高硫矿石细菌脱硫及其反应动力学分析

发布时间：2019-08-11 11:46

【摘要】：为解决硫化矿井下堆存易发生自燃这一问题,进行了高含硫矿石的细菌脱硫试验,对比了不同矿石粒径条件下的脱硫效果,对脱硫反应表面进行了扫描电镜观察,并对细菌脱硫反应进行动力学分析。结果表明:细菌液计脱硫率与矿石粒径呈反比,当矿石粒径为3 mm时,取得了最大脱硫率为22.56%;脱硫反应对矿石表面侵蚀严重,矿石表面的硫含量由43%左右降低至15%以下;6组试验矿石的表面脱硫率均为65%左右,矿石的可燃性降低;反应受内扩散和化学反应共同控制,其中内扩散为主要因素。
【图文】：

脱硫以及黄铁矿的烧渣脱硫[1516]，均取得了不错的效果。目前的研究表明，细菌脱硫应用在金属高硫矿防灭火中是可行的[1718]。利用细菌将矿石表面的低价硫氧化，避免其自身的氧化、放热，对于硫化矿自燃危害的防治就由被动变为主动。本文作者通过金属硫化矿的细菌脱硫试验，对脱硫率的不同计算方法进行了对比，分析细菌脱硫技术的可行性及应用效果，并探讨了脱硫反应动力学及其控制因素，为细菌脱硫技术的应用提供理论依据。1实验1.1试验材料和仪器1)矿石实验所用矿样取自安徽新桥硫铁矿，矿石堆存现场如图1所示。受到出矿时间的约束，堆存的矿石长期暴露在空气中，矿石表面已出现被氧化现象，存在自燃风险。图1矿石堆存现场Fig.1Siteoforeheap对矿石元素进行XRD测定，结果显示矿样主要为胶状黄铁矿，矿石化学成分如表1所示。表1矿样的化学成分Table1Chemicalcompositionoforesample(massfraction,%)FeSSiO240.1345.8714.00矿石中硫的质量分数超过45%，属于高硫矿石，，存在极大自燃危险性。矿石经机械破碎后根据试验要求筛分为不同粒径，密封保存。2)脱硫细菌脱硫试验中采用的细菌取自新桥硫铁矿矿坑水，该菌株为常温嗜酸氧化型细菌，属于混合菌种，其生长特性与氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillusferrooxidans)相近。使用9K培养基(见表2)富集培养之后，加入矿石对细菌进行了驯化。经过驯化之后的细菌可以在除矿石外无其他营养物质的条件下，依靠氧化矿石的低价铁或硫元素获取能源。表29K培养基成分Table2Chemicalcompositionof9KmediumCompositionConcentration/(g·L1)(NH4)2SO43.0KCl0.1K2HPO40.5MgSO4·7H2O0.5Ca(NO3)20.01FeSO4·7H2

加入矿石对细菌进行了驯化。经过驯化之后的细菌可以在除矿石外无其他营养物质的条件下，依靠氧化矿石的低价铁或硫元素获取能源。表29K培养基成分Table2Chemicalcompositionof9KmediumCompositionConcentration/(g·L1)(NH4)2SO43.0KCl0.1K2HPO40.5MgSO4·7H2O0.5Ca(NO3)20.01FeSO4·7H2O44.23)试验仪器细菌脱硫试验在自制的有机玻璃圆柱体内进行，圆柱内径为60mm、高度为500mm。反应柱的上下方均设有上下液位箱，用于菌液循环。试验装置如图2所示。图2脱硫试验装置示意图Fig.2Schematicdiagramofdesulfurizationtestdevice
【作者单位】： 北京科技大学土木与环境工程学院;北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(50774011,51304011) 新世纪优秀人才支持计划资助项目(NECT-07-0070)
【分类号】：TD752.2

【参考文献】

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