矿物的化学与生物处理

u rx umaxcs cx ks cs
qs
rs cx
umaxcs Ysx (ks cs )
Cs——最大比生长率（l/h）；Cx——细胞浓度（mol/L）；u——比生长速率(L/h)； Umax——最大比生长速率(L/h)；ks——培养基饱和常数(mol/L)； rx——细胞生长速率(mol C/L/h)；rs——底物消耗速率(mol S/L/h)； qs——细胞底物比消耗速率(mol S/mol C/h)；Ysx——底物生长得率(mol C/mol S)；
模拟自然界氧化成矿的基础上，对某些难处理或低品位矿石进行生物 氧化处理，变缓慢的自然成矿过程为快速的人工选冶过程。
微生物指所有形体微小的、单细胞和个体结构简单的多细胞的、甚至 没有细胞结构的低等生物的统一称谓。
微生物参与了碳、氮、硫、硅、铁、锰等元素的循环，自然界中有 67种元素在自然界的分布与微生物有关。
➢ 浸矿微生物代谢系统
不同细菌具有不同的氧化系统，以A.f 菌研究最多，其氧化系 统表述如下：
铁氧化系统
硫氧化系统
Fe2+＋1/4O2＋H+ 细菌 Fe3+＋1/2H2O
2S0＋2H2O＋3O2 细菌 2H2SO4
➢ 浸矿微生物生长动力学
最早的细菌的铁氧化生长动力学模型是由Lawson和Lacey建 立的，其方程式表述如下：
Ga2 S3 6O2 细菌 Ga2 (SO4 )3 Ge2 S3 6O2 细菌 Ge2 (SO4 )3
2）间接作用理论 在多金属的硫化矿床中，通常含有黄铁矿，在有细 菌的条件下，可以被快速氧化，生成硫酸铁。 硫酸铁是一种高效金属矿物氧化剂和浸出剂，其它 金属矿物都可以被其浸出。 凡是利用Fe3+为氧化剂的金属矿物的浸出，都是间 接浸出。如：（1）黄铁矿
极端嗜热嗜酸菌 嗜温嗜酸菌
➢ 浸矿微生物的鉴定
浸矿微生物的鉴定采用多相分类方法
即：从形态学、生理生化特性、细胞化学组分、免疫学 与分子生物学上加以区分鉴定和描述，继而综合各项鉴定结 果确定菌株的归属。
分子生物学手段是目前细菌鉴定分类中极其重要 的一类研究方法
它主要包括：16S rRNA基因序列分析 、PCR-DGGE技术、 DNA G+C含量测定和DNA/DNA杂交、DNA探针分析等等
微生物浸出（把有价金属从矿石中浸出）、微生物氧化（氧化某些矿 物，使包裹在其中的贵金属暴露）。
1 浸矿微生物
➢ 典型浸矿微生物的发现史
1947年，Hinkle与Colmer从酸性矿坑水中分离thiobacillus ferrooxidans
1954年，Bayer与Back在铜矿矿坑水中发现了氧化亚铁硫杆菌与氧 化硫硫杆菌(thiobacillus thioxidans),实验室试验结果表明氧化亚铁 硫杆菌能浸出各种硫化铜矿与辉钼矿。
1972年，从美国矿床中分离出Leptospirillum ferrooxidans 1973年，Briereyetal分离出极端嗜热嗜酸菌Sufolobus
acidocaldarius 1976年，Golovacheva R.S等分离出中等嗜热嗜酸菌Sulfobacillus
thermosulfooxidans 1994年，Hallberg K.B分离出中等嗜热嗜酸菌Acidithiobacillus
3）复合作用理论
是指在细菌浸出过程中，既有细菌的直接作用，又 有Fe3+氧化剂的间接作用；有时以直接作用为主，有时 则以间接作用为主。
这是迄今为止被普遍接受的细菌浸矿机理。
目前已发展出以Fe浓度、氧浓度等为限制性影响因素的各种 生长动力学模型，但多集中在铁氧化类细菌；对硫氧化类细 菌的生长动力学模型描述较少
2 矿物－微生物作用
1）直接作用理论 是指在有水、空气存在的情况下，细菌与矿物表面 接触，将金属硫化物氧化为酸溶性的二价金属离子和硫 化物的原子团。在没有细菌的作用时这一氧化作用只是 热力学上可行,十分缓慢而不具实用价值,由于细菌的参与 使这一过程加快。 如：（1）黄铁矿
Sulfobacillus thermosulfidooxidans，Sulfobacillus acidophilus
极端嗜热嗜酸菌
最佳生长温度60－85℃，包括Sulfolobus acidocaldarius， Sulfolobus solfataricus及Acidianus brierleyi等
矿物的生物与化学处理
前言
第一章 矿物化学处理
一、矿物的化学处理 二、煤炭的化学脱灰 三、煤炭化学脱硫
第二章 矿物生物处理
一、生物冶金技术 二、煤炭生物脱硫
一、生物冶金技术
生物冶金？生物选矿？资源微生物技术？
综合运用地质（矿床学、矿石学、矿物学）、生物（微生物）和矿物 加工技术等领域的跨学科研究。
FeS2 7Fe2 (SO4 )3 8H 2O 15FeSO4 8H 2 SO4
（2）铀矿物
UO2 Fe2 (SO4 )3 UO2 SO4 2FeSO4 （3）铋矿物
Bi2 S3 6Fe3 2Bi 3 6Fe 2 3S （4）铜矿物
Cu2S 2Fe2 (SO4 )3 2CuSO4 4FeSO4 S CuFeS2 2Fe2 (SO4 )3 CuSO4 5FeSO4 2S
2FeS27O2 2H2O 细菌 2FeSO4 2H2SO4 4FeSO4 O2 2H2SO4 细菌 2Fe2 (SO4 )3 2H2O
Leabharlann Baidu
（2）黄铜矿 CuFeS2 4O2 细菌 CuSO4 FeSO4
（3）辉钼矿
MoS2 3O2 2H2O 细菌 H2MoSO4 H2SO4
（4）稀有金属镓和锗的硫化矿
caldus
➢ 典型浸矿微生物分类
嗜温嗜酸菌
最佳生长温度30－45℃，主要包括Acidithiobacillus
ferrooxidans，Acidithiobacillus thiooxidans，Leptospirillum ferrooxidans
中等嗜热嗜酸菌
最佳生长温度45－55℃，主要有Acidimicrobium ferrooxidans，