典型难处理钴矿物的晶格畸变和生物择矿性浸出机理的研究

In order to enhance the recovery effect of refractory cobalt ores, the research on the lattice distortion of typical cobalt ores and their selective bioleaching mechanism were conducted in detail, from the perspectives of the internal structure and biological oxidation. On the basis of the test results of mineralogy and crystallography for carrollite and hengleinite, the electron structure and lattice distortion of refractory cobalt ores will be clarified, hence the internal reason of selective bioleaching would be inferred. The online testing systems will be designed and built up in the meantime. And the technologies, such as Electrochemical Noise, in situ Electrochemical Raman spectroscopy and Cyclic Voltabsorptometry technology, will be introduced to the in-depth study of targeting cobalt bioleaching reaction and its external influencing factor, so as to deepen the understanding of reaction mechanism from the microcosmic aspect. Basing on the results of the multi-scale detections via this project, the role of bio-oxidation reaction during cobalt bioleaching will be understanded more clear, and the general controlling methods of bioleaching rate and its speed will be dig out. The systematic research of the project will help to advance our knowledge of cobalt bioleaching to a deeper extent and promote the development of bioleaching technology.

本项目以提高难处理含钴矿物的钴回收率为目的，从矿物内部结构和生物氧化作用两个角度出发，深入开展典型难处理含钴矿物的晶格畸变和生物择矿性浸出机理的研究。通过对硫铜钴矿和钴镍黄铁矿的矿物学和晶体学研究，阐明不同条件下含钴矿物的电子结构和晶格畸变特征，获得生物择矿性浸钴的内因；再通过设计和发展生物浸钴过程反应体系的在线检测技术，采用电化学噪声法、电化学原位拉曼光谱技术、电化学循环伏吸技术等分子水平的过程表征，重点从微观角度深入探讨生物择矿性浸出的外部因素和反应历程，从而加深对生物冶金机理的认识。最后在多尺度反应探测的研究基础上，本项目将进一步阐明反应条件在生物浸钴过程中所起的作用，并获得对生物浸矿具有普适性的调控浸出率和浸出速度的方法。通过本项目的系统研究，将有助于提升生物浸钴的理论水平和实践能力，并将对伴生钴的有效回收利用起到重要的推动作用和深远的影响效果。

项目以提高难处理含钴矿物的钴回收率为目的，从矿物内部结构和生物氧化作用两个角度出发，深入开展典型难处理含钴矿物的晶格畸变和生物择矿性浸出机理的研究。. 项目研究了含钴硫化矿物的矿物学特征，查清伴生钴硫化矿物中钴的赋存状态。典型铜钴硫化矿物主要有硫铜钴矿、黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、黄铁矿等。硫铜钴矿主要以单体矿物形式存在，大部分的硫铜钴矿晶体发育不完整，多为半自形晶、他形粒状晶体结构。. 项目采用了计算材料学原理研究了含钴矿物的电子结构和晶格特征。硫铜钴矿为直接带隙半导体，是典型的离子键结构，价带处的电子容易闯过禁带跃迁如禁带发生反应。在氧化环境中，铜原子有达到其稳定状态（二价铜）的趋势，容易给出电子造成晶体瓦解。铜矿物的主要组成黄铜矿、斑铜矿和辉铜矿均为半导体材料。其禁带较宽，反应时电子跃迁比较困难。. 项目还研究了硫铜钴矿细菌浸出过程细菌的作用机理和矿物的浸出反应。硫铜钴矿的浸出是通过多硫的反应机制。其表面被细菌选择性地腐蚀，并且有不同的氧化位点。项目采用了旋转圆盘电极和电化学噪声技术等新手段研究了主要组成矿物黄铁矿和黄铜矿在不同浸出体系中的反应历程。三价铁离子的增加可增加黄铜矿的溶解，但三价铁离子含量过高时黄铜矿表面的氧还原反应历程将被抑制而降低反应效率。当铁离子浓度达到10g/L时，黄铜矿被溶解氧氧化的效率将只是黄铁矿的五分之一。. 项目选育了新的浸钴细菌，研究了不同工艺对铜钴矿浸出效果的影响，并获得了最优浸出条件。添加适量的表面活性剂可以加速矿物表面氧化产物层的氧化溶解，提高金属浸出率。采用萃取、针铁矿除铁、草酸沉淀等工艺经济合理地选择性回收了生物浸出液中的有价金属，提高了生物浸钴的可行性。. 通过本项目的系统研究，大幅提升了生物浸钴的理论水平和实践能力，并对伴生钴的有效回收利用起到重要的推动作用和深远的影响效果。