尹升华等：碱性氧化铜矿产氨菌浸出特性 ·355· 以保证嗜酸性菌的最佳活性，导致浸出酸耗增加回，且 的浸出特性 酸性试剂与脉石矿物的反应产物易堵塞浸出通道，影 响浸出效果0.王洪江等四从内蒙古某士壤中分离 1实验材料与方法 出一种产氨碱性菌，实验证明该菌种有较强的浸铜能 1.1实验材料 力，适用于碱性铜矿的浸出.进一步实验得出，当温度 实验细菌来自内蒙古某土壤中的Providencia sp. 为30℃、矿浆液固质量比为7：1、助浸剂硫酸铵浓度为 jt-一1碱性产氨菌，该菌为异养兼性厌氧型菌，分别以 0.024molL及细菌初始接种体积分数为20%时，该 柠檬酸钠和尿素为唯一碳和氮源. 菌作用效果最佳，铜的浸出率最高☒ 实验矿样来自云南某氧化铜矿，主要含铜矿物为 对于产氨细菌的浸出机理，通常认为是产氨细菌 孔雀石(Cu2(OH)2C03)、硅孔雀石(CuSiO,2H,0)、黄 代谢产物脲酶分解培养基中的尿素产生氨，氨溶液再 铜矿(CuFeS.,)和辉铜矿(Cu,S).分别采用X荧光光 在助浸剂的作用下与铜矿发生络合反应，从而实现铜 谱法和X射线衍射法对矿石化学成分和铜物相进行 的浸出.此种观点认为，产氨菌在碱性氧化铜矿的浸 分析，结果如表1、表2所示.表1数据表明，矿石中碱 出过程中，只起着间接的催化作用，而非直接作用于 性矿物含量较多，Mg0加Ca0的质量分数达12.08%： 矿石颗粒.此前研究表明嗜酸菌对于硫化铜矿的浸 表2数据表明，矿石中难选铜矿物所占比例较大，结合 出机理有着直接、间接和联合作用之说.而对于复杂 氧化铜加次生硫化铜的质量分数超过总铜的13；此 难选的碱性氧化铜矿产氨菌的浸出过程中是否存在 外矿石中含有AL,0,和F,0,等耗酸矿物，而且含泥量 直接或联合作用却鲜有研究.本文欲通过摇瓶浸矿 较高，因此，该矿样为典型的难处理高碱性氧化铜 实验，剖析产氨菌液中各可能的浸矿因子对于碱性 矿四.实验所用氨溶液由质量分数为20%的浓氨水 氧化铜矿的浸出的影响，分析碱性氧化铜矿产氨菌 调配而成. 表1矿石的化学成分分析结果（质量分数） Table 1 Chemical composition analysis results of the copper ore % Cu Fe203 Mgo Cao SiO2 A203 Zn As W03 1.02 27.24 1.37 10.71 47.82 7.61 0.19 0.45 0.14 0.17 表2铜物相分析结果 (NH),CO,助浸剂.设定矿浆浓度时，浓度过低微生 Table 2 Phase analysis results of copper 物易因营养物匮乏生长受限：浓度过高，微生物易被矿 物相 质量分数/% 占有率/% 石颗粒碰撞受损.取5组100ml的浸矿溶液，各加 自由氧化铜 0.353 34.61 入-0.074mm的矿石细颗粒7g.设置浸矿温度37℃， 结合氧化铜 0.293 28.73 转速150rmin 次生硫化铜 0.075 7.35 2实验原理与浸出动力学 原生硫化铜 0.299 29.31 总铜 1.020 100 2.1实验原理 碱性氧化铜矿采用酸浸，矿石易泥化堵塞矿堆内 1.2实验方法 部孔裂隙；采用氨浸能有效减小矿石泥化，但成本较 按照文献2]所述的最佳接种体积分数20%，取 高.