微生物浸出MnO2过程中嗜酸氧化亚铁硫杆菌与Fe3+的催化作用

考察了MnO₂-FeS₂-H₂SO₄细菌浸出体系下,嗜酸氧化亚铁硫杆菌和Fe³⁺单独或联合对MnO₂浸出Mn²⁺的浸出速率影响,并采用循环伏安电化学方法对过程中嗜酸氧化亚铁硫杆菌与Fe³⁺的催化作用进行了分析。结果表明：嗜酸氧化亚铁硫杆菌和Fe³⁺单独或联合都可以有效提高MnO₂浸出Mn²⁺的浸出速率,对MnO₂细菌浸出过程有一定催化作用;循环伏安电化学分析表明嗜酸氧化亚铁硫杆菌和Fe³⁺单独或联合加入,都会使FeS₂出现明显的氧化还原峰,且嗜酸氧化亚铁硫杆菌可以降低FeS₂的氧化电位和缩短FeS₂氧化峰与还原峰之间的电位差,从而催化MnO₂浸出Mn²⁺的过程。     

煤中硫被生物电化学协同脱出机理研究

为了研究煤炭生物脱硫的机制,采用正交试验设计和生物、电化学、化学、物理等处理和分析方法,选取氧化亚铁硫杆菌驯化菌种对煤炭进行生物电化学脱硫研究。结果表明,生物电化学协同脱煤中硫氧化还原作用明显;氧化亚铁硫杆菌最高脱硫率可达76.2%,脱硫过程Fe2+浓度降低,Fe3+浓度缓慢上升,细菌表现生长周期规律;电化学调控生物脱硫提供了动力学规律和数据采集区间,细菌电化学脱硫微观机制为外电场循环激励、溶解氧、细菌催化、Fe3+的协同作用。     

生物催化氧化锰和黄铁矿的共同浸出

为了探索在微生物存在的条件下氧化锰和硫化矿共同浸出的特点,进行了氧化亚铁硫杆菌在好氧和厌氧条件下对FeS2-MnO2-H2SO4体系的催化浸出实验研究。结果表明,在好氧条件和厌氧条件下,氧化亚铁硫杆菌均可以催化FeS2-MnO2-H2SO4体系的浸出。好氧条件下利于FeS2的浸出,浸出36 h时,在MnO2:FeS2质量比为1:1、5:1、6:1时的浸出率分别为:25.34%、82.89%和82.58%。厌氧条件下,利于MnO2的浸出,浸出36 h时,在MnO2:FeS2质量比为1:1、5:1、6:1时的浸出率分别为:87.76%、85.35%和75.09%。浸出机理是氧化亚铁硫杆菌催化铁离子在二价和三价之间的循环转化,根据实验结果提出了好氧和厌氧条件下,FeS2-MnO2-H2SO4体系的两矿反应模型。     

细菌菌液脱硫的实验研究

在细菌浓度约 1.0× 10 8个 /mL的条件下研究了不同 pH值、不同Fe3+ 浓度下氧化亚铁硫杆菌菌液脱除SO2 的反应速率随时间的变化。研究结果表明 ,由于氧化亚铁硫杆菌具有在酸性条件下快速氧化Fe2 + 的能力 ,从而使细菌菌液具有相对稳定的脱硫速率 ,保证了较好的脱硫效果     

铁闪锌矿细菌浸出过程中亚铁和细菌初始浓度的影响

利用摇瓶浸出研究了氧化亚铁硫杆菌在35℃下生物浸出铁闪锌矿的过程,探讨了铁含量和细菌接种量等因素对细菌在矿浆中的生长以及对锌浸出的影响,并对细菌浸出铁闪锌矿的机理进行了分析. 发现在不添加铁的情况下,即使细菌接种量达到40 mL,矿浆的氧化还原电位提高仍然非常缓慢,细菌无法在矿浆中正常生长,证明不存在直接浸出;而在添加FeSO4×7H2O的矿浆中,随接种量的增加细菌浸出铁闪锌矿的速度加快. 结果表明,铁闪锌矿的浸出需要一定量的Fe3+作为氧化浸出剂以提高浸出速度,因此必须预先添加部分Fe2+作为细菌氧化生成Fe3+的来源. 通过分析浸出过程中矿浆Eh和铁浓度的变化,认为Eh的高低与细菌浸出速度直接相关. 并且根据实验和电镜分析证明氧化亚铁浸出铁闪锌矿的过程是pH值上升的耗酸过程.     

