随着我国对铜矿资源需求量的日渐增长,低品位铜矿石的开发利用势在必行。微生物浸出是处理低品位铜矿石的有效办法。本文以甲玛低品位铜矿石为处理对象,进行了浸矿细菌的特性研究以及矿石的浸出试验,得出了浸出过程的适宜工艺条件;通过浸出过程的动力学研究,初步确定了浸出过程的控速环节,为甲玛地区低品位铜矿石的开发利用创造了有利条件。 试验中使用的浸矿微生物为氧化亚铁硫杆菌,命名为XZ,其菌体呈短杆状,长度约1.0~2.0 μm,宽度约0.5 μm,嗜酸、适宜在中温环境中生长,可氧化二价铁并从中获得自身生长繁殖所需的能量;所用的低品位铜矿石的铜品位为0.26%,矿石中的脉石矿物主要为石英。 摇瓶试验研究结果表明,接种有氧化亚铁硫杆菌的浸出剂对矿样的浸出率约为未接种细菌的浸出剂的3倍。甲玛低品位铜矿石的柱浸试验研究结果表明,加入Ag⁺对浸出过程具有明显的促进作用,获得的最终浸出率比不加银离子时的提高了2.88个百分点;加入Fe³⁺后可显著提高浸出效果,当Fe³⁺初始浓度为0.06 mol/L时,对浸出过程的促进作用最为明显,浸出20 d后,铜的浸出率达到30%。 对浸渣进行的SEM和XRD分析结果表明,浸出后固体颗粒表面形成的沉淀物主要为含铁的物质,它附着在矿石的表面,形成了一层固体膜,一定程度上阻隔了浸出剂与矿石表面的接触,不利于浸出作用的进行。 对浸出过程进行的动力学研究结果表明,甲玛低品位铜矿石的微生物浸出过程符合未反应核收缩模型。整个浸出过程分为浸出剂的外扩散、浸出剂的内扩散、浸出剂与矿石发生化学反应、生成物的内扩散和生成物的外扩散5个环节。利用费克第1定律得到5个环节进行速度的算术平均值V₀的表达式为: V₀=C₀/(δ₁/D₁+δ₂/D₂+1/k₊) 用不同的控制特征方程对试验数据进行拟合,得到了不同条件下的拟合方程,对比各个方程的系数(即化学反应速率常数)发现,加入Fe³⁺后,反应速率常数提高了1个数量级;在不同的条件下,内扩散过程拟合得到的化学反应速率常数均为最小,表明内扩散过程进行的最缓慢,是影响浸出过程速率的关键环节。