辉铜矿化学-生物溶解机制及浸出动力学进展

辉铜矿是最具生物冶金工业利用价值的含铜矿物之一,然而,其生物浸出效率仍有较大提升空间。为了更好地揭示辉铜矿的生物浸出过程,对辉铜矿化学-生物溶解机制和浸出动力学相关研究进展进行综述。系统阐述辉铜矿的晶体结构,总结辉铜矿的化学溶解机制、电化学溶解机制和生物溶解机制,讨论辉铜矿的浸出动力学以及不同浸出参数对辉铜矿浸出的影响,总结辉铜矿生物冶金在工业应用中存在的问题。尽管如此,辉铜矿生物浸出的精细过程和浸出机制仍有待进一步研究。未来可采用同步辐射等多种新型研究方法在化学-生物多学科交叉基础上探明次生硫化铜矿的精细氧化溶解机制,为辉铜矿高效环保提铜奠定基础。

生物冶金技术的研究现状及发展趋势

低品位矿产资源的开发利用制约着全球绿色可持续发展,生物冶金技术是实现矿物加工和有色金属冶金领域绿色可持续发展的前沿性技术,同时在矿山重金属污染场地原位修复中发挥重要作用。综述了生物冶金技术的基本概念、微生物生理特征和作用机制,以及生物冶金在硫化铜矿浸出、难处理金矿氧化预处理、铀矿浸提、稀土提取等方面的应用和研究现状,提出未来应针对高效浸出微生物选育、生物浸出界面作用机制、高效节能装置和工程化技术等方面开展研究,并进一步拓展生物冶金技术研究及应用领域。

稀土高效浸出菌的筛选及稀土提取机理研究

在“双碳”目标和环境保护的多重要求下,生物冶金正逐步成为我国稀土资源开发利用研究的热点,筛选稀土高性能浸出菌株及其稀土提取机理研究是一个重要的方向。本文从稀土矿区土壤中筛选获得一株Burkholderia cepacia XN4D0119,该菌株具有产有机酸、溶解磷酸盐和耐受稀土胁迫的能力。在优化条件下,菌体对模拟液中La^(3+)、Ce^(3+)、Pr^(3+)、Nd^(3+)、Sm^(3+)、Er^(3+)、Y^(3+)的吸附率大于98%。利用该菌株的发酵液浸出离子型稀土矿,在液固比为10∶1、温度28℃、转速180 r/min的条件下,总稀土浸出率为33.80%,Y的浸出率为51.86%。本研究筛选出一株新型稀土高效浸出菌,对稀土元素高效提取和回收具有重要的实践意义。

可见光和银离子对p型和n型黄铜矿生物浸出的影响机理

研究可见光和银离子(Ag^(+))对嗜酸氧化亚铁硫杆菌浸出p型和n型黄铜矿(黄铜矿A和黄铜矿B)的不同影响及机理。通过霍尔效应试验、生物浸出试验、X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱对黄铜矿的半导体性质、生物浸出行为、表面形貌、主要物相和表面物种进行分析。实验结果表明,黄铜矿A比黄铜矿B具有更高的载流子浓度和更大的载流子迁移率,因此其溶出速率更快。生物浸出24 d后,当光照和Ag^(+)同时存在时,黄铜矿A的铜浸出率为91.05%,比黄铜矿B的铜浸出率(73.19%)高17.86%。显然,可见光和Ag^(+)对黄铜矿A生物溶解过程的促进作用强于黄铜矿B,这主要归因于黄铜矿A具有更高的载流子迁移率。此外,在光照影响下,黄铜矿表面电荷转移加快,导致Ag2S积累增多(特别是黄铜矿A),从而导致钝化层致密结构被破坏,钝化效果降低,黄铜矿溶解加速。

嗜酸氧化亚铁硫杆菌作用下含黄铁矿废石的生物溶解和动力学

使用生物淋洗处理黄铁矿废石,从源头上缓解其产生酸性矿山废水(AMD)的风险。生物淋洗结果显示,在嗜酸氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidans)的作用下,40天内可以从黄铁矿废石中去除近82%的铁和硫。动力学研究结果表明,废石中黄铁矿的去除主要受化学反应和内扩散控制。X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)的结果表明,在A.ferrooxidans细菌介导下,生物源黄钾铁矾能够钝化废石中残余的黄铁矿。对渣样进行二次生物浸出,试验发现溶液pH没有明显下降,且仅有8 mg/L和160mg/L的铁从两个黄铁矿废石渣样中溶出,表明渣样的酸和铁释放能力得到削弱。