低品位黄铜矿在嗜热布氏酸菌下的循环伏安分析

电解液中含与不含布氏酸菌时,采用循环伏安法研究了黄铜矿-碳糊电极与电解液之间的电化学行为,并探讨了温度、阴极电位、Fe2+和Cu2+对循环伏安曲线的影响. 结果表明,低品位黄铜矿在0.45 V出现生成多硫化合物的氧化峰,在-0.25和-0.43 V出现生成Cu5FeS4和Cu2S的还原峰. 温度升高促进黄铜矿氧化分解,65℃时的峰电流为35℃时的2倍. 添加适量Fe2+和Cu2+能促进黄铜矿的氧化分解.     

以黄铜矿为主的低品位硫化铜矿生物浸出体系中的细菌优势菌群

通过对以黄铜矿为主的低品位硫化铜矿中温硫杆菌生物浸矿体系的细菌优势菌群的研究,探讨了黄铜矿的细菌作用机理. 采用9K培养基从细菌浸出矿浆中分离出了14株中温硫杆菌,其浸矿能力都弱于分离前的自然混菌菌种,在浸矿过程中自然形成的混菌群落中各菌株之间存在着协同效应. 从上述菌株中随机挑选出氧化浸出能力有较大差异的YK8, YK12和YK14进行了16S rDNA克隆测序分析,显示它们与Acidithiobacillus ferrooxidans的同源性均达到99%,为嗜酸氧化亚铁硫杆菌. 由此说明该浸矿体系的优势菌群为嗜酸氧化亚铁硫杆菌,细菌氧化作用机理以直接作用为主. 各纯菌株对Fe2+的氧化率存在较大差异,对菌浸矿浆用不同能源诱导培养后的混菌浸矿能力有显著变化.     

Fe2(SO4)3溶液细菌辅助浸出高砷金精矿

利用摇瓶实验对纯Fe2(SO4)3溶液浸出高砷金精矿进行了研究,考察了温度及Fe3+浓度的影响,并与细菌直接浸矿进行了对比. 同时,在Fe2(SO4)3溶液中加入高密度嗜中温氧化亚铁硫杆菌、嗜中温氧化硫硫杆菌、中度嗜热西伯利亚硫杆菌,考察其对Fe2(SO4)3溶液的辅助浸出作用. 结果表明,Fe3+溶液化学浸出可迅速溶解高砷金精矿,随温度升高,浸出率先升后降,80℃时达最大;浸出前期Fe3+浓度的积累对浸出速率影响不大,初始Fe3+浓度越高As的浸出率越高,但当Fe3+浓度高于40 g/L,由于沉淀严重,浸出率降低;连续浸出情况下,Fe3+浓度可维持恒定,10 g/L的Fe3+可保持较快的矿物浸出速率. 对照实验表明,较高的矿浆浓度对浸矿菌生长繁殖有显著影响. 高密度浸矿菌可维持Fe2(SO4)3溶液中较高的Fe3+浓度并及时消除反应产生的S层的阻碍,有利于Fe2(SO4)3溶液对矿物的浸出.     

沥青铀矿石细菌浸出机理的实验研究

采用氧化亚铁硫杆菌作为实验菌,针对有菌有Fe2+、有菌无铁、无菌有Fe3+、无菌有Fe2+、不控制pH值的无菌无铁和pH值控制在2.0的无菌无铁6种沥青铀矿石浸出体系,考察了浸出过程中细菌的浓度、溶液pH值、电位、亚铁离子浓度、全铁离子、铀浓度等参数的变化,得到铀矿石的浸出率分别为98.00%, 80.33%, 97.66%, 93.00%, 20.33%, 72.00%. 结果表明,在沥青铀矿石的细菌浸出中,细菌的作用以间接作用为主,即细菌把还原态的硫或单质硫及Fe2+氧化成Fe2(SO4)3. 由于Fe2(SO4)3是一种强氧化剂,将不溶的U(IV)氧化为可溶解的U(VI),从而使沥青铀矿石中的铀得以浸出.     

