致矿石孔隙连通性恶化，使得堆内有价元 分布情况，如图1所示.矿石中多种矿物镶嵌共生、相 素并不能完全被浸取.特别地，随着电子计算机断层 间分布.矿样较为密实，孔隙裂隙并不发育. a b 回 黄铁矿 黄铁矿 石英 蓝辉铜矿 硫砷铜冠矿 黄铁矿 辉铜矿 蓝辉铜矿 磁铁矿 脉石 石英 蓝辉铜矿 250m 1004m 100m 图1矿石中主要金属矿物的显微镜照片.()与黄铁矿共生的辉铜矿及蓝辉铜矿：(b)与黄铁矿和磁铁矿共生的硫砷铜矿：(c)与细粒 脉石矿物（石英）和黄铁矿共生的蓝辉铜矿 Fig.1 Microscope photos of the main metal minerals in the ore:(a)chalcocite and digenite which are symbiotie with pyrite;(b)enargite which is symbiotic with pyrite and magnetite;(c)digenite which is symbiotic with fine gangue minerals quartz)and pyrite 对矿石进行物相分析，可见矿石中具有少量的 表1矿样的元素分析结果（质量分数） Fe,Mg、Ca等，矿样中主要的矿石矿物为黄铁矿、蓝辉 Table 1 Ore sample element analysis % 铜矿、黄铜矿、辉铜矿等，脉石矿物主要为石英，矿石元 Cu Fe Si0 素分析和物相分析结果如表1和表2所示. 0.70 1.671.10 0.300.045.2991.0尹升华等: 次生硫化铜矿微生物浸出实验 greater with increase rate of 6郾 65% , conversely, this tends to be smaller at the column bottom, and its decreases rate is 8郾 29% . The slump degree is proportional to the fines content; the minimum slump is 1郾 7 mm and the maximum 6郾 15 mm. Ore particle size is the key factor in the leaching process; column B (with particle size r < 1 mm accounted for 28郾 41% of whole ores quality) shows the best copper extraction rate of 47郾 23% after 480 h. KEY WORDS secondary copper sulfide; acidthiobacillus ferrooxidans; shake flash; column leaching; copper extraction rate 矿业是国家的支柱产业,经济的快速发展导致了 现有品位高和易采选矿产的逐渐枯竭. 对于复杂难选 的低品位矿石和废石中铜、金、钴等贵金属元素的提取 方法,逐渐成为矿业领域的重要研究方向[1] . 我国矿 产资源禀赋性较差,以次生硫化铜矿等矿石为代表的 伴生现象较为明显,矿石矿物与脉石矿物相互镶嵌、包 裹,磨矿时难以解离,矿石的可浮性较差. 因此,采用 常规的分选方式具有浮选药剂成本高,残渣难以被有 效处理,易造成环境污染等问题,以微生物浸出为代表 的溶浸采矿技术,因其经济性、高效性、环境友好性等 优点被逐渐应用[2鄄鄄3] . 近年来,在国内外专家学者努力下,微生物浸矿 的研究取得了一定进展. 众所周知,浸矿体系是一个 固、热、液、气和菌多相耦合体系. 其中,浸矿菌的活 性和浸矿效率是影响浸矿效果的关键因素之一[4] . 对于低品位次生硫化铜矿而言,常采用嗜酸氧化亚 铁硫杆菌,浸矿菌的生存和运移严重依赖于堆内溶 液[5] . 由于入堆矿石粒径及其配比、矿石颗粒间的微 观力、矿石形状的随机性等[6鄄鄄9] 因素的差异,使得堆 体结构的各向异性[10] ,直接导致了堆内溶液分布呈 现不均匀性[11] ,以及溶液优先流和大量浸矿盲区的 出现[12] . 并且,伴随着黄钾铁矾、单质硫等抗酸物质 形成[13] ,导致矿石孔隙连通性恶化,使得堆内有价元 素并不能完全被浸取. 特别地,随着电子计算机断层 扫描技术[14鄄鄄16] 、核磁共振技术[17] 等非接触、无损探 测技术的 出 现,使 得 孔 隙 结 构 研 究 进 入 了 细 观 层 面,实现了孔隙结构特征与演化规律的量化分析. 但是,以往 研 究 通 常 只 针 对 浸 矿 菌 种 的 分 离 与 纯 化[18] 、矿石颗粒群组结构[19] 等某一影响因素开展 研究,对于富集培养、驯化和柱浸过程,并结合现代 无损探测技术,开展浸矿菌的增殖和浸矿机理的研 究较为缺乏. 对此,本研究开展了浸矿菌富集培养实验、有矿环 境下浸矿菌驯化转代实验和多粒径配比柱浸实验对比 研究,通过富集培养、驯化和柱浸实验数据对比,重点 考察细菌浓度、溶液 pH 值、铜浸出率等因素的变化规 律. 此外,结合 X鄄鄄ray 电子计算机断层扫描(CT)技术, 对浸矿前后的柱体进行扫描,实现了柱内堆体塌落、孔 隙演化和浸矿机理研究,并且,探讨了矿石浸出规律与 矿堆孔隙演化的内在联系. 1 实验 1郾 1 实验矿样 矿样取自福建某铜矿,矿石中铜品位为 0郾 7% ,属 于低品位次生硫化铜矿,采用常规的采选矿方式,存在 成本高、难度大、效果差等缺点,矿石中主要金属矿物 分布情况,如图 1 所示. 矿石中多种矿物镶嵌共生、相 间分布. 矿样较为密实,孔隙裂隙并不发育. 图 1 矿石中主要金属矿物的显微镜照片 郾 (a) 与黄铁矿共生的辉铜矿及蓝辉铜矿; (b) 与黄铁矿和磁铁矿共生的硫砷铜矿; (c) 与细粒 脉石矿物(石英)和黄铁矿共生的蓝辉铜矿 Fig. 1 Microscope photos of the main metal minerals in the ore: (a) chalcocite and digenite which are symbiotic with pyrite; (b) enargite which is symbiotic with pyrite and magnetite; (c) digenite which is symbiotic with fine gangue minerals (quartz) and pyrite 对矿石进行物相分析,可见矿石中具有少量的 Fe,Mg、Ca 等,矿样中主要的矿石矿物为黄铁矿、蓝辉 铜矿、黄铜矿、辉铜矿等,脉石矿物主要为石英,矿石元 素分析和物相分析结果如表 1 和表 2 所示. 表 1 矿样的元素分析结果(质量分数) Table 1 Ore sample element analysis % Cu Fe S CaO MgO Al2O3 SiO2 0郾 70 1郾 67 1郾 10 0郾 30 0郾 04 5郾 29 91郾 0 ·1499·