生物氧化进程中酸度对生物活性的影响Word格式文档下载.docx
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引言
生物氧化工艺作为一种矿物预处置工艺[1],在高硫、高砷的金精矿处置上有着不可替代的优势,相较于热压工艺,生物氧化工艺能够减少设备的投入本钱,同时能够使硫不被100%的氧化,减少中和本钱和系统的热负荷。
相较于焙烧工艺,生物氧化中和阶段,溶液中的砷可与铁形成稳固的砷酸铁,减少含砷烟气的处置问题,具有环保上的优势[2]。
而微生物作为生物氧化的主体,具有敏感的特性,会受到多因素的影响,硫酸作为生物氧化的产物之一,明确其对浸矿工程菌是不是有影响,和影响的阈值,就显得十分成心义。
1材料和方式
矿石及其性质
针对某矿山高硫、高砷的金精矿,进行了生物氧化中试实验,金精矿化学多元素、硫化学物相、金化学物相分析结果如表1-一、1-二、1-3所示。
表1-1多元素分析结果/%
Table1Resultsofmulti-elementanalysis/%
项目
Au*
As
TS
Fe
SiO2
MgO
含量
Ag*
Al2O3
TC
有机碳
CaO
Cu
注:
注*单位为下同。
表1-2硫化学物相分析结果
Table1-2Resultsofsulfurchemicalphaseanalysis
硫酸盐中硫
硫化物中硫
其它硫
含量/%
比例/%
表1-3金化学物相分析结果
Table1-3Resultsofgoldchemicalphaseanalysis
裸露金
氧化物及碳酸盐包裹金
硫化物
包裹金
硅酸盐及
其它包裹金
总金
含量()
由表1-1可知,金精矿矿中Au、S、As含量别离为t、%、%,有机碳含量%,为典型的高硫、高砷、低有机炭金精矿。
由表1-2和1-3可知,硫化物中硫占88%,硫化物包裹金为%,袒露金%。
菌群
菌群从铜矿山的酸性矿坑水中提取取得,通过多次的铜矿浸出的培育驯化,保留在紫金矿冶技术有限公司中。
1.3培育基
菌液培育阶段,利用9K培育基:
(NH4)2SO43g/L,MgSO4·
7H2O0.5g/L,K2HPO40.5g/L,KCl0.1g/L,Ca(NO3)20.01g/L,pH1.6-1.8。
实验开始进料以后,只进行氮磷钾的补充,加入无铁盐的培育基:
(NH4)2SO43.6g/L,KCl1.7g/L,KH2PO41.7g/L。
1.4主要试剂和仪器
引物27F、、、、、从生工生物工程(上海)股分有限公司订购,DNA提取试剂盒由tiangen(天根生化科技有限公司)生产,其他培育基配制和酸碱调节药剂均为分析纯。
生物预氧化设备的材质为不锈钢材。
pH计与电位计均为梅特勒-托利多。
荧光PCR仪采购于德国的Biometra。
氧化体系
工艺流程采用了BIOX工艺[3][4]:
生物预氧中试装置主要包括6个不锈钢的生物氧化槽(有效体积为6L),流程如图1。
氧化的前3槽为并联,后3槽为串联。
工艺流程为,对浮选的金精矿进行调浆,调浆后矿浆平行泵入前3槽,而后依次串联进入后三槽,前三槽为一段,后三槽为一段,矿浆通过六槽以后,完成两段氧化。
每一个槽中都配有曝气装置和搅拌装置,各槽进行水浴加热,模拟工业化控制温度。
氰化
图1BIOX工艺流程
BIOXprocessflow
体系运行前,在前三槽中进行细菌培育,电位达到600mV以后,加入金精矿,矿浆浓度为15%,氧化培育。
第4d开始,前3槽别离掏出1/3体积矿浆到第6槽,前3槽补加金精矿和培育基到原来的体积和浓度;
第5天,前3槽别离取出1/3矿浆到第5槽,前3槽补加金精矿和培育基到原来的体积和浓度;
第6天,前3槽别离掏出1/3矿浆到第4槽,前3槽补加金精矿和培育基到原来的体积和浓度;
从第6天开始,每隔30min从第六6槽取出175mL的矿浆,前5槽按照并联与串联方式依次转移相同量的矿浆,转移后,前3槽补加金精矿和培育基到原来的体积和浓度。
每30min取出的样品进行混合,8h为一个终和样,过滤处置,滤液检测总Fe、SO42-、As;
滤渣进行氰化。
条件为:
Ca(OH)2调节pH10-11,矿浆浓度20%,氰化24h,氰化钠2‰,炭密度45g/L;
氰化渣检测Au、As、TS、S6+。
体系运行两次,一次氧化不控制pH;
一次氧化控制pH,其中第一段pH值控制在~,二段不控pH值。
1.6菌群结构研究
.1细菌总DNA提取:
对实验进程中,各槽的矿浆进行取样并进行混合,取2mL样品进行离心(13000×
g,15min),去上清,搜集沉淀物,在离心管中加入TENP溶液(Tris50mmol/L,EDTA20mmol/L,PVP1%,NaCl100mmol/L,pH10.0),重悬沉淀后,进行离心,去上清,重复TENP洗涤至上清液pH≥7。
