嗜酸热古菌Acidianus manzaensis浸出黄铜矿过程中次生矿物的形成及演变（英文）

基于同步辐射X射线衍射(SR-XRD)和硫/铁/铜K边X射线吸收近边结构(XANES)光谱学等技术,研究了嗜酸热古菌Acidianus manzaensis浸出黄铜矿过程中次级产物的形成和演变机制。浸出实验结果表明,经过10 d的生物浸出黄铜矿的浸出率为82.4%,此时黄铜矿的表面被显著腐蚀且覆盖了一层浸出产物。在生物浸出过程中,矿物表面次级产物的形成及演变有如下规律:1)第2 d和第4 d检测了少量单质硫、斑铜矿和辉铜矿;2)第6 d和10 d斑铜矿和辉铜矿消失,但是铜蓝开始产生,并且黄钾铁矾逐渐变成主要产物。这些结果表明浸出过程中首先在低电位(360~461 mV)下形成金属缺失型辉铜矿和斑铜矿,随着电位升高,在高电位(461~531 m V)下逐渐转化为了铜蓝。     

Acidianus manzaensis浸出黄铁矿过程中铁L边和硫K边XANES光谱学分析（英文）

基于同步辐射技术对Acidianus manzaensis(A.manzaensis)浸出黄铁矿过程中铁L边XANES和硫K边XANES进行光谱学分析。浸出实验表明,A.manzaensis能加速黄铁矿的氧化。随着浸出时间的增加,浸出液的pH值逐渐降低;氧化还原电位值在第0~3天快速增加,然后缓慢增加。SEM结果表明,黄铁矿表面被A.manzaensis逐渐腐蚀;XRD结果表明,浸出残渣包含新组分黄钾铁矾和单质硫。铁L边XANES光谱学分析表明,黄铁矿生物氧化过程中铁形态逐渐转变为含Fe(Ⅲ)物质。硫K边XANES光谱学分析表明,在黄铁矿生物浸出过程中产生元素硫且其质量比维持在3.2%~5.9%。硫代硫酸盐在第2~4天也被检测出来,这表明黄铁矿生物浸出过程中存在硫代硫酸盐。     

3种典型能量代谢菌浸出黄铜矿及其硫形态的转化

比较了3种典型嗜中温铁/硫代谢菌——Acidithiobacillus ferrooxidans、Leptospirillum ferriphilum及Acidithiobacillus thiooxidans单独及混合浸出黄铜矿过程中细菌硫氧化、铁氧化情况。同时利用XRD、硫的K边X射线吸收近边结构光谱(XANES)等分析手段研究3种细菌单独/混合浸出黄铜矿过程中矿物组成成分和矿物表面硫的形态变化。结果表明:在浸出初期电位低于400 mV(vs SCE)时,黄铜矿的浸出速率较快,此后电位迅速升高至540 mV,黄铜矿浸出速率明显变慢。混合菌浸出时体系的硫/铁氧化活性较单一菌高,根据XANES拟合分析发现,混合菌浸出时矿物表面元素硫及黄钾铁矾积累量明显减少,浸出初期辉铜矿产量明显高于单一细菌浸出的。     

混合嗜热古菌在65°C生物浸出黄铜矿过程中活性炭的催化作用和钝化现象的相关性（英文）

研究活性炭对四株典型嗜热古菌混合培养物(Acidianus brierleyi,Metallosphaera sedula,Acidianus manzaensis和Sulfolobus metallicus)在65°C时浸出纯黄铜矿过程中活性炭的催化作用和钝化现象的相关性。浸出实验表明,活性炭能够有效地促进黄铜矿的生物浸出和化学浸出。基于同步辐射技术的X射线衍射、铁的L-边和硫的K-边X射线吸收近边结构光谱学分析表明,在生物浸出过程中当氧化还原电位较低((27)400 mV)时,活性炭能通过原电池反应改变电子传递途径,生成更易溶解的次生矿物辉铜矿,从而增强黄铜矿的浸出。在添加活性炭的生物浸出过程的前期,黄钾铁矾迅速累积但铜离子的浸出速率未受到抑制,然而在生物浸出的后期,大量黄钾铁矾沉淀在矿物表面,从而抑制黄铜矿的进一步溶解。在添加活性炭时检测到了更多的单质硫,但由于嗜热古菌混合培养物具有很强的硫氧化活性,所以生成的单质硫被其消解,因此,未检测到其对黄铜矿浸出有显著影响。     

