細(xì)菌氧化現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定Fe2+可行性探索

楊廣霞

(西部黃金克拉瑪依哈圖金礦有限責(zé)任公司克拉瑪依834025)

細(xì)菌氧化現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定Fe2+可行性探索

楊廣霞

(西部黃金克拉瑪依哈圖金礦有限責(zé)任公司克拉瑪依834025)

近年來，細(xì)菌氧化工藝應(yīng)用日趨普遍，影響其工藝穩(wěn)定的參數(shù)包括濃度、PH值、溫度、電位、Fe2+、Fe3+，其中Fe2+作為細(xì)菌的能源之一，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的指導(dǎo)意義重大，但Fe2+、Fe3+的測(cè)定需要進(jìn)一步化驗(yàn)才能拿到結(jié)果，通過測(cè)定和討論得出，F(xiàn)e2+離子含量測(cè)定在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定具有可行性。

細(xì)菌氧化電位Fe2+

1 引言

細(xì)菌氧化法的主要應(yīng)用之一是使被包裹在黃鐵礦中的難浸金解離，細(xì)菌與黃鐵礦的結(jié)晶體作用后，逐漸使該結(jié)晶體破裂，從而使金解離出來。近幾年來，隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，用細(xì)菌氧化工藝處理黃鐵礦包裹型難浸金精礦的應(yīng)用，在難處理含硫砷化物金礦石的預(yù)處理中起著越來越重要的作用。工業(yè)化細(xì)菌氧化操作方法中，攪拌槽浸出（即將含有目的礦物的礦漿置于耐酸槽中進(jìn)行攪拌）最常用于細(xì)粒含金礦石的提取。同時(shí)，由于細(xì)菌氧化工藝還未完全發(fā)展成熟，在實(shí)際操作中，細(xì)菌氧化工藝需要通過測(cè)定氧化槽中的溫度、PH值、電位、鐵離子（Fe2+、Fe3+）含量來確定工藝穩(wěn)定性，其中溫度、PH值、電位均可在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定，而鐵離子（Fe2+、Fe3+）含量則需通過化驗(yàn)才能得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，一般到第二天才會(huì)拿結(jié)果，這樣一來鐵離子（Fe2+、Fe3+）含量對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的指導(dǎo)作用就失去了意義。對(duì)此，我針對(duì)Fe2+離子含量測(cè)定在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的操作可行性進(jìn)行了研究。

2 試驗(yàn)部分

2.1試驗(yàn)水樣

試驗(yàn)水樣為新疆省某選礦廠細(xì)菌氧化槽礦漿過濾溶液，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)提取，每次5瓶水樣，100 mL/瓶。

2.2試驗(yàn)儀器與試劑

PHS-3C型酸度計(jì)（測(cè)定電位），上海雷磁儀器廠生產(chǎn)；

電加熱板：功率2kW；濃度壺：細(xì)菌氧化槽專用，已標(biāo)定；

精密pH試紙(0.5～4.5)；硫磷混酸：（硫酸∶磷酸∶水）=15∶15∶70；

二苯胺磺酸鈉指示劑：1%；濃鹽酸：12 mol/L；

氯化亞錫（10%）：10 g氯化亞錫溶于50 mL濃鹽酸，用水稀釋至100 mL；

鎢酸鈉（250 g/L）：每100 mL溶液中加入5 mL磷酸；

三氯化鈦：1份三氯化鈦用（1+9）鹽酸稀釋20倍。

重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取1.7559 g重鉻酸鉀（基準(zhǔn)試劑，預(yù)先在105℃烘干1 h）于250ml燒杯中，以少量水溶解后移入1 000 mL容量瓶中，以水定容。TK2Cr2O7/Fe=0.002000 g/mL。

2.3試驗(yàn)方法

2.3.1 取樣點(diǎn)示意圖

圖1

2.3.2 溫度、濃度、pH值、電位測(cè)定

溫度根據(jù)氧化槽溫控儀顯示讀數(shù)；濃度通過濃度壺測(cè)定；pH值通過精密pH試紙測(cè)定；電位通過儀器測(cè)定。

2.3.3 水樣中鐵離子（Fe2+、Fe3+）測(cè)定

采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定。

Fe2+的測(cè)定方法：取20 mL水樣于錐形瓶中，加入20 mL硫磷混酸，再滴加4～5滴二苯胺磺酸鈉指示劑，最后以重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液滴定至溶液由綠色突變?yōu)樽仙K止，讀數(shù)，計(jì)算。

