铁硫氧化菌人工组配浸出高铁硫化矿及浸出液资源化研究

作     者：方小弟 

作者单位：广东工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙水裕

授予年度：2022年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：高铁硫化矿 人工组配菌群 生物浸出 生物浸出液 聚合硫酸铁 

摘      要：硫化矿山选矿过程中会产生大量高铁硫化矿,其含硫矿物以黄铁矿(Fe S)为主。目前,此类矿石的主要处理方式是焙烧后制酸,但该方法极易产生有毒气体以及未对其中的铁资源进行有效利用。因此,开发环保、高效的技术以实现高铁硫化矿综合利用是十分重要的。本研究利用多种极端嗜酸铁硫氧化菌进行人工组配,高效浸出广东北部某硫化矿山的高铁硫化矿,探讨不同温度条件对人工微生物群落浸出过程的影响并对其影响机理作进一步分析。然后,对高铁硫化矿生物浸出液综合利用进行了研究,通过调节浸出液初始p H、反应温度、反应时间聚合得到聚合硫酸铁絮凝剂。将自制聚合硫酸铁应用于模拟废水及实际高浊度废水的处理均有良好的絮凝效果。首先,对比研究了恒温浸出(30、40℃)及变温浸出(昼夜温差10℃)对人工微生物群落(包括铁氧化菌***、***;硫氧化菌***、***及铁硫氧化菌***、***)浸出高铁硫化矿的影响。结果表明,人工组配菌群能有效浸出高铁硫化矿,浸出效率比非生物酸浸提高9倍以上。但温度对人工组配菌群浸出硫化矿过程的影响显著。其中,昼夜温差对生物浸出效率有明显的抑制作用,但抑制作用主要集中在前中期,而后逐渐减小,到后期几乎消失。EPS分析表明,昼夜温差对生物浸出过程中人工微生物群落EPS的产生行为影响显著,抑制了EPS早期的释放,从而减缓了浸出的持续进行。微生物通过不断分泌EPS来抵抗温度对浸出的不利影响。对浸出残渣进行XRD、FTIR、SEM分析表明,温度改变不改变矿物固有的分步氧化规律。然后,研究了高铁硫化矿生物浸出液聚合生成聚合硫酸铁的制备条件。结果表明,当浸出液初始p H为2.0、反应温度为40-50℃、反应时间为1-2 h制备得到的聚合硫酸铁具有较好的絮凝效果。经XRD、FTIR、SEM分析表明,制得的絮凝剂主要为非晶体态、羟基桥连的铁基聚合物。与市售聚合硫酸铁的絮凝对比试验结果表明,自制聚合硫酸铁絮凝剂在较低投加量时具有明显优势。在此基础上,利用自制聚合硫酸铁处理滤池反冲洗废水,获得了良好的絮凝效果,浊度去除率最高可达99.06%。基于研究的结果,选择温度适应性强的微生物,增加前期保温措施,有利于人工组配菌群浸矿体系的前期启动过程。与此同时,利用高铁硫化矿生物浸出液可制备絮凝性能良好的聚合硫酸铁,可重新用回本矿山的废水处理,达到变废为宝、以废治废的目的。本论文可为广东北部硫化矿山环境污染防控治一体化治理提供理论依据和数据支撑。