萃取有机物-矿物界面作用及其对生物浸铜过程的影响

萃取有机物—矿物界面作用及其对生物浸铜过程的影响铜萃取流失有机物通过萃余液循环利用进入生物浸出体系,会对生物浸出过程产生影响,到目前为止很多研究都从细菌的生长代谢和浸出效率的角度探讨萃取有机物的影响,但是尚未涉及到有机物-矿物界面作用及对生物浸出过程影响的研究。本论文通过考察有机物吸附对矿物接触角、ζ-电位的改变以及有机物吸附动力学及等温平衡吸附,研究了生物浸出过程中萃取有机物和矿物的界面作用,进一步考察了矿物受萃取有机物污染后对生物吸附和生物浸出行为的影响,利用X射线光电子能谱(XPS),傅里叶红外光谱(FTIR),X射线衍射(XRD)分析了浸出过程的次生产物,用扫面电镜(SEM)观测细菌吸附及浸渣形貌,最后进行了柱浸放大试验,所得结论总结如下:(1)萃取有机物污染使黄铜矿表面疏水性提高,且随有机相中LIX984N浓度升高,黄铜矿的接触角增加。经含LIX984N2.5%(v/v)的萃取有机物污染后,高纯度黄铜矿的接触角由54°增加到80°,而低品位黄铜矿原矿、废矿的接触角也由初始的35°、36°增大到63°、62°。矿物表面的ζ-电位在受萃取有机物污染后,电负性降低,绝对值升高。含不同浓度LIX984N的有机物污染后矿物,其ζ-电位之间的差别较小,推测是达到饱和吸附的原因。(2)萃取有机物在低品位黄铜矿表面吸附量随接触时间的延长而增大,在30min基本达到吸附平衡。最大吸附量随萃取有机物浓度的升高而升高。其中,有机物吸附过程符合二级动力学模型。在30℃时,等温平衡吸附过程符合朗缪尔模型。同时其等温吸附量随体系pH和温度的升高而降低。热力学分析表明这种吸附是属于自发的放热过程。(3)不同浸矿细菌在萃取有机物污染后的矿石表面的吸附特性表明,三种浸矿细菌在黄铜矿表面的吸附规律基本相同,于7min内在清洁矿物表面可以达到吸附平衡。在含LIX984N5%v/v的萃取有机物污染后的矿石表面,At.ferrooxidans、At.iooxidans、L.ferriphilum菌细胞达到平衡的吸附时间分别被延长了4min、3min、10min。细菌在受染矿物表面的吸附量大于在纯净矿物表面的吸附量。通过动力学方程拟合,发现这三种浸矿细菌在低品位黄铜矿表面的吸附都符合二级动力学吸附方程。(4)在细菌对低品位黄铜矿的生物浸出过程中,对于清洁矿物的浸出,At.thiooxidans菌、At.thiooxidans菌和L.ferriphilum菌的浸出效率依次减小。受有机物污染矿物的生物浸出过程中,三种细菌的生长均受到一定的抑制,悬浮细胞浓度降低,铜浸出效率降低,且其浸出体系pH始终大于洁净矿物体系,而氧化还原电位小于洁净矿物体系。另外,在萃取有机物的影响下,At.ferrooxidans菌浸出体系中的亚铁氧化率被延迟3天,At.thiooxidans菌被延迟4天,而L.ferriphilum菌对受染矿物的浸出过程表现最为敏感,其亚铁氧化基本一直被抑制。SEM观察发现,受染矿物较清洁矿物表面吸附堆积有更多的矿渣细末,吸附的细胞也更多。XPS和XRD分析表明,受染矿物与纯净矿物浸出产物检测到含有硫酸盐,FeOOH及黄钾铁钒类物质生成。(5)在萃取有机物在生物浸出柱内的流动分布试验中,浸出液经18次滴淋,其中流失有机物污染将由矿床顶部向下扩散而完全污染整个矿柱。在矿物生物的预浸出阶段,萃取有机物对矿物浸出体系的pH和氧化还原电位影响较小。但能够抑制亚铁离子的氧化,体系亚铁离子浓度持续增大至1.37g/L,而未被污染矿物柱浸体系中亚铁浓度在第11天由最高0.94g/L降低至浸出结束时的0.48g/L。进入生物柱浸阶段后,污染矿物浸出体系pH始终高于洁净矿物浸出体系,而氧化还原电位小于清洁矿物柱浸体系。两浸出体系中亚铁在空气以及细菌的氧化作用下,浓度始终维持在极低水平。受染矿物浸出体系细菌生长受到一定的抑制,悬浮细胞浓度降低,铜的