可见光和Cd~(2+)对黄铜矿生物浸出的催化作用（英文）

利用扫描电镜(SEM)、同步辐射X射线衍射(SR-XRD)和X射线光电子能谱(XPS)研究在酸性氧化亚铁硫杆菌存在下,可见光和镉离子(Cd~(2+))对黄铜矿生物浸出的影响。生物浸出28天后的结果表明,光照下铜的溶解提高4.96%;Cd~(2+)单独存在对黄铜矿的浸出有轻微的抑制作用;可见光和50mg/LCd~(2+)同时存在时,溶解铜的浓度提高14.70%。化学浸出结果表明,可见光能促进体系中铁元素的循环。SEM结果显示,Cd~(2+)在可见光下促进酸性氧化亚铁杆菌在黄铜矿表面的附着。综合SR-XRD和XPS结果可知,可见光和Cd~(2+)促进黄铜矿的浸出,但不会抑制钝化物的形成。提出可见光和Cd~(2+)对黄铜矿生物浸出协同催化作用机制的模型。     

中度嗜热菌浸出黄铜矿过程表面产物解析（英文）

采用X射线衍射(XRD)与X射线光电子能谱(XPS)研究黄铜矿在中度嗜热菌浸出过程中的表面产物变化。结果表明,在A.caldus,S.thermosulfidooxidans与L.ferriphilum浸出过程中,一硫化物(Cu S)、二硫化物(S2-2)、元素硫(S0)、多硫化物(S2-n)与硫酸盐(SO2-4)是黄铜矿表面的主要产物。在A.caldus浸出黄铜矿过程速率较慢,这主要是由于黄铜矿的不完全溶解产生多硫化物,限制了进一步的溶解。在S.thermosulfidooxidans与L.ferriphilum浸出黄铜矿过程中,多硫化物与黄钾铁矾是钝化膜的主要成分。元素硫不是导致黄铜矿生物冶金过程钝化的主要物质。     

中度嗜热菌浸出黄铜矿过程表面产物解析

采用X射线衍射(XRD)与X射线光电子能谱(XPS)研究黄铜矿在中度嗜热菌浸出过程中的表面产物变化。结果表明,在A. caldus,S. thermosulfidooxidans与L. ferriphilum浸出过程中,一硫化物(CuS)、二硫化物(S22?)、元素硫(S0)、多硫化物(Sn2?)与硫酸盐(SO42?)是黄铜矿表面的主要产物。在A. caldus浸出黄铜矿过程速率较慢,这主要是由于黄铜矿的不完全溶解产生多硫化物,限制了进一步的溶解。在S. thermosulfidooxidans与L. ferriphilum浸出黄铜矿过程中,多硫化物与黄钾铁矾是钝化膜的主要成分。元素硫不是导致黄铜矿生物冶金过程钝化的主要物质。     

温度诱导相变对黄铜矿生物浸出的影响（英文）

研究黄铜矿的相变及其相态对细菌浸出的影响。在高纯氩气的保护下,将天然黄铜矿加热到不同的温度(203、382和552°C)以完成相变。并将黄铜矿在相变前后进行生物浸出实验。结果表明,在203°C和382°C加热的黄铜矿仍处于α相区,而在552°C下黄铜矿由α相转变为β相,3种不同温度相变后的黄铜矿的浸出率分别为32.9%、40.5%和60.95%。黄铜矿晶格增大、晶格能降低,这是浸出率显著提高的根本原因。电化学实验表明,随着退火温度的升高,极化电阻降低,腐蚀电流密度增加;黄铜矿的氧化率越高,浸出率就越高。     

黄铜矿生物浸出过程的硫形态转化研究进展

黄铜矿生物浸出过程中会生成元素硫及其他含硫中间产物和衍生物,它们对黄铜矿溶解产生钝化或促进作用。研究黄铜矿生物浸出过程的硫形态转化,可以有效了解阻碍或促进黄铜矿生物浸出的关键物质形态以及影响这些形态形成的机制,从而为进一步了解黄铜矿的钝化机制、揭示黄铜矿的溶解机制奠定理论基础。介绍了黄铜矿生物浸出过程产生的含硫中间产物和衍生物及其硫形态转化研究的进展。     

生物浸出过程中黄铜矿钝化的控制方法(英文)

在细菌浸出黄铜矿的过程中,黄铜矿表面钝化是普遍现象,成为生物浸铜技术的瓶颈问题。对比研究了普通浸出与强化浸出(加入玻璃圆珠)对铜浸出的影响。结果表明,玻璃圆珠的加入改善了浸出条件,削弱了黄铜矿的钝化效应,使黄铜矿的Cu浸出率从50%提升至 89.8%。扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析发现,添加玻璃圆珠的黄铜矿表面没有黄钾铁矾沉淀,钝化作用不明显;而不加玻璃圆珠的黄铜矿表面附着厚厚的结构致密的黄钾铁矾,钝化严重,从而阻碍了黄铜矿的溶解和浸出。     

