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細(xì)菌冶金工藝礦物學(xué)(已修改)

2025-01-06 17:12 本頁(yè)面
 

【正文】 第 2章 細(xì)菌冶金工藝礦物學(xué)Microbio- hydrometallurgy 礦物特性在細(xì)菌冶金中的地位 概述n細(xì)菌冶金工藝過(guò)程的主要問(wèn)題: 周期長(zhǎng),影響工藝的因素多,難于控制 。n問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是參與細(xì)菌冶金過(guò)程反應(yīng)的雙方 ——細(xì)菌和礦石中的硫化物都是復(fù)雜多變的。細(xì)菌冶金過(guò)程反應(yīng)速度取決于硫化物礦物學(xué)性質(zhì)的觀點(diǎn): 礦石中硫化物是天然結(jié)晶形成的,其礦石的工藝礦物學(xué)性質(zhì),諸如化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)、元素賦存狀態(tài)等方面都是很復(fù)雜的,對(duì)細(xì)菌冶金過(guò)程起著決定性影響作用。 礦物特性對(duì)細(xì)菌冶金工藝的影響n 硫化物的晶體結(jié)構(gòu)n 在細(xì)菌冶金反應(yīng)過(guò)程中硫化物的晶體結(jié)構(gòu)直接影響著它的電化 學(xué)行為。n 研究了磁黃鐵礦、黃銅礦以及黃鐵礦的細(xì)菌浸出機(jī)理,發(fā)現(xiàn) 礦物浸出速度 與 礦物電位 和 晶體結(jié)構(gòu)有關(guān) 。n 例如 : 毒砂( FeAsS)有空穴型 (p型含砷 )和電子型( n型含硫)兩種結(jié)構(gòu),因此在化學(xué)反應(yīng)中形成不同的晶體結(jié)構(gòu),也導(dǎo)致其化學(xué)成分不同。n 黃銅礦 (CuFeS2)的晶體結(jié)構(gòu)就有三種,被稱(chēng)為同質(zhì)多像現(xiàn)象。溫度對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的影響n 硫化物的化學(xué)成分n 研究表明,載金礦物黃鐵礦和毒砂晶體中微量元素的含量明顯地受到形成深度和礦石類(lèi)型的影響。 ① 黃鐵礦中普遍含 As,且隨形成深度增加而 As降低; ② 黃鐵礦中 Sb的頻數(shù)在中淺部可達(dá)到 50%~ 75%,在深處僅為 5%; ③ Au、 Ag在黃鐵礦和毒砂中隨結(jié)晶深度加大而減小。n 礦物的化學(xué)成分不是固定的。由于這些微量化學(xué)組分的存在對(duì)礦物的性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生重大影響。甚至對(duì)同一晶體來(lái)說(shuō),化學(xué)成分也是不均勻的。n 有些礦物直接影響細(xì)菌生長(zhǎng),這些礦物質(zhì)主要是從硫化物礦物溶解的各種離子,如 As、 Cu、 Fe、 Zn、 Ag、 Hg、 Sb、 Pb、 S、 Mn等離子,這些離子的濃度達(dá)到一定數(shù)量時(shí),對(duì)細(xì)菌的產(chǎn)生抑制作用,甚至成為殺菌劑,使細(xì)菌中毒死亡。n 在硫化物中的化學(xué)成分是相當(dāng)復(fù)雜的,引起硫化物礦物化學(xué)成分變化的主要原因是類(lèi)質(zhì)同像代替和機(jī)械混入物。 硫化物的表面性質(zhì) 在細(xì)菌冶金過(guò)程中,細(xì)菌對(duì)硫化物的氧化還原反應(yīng)是在硫化物礦物表面上發(fā)生的,硫化物的表面性質(zhì)是極其關(guān)鍵的。 (1)元素的化學(xué)態(tài) 硫化物表面的化學(xué)態(tài)決定著硫化物的細(xì)菌與硫化物反應(yīng)的難易程度。當(dāng)硫化物表面元素的化學(xué)態(tài)發(fā)生改變時(shí),導(dǎo)致它的電位隨之改變,直接影響了硫化物表面的性質(zhì)和活性。 硫化物的表面性質(zhì) (2)表面離子、原子團(tuán)的性質(zhì)及分布特征 硫化物礦物中的 S [S2] [AsS] [AsS]3及 [SbS]3在氧化反應(yīng)時(shí)其生成熱不同,導(dǎo)致了細(xì)菌對(duì)它們氧化強(qiáng)度的差異。另一方面,當(dāng)它們與各種過(guò)渡元素化合時(shí),形成的化合物并不是單一的離子鍵或共價(jià)鍵,而是將共價(jià)鍵和離子鍵按一定的比例分配形成的。 晶體產(chǎn)生的新鮮面的種類(lèi)、數(shù)量與晶體內(nèi)部構(gòu)造、晶格能有關(guān)。一般來(lái)說(shuō),解理面間的鍵力較弱,晶體沿解理面破裂的概率最大。不同的面電荷分布不同,其疏水性也不同,硫化物基團(tuán)對(duì)親水的氧化亞鐵硫桿菌吸附程度也會(huì)不同,將會(huì)導(dǎo)致同一種礦物的顆粒上,氧化亞鐵硫桿菌有選擇性進(jìn)行吸附氧化。