[发明专利]细菌搅拌浸出实验装置及用于测定氧传质系数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种细菌搅拌浸出实验装置及其用于测定氧传质系数的方法，特别是利用嗜热菌搅拌浸出黄铜矿精矿时的实验装置和针对氧传质系数、细菌耗氧速率及饱和溶氧浓度的测定。

背景技术

在生物冶金领域研究细菌生长和浸矿特性时，一般是先从摇瓶实验开始，该实验操作简单，易于控制，并且稳定性好，但是不足之处在于无法进行在线控制和测量。黄铜矿的细菌浸出一直是个难题，利用常温菌或中温菌浸出时会存在明显的钝化现象，从而影响铜的浸出。到目前为止，人们对利用嗜热菌浸出黄铜矿已进行了广泛的研究，有人在48℃条件下利用中等嗜热菌浸出时可得到96.4％的铜浸出率，但是也有人认为浸出初期过后有大量黄钾铁矾沉淀生成，会阻碍浸出的继续进行。而对极端嗜热菌浸出黄铜矿，人们普遍认为可以得到很高的浸出率，并且浸出速率高，一般浸出10d以内可以达到90％以上的铜浸出率。目前国外已有利用极端嗜热菌搅拌浸出黄铜矿精矿和堆浸处理黄铜矿原矿的工业实践。但是由于浸出速率高，细菌的耗氧速率就高，从而溶氧浓度会成为浸出的限速步骤，所以有必要对浸出过程中的氧气供给和消耗以及传质现象进行研究。相比摇瓶浸出和柱浸，搅拌浸出可以满足这方面的需要，因此有必要提供一种合适的搅拌浸出实验装置，保证浸出过程中对温度、pH、氧化还原电位、氧气和CO₂供给等影响因素进行有效的控制和调节，并且还需要对如何确定氧气的传质和消耗提供一种测量方法。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种细菌搅拌浸出实验装置，该装置与以往的有关实验装置及摇瓶浸出和柱浸相比，可以有效调控温度、pH、氧化还原电位、氧气和CO₂气体供给等影响条件，同时进行有关参数的在线测量和实时记录，而且能够保证实验过程的稳定性和可操作性。

本发明的第二个目的是提供一种针对搅拌浸出过程中氧传质系数、细菌耗氧速率及饱和溶氧浓度的测定和计算方法。

为达到上述发明目的本发明采用以下技术方案：

本发明中的搅拌浸出实验装置有以下八部分组成：搅拌装置、温控系统、pH值控制系统、氧化还原电位(ORP)控制系统、溶氧浓度(DO)测定装置、记录仪、充气装置和冷凝回流装置。其中温控系统、pH值控制系统和氧化还原电位(ORP)控制系统各有自己的控制器，控制器分别为Biometek-TC1000型温度/转速控制器、Suntex-PC300型pH/ORP控制器，而不另外使用单片机进行在线控制。

其中各部分结构如下所述：

(1)搅拌装置中，搅拌罐采用不锈钢材料制成，由罐体、罐盖、充气管、空气分布器和内壁挡板构成。其中罐体上下各有一个矿浆进出孔道，分置罐体两边，罐体内壁附有三块挡板，以增加矿浆的搅拌混合效果，挡板数量和宽度符合全挡板结构，即W·Z＝0.4D(W为挡板宽度、D为搅拌罐内径、Z为挡板数量)；充气管从罐体上部通入，沿罐体内壁向下，与位于搅拌桨正下方的环状空气分布器相连接；罐盖上留有出气孔和相应的传感器插入孔，并且中间装有轴封；另外，在搅拌罐内部接触到矿浆的部位均涂有抗腐蚀物质——聚四氟乙烯(简称PTFE或Teflon)。搅拌装置中电动机通过支撑柱安置在罐盖上，轴体下部装有具有一定形状和尺寸的搅拌器，如螺旋桨、斜叶浆，搅拌转速由控制器调控。

(2)温控系统包括缠绕在罐体外壁的自阻式电热带、温度传感器和温度调控器。

(3)pH控制系统包括pH值传感器、控制器、蠕动泵及酸碱储液瓶。

(4)氧化还原电位控制系统包括ORP传感器、控制器、液氮储存罐及充氮调节开关。

(5)溶氧浓度测定装置包括DO传感器和控制器。

(6)记录仪用于在线记录温度、pH、ORP和溶氧浓度等参数数据。

(7)充气装置包括空气充气泵、转子流量计、CO₂储存罐及调节开关。

(8)冷凝回流装置包括冷凝回流管和冷水循环管，从而避免水蒸发损失并减少了补加蒸发水的操作步骤。

氧传质系数、细菌耗氧速率及溶氧饱和浓度的测定与计算方法介绍如下：

该测定方法为动态法，即当细菌浸出体系中的溶氧浓度维持在一定水平时，停止供气，溶氧浓度会随着细菌的不断耗氧而下降，当接近并高于细菌浸出所需要的临界溶氧浓度时恢复供气，同时记录体系中溶氧浓度随时间的变化值。