微生物催化大洋多金属结核和黄铁矿共同浸出及反应动力学模型

为了直观地表征大洋多金属矿微生物浸出过程中各因素的相互关系,进行了微生物催化MnO2-FeS2-H2SO4体系的好氧和厌氧浸出实验,利用DLVO理论建立厌氧条件下微生物催化浸出氧化锰矿物中有价金属的动力学模型--收缩核模型.微生物在厌氧条件下催化大洋多金属矿和黄铁矿的氧化还原反应,浸出锰的机理是细菌催化铁离子在二价和三价的循环转化;微生物吸附在矿物表面加速反应的进程,矿物颗粒在反应中不断缩小.进一步实验表明收缩核模型曲线与实验曲线拟合较好,验证了模型的可靠性.     

微生物催化还原浸出深海锰结核中有价金属

在常温、酸性、厌氧环境下,按一定的比例添加微生物培养基和供电子体,采用J13菌连续高密度培养、矿浆预浸、微生物固定和强化传质的手段,提高微生物浸出结核中有价金属的速率,浸出时间为3 d,可直接浸出结核中的铜、钴、镍和锰.浸出率:钴95.2%,镍97.5%,锰95.8%,铜81.2%;按此方法进行了陆地软锰矿和硬锰矿的浸出试验,浸出时间9 d,锰矿中的锰浸出率较高.根据以上试验结果提出了微生物催化两矿偶合还原浸出氧化锰矿中有价金属的方法,并初步探索了浸出机理.     

Geobacter metallireducens异化还原铁氧化物三种方式

异化金属还原菌通过络和剂、电子传递中间体、直接接触三种方式异化还原金属氧化矿.以Geobacter metallireducens还原铁氧化物为实验体系,利用微生物燃料电池考察了以上三种方式对异化还原铁氧化物的影响.结果表明,微生物异化还原铁氧化矿时,NTA,AQDS在初始阶段显著加速铁氧化物的还原,但也加速磁铁矿的生成,阻碍反应继续进行;直接接触方式起着重要作用,吸附形成的生物膜是一个关键因素,其形成是一个相对较长的过程.生物膜的形成阻碍电子传递中间体发挥作用.     

微生物浸出低品位软锰矿过程中H~+和Fe~(3+)对反应过程的影响

对微生物浸出低品位软锰矿进行研究。研究结果表明:在MnO2-FeS2-H2SO4细菌浸出体系下,pH为1.6和1.8时,细菌作用明显,Fe3+对MnO2-FeS2-H2SO4的嗜酸氧化亚铁硫杆菌浸出过程具较好的催化作用。一定浓度的H+使黄铁矿表面更容易氧化,但H+浓度过高或过低都不利于表面反应进行;Fe3+可以降低黄铁矿的氧化还原电位,促进了软锰矿的还原浸出;微生物浸出过程中存在MnO2-FeS2接触反应模型和MnO2-FeS2-H2SO4的细菌浸出催化模型,其中不同反应阶段存在着不同的模型反应方式。     

大洋多金属结核与低品位硫化镍矿耦合浸出特性

基于低品位硫化镍矿的还原活性和大洋多金属结核的氧化活性,提出复杂低品位多金属矿的耦合酸浸处理工艺。主要考察Mn与S矿石质量比、硫酸浓度、温度对主金属元素浸出的影响,并采用XRD和SEM-EDS及电化学极化、循环伏安等分析耦合酸浸处理过程中主金属元素的浸出特性。研究结果表明:在最佳条件即Mn与S矿石质量比为0.55、初始硫酸浓度为1.3 mol/L、温度为355 K时,Ni,Mn,Cu,Co和Fe的浸出率分别为96.8%,97.3%,92.2%,97.9%和28.9%;金属硫化物还原MnO_2而溶出结核中Ni,Cu和Co,同时自身被氧化腐蚀成S0,SO_4~(2-)和金属离子而溶解;将Fe以铁矾或氧化矿物形式沉淀在渣相中,选择性浸出Ni,Mn,Cu和Co可行;耦合酸浸工艺利用矿石的氧化还原活性,实现了不同类型的复杂低品位矿石中有价金属的高效提取。     

