金属离子强化砷黄铁矿生物氧化的机理研究

The bio–oxidation technique has advantage of lower cost and no pollution, so it is gradually a hot research subject. However, it has long periods. The main reasons are there forms passivation film during arsenopyrite oxidation, the arsenopyrite bio-oxidation rate is slowing down under the passive dissolution rate. Some metal irons such as Ag+ and Cu2+ have the advantage of refraining ability of forming passivation film by reaction with sulphur and realgar. In order to improve the oxidation rate, this work projects the intensification technical strategy by typical metal ions. So this work mainly studies the mechanism of the dissolution and passivation of arsenopyrite during bio-oxidation, reveals the intensifying mechanism and the relationship between the character and effect of catalyst byelectrochemical method, leaching tests and XRD and the SEM microscopic test method. Under these works, the intensifying technology of new catalyst is developed and the relevant co-intensification technology of bio-oxidizing gold ore is studied. This investigation would provide new theory and technique for the bio-oxidation technology.

生物氧化法是处理含砷金矿的一种经济而环境友好的方法。但由于在氧化过程易于形成钝化膜，砷黄铁矿的溶解只能在钝态状态下进行，因而导致过程生产周期长。基于金属离子诸如银离子、铜离子等与硫及雄黄等亲和力强的特性，本项目拟用金属离子优先于硫及雄黄发生反应抑制钝化,强化砷黄铁矿的活性溶解，达到提高氧化速率、缩短氧化周期的目的。采用电化学方法以及浸矿试验结合XRD和SEM等微观测试手段深入研究砷黄铁矿活性溶解及钝化的机理，全面揭示金属离子强化过程机理及金属元素的性效关系，并开发新型强化剂，在此基础上，进行新型强化剂技术的开发和氧化剂协同强化砷黄铁矿生物预氧化、提高氧化速率的相关技术研究，为实现含砷金矿的高效生物氧化提供理论依据。

生物预氧化法是各类含砷金矿预处理方法中最具发展前景的方法。但是，生物氧化率低、周期长的问题严重制约着含砷金矿生物预氧化技术的工业化应用。针对含砷金矿生物预氧化过程中存在的以上问题，项目的研究成果可为含砷难处理金矿生物预处理提供理论指导与技术支撑，从而大力推进生物氧化砷黄铁矿技术的工业应用进程。.项目首先查明了砷黄铁矿的氧化溶解及钝化机理。E为550~750 mV时，砷黄铁矿氧化过程中在矿物表面会生成规则的结晶颗粒状钝化物As2S2和As2S3，所形成钝化膜的厚度和阻抗随着电位的升高不断增加；E = 800 mV时，As2S2和As2S3可发生氧化溶解，使得钝化膜的厚度和阻抗降低；E为850~1000 mV时，钝化物为S0，其可发生显著的氧化溶解反应，随电位的增加，钝化膜阻抗明显降低且孔隙率显著增加；因而，电位大于800 mV时有利于砷黄铁矿的氧化，而750 mV恒电位下所形成的钝化膜阻抗最大，极化30 min后阻抗值可达13130 Ω·cm2。.其次，揭示了Ag+、Cu2+等金属离子催化砷黄铁矿生物氧化作用机理。金属离子即可促进砷黄铁矿的氧化又可促进中间钝化物(As2S2、As2S3、S0)的氧化溶解。在金属离子的催化作用下，表面规则的结晶钝化物颗粒转变为细小的结晶颗粒，钝化物含量显著降低甚至消失；钝化膜的厚度降低或孔隙率增加，膜阻抗显著减小。Ag+催化后，砷黄铁矿表面可形成Ag2S，而Ag2S具有良好导电性，促进反应过程中的电子转移，但Cu2+催化后，电极表面未检测到含铜产物。这是由于添加Cu2+时表面会形成Cu2S/CuS，但是Cu2S/CuS易被继续氧化而不能稳定存在，因此，Ag+的催化效果更显著。.最后，建立了金属离子和络合剂协同催化含砷金矿生物预处理技术原型。添加金属离子可以催化含硫/砷矿物的氧化，添加络合剂可抑制黄钾铁矾的生成。不同含砷金矿金属离子和络合剂协同强化条件下，氧化周期可缩短一半，对含砷品位10%左右的含砷金矿，氧化周期缩短至4天以内。