混合高温菌浸出黄铜矿及浸出过程中微生物群落的演替

研究3株极端嗜热古菌(金属硫叶菌,Sulfolobus metallicus JCM 9184;瑟杜生金属球菌,Metallosphaera sedula JCM 9185和万座酸菌,Acidianus manzaensis YN25)在不同起始pH值和不同温度条件下对黄铜矿的混合浸出,并对浸矿过程中混合菌群落的动态演替进行分析.结果表明:在起始pH 1.5时的铜浸出率明显高于在起始pH 2.5时的铜浸出率,而65 ℃条件下的铜浸出率高于75 ℃时的铜浸出率.利用限制性长度多态性(RFLP)分析65 ℃、起始pH 1.5条件下的微生物群落演替,结果显示:在黄铜矿的浸出前期Sulfolobus metallicus是占据优势的菌种,而到后期Acidianus manzaensis的比例则会上升,并最后取代Sulfolobus metallicus成为优势种.     

WC-Co硬质合金γ相的X射线结构分析

由X射线相分析基本公式导出了适宜于计算同素异构体混合物的X射线衍射方程，通过分析WC－Co硬质合金γ相（Co－W－C固溶体）模拟合金的X射线实验数据推算出六方型α-γ相和立方型β-γ相的相对Kβα值，该值与γ相成分有关，得到了一种简易、实用和精确测量WC－Co合金中γ相结构的定量分析方法。     

不同碳材料辅助下混合中度嗜热微生物浸出黄铜矿的比较研究（英文）

采用混合中度嗜热微生物研究4种碳材料(人造石墨、炭黑、活性炭和碳纳米管)对黄铜矿浸出的催化作用。结果表明,添加人造石墨和活性炭能使溶液pH值降低,氧化还原电位维持在合适的范围,使浸出液中总铁、三价铁浓度和矿渣表面吸附微生物的数量增加,最终提高黄铜矿中铜的浸出率;而添加炭黑和碳纳米管能抑制浸矿微生物的生长,最终导致浸出效率降低。X射线衍射分析表明,在添加人造石墨和活性炭实验组中,黄钾铁矾和硫膜是钝化层的主要成分,但钝化层的形成不会影响黄铜矿的进一步分解。此外,人造石墨和活性炭的添加使浸出体系中游离微生物和吸附微生物的群落结构发生改变。在黄铜矿浸出末期,硫氧化茵A.caldus S1(丰度为93%～98%)成为优势菌种,而铁氧化菌L.ferriphilum YSK所占比例仅为1%～2%。     

氧化硫硫杆菌作用下黄铜矿-MnO2同时发电浸出的机制

采用双电池体系研究发电浸出过程和生物发电浸出过程中放电量、Fe2+和Mn2+浸出率与时间的关系.结果表明:生物发电浸出的Cu2+和Fe2+浸出率比单纯发电浸出提高近2倍,发电量和Mn2+浸出率提高近3倍.对发电浸出产物进行XRD和SEM分析表明,经历发电浸出过程,晶体的形貌与反应前相似,发电浸出产物单质硫和杂质PbS大量存在;经历生物发电浸出过程,杂质PbS被氧化成PbSO4,沉积在残渣表面.对氧化硫硫杆菌作用下CuFeS2-MnO2发电浸出机制研究表明,黄铜矿的发电浸出和生物发电浸出都存在表层的黄铜矿离解产生Cu2+、Fe2+和单质硫的过程,而生物发电浸出中还进行了单质硫部分被A.t菌氧化的后续过程,且生物氧化过程为控制步骤.MnO2的浸出在本研究的系统中是被动的,如果黄铜矿的浸出还能进行,MnO2的浸出就能持续.     

黄铜矿生物浸出过程中三价铁在矿物表面的富集（英文）

为探究黄铜矿生物浸出过程中与胞外多聚物结合的三价铁在矿物表面的富集,采用超声、加热和涡旋振荡提取矿物表面的三价铁。结果表明,在48°C条件下超声是一种有效的方法。扫描电镜和能量色散X射线能谱(EDX)分析表明,浸出后黄铜矿表面存在大量裂缝和凹陷,并且铁氧化物填充于这些裂缝和凹陷中。研究浸出过程黄铜矿表面三价铁和胞外多聚物的含量变化。结果表明,胞外多聚物的含量在浸出前10 d迅速上升,之后维持在一个稳定的水平,而三价铁含量随浸出时间的延长而增加,尤其是在浸出后期。     