氧化亚铁硫杆菌与中度嗜热铁氧化菌浸出铁闪锌矿的比较

考察了采用氧化亚铁硫杆菌和中度嗜热铁氧化菌浸出铁闪锌矿浮选精矿的浸出效果. 结果表明,两种细菌的驯化菌株都可以显著提高铁闪锌矿的溶解速率,且接种中度嗜热铁氧化菌时浸出效果更好. 扫描电镜、X射线粉晶衍射和能谱分析等表明,接种不同菌种浸出铁闪锌矿时所产浸渣具有类似的表面形貌特征和矿物组成. 可以证明,采用中度嗜热铁氧化菌浸出铁闪锌矿浮选精矿可以在较高的温度和酸度下进行且具有更好的浸出效果,比氧化亚铁硫杆菌具有更好的工业应用前景.     

嗜热布氏酸菌对梅州黄铜矿的生物浸出过程特性

研究了嗜热布氏酸菌对梅州黄铜矿的浸出机理和浸出过程特性. 嗜热布氏酸菌(简称A.B菌)在梅州黄铜矿表面的吸附过程符合朗格缪尔等温线,最大吸附量XAm 5.00×108 cell/g,吸附平衡常数KA 5.88×10-7 mL/cell. 梅州黄铜矿的浸出主要是通过A.B菌的直接氧化起作用. 单独A.B菌处理时,铜浸出速率为0.0137 g/(L·h),是Fe3+化学氧化速率的6倍. A.B菌(65℃)对梅州黄铜矿的浸出速率是常温氧化亚铁硫杆菌(简称T.F)的16倍(31℃). A.B菌生长和浸矿的最适温度均为65℃,微生物生长最佳pH为2.0,而浸矿最适pH为1.5. A.B菌处理10 d可使铜浸出率达91.3%,具有潜在的工业应用价值.     

耐低pH的氧化亚铁硫杆菌选育及其氧化硫酸亚铁的初步研究

低pH条件下高效氧化硫酸亚铁的氧化亚铁硫杆菌的选育是两步法生物浸出工艺应用的前提条件. 本文经定向培育和连续培养筛选得到pH为1.7~2.0条件下氧化硫酸亚铁的氧化亚铁硫杆菌驯化菌，其氧化硫酸亚铁的最适pH值由原来的2.0~3.0下降到1.7~2.0，在初始pH为1.7条件下培养48 h后，9K培养基中Fe2+氧化率从13.1%提高到85%. 动力学研究结果表明，该菌在250 ml摇瓶中装量100 ml、接种量10%、起始pH=1.7、温度31℃、转速120 r/min的优化条件下培养52 h后，9K培养基中Fe2+氧化率在98%以上，对数期的细菌比生长速率为0.0635 h-1,与出发菌株相近. 该菌有望用于两步法生物浸出矿物的新工艺.     

氧化亚铁硫杆菌能量代谢产物之间反应促进硫化矿细菌浸出

对照扫描电镜照片考察了底物对氧化亚铁硫杆菌T.ferrooxidans N1 能量代谢和菌体生长的影响,分析了硫化矿的生物浸出过程中T.ferrooxidans的能量代谢产物之间的反应作用.实验结果表明：T.ferrooxidans的硫代谢产H⁺为溶液中Fe²⁺氧化代谢提供了必需的酸性条件;同时破坏了硫化矿晶格向溶液里释放Fe²⁺和Cu²⁺,使生物浸铜得到产品成为可能;菌体能量代谢中间产物之间氧化还原反应加快了T.ferrooxidans代谢速率,减缓了Fe³⁺的水解反应,使硫化矿浸出过程能持续进行;T.ferrooxidans代谢产物之间的氧化还原反应是硫化矿细菌浸出过程的关键.     

布氏酸菌浸出紫金山铜矿过程特性

研究了布氏酸菌浸出紫金山铜矿过程的特性. 考察了初始pH、接种量和矿浆浓度对浸出率的影响,表明布氏酸菌浸出的最佳操作条件为pH 2.0、接种量10%、矿浆浓度5%. 探讨了布氏酸菌的浸出机理,紫金山铜矿的浸出是细菌直接氧化和Fe3 化学氧化复合作用的结果. 布氏酸菌(65oC)对紫金山铜矿的浸出能力强,是氧化亚铁硫杆菌(31℃)的1.7倍,具有良好的工业应用前景.     

