非常规体系下高镁型硫化镍矿生物浸出过程中细菌、矿物、金属离子行为研究

Many researches on bioleaching mechanisms have been done under conventional system (pH value of 2.5 or less), but due to solution separation difficulty and high coat of acid, bioleaching of high magnesium nickel sulfide ore often resulted in technologically and economically viable in these conditions. Acidithiobacillus ferrooxidans, typical bioleaching microorganism, has an optimum growth pH at 2.5, but in the pH value of 5.0 it still has the iron oxidation activity. Therefore, the bacteria can still play important role in indirect leaching of sulfide minerals by increasing the pH of the leaching system (ie unconventional bioleaching system, pH value of 3.0 or more). The project will focus on surface structure change of bacteria and the bacteria-mineral adsorption interaction caused by pH increase. Meanwhile, through the establishment of ferrous ion biooxidation rate equation and with the use of MLA in mineral composition analysis, the mineral dissolution mechanism can be interpreted. In addition, behavior of metal ions like nickel, magnesium and silicon caused by precipitation of iron will be investigated. The research results not only will contribute to the formation of the bioleaching mechanism and dissolution and precipitation mechanism of metal ions in the unconventional system, which means that valuable metal elements can be efficient leaching while reducing the leaching of impurity elements. In conclusion, the proposal not only has significant economic value but also has important environmental benefits.

常规体系（pH值2.5以下）生物浸出机理研究较多，但在该体系下高镁型硫化镍矿生物浸出通常由于溶液分离难及酸成本高等问题，造成浸出工艺技术经济不可行。典型浸矿微生物嗜酸氧化亚铁硫杆菌最适生长pH值为2.5，但在pH值5.0时该菌仍具有铁氧化活性。因此，在生物浸出过程中提高浸出体系的pH值（即非常规生物浸出体系，pH值3.0以上），仍然可以发挥细菌在间接浸出硫化矿中的作用。本项目将重点研究环境pH值升高造成的细菌表面结构变化，以及由此导致的细菌吸附作用变化。同时，通过建立亚铁生物氧化速率方程，借助MLA矿物组成分析，阐释非常规体系矿物溶解机理。此外，也将探讨铁沉淀对于镍、镁、硅等金属离子的行为影响规律。本研究成果将有助于形成非常规体系下生物浸出机理以及金属离子溶解与沉淀规律，在有价金属元素得以高效浸出的同时减少杂质元素的溶解。因此，该申请项目既具有重要的经济价值又具有重要的环境效益。

本项目针对高镁型硫化矿生物浸出过程中溶液分离难及酸成本高等问题，提出了开展非常规体系高镁型硫化矿生物浸出机理研究。项目研究了非常规体系下浸矿微生物的亚铁氧化活性，在pH值3.0时仍具有较高的亚铁氧化速率，达到0.0578g/(L•h)-1，建立了非常规体系下亚铁生物氧化动力学方程，查清了非常规体系下微生物群落结构随培养体系pH值的演替规律，pH值升高，群落丰度增加，但仍以Acidithiobacillus属为主。以此为基础，研究了非常规体系下高镁型硫化镍矿生物浸出过程中主要金属硫化矿物溶解规律及浸出液中主要离子变化规律，并探讨了主要耗酸脉石矿物在非常规生物浸出体系下的溶解规律，非常规体系下矿石中镁的溶出和浸出过程中总的酸耗均明显低于常规体系，而镍钴的浸出影响较小。综合上述结果，本研究成果为非常规体系下高镁型硫化镍矿的生物浸出机理以及金属离子溶解与沉淀规律奠定了坚实的基础，对于高镁型硫化镍矿的在高pH值下的工业化应用具有一定的借鉴意义。项目成果获省部级一等奖2项，参与编写专著2本，发表论文5篇，其中SCI、EI收录5篇，申请专利1项，授权专利2项。培养硕士生1名，在读博士生1名。项目投入经费25万元，支出22.7113万元，各项支出基本与预算相符。剩余经费2.2887万元，剩余经费计划用于本项目研究后续支出。