萃取有机物干扰下生物堆浸提铜过程中多相界面作用研究

In the biohydrometallurgical process for copper extraction, the organic chemicals may be lost in the raffinate solution in the way of entrainment and/or dissolution after solvent extraction operation. They can be carried into the heap bioleaching sites with the raffinate cycled back, where they contanct with the bioleaching microorganisms and the bioleached sulfide minerals incessantly. It is reasonably probable that the extraction organic chemicals will impact the metabolism of the microorganisms, alter the surface properties of the microorganisms and the minerals and certainly change the patterns and mechanisums of the polyphase interfacial interactions in the heap bioleaching process. Finally,the bioleaching efficiency is affected adversely. This project aims to reveal the pattern and mechanisum of the interfacial polyphase interactions between microorganisms,extraction organic chemicals and copper bearing minerals under the shock of the copper extraction reagents.Effects of the extraction reagents on the surface hydrophobicity and potential of the microorganisms and the sulfide minerals, on bacterial metabolism and EPS secreting behavior will be researched deeply. The possiblity of forming an organic film at the mineral surface will be investigated. In particular, the emphase will be placed on the impacts of the organic chemicals on the contact or adhesion of bacteria to mineral surface, on bioleaching reactions and product components. It is expected that by how and to what lever the organic chemicals impact the heap bioleaching process can be interpreted depending on the results. Undoubtedly, this investigation is benificial to good understanding to the virtual situation in copper heap bioleaching practice.

在生物浸出-溶剂萃取-电积提铜技术中，铜溶剂萃取时有机相会以夹带、溶解等形式流失于萃余液，并随萃余液循环利用而进入生物浸出系统，与细菌、矿石密切接触并日积月累，从而改变生物浸铜过程中的界面性质和多相界面作用规律，干扰细菌生长代谢，最终影响生物浸铜效率。本项目将深入研究萃取有机物对浸矿微生物和被浸硫化矿物表面疏水性和表面电性的影响规律；矿物表面有机膜形成的可能性及对微生物附着和浸矿过程的影响及机理；有机物对浸矿细菌细胞结构、EPS分泌行为以及附着能力的影响规律和机制；微生物-有机物-矿物的界面附着特征与规律、浸出反应特征与效率、产物形成特征和浸出机理等。通过以上集成研究，揭示生物浸铜的过程实质，将萃取与生物浸出两工艺间交互作用的研究推向微观的深层次，为生物湿法提铜技术的工程应用提供基础理论支撑。

生物湿法提铜技术中生物浸出和溶剂萃取两工艺间利用水相循环实现物质传递，萃余液中流失有机相会污染生物浸出体系并影响生物浸铜过程。本项目深入研究了萃取有机物影响下生物浸出黄铜矿的多相界面作用特征和过程机制。研究表明，在萃取有机相影响下：.1. 细胞新陈代谢和浸矿活性均受抑制，其程度随有机相中萃取剂浓度增加而增加，不同萃取剂抑制作用增加顺序为LIX860N-I＜LIX984N＜LIX84-ICNS，不同菌种对有机相的耐受能力增加顺序为L.ferriphilum＜A. thiooxidans＜A. ferrooxidans。有机相污染矿石表面对浸矿过程的危害比仅污染细胞表面更严重。.2. 细胞在矿石表面的吸附率升高，吸附平衡时间延长，最终吸附率随有机相中萃取剂浓度增加而增加，LIX860N-I提高细胞吸附率的影响比LIX84-ICNS更明显。.3. 细胞和矿石表面疏水性均增加，而细胞表面负电性增加、矿石表面正电性增加，因而细胞在矿石表面吸附率明显增加；A. ferrooxidans、L. ferrooxidan、 A.thiooxidans三种细菌胞外多聚物成分改变，其中蛋白质相对含量均增加。细胞表面极性基团增加也加强了其在矿石表面的化学吸附。.4. 细胞在矿石表面由链状连接的细胞形成环状聚集吸附为主，环内为未吸附细胞的有机液滴占位区，LIX860N-I影响下单位面积内细胞数量比LIX84-ICNS的更多、更均匀，有机液滴占位区直径更小更分散。.5. 相同时间内黄铜矿中CuFeS2、FeS2、Cu2O等矿物分解程度降低，未见类似正常浸出过程的过渡性硫化铜、硅酸钙等中间反应产物，有Fe(OH)3、黄钾铁矾等次生产物形成。.细胞吸附率增加而生物浸出效率降低有悖于接触浸出机理。研究发现，一是由于有机液滴占位或形成有机膜，屏蔽了细胞与矿石表面的直接接触，减少了矿石表面的有效浸出区域；二是由于有机物造成细胞的生理抑制，破坏细胞结构；三是由于细菌对有机物胁迫的应激反应使其胞外多聚物分泌减少，成分改变，难以构建介导接触浸出机制发生的正常生物膜所致。.该研究在微观的深层次上揭示了实际状态下生物浸铜的过程实质，对生物浸出效率低下的原因提供了更全面的认知，完善了生物湿法提铜技术的理论基础。提示萃余液中有机相的有效分离刻不容缓。