D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2002.02.015 第24卷第2期 北京科技大学学报 Vol.24 No.2 2002年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2002 微生物催化还原浸出深海锰结核中有价金属 李浩然》冯雅丽)欧阳藩》卢寿慈) 1)中国科学院化工冶金研究所生化工程国家重点试验室，北京2)北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 摘要在常温、酸性、厌氧环境下，按一定的比例添加微生物培养基和供电子体，采用13菌 连续高密度培养、矿浆预浸、微生物固定和强化传质的手段，提高微生物没出结核中有价金属 的速率，浸出时间为3d,可直接浸出结核中的铜、钴、镍和锰.浸出率：钻952%，镍97.5%，锰 95.8%,铜812%；按此方法进行了陆地软锰矿和硬锰矿的浸出试验，浸出时间9d,锰矿中的锰 浸出率较高.根据以上试验结果提出了微生物催化两矿偶合还原浸出氧化锰矿中有价金属的 方法，并初步探索了浸出机理 关键词深海多金属结核：微生物催化；还原浸出 分类号Q939.97;TF111.31 微生物冶金在处理硫化矿等工业实践中已 mL;接种量15%；pH=2;温度30℃；摇床转速为 得到长足进展，本研究试图利用微生物冶金从 160r-min- 大洋多金属结核中浸出有价金属，并探讨其环 境状况.在厌氧条件下，将黄铁矿和锰结核按一 2试验结果及讨论 定比例混合，置于锥形瓶中，保持一定的矿浆浓 21不同还原剂对浸出率的影响 度和pH值，接人J13菌培养液，进行摇瓶试验. 本试验旨在考察加人不同还原剂对多金属 按时测定浸出率，并初步探索了浸出机理. 结核浸出的影响，分别选用硫酸亚铁、黄铁矿作 还原剂，考察4种情况：(1)不加还原剂；(2)加硫 1试验 酸亚铁；(3)加黄铁矿；(4)加硫酸亚铁与黄铁矿. 11试验材料 在试验条件下，锰结核10g,黄铁矿2g,锰结核 菌种为经分离驯化得到的J13菌；矿物为深 磨至-26目.试验结果如图1所示. 海多金属结核由“大洋一号”在东太平洋采得. 由图1知，浸出中加人不同还原剂，对浸出 其品位（质量分数）钴为0.26%，镍为0.84%，铜为 率有很大的影响，而不加任何还原剂，浸出效果 0.89%,锰为21.24%和铁为10.56%.黄铁矿的品 不好.这是由于多金属结核是氧化矿，需要还原 位铁为36.7%，硫为37.93%.培养基：采用 剂将MnO2中的Mn"还原成Mn2,破坏它的矿物 Leathen培养基 100 1.2试验方法 80 黄铁矿 在500mol锥形瓶中加入Leathen培养基， 硫酸亚铁 再加人黄铁矿和锰结核，接种并调pH值，盖上 橡胶塞、纱布和报纸，置于摇床上培养.试验过 0 程中，每天测1次pH、细菌浓度，每2~3天测1 硫酸亚铁+黄铁 次金属离子浓度，取样后将取出的体积用蒸馏 20 无还原剂 水补加，细菌计数采用血球计数板直接计数法. 0 无南对照 金属离子的测定采用原子吸收法，只测锰的浸 0 10 1520 25 30 出率.其基本试验条件为：Leathen培养基200 tid 图1不同还原剂锰的浸率 收稿日期2001-04-29李浩然男，33岁，副研究员 *国家九五"长远发展专项课题CNo.Dy95-04-05) Fig.1 Manganese leaching rate with different reductant第 2 4 卷 第 2 期 2 00 2 年 4 月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u r n a l o f U n vi e r s tiy fo s e i e n e e a n d Te c h n o lo gy B e ji运 g V b】 . 2 4 N o . 2 A P r. 20 0 2 微生物催化还原浸 出深海锰结核 中有价金属 李浩然 ” 冯雅丽 ” 欧 阳 藩 ” 卢寿慈 ” 1)中国科学院化工 冶金研究所生化工程国家重点试验室 , 北京 2) 北京科技大学土木 与环境工程学 院 ,北京 10 0 0 83 摘 要 在 常温 、 酸 性 、 厌 氧环境下 ,按 一定 的 比例 添加微 生物 培养基 和供电子体 , 采用 1J 3 菌 连续 高密度 培养 、 矿浆预浸 、 微生物 固定 和强化传质 的手段 , 提高微生物浸 出结核 中有 价金 属 的速 率 , 浸 出时 间为 3 d , 可 直接浸 出结核 中 的铜 、 钻 、 镍和锰 . 