异养微生物异化还原大洋多金属结核

从太平洋海底沉积物中分离到的四株异养微生物,进行耐酸和耐金属的驯化,在好氧和厌氧条件下进行异养微生物异化还原大洋多金属结核的实验,并分析了浸出机理. 结果表明:厌氧浸出优于好氧浸出,pH控制在2.5～3,浸出时间为3d,浸出率可达98%. 利用异养微生物还原浸出大洋多金属矿浸出速率高,矿体无需通气,投资低,易于操作,且环境友好,可在回收有价金属的同时进行固体废弃物和有机废弃物综合治理.     

大洋锰结核与药渣共浸出氧化还原过程研究

以药渣为大洋锰结核还原剂,研究药渣湿法还原锰结核浸出特性。考察搅拌速率、液固比、硫酸浓度、药渣用量和反应温度对锰浸出的影响,利用稳态极化曲线测定浸出反应动力学参数。研究结果表明:在搅拌速率为400 r/min、液固比为10:1、硫酸浓度为0.94 mol/L、药渣用量为5 g、浸出温度为363 K的条件下浸出300 min,锰浸出率达95.78%。在343~368 K间,浸出过程受化学反应控制,表观活化能为40.74 kJ/mol。在酸性环境下,锰结核与药渣有机物聚团接触碰撞,大分子聚团被锰氧化物氧化为水溶性小分子后,小分子水溶性有机物经腐蚀凹孔进入结核内层,进而氧化成NH_4~+,H_2O和CO_2,锰结核由外向内逐层腐蚀;反应过程中锰氧化物晶格破坏,释放Cu,Co和Ni等有价金属元素。     

微生物浸出深海多金属结核中有价金属

对氧化亚铁硫杆菌浸出深海多金属结核中有价金属的可行性进行了,着重研究了矿浆浓度、接种量、温度、浸出过程中ＰＨ值对结核中有价金属钴和镍浸出率的影响,同时对氧化亚铁硫杆菌进行了驯化。实验表明,采用Ｌｅａｔｈｅｎ培养基,加入适量黄铁矿作为菌种的营养基质和浸出过程中的还原剂、多金属结核,在常温、酸性环境下,可直接浸出金属铜、钴、镍、锰和铁。     

使用GWB软件优化铁锰氧化物的合成方法

铁锰氧化物天然存在于湿地植物根部,可有效阻止土壤中重金属在植物内部的富集,可作为多种重金属的吸附剂.使用地球化学软件The Geochemist’s Workbench对铁锰氧化物合成过程进行模拟的结果表明,采用氧化还原共沉淀法合成铁锰氧化物过程中,在硫酸亚铁溶液中投加高锰酸钾溶液,p H的波动区间为5.63~2.33,且铁的氧化物先于锰的氧化物生成;而在高锰酸钾溶液中投加硫酸亚铁溶液,混合体系p H的波动区间为10.31~2.34,且铁和锰的氧化物沉淀同时生成.模拟结果进一步表明,合成原料的投加顺序与铁锰氧化物颗粒的合成效果是紧密相关的.     

三相氧化法富集分离大洋多金属结核中有价金属

大洋多金属矿是以铁锰氧化物为主相的复杂矿物,利用大洋多金属矿三相氧化法提取锰,并使铁铜钴镍富基于渣中的方法是富集分离有价金属的新途径.最佳反应条件是:温度240℃;时间2 h;碱锰的物质的量的比为45;通气量0.5 m3·h-1;锰粉粒度为-200目.铁镍的固相富集率接近100%,铜钴大于93%.液相氧化反应后Fe,Cu,Co,Ni等金属基本上被分配到渣中,赋存在矿物中的变价金属氧化物对锰酸钾的反向分解有促进作用,初步实现了这些金属与Mn的分离.     

