中等嗜热菌浸出黄铜矿的氧传质系数研究

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左右。在浸出进行 11 , 13 , 16 和 20 d 时分别利用 动态法测定浸出体系中的溶氧浓度变化 , 其 中由 于搅拌体系处于密封状态, 考虑到开放状态 下搅 拌罐上部空间的氧气溶解进液体中是否会影响氧 气传质 , 所以 在第十三天分别于密闭和敞口 情况 下进行了测定。首先停止通气 , 等溶氧浓度下降到 一定程度后 ( 大于临界溶氧浓度 ) , 再恢复通气 , 溶
- 1 *
溶氧浓度 (DO )随浸出时间的变化分别如图 4所示。 从图 4中可以看出在浸出进行过程中溶氧浓度 变化不大, 在浸出进行 10 d 后基本维持在 6 mg #L
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14 . 3mg #L 。
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利用相 同的处理 方法, 对图 5 中 ( b) , ( c) , ( d), ( e), ( f) 的动态法测定结果进行求解 , 得到 不同浸出时间段的氧传质系数 k L A值、 细菌耗氧速 率和饱和溶氧浓度, 如表 1所示。 从表 1中可以看出 , 氧传质系数 k L A值随浸出 时间呈波动状态, 这应该与分批浸出过程中 的矿 浆黏度改变有关; 已知测定过程中的浸出体 系溶 氧浓度 DO 基本维持在 6 . 0 m g# L 左右 , 随着铜、
关键词 : 细菌浸出 ; 黄铜矿 ; 中等嗜热菌 ; 氧传质系数 do:i 10 . 3969 /.j issn. 0258- 7076. 2009. 04. 025 中图分类号 : TD862. 1 文献标识码 : A 文章编号 : 0258- 7076( 2009) 04- 0577- 05
黄铜矿是分布最广泛和储量最大的含铜矿物 , 也是最难浸出的硫化铜矿物。目前针对黄铜 矿精 矿的细菌搅拌浸出, 已有 BH P 公司开发的 B io cop 工艺。该工艺 是利用极端嗜热菌浸出含砷黄 铜矿 浮选精矿, 操作温度在 78~ 80 e , 浸出周期为 8 d 时 , 铜浸出率为 98%
下相对密闭状态 , 氧传质效率要高很多 , 细菌耗氧 速率和饱和溶氧浓度略有降低 , 原因应该包括敞口
。
3 结
论
1 . 搅拌浸出过程中 , 在空气流量和搅拌转速 固定情况下 , 溶氧浓度不是浸出限制因素, 并在浸 出进行 10 d 后基本维持在 6 m g # L 左右, 另外中
图 4 搅拌浸出过程 中溶氧浓度的变化 F ig . 4 Curves o f DO changing w ith tm i e in the stirred bio leach ing
所示, 然后由
d DO + QO 2X 对 DO 画图, 得到图 8 。 dt
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根据图 8 求得的斜率和截距 , 最后得到氧传质 系数 k L A= 5 . 52 @ 10 s 、饱和溶氧浓度 DO =
叶浆式机械搅拌器, 罐体容积 3 @ 10 1 . 5 m # h , 矿浆体积 2 . 5 @ 10
3 - 1 -3
m , 温度保
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3
持在 45 e , 搅拌转速设定在 160 r #m in , 通气量 m 。搅拌装置示
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意图如图 1 所示。 1 . 3 测试方法 细菌浓度采用在油镜下直接计数。 p H 值和氧化还原电位 ( ORP ) 采用 PC-350 型 控制器在线测量。 溶氧浓度采 用 M ett le rT ole DO4050e 型溶氧 仪 和 S m eR 型记录仪在线测量和记录。 1 . 4 氧传质系数测定原理 在搅拌浸出中, 氧气的供 给是通过矿浆 中的 气泡来实现的, 氧气能够被浸矿细菌利用, 就必须 首先溶解在液相中。由于氧气在液相中的溶 解度 甚微, 根据双膜理论 , 气膜阻力可以忽略, 浸出体 系中氧由气相到液相的总传质系数值可近似等于 液膜传质系数 kL A值。 浸出体系的溶氧浓度取决于 氧从气相到液相的溶解速率和浸矿细菌对氧的消 耗速率。 浸出过程中 , 浸出体系的溶氧浓度 DO 必 须大于临界溶氧浓度 DO cri, 氧传质系数值 k L A越 大越有利于保障浸出过程中氧 气的充分供给 细菌浸出体系中氧传质过程如图 2所示。 本文测 定 氧传 质 系 数 kL A 值 所 用方 法 为 动 态法。 对分批搅拌浸出 , 氧的质量衡算式为: d DO = OTR - Q X = k A( DO* - DO ) - Q X O L O 2 2 dt ( 1)
第 33卷 第 4期 V ol 1 33 N o1 4
稀
有
金 属
CH I N ESE JOURNA L OF RARE M ETLA S
2009年 8 月 A ug1 2009
中等嗜热菌浸出黄铜矿的氧传质系数研究
徐金光, 温建康 , 武
*
彪
( 北京有色金属研究总院生物冶金国家工程实验室 , 北京 100088)
