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.22 北京科技大学学报 第29卷 的S0含量逐步上升，培养200h,溶液中S0质 数为5%的浸出率仅40%，矿浆质量分数为10%以 量浓度可达到7.0gdm-3以上，同时溶液的pH逐 上浸出率仅20%左右：又如矿浆质量分数为20% 步下降，从初始2.5逐步下降到1.0，说明sulfolobus 时，浸出350h,浸出率仅80%，再增加浸出时间，浸 对元素硫具有良好的氧化作用 出率上升缓慢，这是由于当矿物颗粒尺寸一定时，矿 浆浓度影响浸出率的主要因素在于反应物与生成物 的动力学传质限制，当矿浆浓度上升，在同一浸出周 6 期，溶液中反应物与生成物离子浓度上升，由于离子 2.0 传质阻力增大，矿物表面生成物离子不能很快转移 4 S02有菌 +pH有菌 到溶液，同时溶液中的氧化物离子不能扩散到矿物 0-S02无菌 ◇pH无菌 1.5 反应物表面，造成反应速率下降，最终影响到浸出 2 率. 1 2.6浸出体系pH与溶液氧化还原电位E的变化 1.0 矿浆质量分数为15%，接种量10%，初始pH 50 100150200 250 h 为2.5，温度75℃下，黄铜矿sulfolobus浸出过程浸 出体系pH和溶液氧化还原电位E随时间变化的 图4细菌生长液中SO和pH的变化曲线 趋势见图6.由图可见，随着浸出进行，溶液pH下 Fig.4 Change of SO and pH of the media during culturing 降，酸度上升，在pH下降过程中，浸出初期下降较 2.5高温浸矿菌sulfolobus的浸矿性能 快，而在中后期下降有所减缓，这与黄铜矿的氧化速 图5为sulfolobus黄铜矿精矿上适应性驯化 度变化趋势基本一致.浸出早期当细菌sulfolobus 后，75℃时不同矿浆浓度黄铜矿摇瓶浸出结果随时 适应浸出环境后，黄铜矿浸出较快，会有更多的S被 间变化的曲线，其中接种量为10%，初始pH为 氧化，而当浸出中后期，由于动力学传质的影响，浸 2.5,浸出结果显示：当矿浆质量分数为1%时，浸出 出速率下降，pH降低速度减缓 仅50h,Cu浸出率便达到98%以上；当矿浆质量分 700 2.6 pH 数为15%时，浸出350h,浸出率达到85%以上；而 2.4 600 矿浆质量分数在20%时，浸出350h,浸出率可达到 2.2 2.0 500 80%.说明驯化后的sulfolobus对黄铜矿具有较好 18 的浸矿效果.同时，不同矿浆浓度下浸出结果显示， 400 1.6 矿浆浓度对浸出率有明显影响，比较可知，矿浆浓 1.4 300 度升高，浸出率下降，浸出50h,当矿浆质量分数为 12 1200 1%时Cu浸出率高达98%以上，而此时刊矿浆质量分 0 50 100150200250300 100 图6浸出过程浸出体系pH和E随时间变化的趋势 80 Fig.6 Change of pH with E in bioleaching of chalcopyrite concen- 60 trate 矿浆质量分数 一1% 溶液氧化还原电位亦随时间的变化而增长，与 0-5% 10% H降低略有不同的是初期电位增长慢，而到浸出 7-15% ◆一20% 50h之后增长加快，浸出早期黄铜矿浸出速率较 150 300 450 快，大量e3+被消耗：而中后期浸出速率下降，此时 th 溶液中Fe3+消耗减慢，但溶液中大量Fe2+被细菌氧 化为Fe3+;溶液Fe+和Fe3+浓度的变化趋势的不 图5不同矿浆质量分数的黄铜矿sulfolobus浸出过程Cu浸出 率与时间的关系 同导致溶液电位增长趋势的不同，溶液中的氧化还 Fig.5 Copper extraction rate changing with time during chalcopy 原电位可由下式决定： rite concentrate leaching at different pulp mass fractions in the presence of sulfolobus En=E0+RTI Ceet (3)的 SO 2－ 4 含量逐步上升培养200h溶液中 SO 2－ 4 质 量浓度可达到7∙0g·dm －3以上同时溶液的 pH 逐 步下降从初始2∙5逐步下降到1∙0说明sulfolobus 对元素硫具有良好的氧化作用． 