黄铁矿还原浸出氧化锰矿物资源的应用基础研究

发布时间：2017-10-28 23:25

  本文关键词：黄铁矿还原浸出氧化锰矿物资源的应用基础研究

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【摘要】：论文以氧化锰尾矿、中低品位软锰矿和大洋锰结核三种氧化锰资源为研究对象,进行了以黄铁矿为还原剂浸出氧化锰资源的研究。文中研究了化学浸出过程及反应过程中各种离子的影响和微生物强化浸出化学浸出渣及微生物浸出过程的基本原理,并研究了嗜酸氧化亚铁硫杆菌高效培养和微生物对Mn2+的耐受能力等辅助问题,为以黄铁矿为还原剂浸出氧化锰资源的化学浸出和微生物浸出联合工艺提供了必要的应用基础。以黄铁矿为还原剂浸出氧化锰资源的化学过程是一个复杂的多相反应过程。溶液中Mn2+的浸出过程与黄铁矿的浸出反应方式及黄铁矿反应后的产物存在密切关系。Fe3+对MnO2-FeS2-H2SO4反应浸出过程有一定的催化作用,尤其是反应初期,溶液中Fe3+促进了FeS2表面的化学反应,溶液中Fe3+越高,使得其反应速率越高,并进行了其催化反应浸出过程的动力学分析：浸出过程中FeS2表面存在S与SO42-两种反应方式,随着FeS2表面反应的进行,颗粒表面产生S固化层,并受到固化层的扩散控制；MnO2-FeS2-H2SO4系统中加入嗜酸氧化亚铁硫杆菌,可以有效促进反应的进行,从而加速Mn2+的浸出；循环伏安电化学分析表明细菌和Fe3+的加入,降低了FeS2的氧化还原电位,同时缩短了氧化峰与还原峰之间的电位差,使得FeS2氧化还原反应更容易进行。利用陶粒载体培养嗜酸氧化亚铁硫杆菌可以有效提高嗜酸氧化亚铁硫杆菌氧化Fe2+的速率,实现嗜酸氧化亚铁硫杆菌的快速培养；而利用黄铁矿培养嗜酸氧化亚铁硫杆菌过程表明,在合适条件下,经过144小时的培养嗜酸氧化亚铁硫杆菌细菌浓度可以达到6.4×108个/mL,其培养效率是传统利用硫酸亚铁细菌生长利用效率的5倍左右；微生物对Mn2+的耐受能力的试验表明,嗜酸氧化亚铁硫杆菌对Mn2+具有一定的耐受能力,当培养基Mn2+浓度≤1g/L时,对细菌的生长活性影响很小,Mn2+浓度为5-15g/L时,细菌生长出现延迟,当Mn2+浓度增大到20g/L时,细菌代谢完全停止。本论文研究结果为实现优化MnO2-FeS2-H2SO4整个浸出工艺及微生物浸出复杂矿物提供了一定的理论依据,同时对化学浸出和微生物浸出过程的工业应用都有一定的促进和指导意义。
【关键词】：氧化锰矿 黄铁矿 化学浸出 微生物浸出 微生物高效培养
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD951
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 引言12-15
• 2 文献综述15-28
• 2.1 锰矿资源概况及矿石特性15-17
• 2.1.1 氧化锰矿资源现状及矿石性质16-17
• 2.1.2 氧化锰矿资源利用的可能性与必要性17
• 2.2 氧化锰矿焙烧提取锰元素技术17-20
• 2.2.1 煤还原焙烧浸出法18
• 2.2.2 硫酸化焙烧浸出法18-19
• 2.2.3 两矿焙烧浸出法19
• 2.2.4 生物质还原焙烧浸出法19
• 2.2.5 流态化还原焙烧浸出法19-20
• 2.2.6 其他焙烧提取锰元素的技术方法20