改性电炉钛渣酸解法制备沸腾氯化炉料新工艺研究

以改性电炉钛渣为原料,采用硫酸浸出-氟化氢铵浸出-盐酸浸出三段联合新工艺制备满足沸腾氯化要求的炉料,从热力学和浸出行为两方面对沸腾氯化炉料新工艺进行研究。研究结果表明:硫酸浸出可分解黑钛石相,并生成Ti OSO_(4),经水洗后TiOSO_(4)进入到滤液中。在酸矿比为1.7,熟化温度为250℃、熟化时间为2 h的条件下,Al、Ca、Mg、Si和Fe的浸出率分别为84.90%、26.90%、82.70%、12.03%和89.13%,Ti O_(2)品位和回收率为72.58%和42.41%。钙镁硅酸盐可以被氟化氢铵分解并生成CaMg_(2)Al_(2)F_(12)沉淀。在NH_(4)HF_(2)质量分数为15%、液固比为10:1、浸出时间为2 h、浸出温度为25℃的条件下,Al、Ca、Mg、 Si和Fe的浸出率分别为29.21%、 2.25%、 2.32%、 98.01%和26.74%, Ti O_(2)品位和回收率分别为82.31%和89.60%。氟化氢铵浸出渣中的钙镁氟化盐可以被盐酸浸出分解。在盐酸质量分数为15%、液固比为10:1、酸浸温度为25℃、酸浸时间为4 h的条件下,Al、Ca、Mg、Si和Fe的浸出率分别为91.24%、93.15%、92.89%、1.29%和70.12%,获得最终产品二氧化钛品位超过94.36%,杂质氧化钙和氧化镁质量分数分别为0.32%和0.14%的沸腾氯化炉料。

斑铜矿在电化学溶解过程中表面钝化物的演变

在斑铜矿(生物)浸出过程中,中间产物的产生与氧化还原电位之间的关系尚不清楚。本文作者采用一系列电化学试验和表面分析方法研究天然斑铜矿的电化学溶解行为和表面硫物种的形成。电化学试验表明,在宽阳极电位下(300~800 mV(vs Ag/AgCl)),斑铜矿电极表面经历3种不同的变化,即“活化”(<400 mV(vs Ag/AgCl)),“钝化”(400~700 mV(vs Ag/AgCl))和“过钝化”(>700 mV(vs Ag/AgCl))。XPS结果表明,在斑铜矿电化学溶解过程中表面产生的含硫中间产物包括类铜蓝、S_(n)^(2−)/S_(0)和不溶性SO_(4)^(2-)。此外,原子力显微镜结果证实:当施加的电位分别为600和700 mV(vs Ag/AgCl)时,由于S_(n)^(2−)/S_(0)的积累,斑铜矿表面会受到严重钝化。斑铜矿(生物)浸出最有利的电位为400 mV(vs Ag/AgCl)。

冷却方式对钛渣中钙溶出行为的影响

以攀西地区钛铁矿电炉冶炼法制备的钛渣为对象,结合CaO-MgO-SiO2三元相图,采用X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪和扫描电镜研究不同冷却方式对钛渣的矿物组成、显微结构、元素分布规律的影响。结果表明:采用空气缓慢冷却时,钛渣中MgO与TiO_(2)形成黑钛石,其他杂质元素主要形成透辉石(CaMgSi_(2)O_(6))和镁方柱石(Ca_(2)MgSi_(2)O_(7))。而采用水淬冷却时,颗粒整体分散度较均匀,钛渣中硅主要以二硅酸钙(CaSi_(2)O_(5))形态和玻璃质相互包融成一种复合体形态,与黑钛石相互嵌合分布。水淬冷却钛渣在酸浸过程中脱钙效果明显改善,经碱性脱硅后可获得脱钙率为94.26%、CaO、SiO_(2)和TiO_(2)成分含量分别为0.12%、0.49%、90.1%的富钛料。

近年浮选进展

通过浮选相关文献量的分布比较,从数量上描绘了浮选近5年的发展的概貌。重点评述了浮选以下几方面的发展:浮选设备(浮选机、浮选柱和磁力浮选设备)、浮选新药剂(捕收剂、起泡剂和调整剂)、泡沫中分选(粗粒浮选新方法)、载体浮选、无捕收剂浮选、物理作用(外加电场、磁化、超声波等)与浮选、生物浮选(生物捕收剂和调整剂)、浮选泡沫图象、硫化矿和铝土矿浮选等。此外,简述了国内近年浮选工业实践的进展。

影响纳米CeO_2沉淀法合成的工艺因素研究

以Ce(NO3)3·6H2O为铈源, (NH4)2CO3·H2O为沉淀剂, 加入少量表面活性剂作分散剂, 采用液相沉淀法成功合成了纳米CeO2. 研究了反应温度、反应时间、搅拌速率、表面活性剂种类及用量、焙烧温度和焙烧时间等因素对纳米CeO2晶粒尺寸和相对密度的影响, 得出优化工艺条件, 通过XRD, DTA/TG, TEM, BET比表面积、 N2等温吸附与脱附、 BJH脱附孔径分布及杂质含量分析等方法对合成产品性能进行了表征. 结果表明: 采用浓度为0.1 mol·L-1的(NH4)2CO3·H2O溶液快速倒入浓度为0.1 mol·L-1 的Ce(NO3)3·6H2O溶液中以化学计量比进行反应, 同时加入0.4% (质量分数) PEG4000, 反应时间为10 min, 反应温度为40 ℃, 搅拌速率为800 r·min-1, 经水洗、醇洗、脱水和真空干燥后所得的前驱体于300 ℃的空气中焙烧1 h, 该条件下合成的CeO2属于立方晶系, 空间群为Fm3m, 原生晶粒粒径为5 nm左右, 颗粒粒径为20 nm以下, 比表面积达140.61 m2·g-1, 孔径分布为5～15 nm, 孔径峰值为9.3 nm, 纯度≥99.97%.

