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典型硫化矿细菌浸出及腐蚀电化学研究

作　者: 张耀
导　师: 杨洪英
学　校: 东北大学
专　业: 生物化工
关键词: 生物浸出腐蚀电化学硫化矿细菌
分类号: TF18
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

生物冶金技术具有充分利用资源、成本低、投资少和基本无环境污染等优点。在国内外已经被广泛研究并应用于工业实践。本研究以四种硫化矿单矿物—黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿为研究对象,对硫化矿进行细菌浸出试验研究,运用碳糊电极对硫化矿细菌浸出过程的电化学机理进行了较为系统的研究。试验所用浸矿细菌HQ0211,是以氧化亚铁硫杆菌为主的混合菌。通过电镜观察可知,处于对数期的细菌菌体饱满,个体体积一致,形态比较均匀。处于稳定期的菌体弯曲,长短不一。处于衰亡期的细菌出现了多种形态,甚至畸形,有的菌体开始自溶。针对单矿物黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿,在无菌体系和有菌体系中进行浸出的基础研究。结果表明,在有菌体系中,硫化矿浸出率均比在无菌体系中明显提高。循环伏安法研究认为,黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿的阳极氧化分解过程均由多步反应组成。浸矿细菌的加入使阳极反应峰电流增加,表明有菌时,更易于硫化矿浸出,且对中间生成的元素硫有氧化作用。Tafel极化研究显示,在有菌体系中,硫化矿电极的腐蚀电位和腐蚀电流密度与在无菌酸性体系中相比均升高。腐蚀电位升高表明,在细菌作用下硫化矿发生化学反应的吉布斯自由能降低；腐蚀电流密度增大则表明在细菌作用下,硫化矿的腐蚀反应速度提高。通过交流阻抗法研究认为,有菌时,黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿阳极氧化过程为电化学反应与扩散混合控制。有菌体系中矿物表面膜层阻力较无菌体系中降低,说明加入细菌,可促进矿物阳极分解。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-23
  1.1 生物冶金发展概况  10-14
    1.1.1 国外微生物冶金的发展  10-12
    1.1.2 国内微生物冶金的发展  12-14
  1.2 浸矿微生物种类及其特点  14-16
    1.2.1 中温菌  14-15
    1.2.2 中等嗜热菌  15
    1.2.3 高温嗜热菌  15-16
  1.3 微生物浸矿机理  16-19
    1.3.1 细菌直接作用理论  16-17
    1.3.2 细菌间接作用理论  17-18
    1.3.3 细菌复合作用理论  18-19
  1.4 细菌存在时硫化矿浸出的电化学  19-21
    1.4.1 关于细菌生长、培养的电化学  19-20
    1.4.2 硫化矿生物氧化浸出的电化学研究  20-21
  1.5 论文研究的目的和意义  21-22
  1.6 论文研究的内容  22-23
第2章试验用菌不同生长阶段形态观察  23-28
  2.1 概述  23-24
  2.2 试验方法  24-25
    2.2.1 培养基的配制  24
    2.2.2 细菌数目的检测方法  24-25
    2.2.3 负染技术  25
  2.3 试验用菌不同生长阶段形态观察  25-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章典型硫化矿物细菌浸出试验研究  28-41
  3.1 概述  28
  3.2 试验方法  28-29
    3.2.1 试验矿物  28
    3.2.2 菌种及浸出液  28
    3.2.3 摇瓶试验  28-29
  3.3 黄铜矿细菌浸出  29-32
    3.3.1 电位对黄铜矿浸出的影响  29-30
    3.3.2 二价铁对黄铜矿浸出的影响  30-31
    3.3.3 黄铜矿的浸出率  31-32
  3.4 黄铁矿细菌浸出  32-35
    3.4.1 电位对浸出的影响  32-33
    3.4.2 二价铁对浸出的影响  33-34
    3.4.3 黄铁矿的浸出率  34-35
  3.5 磁黄铁矿细菌浸出  35-37
    3.5.1 电位对浸出的影响  35-36
    3.5.2 二价铁对浸出的影响  36-37
    3.5.3 磁黄铁矿的浸出率  37
  3.6 镍黄铁矿细菌浸出  37-40
    3.6.1 电位对浸出的影响  38
    3.6.2 二价铁对浸出的影响  38-39
    3.6.3 镍黄铁矿的浸出率  39-40
  3.7 本章小结  40-41
第4章典型硫化矿单矿物的腐蚀电化学研究  41-65
  4.1 概述  41
  4.2 试验方法  41-45
    4.2.1 试验矿物  41
    4.2.2 菌种及电解液  41-42
    4.2.3 硫化矿电极的制备  42
    4.2.4 铂电极的制备  42
    4.2.5 环氧树脂的配制  42
    4.2.6 盐桥的制作  42-43
    4.2.7 电化学测量系统  43
    4.2.8 循环伏安曲线测试(Cyclic Voltammetry)  43-44
    4.2.9 Tafel极化曲线测试(Tafel Plot)  44
    4.2.10 交流阻抗测试(EIS)  44-45
  4.3 硫化矿细菌浸出过程的电化学机理  45-56
    4.3.1 黄铜矿细菌浸出过程的电化学机理  45-48
    4.3.2 黄铁矿细菌浸出过程的电化学机理  48-51
    4.3.3 磁黄铁矿细菌浸出过程的电化学机理  51-54
    4.3.4 镍黄铁矿细菌浸出过程的电化学机理  54-56
  4.4 硫化矿在有菌体系和无菌体系中的TAFEL极化曲线  56-60
  4.5 硫化矿在有菌体系和无菌体系中的交流阻抗谱研究  60-64
    4.5.1 硫化矿浸出过程的交流阻抗复数平面图  60-63
    4.5.2 等效电路的建立  63-64
  4.6 本章小结  64-65
第5章结论  65-67
参考文献  67-72
致谢  72

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