图4 细菌生长液中 SO 2－ 4 和 pH 的变化曲线 Fig．4 Change of SO 2－ 4 and pH of the media during culturing 2∙5 高温浸矿菌 sulfolobus 的浸矿性能 图5 不同矿浆质量分数的黄铜矿 sulfolobus 浸出过程 Cu 浸出 率与时间的关系 Fig．5 Copper extraction rate changing with time during chalcopyrite concentrate leaching at different pulp mass fractions in the presence of sulfolobus 图5为 sulfolobus 黄铜矿精矿上适应性驯化 后75℃时不同矿浆浓度黄铜矿摇瓶浸出结果随时 间变化的曲线其中接种量为 10％初始 pH 为 2∙5．浸出结果显示：当矿浆质量分数为1％时浸出 仅50hCu 浸出率便达到98％以上；当矿浆质量分 数为15％时浸出350h浸出率达到85％以上；而 矿浆质量分数在20％时浸出350h浸出率可达到 80％．说明驯化后的 sulfolobus 对黄铜矿具有较好 的浸矿效果．同时不同矿浆浓度下浸出结果显示 矿浆浓度对浸出率有明显影响．比较可知矿浆浓 度升高浸出率下降浸出50h当矿浆质量分数为 1％时 Cu 浸出率高达98％以上而此时矿浆质量分 数为5％的浸出率仅40％矿浆质量分数为10％以 上浸出率仅20％左右；又如矿浆质量分数为20％ 时浸出350h浸出率仅80％再增加浸出时间浸 出率上升缓慢这是由于当矿物颗粒尺寸一定时矿 浆浓度影响浸出率的主要因素在于反应物与生成物 的动力学传质限制当矿浆浓度上升在同一浸出周 期溶液中反应物与生成物离子浓度上升由于离子 传质阻力增大矿物表面生成物离子不能很快转移 到溶液同时溶液中的氧化物离子不能扩散到矿物 反应物表面造成反应速率下降最终影响到浸出 率． 2∙6 浸出体系 pH 与溶液氧化还原电位 Eh 的变化 矿浆质量分数为15％接种量10％初始 pH 为2∙5温度75℃下黄铜矿 sulfolobus 浸出过程浸 出体系 pH 和溶液氧化还原电位 Eh 随时间变化的 趋势见图6．由图可见随着浸出进行溶液 pH 下 降酸度上升．在 pH 下降过程中浸出初期下降较 快而在中后期下降有所减缓这与黄铜矿的氧化速 度变化趋势基本一致．浸出早期当细菌 sulfolobus 适应浸出环境后黄铜矿浸出较快会有更多的 S 被 氧化而当浸出中后期由于动力学传质的影响浸 出速率下降pH 降低速度减缓． 图6 浸出过程浸出体系 pH 和 Eh 随时间变化的趋势 Fig．6 Change of pH with Eh in bioleaching of chalcopyrite concentrate 溶液氧化还原电位亦随时间的变化而增长与 pH 降低略有不同的是初期电位增长慢而到浸出 50h 之后增长加快．浸出早期黄铜矿浸出速率较 快大量 Fe 3＋被消耗；而中后期浸出速率下降此时 溶液中Fe 3＋消耗减慢但溶液中大量Fe 2＋被细菌氧 化为 Fe 3＋；溶液 Fe 2＋和 Fe 3＋浓度的变化趋势的不 同导致溶液电位增长趋势的不同．溶液中的氧化还 原电位可由下式决定： Eh＝ E0＋ RT nF ln CFe 3＋ CFe 2＋ （3） ·22· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