氧化亚铁硫杆菌固定床生物反应器运行的工艺条件

采用不同尺寸的木屑和圆柱状的活性炭作为氧化亚铁硫杆菌的固定化载体,构建了固定床生物反应器.实验考察了间歇操作下的通气速率、连续操作下的稀释率等参数对反应器中氧化亚铁硫杆菌菌膜氧化Fe2 过程的影响.实验结果表明,在0.65 L固定床反应器中,以尺寸为12 mm×5 mm×1 mm的木屑作为固定化载体,控制通气速率为1.4 L/min,稀释率为1.1 h-1时,可获得最大Fe2 平均氧化速率5.83 g/(L·h).对不同载体的氧化亚铁硫杆菌固定化以及Fe2 氧化情况做出了对比.     

氧化亚铁硫杆菌固定化实验研究

为提高氧化亚铁硫杆菌的氧化速率,以PVC小球为填料对氧化亚铁硫杆菌进行固定化实验研究。测定培养液中Fe~(2+)浓度,研究分析载体浓度、通气量、循环液体喷淋量对氧化亚铁硫杆菌氧化速率的影响。结果表明,在载体浓度为75 g/L、通气量为0.5 m~3/h、循环液体喷淋量为1.0 L/h时,经过15 h,Fe~(2+)浓度下降了97.8%,可达到游离态细胞的8倍。     

低温下氧化亚铁硫杆菌浸出黄铜矿

使用中温菌氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)在低温条件(8～10 ℃)下浸出黄铜矿.结果表明:经过90d的低温摇瓶浸出后,在无菌硫酸浸出过程中,黄铜矿可以自发氧化分解,最终浸出率为16.08%;在无菌高铁硫酸浸出过程中,由于Fe3 起到了一定的氧化作用,最终浸出率为21.3%;在有菌浸出过程中,氧化亚铁硫杆菌在低温下的浸出率可达37.96%.氧化亚铁硫杆菌在低温下浸出黄铜矿的最适pH值为2.0,在接种量为10%,矿石粒径为0.16 mm,矿浆浓度为2%时较为适宜.在低温浸出的初始阶段,当添加Fe2 的量为6 g/L时能促进浸出率提高最大,最终可达到53.51%.     

高铁浓度下氧化亚铁硫杆菌的生长动力学

通过改变初始Fe2 浓度,对氧化亚铁硫杆菌生长过程中的代谢变化进行了研究。依据产物抑制的Monod方程,推导并建立了氧化亚铁硫杆菌在高铁浓度下的生长动力学方程。实验结果表明:随着Fe2 浓度的增加,底物抑制作用增加,导致细菌对底物的亲和力减小,Ks值增大。细菌比生长速率的实验值和模拟值之间的相关系数为0.97,表明该动力学方程能够较好地描述高铁浓度下氧化亚铁硫杆菌的生长情况。     

微波诱变氧化亚铁硫杆菌浸出磷矿粉中可溶性磷

采用微波辐照对氧化亚铁硫杆菌进行诱变,并利用诱变菌在黄铁矿存在条件下从磷矿粉中浸出可溶性磷.结果表明:800 W微波辐照功率条件下(处理4 min),氧化亚铁硫杆菌浸磷的效果较佳,磷的浸出率达12.25%,比原菌提高了52.74%.通过微波诱变可提高氧化亚铁硫杆菌的氧化活性和产酸量,从而增强磷矿粉中可溶性磷的浸出效果.     

烟气脱硫微生物培养操作条件及反应器启动工艺特性研究

用比浊法对氧化亚铁硫杆菌的培养条件进行研究,得出其最佳培养操作条件为:培养基瓶装量为100mL/250mL,接种量为10%(30℃,pH值2 3)。用陶土颗粒为生物膜载体,进行脱硫生物膜塔滴滤固定化启动工艺特性研究。实验结果表明,通气量和液体流量是影响挂膜启动的生物膜的生长在塔中经历适应期、动力学增长期和稳定期,循环液的Fe2+的氧化速率与吸光度具有明显的相关性,同时压力损失和pH值也是作为挂膜启动完成的重要指标。挂膜3天后,氧化亚铁硫杆菌的Fe2+氧化率趋于稳定,挂膜完成。连续运行1周后,Fe2+氧化率保持在0 2g/(L1·h1),连续通入低浓度SO2气体驯化后,脱硫率可达到90%以上。