【摘 要】
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论文针对采用传统生物浸出工艺处理高镁型硫化镍矿的过程中出现的硫酸消耗量大、镁铁杂质大量溶出等问题,以典型的金川高镁型铜镍硫化矿为研究对象,综合利用MLA矿物组成分析法、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱分析（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）、宏基因组分类测序等技术手段,对生物浸出体系中镍黄铁矿、橄榄石、蛇纹石生物氧化溶解规律进行了详细的研究,在此基础上提出了一种高pH值体系下的生物浸出工艺并
【基金项目】
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国家自然科学基金(No.51574036； No.51404033)；
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论文针对采用传统生物浸出工艺处理高镁型硫化镍矿的过程中出现的硫酸消耗量大、镁铁杂质大量溶出等问题,以典型的金川高镁型铜镍硫化矿为研究对象,综合利用MLA矿物组成分析法、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱分析（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）、宏基因组分类测序等技术手段,对生物浸出体系中镍黄铁矿、橄榄石、蛇纹石生物氧化溶解规律进行了详细的研究,在此基础上提出了一种高pH值体系下的生物浸出工艺并进行了初步的工艺条件探索。系统研究了镍黄铁矿生物浸出体系中各组分及参数（H+、Fe3+、温度、浸矿细菌）对镍黄铁矿生物氧化溶解的作用,其中H+可促进Fe-S键和Ni-S键的断裂,Fe3+则可以将低价态的S2-和S22-氧化为Sn2-、S0,浸矿细菌的作用分为再生Fe3+和氧化溶解S0/Sn2-两个方面。镍黄铁矿生物氧化溶解过程中,Fe的溶出速率快于Ni,S的氧化溶解速率最慢,三种元素的迁移途径依次为:（Ni,Fe）9S8→Fe2+→Fe3+→KFe3（SO4）2（OH）6、（Ni,Fe）9S8→NiS→Ni2+、S2-/S22-→Sn2-→S0→SO42-。传统生物浸出体系和高 pH 值生物浸出体系中镍黄铁矿表面吸附的浸矿细菌群落结构明显不同,传统浸出体系中矿物表面吸附的细菌以硫氧化菌为主,高pH值浸出体系中矿物表面被黄钾铁矾覆盖,因而吸附的铁氧化菌较传统体系更多。高pH值生物浸出体系浸出过程中矿物表面生成两种产物层,分别为内层的低价态硫层和外层的黄钾铁矾层。实验结果表明,两种产物层对镍黄铁矿中镍的浸出均不具有明显的抑制作用,在高pH值生物浸出体系下可以实现镍黄铁矿中镍的生物浸出。采用收缩核模型研究了生物浸出体系中橄榄石、蛇纹石溶解动力学,分别探索了温度、pH和矿物颗粒粒度对两种矿物溶解的影响,结果表明温度对橄榄石、蛇纹石溶解的影响最大,其次为反应体系pH值,矿物粒度的影响最小。橄榄石中镁的溶解受化学反应控制,反应过程中独立的硅氧四面体缩聚为SiO2并从矿物表面脱落,形成层层逼近的缩核过程;蛇纹石中镁的溶解受内扩散控制,反应过程中硅酸盐骨架难以被破坏,在矿物表面出现产物层,阻碍反应的进一步发生。通过对橄榄石、蛇纹石的溶解动力学研究发现,在高pH值体系下进行生物浸出可以很好的抑制橄榄石、蛇纹石中镁的溶解。初步探索了高镁型硫化镍矿生物浸出的工艺条件。结果表明加酸量对矿石中镁铁溶出的影响极大,而磨矿细度对有价金属的溶出速率影响最大。采用响应曲面法获得了最佳的工艺参数为磨矿细度-200目72.11%,加酸量300 kg/t,矿浆浓度5%,接种量12.88%,在该条件下验证实验得出主要金属浸出率为:Ni 89.43%,Co 84.07%,Cu 36.78%,镁溶出率49.19%,溶液总Fe浓度0.20 g/L。对比传统体系和高pH值体系下的生物浸出发现,在高pH值生物浸出体系下,矿石中镍钴的浸出率分别达到了81.70%和77.78%,而硫酸消耗由598 kg/t（矿石）降低至352.83 kg/t（矿石）,镁溶出率由66.53%降低至23.54%,在低酸耗低镁铁溶出的前提下实现了镍钴的高效浸出。
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