目前难处理金精矿的生物浸出处理中,由于菌种的局限性,常温菌的反应温度最高为40~45℃,中温菌的反应温度也仅为50~60℃,要使硫化矿达到必要的氧化率(65%~95%),一般需要4~7天,而其他湿法冶金技术仅需数小时;另一方面,生物浸出时矿浆浓度也仅限于20%以下,造成设备的单位处理能力较小,因此,高品位硫化矿生物浸出技术欲在投产和生产成本上与其他湿法冶金方法相比而取得竞争优势,迫切需要解决过程工程问题,开发出高效生物浸出反应器,缩短浸出周期,提高矿浆浓度,降低生产成本。
迄今为止,有关微生物冶金生物反应器的研究较少,一般实验室中应用最多的还是三角摇瓶,其次是柱式反应器及带或不带搅拌装置的槽式反应器,工业生产中常用带或不带搅拌装置的反应器,其工作容积一般在数百立方米左右,搅拌可以通过机械或空气达到。目前最常用的反应器有搅拌槽式反应器(STR)和气升式反应器(ALR),此外还有泡沫柱式反应器(BCR)、巴秋卡箱、低能耗反应器、转筒式生物反应器等针对生物浸出过程设计的新型反应器。
机械搅拌槽式反应器(STR)。机械搅拌槽式反应器是一种从化工过程套用的反应器。其螺旋桨起了最重要的作用,至少要求实现三大任务:固体颗粒的悬浮、空气与水相的混合和溶入水相、増大气相和水相的界面。在这些反应器中最初较普遍采用透平式螺旋桨,近来则使用曲形桨叶的轴向流动螺旋桨,因为达到同样搅拌水平时后者所需动力较低,产生的剪切力较小。搅拌槽式反应器虽然有长期的使用经验,但亦存在着一些明显的缺点,比如功率消耗大,加工困难,投资高,维修麻烦,搅拌剪切力大,对细胞生长损伤大,大型化后混合不均匀,传热面积不足,传质效率下降等。
开式反应器。气升式反应器(ALR)原理:通过流体(气体、液体)的上升运动使固体颗粒维持在悬浮状态进行反应。反应器升流区气体、液体和悬浮的固体颗粒一起向上运动,在降流区,液相及固体颗粒向下流到反应器底部,升、降流区不同的气相含率产生的压差迫使降流区液相和固体颗粒流入升流区,由此形成反应器内气、液、固三相的循环流动,产生流态化效果,达到紊流状态。Fang用At.tTs6和Brettanomyces B65混合菌在单级气升式反应器浸出活性污泥中的铬,维持反应温度为30℃,用3天的时间,浸出率就超过95%,但是气升式反应器的构造成本太大,并且处理量小,因此Mousavi等人建立了一种所示的生物浸出工艺,用于浸出闪锌矿。
具体工艺流程为:通过水浴槽维持At.f的生长温度28℃,然后通过恒流泵将细菌培养液从储存器里输入矿物填料柱中,在填料柱中浸出液和气体互相逆流,填料塔采用绝缘材料,防止矿物产生的热散失,从浸矿柱中流出的溶液再通过重力的作用,重新流入储存器里,如此循环。在28℃下,浸出120天,锌的浸出率达到72%。相对于气升式反应器,该工艺虽然增加了浸出周期,可是减少了矿物搅拌的成本消耗。但是由于没有对浸矿柱进行适当搅拌,当浸出液自上而下流过浸矿柱的时候,容易形成沟壑,限制了矿物与浸出液的充分接触,降低了浸出率。
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