• 2.3 氧化锰矿湿法提取锰元素的技术20-24
• 2.3.1 以硫化矿为还原剂湿法浸出锰元素的技术20-21
• 2.3.2 二氧化硫还原湿法浸出锰元素的技术21-22
• 2.3.3 生物质及碳水化合物还原浸出锰元素的技术22-23
• 2.3.4 硫酸亚铁及铁单质还原浸出锰元素的技术23
• 2.3.5 其他湿法浸出锰元素的技术23-24
• 2.4 微生物浸出提取锰元素的技术24-25
• 2.5 黄铁矿还原浸出氧化锰矿物研究存在问题25-28
• 3 研究内容和试验方法28-36
• 3.1 研究目标及技术路线28-29
• 3.1.1 研究目标28
• 3.1.2 技术路线28-29
• 3.2 研究内容29-33
• 3.2.1 化学浸出试验30
• 3.2.2 微生物浸出试验30
• 3.2.3 机理分析与研究30-33
• 3.3 研究用矿样、药剂与仪器设备33-36
• 3.3.1 矿样制备33-34
• 3.3.2 试验仪器设备34
• 3.3.3 试验药剂34-36
• 4 氧化锰矿矿物分析36-45
• 4.1 矿石化学多元素分析36-38
• 4.2 矿石中锰的物相分析38-39
• 4.3 矿石粒度分析39-41
• 4.4 矿石的矿物成分及其主要特征41-44
• 4.4.1 锰尾矿的成分及特征41-42
• 4.4.2 中低品位氧化锰矿的成分及特征42-43
• 4.4.3 大洋锰结核成分及特征43-44
• 4.5 小结44-45
• 5 黄铁矿还原浸出氧化锰矿的化学浸出过程研究45-74
• 5.1 黄铁矿还原浸出氧化锰矿的化学浸出工艺过程研究45-54
• 5.1.1 矿浆浓度对化学浸出工艺过程的影响46-49
• 5.1.2 搅拌速率对化学浸出工艺过程的影响49-51
• 5.1.3 温度对化学浸出工艺过程的影响51-54
• 5.1.4 反应时间对化学浸出工艺过程的影响54
• 5.2 黄铁矿还原浸出氧化锰矿物化学反应理论分析54-62
• 5.2.1 黄铁矿还原浸出氧化锰矿物化学反应热力学分析55-58
• 5.2.2 黄铁矿还原浸出氧化锰矿物化学反应电化学分析58-59
• 5.2.3 黄铁矿还原浸出氧化锰矿物化学反应动力学分析59-62
• 5.3 黄铁矿还原浸出氧化锰矿物化学反应特性及过程分析62-66
• 5.3.1 浸出过程中铁离子与Mn浸出率的关系63-64
• 5.3.2 浸出过程中矿浆氧化还原电位变化及对过程的影响64-65
• 5.3.3 浸出过程中矿渣X射线衍射分析65
• 5.3.4 MnO_2和FeS_2的浸出反应过程分析65-66
• 5.4 黄铁矿还原浸出氧化锰矿物化学过程中H~+与Fe3+的作用66-72
• 5.4.1 H~+对MnO_2-FeS_2-H_2SO_4反应过程的影响68-69
• 5.4.2 Fe~(3+)对MnO_2-FeS_2-H_2SO_4反应过程的影响69-70
• 5.4.3 Fe~(3+)催化MnO_2-FeS_2-H_2SO_4反应过程电化学研究70-71
• 5.4.4 Fe~(3+)催化MnO_2-FeS_2-H_2SO_4反应浸出Mn~(2+)过程动力学分析71-72
• 5.5 小结72-74
• 6 氧化锰矿微生物浸出研究74-103
• 6.1 氧化锰矿物化学浸出渣的微生物浸出工艺过程研究74-82
• 6.1.1 矿浆浓度对氧化锰矿物微生物浸出影响74-76