基金项 目 : / 973 0 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 课 题 ( 2004CB619205 ) 和 / 8630 原 生 硫 化 铜 矿 表 外 矿 生 物 堆 浸 工 程 技 术 项 目 ( 2007AA 060902 ) 资助 作者简介 : 徐金光 ( 1982- ) , 男 , 山东聊城人 , 硕士研究生 ; 研究方向 : 黄铜矿的生物冶金 * 通讯联系人 ( E - m ai: l kang3412@ 126 . com )
[ 3~ 5]
。而利用极端嗜热菌浸出黄铜矿时, 虽然
):
研究表明可以达到很高的浸出效率, 但是, 在高温 条件下氧气、 二氧化碳的传输明显受限 , 并且由于 菌体自身不具有完整的细胞壁结构 , 致使其 抗剪 切力较弱, 这 些影响因素对实现工业应用都 是很 大的挑战
[ 6]
0. 5 ;
M gSO4, 0 . 5 ; Ca( NO 3 ) 2, 0. 01 ; H 2 O, 1000 m l 。实 验开 始 时 接 种 细 菌 处 于 指 数 生 长 期 , 接 种 率 为 10 %。 1 . 2 试验过程 称取 - 30 Lm 的黄铜矿精矿 125 g , 经高压蒸 汽灭菌按 1B20 比例加入无铁 9 K 培养基, 用 1 . 0 m o# l L 硫酸溶液调节 p H至 1 . 75( 45 e ), 待 p H
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氧浓度随通气时间的延长而逐渐升高 , 最后 恢复 到原先的水平, 所得结果如图 5( a) ~ ( f) 所示
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。
利用 matlab 处理上述测定结果, 首先对图 5( a) 中的数据进行有关计算处理和拟合 , 可得到如图 6 所示的曲线
[ 16]
。
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当停止通气时, 根据图 6 中拟合直线的斜率可 得到细菌的耗氧速率为 Q O2 X = 0 . 0082 m g #L # s 。 当恢复通气后, 对上升阶 段的数据进行 多项 式拟合 , 经过求导得到 DO 对时间的导数 , 如图 7
铁离子的不断浸出, 浸液中的离子强度不断增加 ,
图 5 动态法测定时溶 氧浓度随时间变化的结果 F ig . 5 R esult o f DO chang ing as ti m e w ith dyna m ic m ethod ( a) Curve o fDO chang ing as tm i e after 11 d; ( b) Curve of DO chang ing as tm i e after 13 d; ( c) Curve of DO chang ing as tm i e w ith open after 13 d; ( d) Curve o fDO chang ing as tm i e after 16 d ; ( e) Curve o fDO chang ing as tm i e after 18 d; ( f) Curve of DO changing as tm i e after 20 d
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。利用中等嗜热菌浸出黄铜矿 , 由于菌
[ 7~ 9 ]
体自身具有完整的细胞壁结构 , 可以在一定 程度 上避免剪切力的影响 。 利用中等嗜热菌搅拌浸出黄铜矿得到 了较为 理想的铜浸出率后, 为了进一步提高浸出效率 , 在 温度、 pH 值、矿物粒度等初始条件一定的情况下 , 本文研究了浸出过程中的氧气传输现象 , 以 发现 氧气传输对浸出过程的影响作用 , 并解决由 此所
收稿日期 : 2008- 11 - 08; 修订日期 : 2009- 03 - 30
值稳定后按 10 % 接种率接入菌种, 在 45 e 条件下 进行搅拌浸出试验。浸出过程中每天间隔一 定时 间用灭菌水补充蒸发水至定量 , 试验进行 10 d后 , 每隔 2~ 3 d 利用动态法测溶氧浓度随时间的变化
[ 1]
造成的浸出受阻问题
[ 10]
。另外 , 本文研 究内容还
[ 11 ]
可为利用极端嗜热菌浸出黄铜矿或在缺氧条件下 的细菌浸出提供研究参考 。
1 实
验
。我国虽然在黄铜 矿的细
1 . 1 矿样与菌种 试验矿样为来自江西德兴铜矿的黄 铜矿浮选 精矿, 其中含有的主要矿物是黄铜矿, 其次是辉铜 矿、斑铜矿及脉石矿物, 另有少量的黄铁矿。 试验所用菌种为实验室 长期驯化、筛选 的中 等嗜热菌, 最适 p H 值在 1 . 70 左右 , 适宜温度 45~ 50 e , 使 用 9 K 培 养 基, 组 成 为 ( g# L ( NH 4 ) 2 SO4, 3. 0 ; KC ,l 0 . 1 ; K 2H PO4,
[ 13]
即当停止供气后所得下降的曲线斜率等于细菌耗
dDO + Q O 2X ) 对 DO 画图, 从所得直线的斜率可 dt
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求出 k L A值 , 并由截距可得到 DO
。
2 结果与讨论
中等嗜热菌搅拌浸出黄 铜矿精矿 , 实验 条件 为 : 矿浆浓度 5 %、 接种率 10 % 、接种细菌处于指 数生长期, 细菌浓度为 1 . 08 @ 10 个 /m 、 l 空气流 量 0. 1 m # h 、浸出温度维持在 45 e 、浸出时间