因此，将产氨菌应用于该类铜矿的浸出具有很高 120mL含量为3.62×103·mL1的菌液接种到480mL 的研究价值 由5gL牛肉膏、l2gL蛋白胨和5gL1NaC配制 产氨菌的浸出机理一般认为是细菌的代谢产物 的活化培养基中.待活化培养基中细菌生长处于对数 (脲酶)分解尿素产生氨，氨溶于溶液形成氨溶液（浸 期，取180mL菌液，用离心机分离细菌接种到900mL 出剂)，并在助浸剂（铵盐）的条件下与铜矿石颗粒发 由20gL的尿素、10g·L的柠檬酸钠、2gL1 生络合反应.其反应方程式如下： KH2P04、2gL-1Na2HP0,和0.5 g.L MgS(0,7H20配 成的浸矿培养基中进行浸矿培养. (NH,)CO+H,2NH.OH+CO, (1) 当溶液中氨浓度达到峰值后，进行浸矿实验.将 Cuz (OH)2CO,+6NH,OH+(NH)2CO;- 产氨菌液均分成A、B和C3组，每组3瓶，每瓶100 2Cu(NH,)+2C0+8H20, (2) mL.A组不做任何处理，B和C两组分别除菌和除菌 CuSi03·2H,0+4NH,0H→ 除氨.另配一组尿素培养基，设为D,一组与培养液氨 Cu(NH,)+Si02+20H+5H,0, (3) 浓度相同的氨溶液，设为E.5组溶液中各添加1.5g 2 CuFeS2+8.502+12NH,0H+2H20-→尹升华等: 碱性氧化铜矿产氨菌浸出特性 以保证嗜酸性菌的最佳活性，导致浸出酸耗增加［9］，且 酸性试剂与脉石矿物的反应产物易堵塞浸出通道，影 响浸出效果［10］． 王洪江等［11］从内蒙古某土壤中分离 出一种产氨碱性菌，实验证明该菌种有较强的浸铜能 力，适用于碱性铜矿的浸出． 进一步实验得出，当温度 为 30 ℃、矿浆液固质量比为 7∶ 1、助浸剂硫酸铵浓度为 0. 024 mo1·L － 1及细菌初始接种体积分数为 20% 时，该 菌作用效果最佳，铜的浸出率最高［12］． 对于产氨细菌的浸出机理，通常认为是产氨细菌 代谢产物脲酶分解培养基中的尿素产生氨，氨溶液再 在助浸剂的作用下与铜矿发生络合反应，从而实现铜 的浸出． 此种观点认为，产氨菌在碱性氧化铜矿的浸 出过程中，只起着间接的催化作用，而非直接作用于 矿石颗粒． 此前研究表明嗜酸菌对于硫化铜矿的浸 出机理有着直接、间接和联合作用之说． 而对于复杂 难选的碱性氧化铜矿产氨菌的浸出过程中是否存在 直接或联合作用却鲜有研究． 本文欲通过摇瓶浸矿 实验，剖析产氨菌液中各可能的浸矿因子对于碱性 氧化铜矿的浸出的影响，分析碱性氧化铜矿产氨菌 的浸出特性． 1 实验材料与方法 1. 1 实验材料 实验细菌来自内蒙古某土壤中的 Providencia sp． jat--1 碱性产氨菌，该菌为异养兼性厌氧型菌，分别以 柠檬酸钠和尿素为唯一碳和氮源． 实验矿样来自云南某氧化铜矿，主要含铜矿物为 孔雀石( Cu2 ( OH) 2CO3 ) 、硅孔雀石( CuSiO3 ·2H2O) 、黄 铜矿( CuFeS2 ) 和辉铜矿( Cu2 S) ． 分别采用 X 荧光光 谱法和 X 射线衍射法对矿石化学成分和铜物相进行 分析，结果如表 1、表 2 所示． 表 1 数据表明，矿石中碱 性矿物含量较多，MgO 加 CaO 的质量分数达 12. 08% ; 表 2 数据表明，矿石中难选铜矿物所占比例较大，结合 氧化铜加次生硫化铜的质量分数超过总铜的 1 /3; 此 外矿石中含有 Al2O3和 Fe2O3等耗酸矿物，而且含泥量 较高，因 此，该 矿 样 为 典 型 的 难 处 理 高 碱 性 氧 化 铜 矿［13］． 