黄铜矿在50°C浸出过程中表面硫组成(英文)

利用X-射线光电子能谱(XPS)和循环伏安(CV)法研究黄铜矿的钝化膜组成。浸出试验结果表明:无菌浸出和微生物浸出黄铜矿30 d后,Cu的浸出率分别为4.0%和21.5%,Fe的浸出率分别为3.8%和10.5%。XPS分析结果表明:黄铜矿经无菌浸出和微生物浸出后,黄铜矿晶格的中Fe原子优先溶解到溶液中,并且在其表面形成S22-、Sn2-和S0。此外,黄铜矿经微生物浸出后,其表面还检测到SO42-,并且认为SO42-是以黄钾铁矾的形式存在。CV研究结果表明:Cu1-xFe1-yS2-z(yx)和S0导致黄铜矿电极表面钝化。元素硫和黄钾铁矾包裹在黄铜矿表面对其浸出有一定的影响,然而二硫化物、多硫化物或者缺金属硫化物对阻碍黄铜矿浸出起更关键的作用。     

初始pH对极端嗜热菌万座嗜酸两面菌作用下黄铜矿氧化溶解的影响(英文)

采用生物浸出和循环伏安试验研究初始pH对黄铜矿在65℃条件下氧化溶解的影响,分别采用XRD和拉曼光谱分析黄铜矿生物浸出过程中和电极表面形成的氧化产物。化学浸出结果表明:黄铜矿溶解速率随着初始pH的减小而增大,然而初始pH对黄铜矿生物浸出的影响却正好相反。当初始pH为1.0时,万座嗜酸两面菌的加入几乎没有促进黄铜矿的溶解,这主要是由于高酸度严重抑制了万座嗜酸两面菌的生长。电解液中存在或不存在万座嗜酸两面菌时黄铜矿的阳极氧化电流都随着初始pH的增大而增大,同时在黄铜矿电极表面检测到了单质硫和铜蓝。结果表明,在化学浸出过程中黄铜矿是在质子作用和氧化作用下溶解的,黄铜矿氧化生成了铜蓝和单质硫。     

黄铜矿生物浸出过程中Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)的行为

采用Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)对黄铜矿进行生物浸出,主要研究浸出过程中体系的pH值、铁离子浓度、细菌吸附率及铜浸出率变化规律。结果表明:介质中Fe(Ⅲ)含量不同,生成黄钾铁矾的形态不同。在Fe(Ⅲ)生物浸出体系中,絮状的黄钾铁矾逐渐生成并全部覆盖在黄铜矿表面,阻碍黄铜矿的浸出过程。在Fe(Ⅱ)生物浸出体系中,生成皮壳状、结核状的黄钾铁矾分散于浸出液中,不覆盖在黄铜矿表面,对黄铜矿的浸出没有阻碍作用。     

晶体结构对黄铜矿、黄铁矿生物浸出差异性影响

在对黄铜矿、黄铁矿晶体结构差异性分析的基础上,研究在相同生物浸出条件下晶体结构对两矿物浸出速率及浸矿用菌种群落演替规律的影响,并对其产生原因进行分析。结果表明:黄铜矿晶胞中单位结构基元内不同结合方式原子间浸出难易程度不同,导致黄铜矿生物浸出速率随浸出时间的延长而不断降低;黄铁矿晶胞内各原子间结合方式单一,因而其浸出速率基本稳定。两矿物浸出过程中浸矿用菌种群落演替规律存在差异,在黄铜矿生物浸出过程中,Leptospirillum ferriphilum(L.f)由优势菌(占98%以上)转为劣势菌(占37%);在黄铁矿生物浸出过程中,L.f始终为优势菌(占90%以上)。由于L.f对Fe2+供应较敏感,因而两矿物晶体结构不同所决定的Fe2+供应差异是浸矿用菌种群落演替差异产生的根本原因。     

特种铸造方式对QAl10-4-4铝青铜组织与性能的影响

采用金相组织分析、X射线衍射物相分析、力学性能测试、扫描电镜和能谱分析研究了半连续铸造、离心铸造和真空吸铸3种铸造方式下QAl10-4-4铝青铜的组织与性能.结果表明,在3种铸造方式下合金均含有α相、γ2相和K相,但是真空吸铸的组织中还含有少量的亚稳β′相;真空吸铸的组织最致密、细小,其中的K相均匀弥散分布在基体上,组织中各相的硬度以及合金的抗拉强度和硬度均最高;半连续铸造和离心铸造的内外组织不均匀,部分K相发生团聚,其中离心铸造组织的硬度从边部至中部呈现周期性的起伏,且越靠近铸锭边部,其峰值硬度越大.