洗涤后的样品按天根试剂盒要求提取其中的细菌总DNA。
1.62实时定量PCR
将已知浓度的标准品和未知浓度的待测样品cDNA按10倍稀释成4个浓度梯度,作为标准曲线模板(各10ul);
将各样品cDNA别离稀释10倍(各10ul);
(反映mix20ul,SYBRgreenImix10ul,ddH2O8ul,forwardprimerul,引物浓度,reverseprimerul,template1ul)剪好八联管,将mix分装到PCR八联管中,19ul/管。
加模板,将稀释好的模板加入PCR管,每管都应改换枪头,加在管壁上刻痕下方,设不加模板的空白对照,及空孔对照盖上管盖,离心,放入定量PCR仪中,按设定的参数进行PCR反映,程序为:
95℃5min,94℃30s,55℃30s,72℃1min,共30个循环,72℃8min。
数据分析
利用仪器配套软件分析实验数据,定量样品起始模板量。
2结果与讨论
酸度对生物氧化的影响实验
菌种耐酸培育实验
实验采用同样活性菌种20%的转接量,用硫酸进行耐酸实验,体系温度45℃,恒温水浴振荡器进行摇瓶培育。
各硫酸浓度Eh值趋势图如2所示。
图2菌种耐酸实验结果
bacterialacidtestresults
由图2可知,菌种在硫酸浓度5-10g/L之间扩培时刻在48h左右,大于10g/L扩培时刻开始变长。
所以细菌培育的低级阶段,硫酸浓度在5-10g/L为宜,对应pH值~。
不同酸度的生物氧化实验
对同样活性菌液调节硫酸浓度,添加5%浓度的金精矿,在体系温度45℃,恒温水浴振荡器进行摇瓶生物氧化,实验周期7天,各硫酸浓度Eh值趋势图如3所示,pH值趋势图如4所示,7天硫氧化率与初始酸度的关系如图3所示。
图3各硫酸浓度氧化Eh值趋势图
Fig.3Theconcentrationofsulfuric
acidoxidationEhvalueofthetrend
图4各硫酸浓度氧化pH值趋势图
Fig.4Trendsinsulfuric
acidconcentrationOxidationpH
图5各硫酸浓度氧化7天的硫氧化率趋势图
sulfuricacidconcentrationoxidationof7dayssulfuroxidationratetrend
由图3~4能够看出,金精矿的细菌氧化效果受硫酸浓度的影响较大,硫酸浓度在5~10g/L对整个氧化效果起增进作用,当硫酸浓度大于10g/L后,浓度越大细菌需要越长的时刻去适应体系环境,所以细菌氧化金精矿初始阶段宜控制在5~10g/L(<
pH<
)。
图5直观反映了同样时刻和操作条件下,低硫酸浓度下的硫氧化率高于高浓度硫酸体系下的硫氧化率。
BIOX氧化结果
BIOX体系不控酸
氧化为持续进行,矿浆浓度为15%。
第6天开始,每隔30min,从第6槽取样175mL,前面5槽按原来并联与串联方式依次转移相同量的矿浆,前3槽补加金精矿和培育基到原来的体积和浓度。
对距离8h的终和样进行过滤处置。
前三槽(即一段)不进行酸度控制,氧化进行23d。
图6不控酸-二级氧化实验结果
Fig.6Noacid-secondaryoxidationtestresults
随着体系的运行,氧化10d后,体系的氧化电位从600mv-700mv降低到500mv-600mv后,而后再也不升高。
氧化10d,硫氧化率为60%,金的浸出率为80%。
达不到生物氧化的预期效果,而后对整个流程进行诊断排查,二段氧化的的最后一槽(即第六槽:
6#)中的酸度达到了60g/L-70g/L,三价铁的含量达到50g/L。
对氧化铁和氧化硫的细菌都有抑制作用[4]。
BIOX体系控酸(一级控制pH值)
一段(前三槽)pH值控制在~[4],二段(后三槽)不控pH值[5][6],1-7d为细菌培育和细菌驯化阶段,通过控制进料和出料的量来调控停留时刻,9-15d,停留时刻7天d,第27-36d,停留时刻10d,第37-45d,停留时刻14d,半持续进料9天。
实验进行45d,由于一段并联,监测以3#为代表,二段串联,6#最能反映最后浸出情形,监测以6#为代表。
实验期间一段的第三槽(3#)、二段的第六槽(6#)Eh值/pH值趋势如图7、图8所示。
图7一段(3#)Eh值/pH值趋势图
Fig.7(3#)asectionofEh/pHtrend
图8二段(6#)Eh值/pH值趋势图
(6#)asectionofEh/pHtrend
由实验结果可知,在一段控制pH=左右的情形下,体系能够维持着600mV的电位在运行,渣样的分析结果也表明,生物氧化7天,矿物的硫氧化率就抵达了70%,氧化10d,达到80%,氧化14d硫的氧化率达到了94%,氧化7d金的浸出率为8
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- 生物 氧化 进程 酸度 活性 影响