復(fù)雜硫化銅鈷礦生物浸出機(jī)理及新工藝研究.pdf

1、鈷是一種非常重要的戰(zhàn)略金屬，應(yīng)用極其廣泛。我國鈷礦產(chǎn)資源具有富礦少貧礦多、易處理礦少難處理礦多的特點(diǎn)，若采用傳統(tǒng)提鈷工藝處理此類礦產(chǎn)資源，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益均不理想。生物冶金技術(shù)是一種新興的工藝，具有成本低、環(huán)境污染小、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，處理此類礦產(chǎn)資源與傳統(tǒng)工藝相比具有明顯的優(yōu)勢。目前，對于含鈷硫化礦物生物浸出工藝及生物浸出機(jī)理的研究仍存在許多亟待解決的問題，具有很高的理論研究價(jià)值。在這一背景下，本課題以贊比亞巴魯巴鈷精礦為研究對象，

2、對含鈷硫化礦物生物浸出機(jī)理、浸出工藝及強(qiáng)化浸出進(jìn)行研究。
　　工藝礦物學(xué)研究表明，研究所用的鈷精礦含鈷、銅分別為1.63％、1.05％。金屬硫化礦物主要有硫銅鈷礦、黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦、銅藍(lán)、黃鐵礦等。硫銅鈷礦、黃銅礦、黃鐵礦大部分為單體礦物，少部分為連生體。斑銅礦、輝銅礦、銅藍(lán)主要以與其他金屬硫化礦物或脈石礦物連生形式賦存，單體礦物出現(xiàn)的很少。含鈷礦物與含鐵礦物主要分布在細(xì)粒度礦石中，粒度小于150μm的礦石中的鈷含量占鈷總量

3、的96.24％，鐵含量占總鐵量的83.38％。而含銅礦物的分布比較均勻，各個(gè)粒級的銅含量相差不大。
　　綜合利用偏光顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線能譜分析(EDS)、X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)等先進(jìn)的表面分析檢測技術(shù)，對硫銅鈷礦的氧化腐蝕過程、溶解反應(yīng)途徑、氧化產(chǎn)物層的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)變化規(guī)律等進(jìn)行了研究。由硫銅鈷礦在與細(xì)菌接觸和非接觸條件下的氧化腐蝕結(jié)果可知，硫銅鈷礦生物氧化過程中，間接作用機(jī)制與間

4、接接觸作用機(jī)制均存在，并且間接接觸作用機(jī)制對礦物的氧化溶解有重要影響。由SEM、XPS及EDS等分析結(jié)果可知，硫銅鈷礦生物氧化過程中，礦物中硫元素氧化價(jià)態(tài)的轉(zhuǎn)化過程為:S2-→S0→S4+→S6+，礦物表面有單質(zhì)S0、硫酸鹽和亞硫酸鹽等氧化腐蝕產(chǎn)物生成。由此可以推斷，硫銅鈷礦的氧化溶解按照多硫化物途徑進(jìn)行。
　　在生物浸出過程中，硫銅鈷礦的氧化腐蝕不是均勻性地進(jìn)行，而是在礦物表面形成許多大小不一的腐蝕坑洞，并逐漸加深加大。同時(shí)，隨

5、著氧化時(shí)間延長，礦物表面氧化腐蝕產(chǎn)物逐漸增多，并形成一層松散多孔、分布不均的氧化產(chǎn)物層。氧化產(chǎn)物層化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律為:形成初期，氧化產(chǎn)物層主要由黃鉀鐵礬與亞硫酸鹽組成，其結(jié)構(gòu)松散多孔、分布不均;形成中期，氧化產(chǎn)物層主要由單質(zhì)S0、黃鉀鐵礬與亞硫酸鹽組成，厚度逐漸增加;形成后期，氧化產(chǎn)物層主要由黃鉀鐵礬組成，厚度有繼續(xù)增加的趨勢。
　　鈷精礦生物浸出與化學(xué)浸出搖瓶對比實(shí)驗(yàn)表明，采用生物浸出工藝，鈷浸出率為85.71％，比化學(xué)

6、浸出增加63.26％，平均鈷浸出速率提高近4倍;銅浸出率為60.38％，比化學(xué)浸出增加27.62％，平均銅浸出速率提高1.8倍。利用耐鈷ZY101菌種浸出贊比亞鈷精礦效果良好，該工藝具有可行性。通過鈷精礦生物浸出影響因素單因素對比實(shí)驗(yàn)得出最佳工藝參數(shù)為:浸礦菌種采用馴化菌;pH值為1.1～1.7;浸出溫度為45℃;礦石粒度小于38μm的占70％以上。在礦漿濃度為15％的生物浸出擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)中，鈷浸出率為86.75％，銅浸出率為70.35％，

7、浸出效果良好。
　　添加表面活性劑可加速礦物表面氧化產(chǎn)物層的氧化溶解，降低氧化產(chǎn)物層的鈍化作用，促進(jìn)鈷精礦的生物浸出，提高金屬浸出率。其中，Tween-20與Tween-80的催化效果優(yōu)于RB-1181，質(zhì)量濃度為0.10 g·L-1時(shí)即可達(dá)到最佳催化效果;添加活性炭，通過原電池效應(yīng)，陽極硫銅鈷礦氧化溶解加速，金屬浸出率提高。質(zhì)量濃度為1.0 g·L-1時(shí)催化效果最佳;同時(shí)添加表面活性劑與活性炭，通過兩者之間的協(xié)同效應(yīng)，催化效果增