氧化亚铁硫杆菌生长过程铁的行为

研究了氧化亚铁硫杆菌在９Ｋ培养基中生长及铁的行为．以Ｆｅ２＋的氧化表征氧化亚铁硫杆菌的生长特性及其活性，表明生长繁殖过程经历诱导期、缓慢期、指数期、稳定期和衰亡期．氧化亚铁硫杆菌在生长繁殖过程中，不断地将Ｆｅ２＋氧化为Ｆｅ３＋，同时Ｆｅ３＋又发生一系列的水解反应，并生成黄铵铁矾沉淀．Ｆｅ２＋的细菌氧化主要以Ｏ２为最终的电子受体．

人工智能在材料设计中的应用

针对材料设计目标，介绍了专家系统和人工神经网络等人工智能技术的基本原理和特点及其在材料设计中的应用．并就人工智能技术在材料设计中的发展趋势进行了分析。

微细粒锡石-石英疏水凝聚研究

本文研究了油酸钠在微细粒锡石、石英表面的吸附状况及在有油酸钠存在的条件下，锡石、石英以及锡石和石英粒子之间的互凝。通过理论计算用扩展的DLVO理论进行了验证，并对DLVO和扩展的DLVO理论在浮选剂存在条件下矿粒行为的预测进行了比较。

塑料浮选

塑料浮选主要针对密度相近、荷电性质相近的废旧塑料之间的分选。塑料浮选方法可以分为控制液气界面张力的γ浮选、等离子体表面改性的物理调控浮选和表面活性剂吸附的化学调控浮选三类。

某难处理金精矿浸金新工艺试验研究

研究了高砷、硫细粒浸染金精矿浸金新工艺。碱性介质中金属硫化矿物被氧化，产生固相产物层，采用瓷球磨磨削，显著地消除产物层对化学反应的阻碍作用。金的浸出率１ｈ内达９６８％。

用生物技术的钥匙开启矿产资源利用的大门

生物冶金已应用于全球50多个国家和地区。中国在国际上最早建立了基于基因组学的冶金微生物定量化技术,实现了微生物浸矿行为研究由表现型向基因型转变;建立了硫化矿分步氧化的微观化学反应模型,实现了生物冶金研究从宏观到微观的跨越。生物冶金过程强化技术已在海内外得到大规模工业化应用,建立了年处理矿石量达6000万t生物提铜厂;形成了具有自主知识产权的CCGRI生物氧化提金技术,建成了中国黄金行业的第一座高技术产业化示范工程;硫化物包裹类铀矿的铀浸出率提高至96%,使铀矿开采品位从千分之一降低到万分之三。中国生物冶金已处于世界领先地位,可使矿产资源利用率从33%提高到96%,大幅提升中国矿产资源的使用年限。

微细粒赤铁矿载体浮选机理研究

研究了－５μｍ细粒赤铁矿载体浮选基本行为、机理及粗粒的作用。疏水化赤铁矿颗粒间的疏水相互作用，使细粒赤铁矿在粗粒赤铁矿上粘附。粗粒的载体作用，背负细粒上浮，粗粒的助凝及中介一裂解作用，使细粒形成较多的中间粒级聚集体，均增大了细粒的可浮性。载体浮选使－５μｍ赤铁矿浮选回收率大大提高。

铅锑锌铁硫化矿的细菌浸出

研究了脆硫锑铅矿、铁闪锌矿、磁黄铁矿的细菌摇瓶浸出,结果发现,脆硫锑铅矿不能被细菌浸出;磁黄铁矿细菌浸出23d,铁的浸出率为99%;铁闪锌矿细菌浸出29d,锌的浸出率为91%,铁的浸出率为15%。矿浆浓度对磁黄铁矿和铁闪锌矿的细菌浸出有影响。利用X射线分析了3种矿物的细菌浸出机理。

萃取有机相对浸矿细菌的影响

为了了解细菌浸矿效率降低的原因 ,研究了铜溶剂萃取过程中的相夹带情况及流失于浸出系统的萃取有机相对浸矿细菌的影响 ,提出了相应的提高细菌浸出效率的有效措施 .结果表明 :当有机相中Lix984N的体积分数为1.5 %时 ,萃余液中夹带的O/W型乳液滴的有效粒径约为 6 0 0～ 10 0 0nm ,其中部分液滴会在较长时间内稳定存在 ;由于有机相中存在酚、硫醇、萘类稠环芳烃等杀菌剂及多种表面活性成分 ,使污染环境中细菌的生长周期延长了5d ,浸矿能力降低 ;不同组成的有机相抑制细菌生长的能力为 (由强到弱 ) :2 6 0号工业煤油 + 1.5 %Lix984N→ 2 6 0号工业煤油→循环有机相→正辛烷 + 1.5 %Lix984N→正辛烷 .