• 6.1.2 pH对氧化锰矿物微生物浸出影响76-78
• 6.1.3 温度对氧化锰矿物微生物浸出影响78-80
• 6.1.4 接菌量对氧化锰矿物微生物浸出影响80-82
• 6.2 氧化锰矿物微生物浸出反应机理分析82-89
• 6.2.1 微生物浸出的直接和间接作用82-85
• 6.2.2 微生物浸出氧化锰矿的电化学85-86
• 6.2.3 微生物浸出中于矿物界面的物质传递86-89
• 6.3 氧化锰矿物微生物浸出反应过程中细菌与Fe~(3+)的催化89-94
• 6.3.1 嗜酸氧化亚铁硫杆菌对浸出过程的催化90-91
• 6.3.2 浸出反应过程中Fe~(3+)催化91-92
• 6.3.3 嗜酸氧化亚铁硫杆菌与Fe~(3+)的联合催化92
• 6.3.4 细菌与Fe~(3+)催化的理论分析92-94
• 6.3.5 细菌浸出氧化锰矿过程的反应模型94
• 6.4 嗜酸氧化亚铁硫杆菌浸出黄铁矿过程研究94-101
• 6.4.1 嗜酸氧化亚铁硫杆菌直接浸出过程研究95-97
• 6.4.2 嗜酸氧化亚铁硫杆菌间接浸出过程研究97-98
• 6.4.3 浸出过程中黄铁矿表面成分变化及反应过程分析98-100
• 6.4.4 Fe~(3+)与嗜酸氧化亚铁硫杆菌联合浸出黄铁矿过程分析100-101
• 6.5 小结101-103
• 7 嗜酸氧化亚铁硫杆菌的生长特性研究及微生物浸出过程103-125
• 7.1 嗜酸氧化亚铁硫杆菌生长特性及代谢特征103-105
• 7.2 嗜酸氧化亚铁硫杆菌对Mn~(2+)耐受能力的研究105-109
• 7.2.1 不同Mn~(2+)浓度下嗜酸氧化亚铁硫杆菌生长过程中代谢变化106-107
• 7.2.2 不同Mn~(2+)浓度下溶液氧化还原电位的变化情况107
• 7.2.3 不同Mn~(2+)浓度对溶液pH的影响107-108
• 7.2.4 嗜酸氧化亚铁硫杆菌生长动力学参数的计算108-109
• 7.3 陶粒载体培养对嗜酸氧化亚铁硫杆菌活性的影响109-114
• 7.3.1 不同陶粒用量下嗜酸氧化亚铁硫杆菌生长过程中代谢变化110-111
• 7.3.2 不同粒度陶粒对嗜酸氧化亚铁硫杆菌生长过程中代谢变化111-112
• 7.3.3 陶粒对嗜酸氧化亚铁硫杆菌生长过程中氧化还原电位影响112-113
• 7.3.4 陶粒对嗜酸氧化亚铁硫杆菌生长过程中pH影响113-114
• 7.4 利用黄铁矿培养嗜酸氧化亚铁硫杆菌过程研究114-120
• 7.4.1 黄铁矿用量对培养嗜酸氧化亚铁硫杆菌生长的影响115-116
• 7.4.2 接菌浓度对培养嗜酸氧化亚铁硫杆菌生长的影响116-118
• 7.4.3 pH对培养嗜酸氧化亚铁硫杆菌生长过程的影响118-119
• 7.4.4 黄铁矿培养嗜酸氧化亚铁硫杆菌生长过程中的利用率分析119-120
• 7.5 陶粒载体培养与黄铁矿培养在微生物浸出氧化锰矿中应用120-121
• 7.6 黄铁矿还原浸出氧化锰矿工艺及参数121-122
• 7.7 小结122-125
• 8 结论125-128
• 8.1 主要结论125-127
• 8.2 创新性工作127-128
• 参考文献128-140
• 作者简历及在学研究成果140-144
• 学位论文数据集144

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：1110431