水温对自然水体生物膜上铁、锰氧化物形成过程的影响

利用自然水体培养的生物膜进行膜上铁、锰氧化物含量变化的分析。结果表明,用于培养生物膜的水体温度对膜上铁、锰氧化物的形成影响很大,并与膜上铁、锰氧化物的含量呈显的线性关系。     

铁氧化物掺杂对沉积物吸持Cu与Zn能力的影响

通过分析铁氧化物、 铁氧化物掺杂前后沉积物吸附/解吸特性的变化规律, 研究针铁矿、 赤铁矿、 水铁矿及贫赤铁矿对重金属污染沉积物中Cu或Zn的固定化可行性. 结果表明, 铁氧化物掺杂后沉积物吸持Cu的能力明显下降, 但吸持Zn的能力显著增加, 尤其是针铁矿和赤铁矿的作用效果稳定. 因此, 4种铁氧化物中针铁矿和赤铁矿具有稳定固定污染沉积物中Zn的潜力, 但不能提高污染沉积物吸附Cu的能力.     

聚丙烯腈/多金属复合氧化铁可见光催化光解水的性能

采用共沉淀法和浸渍法制备聚丙烯腈(polyacrylonitrile,PAN)/多金属氧化铁复合光解水催化剂.傅里叶变换红外光谱分析仪(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)表征表明,热处理后的聚丙烯腈发生了热环化反应,其功能基团与金属离子间具有较强的相互作用.X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)表征表明,催化体系中的氧化铁主要为立方晶系,铜、镍及钯均以氧化物形态存在.在光催化反应中,催化剂表现出了较好的催化效果,最高催化产氢速率达到714.3μmol/(g·h).     

滴定分析法测定铁矿石中铁含量

SnCl2-TiCl3-K2Cr2O7滴定分析法是试样用盐酸加氟化钠加热分解,让有铁的氧化物及硅酸盐都变成氧化铁进入溶液中。先用氯化亚锡将大部分三价铁离子还原成二价铁,以钨酸钠为指示剂,用三氯化钛将剩余的三价铁还原成二价铁至生成"钨蓝",再用重铬酸钾标准溶液氧化至蓝色消失,加入硫磷混合酸以二苯胺磺酸钠为指示剂,用重铬酸钾标准液滴定。通过调节不同的还原酸度,还原温度,试剂用量和溶样时间,对其最佳实验条件进行了优化。用SnCl2-TiCl3-K2Cr2O7滴定分析法测定铁矿石中铁含量,相对标准偏差在0.68%~2.6%之间,回收率在91.9%~97.9%之间,方法准确可靠。     

河流沿岸环境对粤北大宝山矿废水锰污染的环境响应

粤北大宝山铁多金属矿床的开发给环境带来了严重的危害。采选产生的废液及固体废弃物堆积的淋滤酸水,携带大量重金属离子排入下游河道,严重危害矿区及其酸水流域的生态环境。从尾砂、水体、河底沉积物、土壤以及食用蔬菜等方面探讨整个环境系统对Mn的环境响应。结果表明,河流水中高含量Mn直接源于尾砂,并受水体pH的显著影响;在高pH时,河底沉积物能够大量聚集水体中的Mn,并稳定存在。在水体pH值降低时,Mn会被再次从河底沉积物中释放出来,形成河流二次污染;土壤中Mn含量和土壤pH值有良好正相关关系;在蔬菜中Mn含量与根系土中Mn总量关系不明显,这与植物对Mn的吸收利用有关。     

不同Li/Mn摩尔比尖晶石型锰酸锂中锂离子的酸处理抽出

采用熔融盐法合成了2种不同Li/Mn摩尔比的尖晶石型锰酸锂.在水溶液中用稀盐酸、(NH4)S2O8介质对其进行处理,旨在观察这2种化合物中的Li+离子抽出行为.结果表明对于Li+来说,2种酸溶液的抽出效果相似;Li+离子抽出表现为离子交换反应和氧化还原反应.HCl对于Mn的溶出率大,但是(NH4)2S2O8溶液几乎不溶解这2种锰酸盐.Mn的平均氧化态低的尖晶石被氧化性酸处理时,有更多的Mn3+转化成Mn4+.     