硫化物表面的表面離子、原子團(tuán)的性質(zhì)及離子化程度、晶格能等因素影響了新鮮面的表面能高低和極性程度,進(jìn)而影響細(xì)菌對(duì)硫化物的吸附與氧化強(qiáng)度。 硫化物結(jié)晶習(xí)性 (3)表面不均勻性 礦物表面的不均勻性影響了礦物的表面能、活性中心、吸附性質(zhì)和吸附能力。從微觀的尺度上看,硫化物的表面并不是光滑平整的理想平面,而是帶有突面、彎曲面和臺(tái)階。 (4)表面電性 硫化物的細(xì)菌氧化作用是電化學(xué)過(guò)程,硫化物表面電性的差異使硫化物礦物單獨(dú)氧化與幾種彼此連生的氧化速度和程度都是不同的。 連生體顆粒的結(jié)構(gòu)、類(lèi)型、數(shù)量將加劇細(xì)菌與硫化物之間的電化學(xué)過(guò)程的復(fù)雜性。研究這種電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)及影響因素對(duì)于確定和控制細(xì)菌冶金反應(yīng)速度是極為有用的。 硫化物的結(jié)晶習(xí)性 黃鐵礦常見(jiàn)的晶型是立方體 {100}、五角十二面體 {210}和八面體 {111}。在結(jié)晶過(guò)程一般來(lái)說(shuō)黃鐵礦優(yōu)先形成立方體{100},隨著結(jié)晶,晶體長(zhǎng)大,晶型由立方體 {100}向五角十二面體 {210}過(guò)渡,這反映了晶型與粒度的關(guān)系。從含 Au量上看,五角十二面體 {210}的黃鐵礦的含金量高于立方體 {100}的黃鐵礦。從結(jié)晶程度上看,載金黃鐵礦的自形程度越高,含金量越差,黃鐵礦晶體顆粒越破碎越細(xì)小,則含金性越好,金的品位越高。 細(xì)菌冶金工藝礦物學(xué)n 礦石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造n 礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造說(shuō)明礦物在礦石中的幾何形態(tài)和結(jié)合關(guān)系。n 結(jié)構(gòu)是指某礦物在礦石中的結(jié)晶程度、礦物顆粒的形狀、大小和相互結(jié)合關(guān)系。(顯微鏡觀察)n 構(gòu)造是指礦物集合體的形狀、大小和相互結(jié)合關(guān)系。(肉眼觀察) 礦石的結(jié)構(gòu)n 定義 指礦石中礦物顆粒的形態(tài)、大小及空間分布上所顯示的特征。n 構(gòu)成礦石的主要因素為:礦物的粒度、晶粒形態(tài)、結(jié)晶程度及嵌鑲方式等 。 礦石的結(jié)構(gòu)n 常見(jiàn)礦石結(jié)構(gòu)類(lèi)型 :n ( 1) 自形晶粒狀結(jié)構(gòu) n 具有完好的結(jié)晶外形,一般是晶出較早的結(jié)晶生長(zhǎng)力較強(qiáng)的礦物晶粒,如鉻鐵礦、磁鐵礦、黃鐵礦、毒砂等。n ( 2)半 自形晶粒狀結(jié)構(gòu) 由兩種或兩種以上的礦物晶粒組成,其中一種晶粒是各種不同自形程度的結(jié)晶顆粒,較后形成的顆粒則往往是他形顆粒,并溶蝕于先前形成的礦物顆粒。n ( 3)他 形晶粒狀結(jié)構(gòu)n 是由一種或數(shù)種呈他形結(jié)晶顆粒的礦物集合體組成。晶粒不具晶面,常位于自形晶粒的空隙間,其外形決定于空隙形狀。 礦石的結(jié)構(gòu)n( 4)斑狀結(jié)構(gòu) 斑狀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是某些礦物在較細(xì)粒的基質(zhì)中呈巨大的斑晶,這些斑晶具有一定程度的自形,而被溶蝕的現(xiàn)象不顯著。n( 5)包含結(jié)構(gòu) 是指礦石成分中有一部分巨大的晶粒,其中包含大量細(xì)小晶體,并且這些細(xì)小晶體是毫無(wú)規(guī)律的。 n( 6)交代溶蝕及交代殘余結(jié)構(gòu) 先結(jié)晶的礦物被后生的礦物溶蝕交代則形成交代溶蝕結(jié)構(gòu),若交代以后,在一種礦物的集合體中還殘留有不規(guī)則狀、破布狀或島嶼狀的先生成的礦物晶粒,則為殘余結(jié)構(gòu)。n( 7)乳濁結(jié)構(gòu) 指一種礦物的細(xì)小顆粒呈珠滴狀分布在另一種礦物中。如某方鉛礦滴狀小點(diǎn)在閃鋅礦中形成乳濁狀。 礦石的結(jié)構(gòu)n( 8)格狀結(jié)構(gòu) 在主礦物內(nèi),幾個(gè)不同的結(jié)晶方向分布著另一種礦物的晶體,呈現(xiàn)格狀。n( 9)結(jié)狀結(jié)構(gòu) 一種礦物較粗大的他形晶被另一種較細(xì)粒的他形晶礦物集合體所包圍。 n( 10)交織結(jié)構(gòu)和放射狀結(jié)構(gòu) 片狀礦物或柱狀礦物顆粒交錯(cuò)地嵌鑲在一起,構(gòu)成交織
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