硫化矿生物浸出过程的氧化机理及生物多样性研究-环境科学与工程专业论文.docxVIP

摘 摘 要 II II 的影响；利用黄铜矿的半导体性质，将黄铜矿矿块做成电极，进行循 环伏安、极化曲线和交流阻抗等电化学实验，确定黄铜矿氧化途径以 及氨基酸对黄铜矿浸出的影响。利用 Miseq 高通量测序法确定浸矿前 后浸矿细菌的群落结构和群落演替情况；同时针对浸矿过程中对于金 属离子的测定程序复杂的现状，本文开发了一种在酸性条件下能与 Fe3+结合并能产生明显荧光的罗丹明衍生物荧光探针，并将该探针应 用于金精矿等硫化矿的生物浸出液中 Fe3+浓度的检测。主要研究内容 及结果如下： （1）本文筛选的嗜中温混合菌对高砷金精矿中铁和砷都有较好 的浸出效果。在浸出体系中分别添加少量含巯基的 L-半胱氨酸和高 半胱氨酸后，对铁的浸出有较明显的促进作用，使 Fe 的浸出率从 65.3%分别上升到 96.4%和 94.5%；但是半胱氨酸和高半胱氨酸的加 入一定程度上抑制了 As 的浸出。SEM/EDS 实验结果显示，添加半胱 氨酸和高半胱氨酸以后，矿粉表面腐蚀明显加重，且矿粉表面元素 K 和 S 的含量明显增加，而元素 Fe 和 As 的含量则明显减少。XRD 实 验结果表明，无论是否添加 L-半胱氨酸和高半胱氨酸，浸矿的产物 都是黄钾铁矾，半胱氨酸和高半胱氨酸的添加并没有改变反应机理， 只是加快了电子的传递。FT?IR 实验结果表明，浸矿体系中添加半胱 氨酸以后，矿粉表面有较多的-NH 和-COO-吸附在矿物表面，证明添 加半胱氨酸有利于细菌在矿石表面吸附。 （2）黄铜矿电极的电化学测试中，循环伏安实验结果显示，黄 铜矿的电化学反应的主要产物为 CuO，Cu2O 和 Cu1-xFe1-yS1-z 等；极 PAGE PAGE IV 化曲线实验结果说明细菌和高半胱氨酸的添加不改变黄铜矿的电极 极化机理，只会降低黄铜矿电极的表面阻力，加速了黄铜矿阴极反应 速率和电极表面的氧化。交流阻抗实验结果显示，电荷转移电阻在含 有高半胱氨酸和细菌的浸矿体系中最低，达到 898.0Ω·cm2，说明在菌 液中添加高半胱氨酸有利于电极表面电子的传递。在浸出的 3-5 天内， 电荷转移电阻增加，随着浸出时间的延长，电荷转移电阻增加，膜阻 抗也增加，说明在浸出后期有一层钝化膜覆盖在电极表面，这与极化 曲线实验结果相符。 （3）利用 Miseq 高通量测序法比较了浸矿前、浸矿 24 天以后及 添加高半胱氨酸浸矿反应 24 天后细菌的菌落结构变化，发现本次浸 矿实验混合菌中硫杆菌（Acidithiobacillus）属占绝对优势，相对丰度 达到 64.7%，嗜铁钩端螺旋菌（Leptospirilliu ferriphilum）和其它嗜酸 菌（Acidiphilium）含量较低。随着浸出反应的进行，嗜铁钩端螺旋 菌（Leptospirilliu ferriphilum）和其它嗜酸菌（Acidiphilium）的含量 明显增加。在添加高半胱氨酸和未加高半胱氨酸的浸矿体系中，硫杆 菌属相对丰度分别下降到了 47.2%和 45.6%，嗜酸菌（Acidiphilium） 的 丰 度 上 升 到 11.3% 和 9.6% 。 嗜 铁 钩 端 螺 旋 菌 （ Leptospirilliu ferriphilum）的含量也分别上升到 12.1%和 10.3%。说明高半胱氨酸 的添加对主要浸矿细菌群落的的影响并不明显。 从热图的分析可知， 浸矿过程对细菌群落结构的影响较大，而添加高半胱氨酸对浸矿过程 的中群落结构的影响并不明显。 （4）通过罗丹明为母体合成的荧光化合物，该化合物具可作为 Fe3+荧光探针，其对 Fe3+具有很高的竞争性和选择性，在酸性介质中 荧光性能稳定。在实际浸矿体系中，随着浸矿时间的推移，浸出液中 Fe3+的浓度逐渐增强，浸矿溶液的荧光强度也随之逐渐增强，浸出液 中 Fe3+的浓度和浸矿溶液的荧光强度具有较好的线性关系。 关键词：硫化矿；生物氧化机理；高通量测序；电化学；生物多样性 AB ABSTRACT STUDY ON THE BIOLEACHING MECHANISM AND BIODIVERSITY OF SULFIDE ORE ABSTRACT With the rapid development of world economy and the population continued to climb, the demand for metal mineral resources is also increasing, the high grade ore, easy processing has exhausted, low grade and difficult process is the main ore mineral resour