实验所用氨溶液由质量分数为 20% 的浓氨水 调配而成． 表 1 矿石的化学成分分析结果( 质量分数) Table 1 Chemical composition analysis results of the copper ore % Cu Fe2O3 MgO CaO SiO2 Al2O3 Zn S As WO3 1. 02 27. 24 1. 37 10. 71 47. 82 7. 61 0. 19 0. 45 0. 14 0. 17 表 2 铜物相分析结果 Table 2 Phase analysis results of copper 物相 质量分数/% 占有率/% 自由氧化铜 0. 353 34. 61 结合氧化铜 0. 293 28. 73 次生硫化铜 0. 075 7. 35 原生硫化铜 0. 299 29. 31 总铜 1. 020 100 1. 2 实验方法 按照文献［12］所述的最佳接种体积分数 20% ，取 120 mL 含量为 3. 62 × 108 ·mL － 1的菌液接种到 480 mL 由 5 g·L － 1牛肉膏、12 g·L － 1蛋白胨和 5 g·L － 1 NaCl 配制 的活化培养基中． 待活化培养基中细菌生长处于对数 期，取 180 mL 菌液，用离心机分离细菌接种到 900 mL 由 20 g·L － 1 的尿 素、10 g·L － 1 的柠 檬 酸 钠、2 g·L － 1 KH2PO4、2 g·L － 1 Na2HPO4和 0. 5 g·L － 1 MgSO4 ·7H2O 配 成的浸矿培养基中进行浸矿培养． 当溶液中氨浓度达到峰值后，进行浸矿实验． 将 产氨菌液均分成 A、B 和 C 3 组，每组 3 瓶，每瓶 100 mL． A 组不做任何处理，B 和 C 两组分别除菌和除菌 除氨． 另配一组尿素培养基，设为 D，一组与培养液氨 浓度相同的氨溶液，设为 E． 5 组溶液中各添加 1. 5 g ( NH4 ) 2CO3助浸剂． 设定矿浆浓度时，浓度过低微生 物易因营养物匮乏生长受限; 浓度过高，微生物易被矿 石颗粒碰撞受损［14］． 取 5 组 100 mL 的浸矿溶液，各加 入 － 0. 074 mm 的矿石细颗粒 7 g． 设置浸矿温度 37 ℃， 转速 150 r·min － 1 ． 2 实验原理与浸出动力学 2. 1 实验原理 碱性氧化铜矿采用酸浸，矿石易泥化堵塞矿堆内 部孔裂隙; 采用氨浸能有效减小矿石泥化，但成本较 高． 因此，将产氨菌应用于该类铜矿的浸出具有很高 的研究价值． 产氨菌的浸出机理一般认为是细菌的代谢产物 ( 脲酶) 分解尿素产生氨，氨溶于溶液形成氨溶液( 浸 出剂) ，并在助浸剂( 铵盐) 的条件下与铜矿石颗粒发 生络合反应． 其反应方程式如下: ( NH2 ) 2CO + 3H2O →脲酶2NH4OH + CO2， ( 1) Cu2 ( OH) 2CO3 + 6NH4OH + ( NH4 ) 2CO3 → 2Cu ( NH3 ) 2 + 4 + 2CO2 － 3 + 8H2O， ( 2) CuSiO3 ·2H2O + 4NH4OH → Cu ( NH3 ) 2 + 4 + SiO2 + 2OH － + 5H2O， ( 3) 2CuFeS2 + 8. 5O2 + 12NH4OH + 2H2O → · 553 ·