全鐵的測(cè)定方法：取1.00 mL水樣于錐形瓶中，加入10 mL鹽酸，置于電熱板上低溫煮20 min，以氯化亞錫還原至淡黃色，加水稀釋至無色，滴加指示劑鎢酸鈉3～5滴，加入三氯化鈦還原至溶液變藍(lán)，用重鉻酸鉀標(biāo)液滴定過量的三氯化鈦，加入15 mL硫磷混酸，二苯胺磺酸鈉4～5滴，以重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液滴定至溶液由綠色變?yōu)樽仙K止，讀數(shù)，計(jì)算。

[Fe]=V·C/M×100%

式中：V為重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液滴定所消耗的體積，mL；C為重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液的濃度，g/mL；M為所取樣品的體積，mL。

注意事項(xiàng)：

⑴鹽酸溶樣時(shí)，應(yīng)置于低溫下不能煮沸，避免三氧化鐵部分揮發(fā)；

⑵氯化亞錫還原不能過量，否則結(jié)果偏高。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1細(xì)菌氧化機(jī)理[1]

氧化亞鐵硫桿菌是一種化能自氧菌，它能利用元素硫、硫代硫酸鹽以及一些還原性硫化物作為能源而生長、繁殖，并且氧化這些硫化物生成硫酸；同時(shí)它還能以亞鐵或砷黃鐵礦、黃鐵礦中的鐵作為能源，并將亞鐵氧化成高鐵。

在一定條件下，硫化物中的亞鐵與硫被細(xì)菌氧化生成硫酸高鐵和硫酸。硫酸高鐵和硫酸又成為分解硫化礦物的強(qiáng)氧化劑和溶劑。所以細(xì)菌氧化硫化礦物具有雙重作用，即細(xì)菌對(duì)硫化礦物直接氧化和硫酸高鐵與硫酸對(duì)礦物的間接氧化作用，其反應(yīng)式如下：

3.1.1 直接氧化作用

3.1.2 間接氧化作用

反應(yīng)生成的FeSO4和S又被細(xì)菌氧化成Fe2(SO4)3和H2SO4

以上反應(yīng)，細(xì)菌氧化脫去硫化礦物中的砷、鐵、硫等，主要是兩方面的作用：一是細(xì)菌附著在砷黃鐵礦、黃鐵礦物表面直接氧化分解；二是細(xì)菌氧化這些硫化物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物—Fe2(SO4)3和H2SO4，進(jìn)一步氧化硫化礦物的間接分解作用。砷黃鐵礦、黃鐵礦等硫化礦物經(jīng)過細(xì)菌氧化分解后，礦物晶格受到破壞，使包裹在砷黃鐵礦、黃鐵礦等硫化礦物內(nèi)的金單體解離或裸露出來，能夠與浸金溶劑充分接觸，利于氰化浸出金。

3.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖表

通過對(duì)細(xì)菌氧化工藝的流程考查得出，氧化槽濃度(20.0±2.0)%，pH值=1.5～2.0；溫度35～40℃。

圖2

⑴由圖2得出，細(xì)菌氧化一級(jí)氧化電位500～550 mV，二級(jí)氧化電位分別在580～590 mV、600 mV以上；除長時(shí)間停電或者溫度驟降等特殊因素外，細(xì)菌氧化槽的各項(xiàng)指標(biāo)(包括濃度、pH值、溫度、電位)均較穩(wěn)定。

圖3

⑵由圖3得出，F(xiàn)e2+含量在（0.00～0.50）g/L,作為細(xì)菌的能源之一，它的含量隨著氧化電位的升高而降低。

⑶Fe3+含量是由全鐵含量除去Fe2+含量得出，由圖4得出，F(xiàn)e3+無明顯變化規(guī)律。

圖4

3.3其他

⑴Fe2+在空氣中性質(zhì)不穩(wěn)定，易被空氣中氧氣氧化為Fe3+，所以不宜長時(shí)間放置。但在實(shí)際生產(chǎn)中，夜班的樣品不能及時(shí)測(cè)定其結(jié)果，導(dǎo)致結(jié)果偏低，不能準(zhǔn)確的指導(dǎo)生產(chǎn)。