Superconductivity in two-dimensional CoO2 layers

Since the discovery of high-transition-temperature (high-T(c)) superconductivity in layered copper oxides, many researchers have searched for similar behaviour in other layered metal oxides involving 3d-transition metals, such as cobalt and nickel. Such attempts have so far failed, with the result that the copper oxide layer is thought to be essential for superconductivity. Here we report that Na(x)CoO2*yH2O (x approximately 0.35, y approximately 1.3) is a superconductor with a T(c) of about 5 K. This compound consists of two-dimensional CoO2 layers separated by a thick insulating layer of Na+ ions and H2O molecules. There is a marked resemblance in superconducting properties between the present material and high-T(c) copper oxides, suggesting that the two systems have similar underlying physics.     

Preparation of manganese sulfate from low-grade manganese carbonate ores by sulfuric acid leaching

In this study, a method for preparing pure manganese sulfate from low-grade ores with a granule mean size of 0.47 mm by direct acid leaching was developed. The effects of the types of leaching agents, sulfuric acid concentration, reaction temperature, and agitation rate on the leaching efficiency of manganese were investigated. We observed that sulfuric acid used as a leaching agent provides a similar leaching efficiency of manganese and superior selectivity against calcium compared to hydrochloric acid. The optimal leaching conditions in sulfuric acid media were determined; under the optimal conditions, the leaching efficiencies of Mn and Ca were 92.42% and 9.61%, respectively. Moreover, the kinetics of manganese leaching indicated that the leaching follows the diffusion-controlled model with an apparent activation energy of 12.28 kJ·mol-1. The purification conditions of the leaching solution were also discussed. The results show that manganese dioxide is a suitable oxidant of ferrous ions and sodium dimethyldithiocarbamate is an effective precipitant of heavy metals. Finally, through chemical analysis and X-ray diffraction analysis, the obtained product was determined to contain 98% of MnSO₄·H₂O.     

Light-induced conversion of an insulating refractory oxide into a persistent electronic conductor

Materials that are good electrical conductors are not in general optically transparent, yet a combination of high conductivity and transparency is desirable for many emerging opto-electronic applications. To this end, various transparent oxides composed of transition or post-transition metals (such as indium tin oxide) are rendered electrically conducting by ion doping. But such an approach does not work for the abundant transparent oxides of the main-group metals. Here we demonstrate a process by which the transparent insulating oxide 12CaO x 7Al(2)O(3) (refs 7-13) can be converted into an electrical conductor. H(-) ions are incorporated into the subnanometre-sized cages of the oxide by a thermal treatment in a hydrogen atmosphere; subsequent irradiation of the material with ultraviolet light results in a conductive state that persists after irradiation ceases. The photo-activated material exhibits moderate electrical conductivity (approximately 0.3 S cm(-1)) at room temperature, with visible light absorption losses of only one per cent for 200-nm-thick films. We suggest that this concept can be applied to other main-group metal oxides, for the direct optical writing of conducting wires in insulating transparent media and the formation of a high-density optical memory.     

地下水除铁除锰技术评析

介绍了自然氧化法、接触氧化法、生物氧化法3种除铁除锰技术的工艺原理,论述了这几种工艺的运行效果及存在的问题;阐述了生物氧化法是针对自然氧化法、接触氧化法等常规技术存在的缺陷,并利用微生物技术提出的一种经济高效、具有广阔发展前景的新工艺.指出由于理论研究与工程实践相对较少,生物除铁除锰技术还有待进一步研究与实践.