目前对于高含碱性脉石矿物的难选铜矿,主要采用的处理方法有浮选、酸浸和氨浸。然而浮选工艺复杂,药剂对环境污染严重。酸浸耗酸量大,化学反应生成难溶物堵塞浸出通道。采用加压氨浸在技术上可行,但经济效益较差。采用常压搅拌氨浸则由于工业氨水的强烈挥发性,导致处理成本增加,环境污染严重,且能耗高,设备投资大。细菌浸矿技术具有成本低、投资少、污染小、工艺设备简单、工作条件温和等优点,能够解决以上处理方法存在的技术和经济问题。 论文结合博士学科点专项科研基金资助课题“碱性体系细菌浸铜基础研究”(20110006130003)的部分内容,以实现碱性体系铜矿细菌浸出为目的,以筛选高效碱性浸矿菌种和揭示碱性细菌浸矿规律为主线,通过现场调查、室内实验、模型预测、理论分析等手段,主要开展了以下几个方面的研究: (1) 通过对前人文献总结和浸矿菌种特性分析,确定了碱性浸矿细菌富集专属培养基。对不同地区采集的样品进行了pH值、细菌初始浓度等指标的检测和分析。从不同样品中分离得到了能高效产氨的碱性细菌。对纯化后的菌种进行了菌落特征分析,根据菌种革兰氏染色和菌体电镜照片描述了菌体形态和尺寸。通过16S rDNA测序技术手段,鉴定菌种属别为Providencia sp(普罗威登斯菌属),并将该株细菌命名为碱性浸铜专属菌种JAT-1。 (2) 对产氨细菌生长的影响因素及水平进行了系统的实验研究。明确了产氨细菌分别以柠檬酸钠和尿素作为最佳碳源与氮源,考察了pH值、摇床转速、初始接种浓度等因素对产氨细菌生长和产氨的影响,揭示了产氨细菌在最佳条件下的生长规律和产氨规律。 (3) 采用产氨菌种Providencia sp JAT-1进行了铜矿石室内摇瓶浸出实验。通过实验,探明了矿浆浓度、助浸剂种类及其浓度、细菌初始接种浓度等因素对产氨细菌浸出碱性铜矿的影响水平。在矿浆浓度12%、助浸剂硫酸铵浓度0.024mol/L、细菌初始接种浓度20%等条件下,144h铜浸出率最高可达42.38%。 (4) 采用Design Expert软件对矿浆浓度、助浸剂浓度、以及细菌初始接种浓度等进行了铜浸出率多因素影响规律研究。建立了产氨细菌浸出碱性铜矿多因素数学模型,分析了各因素间的交互作用,优化了细菌浸矿工艺条件。对优化后浸矿效果进行了实验验证,铜浸出率最高可达47.32%,与模型预测浸出率相当吻合。 (5) 采用氨水化学浸铜与产氨细菌浸铜进行了浸矿效果对比,分析认为产氨细菌浸矿在技术和经济方面均比氨水浸矿更具优势。 (6) 对产氨细菌浸出铜矿的机理进行了探讨,认为产氨细菌浸矿属于复合作用。细菌吸附在矿物颗粒表面,对矿物进行了侵蚀,发生直接浸矿作用;氨和其他代谢产物与矿物发生化学作用,实现金属的浸出,即细菌的间接作用。此外,细菌的存在对矿物与氨的络合机制具有催化作用。铜矿样品中铜浸出率从高到低依次为:次生硫化铜>结合氧化铜>游离氧化铜>原生硫化铜,其中,结合氧化铜的浸出率达62.98%。