⑵滴定Fe2+時(shí)，所需試劑：

①二苯胺磺酸鈉氧化還原指示劑，白色結(jié)晶性粉末，溶于水和熱乙醇，露置空氣中變色，配置后應(yīng)保存在棕色瓶中。

②重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液：重鉻酸鉀為常用基準(zhǔn)試劑，可采用直接配置法配置。重鉻酸鉀作為“基準(zhǔn)物[2]”，具有以下條件：純度高，性質(zhì)穩(wěn)定，組成與化學(xué)式相符，使用時(shí)易溶解，最好是摩爾質(zhì)量大。

細(xì)菌氧化現(xiàn)場(chǎng)中Fe2+含量較低，滴定時(shí)所消耗的重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液體積很小，且操作簡單。

4 結(jié)論

經(jīng)過上述討論得出，在細(xì)菌氧化現(xiàn)場(chǎng)操作過程中，在一定環(huán)境下，氧化槽的溫度、濃度、pH值、電位相對(duì)比較穩(wěn)定，F(xiàn)e2+離子濃度的高低對(duì)氧化槽中礦漿氧化效果起到指導(dǎo)性作用，但Fe2+在空氣中性質(zhì)不穩(wěn)定，易被空氣中氧氣氧化為Fe3+，不宜長時(shí)間放置，把樣品送到化驗(yàn)室檢測(cè)就不能及時(shí)的指導(dǎo)生產(chǎn)，而改為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定后，具有以下優(yōu)點(diǎn):

⑴簡單快速測(cè)定結(jié)果，更好的指導(dǎo)生產(chǎn)。

⑵人員方面：現(xiàn)場(chǎng)操作后，化驗(yàn)室只需按時(shí)配置滴定所用各種藥劑，減少每天化驗(yàn)鐵離子的人員配置，減輕取樣和化驗(yàn)工作量。

⑶經(jīng)濟(jì)方面（包括藥劑消耗、水電費(fèi)、設(shè)備折舊、人員工資等）：

現(xiàn)在，化驗(yàn)室每測(cè)定一個(gè)全鐵水樣的成本為39.94元；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定后，F(xiàn)e3+含量測(cè)定改為每周測(cè)定一次，每月可節(jié)省149535.36元。

由此可以看出，在現(xiàn)場(chǎng)滴定Fe2+是可行的。

⑴細(xì)菌氧化提金工藝的研究、設(shè)計(jì)與生產(chǎn)實(shí)踐：王海瑞、張學(xué)仁；黃金科學(xué)技術(shù)，第12卷第五期，2004.9；

⑵化驗(yàn)員讀本.上冊(cè)：劉珍主編；北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.12.

收稿：2014-02-11

續(xù)表2

4 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

重新調(diào)整補(bǔ)加鋼球后，調(diào)整原礦礦漿粒級(jí)分布，利用一段精選浮選工藝，大大降低混合精礦水份，達(dá)到冶煉皮帶運(yùn)輸≤13%的水分要求，減少汽車再次拉運(yùn)混合精礦產(chǎn)生的費(fèi)用。

按平均每月混合精礦產(chǎn)量8 000 t左右，汽車?yán)\(yùn)費(fèi)為每噸4.6元來計(jì)算：8000*4.6=36 800元,每月可以節(jié)約運(yùn)費(fèi)36 800元,全年可以節(jié)約運(yùn)費(fèi)441 600元。

5 結(jié)語

⑴使用陶瓷過濾機(jī)，可以降低銅鎳混合精礦水份，節(jié)約二次倒運(yùn)費(fèi)用，提高混合精礦產(chǎn)品的質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)效益是明顯的。

⑵使用陶瓷過濾機(jī)，使礦產(chǎn)資源得到最大程度地回收，降低員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

［1］杜玉艷.陶瓷過濾機(jī)在高海拔地區(qū)的首次應(yīng)用及成功實(shí)踐.有色金屬：選礦部分，2010，（5）：30-32.

［2］石繼軍，鄧合漢.使用陶瓷過濾機(jī)降低精礦水份提高精礦質(zhì)量的作用.有色金屬：選礦部分，2005，（1）：33-37.

收稿：2014-01-27