浸 出率 : 钻 95 . 2% , 镍 97 5% , 锰 95 . 8% , 铜 81 . 2% ; 按此方法进行 了陆 地软锰 矿和硬 锰矿 的浸 出试 验 , 浸 出时间 g d , 锰矿 中的锰 浸 出率较高 . 根据 以上试验结果提 出 了微 生物催 化两 矿偶合还原浸 出氧化锰矿 中有价金 属 的 方法 , 并 初步 探索了浸出机 理 . 关键 词 深 海多 金属结 核 ; 微 生物催化 ; 还原 浸 出 分类 号 Q 9 3 9 . 9 7 : T F l l l . 3 1 微生 物冶金在处理硫化矿等工业实践中已 得到长足进展 , 本研究试 图利用微生物 冶金从 大洋多金属 结核 中浸 出有价金属 , 并探讨其环 境状况 . 在厌氧条件下 , 将黄铁矿 和锰结核按一 定 比例混合 , 置于 锥形瓶 中 , 保持一定的矿浆浓 度 和 p H 值 , 接入 J 13 菌培养液 , 进行摇瓶试验 . 按时测定浸 出率 , 并初步探 索了 浸出机理 1 伙 m L ; 接种量 15 % ; p H =2 ; 温度 30 ℃ ; 摇床转 速为 16 0 r · m i n 一 ’ . 1 试验 L l 试验材料 菌种为经分离驯 化得 到的 1J 3 菌 ;矿物为深 海 多金属结核 由 “ 大洋一 号 ” 在东太平洋采得 . 其 品位 (质量分数)钻 为 仓26 % ,镍为 0 . 84 % ,铜为 0 . 89 % ,锰 为 21 . 24 % 和 铁为 10 . 56 % . 黄铁矿 的品 位 铁为 36 .7 % , 硫 为 37 .9 3 % . 培养 基 : 采 用 L e hat e n 培养基 . 1 . 2 试验方法 , , 在 5 0 m ol 锥形瓶 中加入 L e a t h e n 培养基 , 再加人黄铁矿和 锰结核 , 接种并调 p H 值 , 盖上 橡胶塞 、 纱布 和报纸 , 置于摇 床上 培养 . 试验过 程 中 , 每天 测 1 次 p H 、 细菌浓度 , 每 2一 3 天测 1 次金属离子浓度 , 取样后 将取出的体 积用蒸馏 水补加 , 细菌计数采用血球计数板直接计数法 . 金属离子 的测定采用原子 吸收法 , 只 测 锰的 浸 出率 . 其基本试验条件 为 : eL hat en 培养基 2 0 收稿 日期 2 0 1刁4一 9 李 浩然 男 , 3 岁 , 副研 究员 * 国家 ’九五 ” 长远发展 专项课题困 。 D y 9 5 一 04 一 0 5) 2 试验结果及讨论 2 . 1 不同还原 剂对浸 出率的影响 本试验 旨在考察加人不 同还原剂对多金属 结核浸 出 的影响 , 分别选用 硫酸亚铁 、 黄铁矿作 还 原剂 , 考察 4 种情况 : ( l) 不 加还 原剂;( 2) 加硫 酸亚铁 ; (3 ) 加黄铁 矿; (4 )加硫酸亚铁 与黄铁矿 . 在试验条件下 , 锰结 核 10 9 , 黄铁矿 2 9 , 锰结核 磨至 一 26 目 . 试验结果如 图 1 所示 . 由图 1 知 , 浸 出中加入不 同还 原剂 , 对浸 出 率有很大 的影响 , 而 不 加任何还原剂 , 浸 出效果 不好 . 这是 由于多金属结核是氧化矿 , 需要还原 剂将 M n O Z 中的 M n 4 + 还 原成 M l l 2 + , 破坏它 的矿物 硫酸亚铁十黄铁矿 无还原剂 一一月. - ~ 一 - 一 . 一 . 一~ 刁卜一 一 一 . 无菌对照 0o `RU“n 4 ,` 芝并书则 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 t / d 图 1 不 同还原 剂锰的浸率 F ig · I M a n ga n se le a e h i n g r a et w it h d i幻er r 比t r de u e t a n t DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 02. 015