自20世紀90年代以來,生物冶金方法廣泛應用于原生低品位硫化銅礦中銅的浸出,并逐漸擴展到浸出硫化鈷鎳礦中的鈷、鎳。一般而言微生物浸出液中有價金屬離子濃度較低,通常采用溶劑萃取法來分離微生物浸出液中有價金屬離子。然而在工業生產過程中,采用溶劑萃取法分離溶液中金屬離子時經常產生界面乳化物,會造成有機相大量流失、分相時間延長等問題,給生產帶來很大困擾。目前對于微生物浸出液在萃取分離過程中界面乳化的研究很少。為了提高萃取效率和減少有機相流失,解決微生物浸出液萃取過程中界面乳化問題已迫在眉睫。 本研究從微生物浸出液基本特征出發,結合引發界面乳化物產生的其它主要影響因素,如固體微粒、膠體和雜質離子等,采用紅外光譜、Zeta電位、SEM等測試手段,通過擴展DLVO理論和交流阻抗測試進行分析,研究了細菌、細菌與固體微粒吸附以及細菌與雜質離子共存時形成界面乳化物的穩定性及其影響原因。 微生物浸出液中含有大量浸礦細菌,細菌對水相性質和乳化均產生影響。水相中細菌濃度的增加會增大水相粘度、密度和降低水相表面張力。水相中有機相含量隨pH值升高、細菌濃度增加和電解質濃度降低而升高。隨著pH值增加水相中有機相含量由0.07%(v/v)增加到0.14%(v/v),由于pH值影響了細菌表面氫鍵的形成和吸附電勢。水相中細菌濃度由2.4x107個/mL增加到7.2x107個/mL時,水相中有機相含量由0.064%(v/v)增加到0.078%(v/v),與細菌表面親疏水基團有關。采用離子可透過模型模擬細菌表面雙電層結構發現,隨著pH值增大,細菌吸附電勢增加,增大了細菌對帶電基團的吸附。 溶液pH、細菌濃度和電解質濃度對細菌生長及其表面性質有影響。不同pH、細菌濃度和電解質濃度下,細菌在三種固體微粒(礦石、黃鉀鐵礬和二氧化硅)表面的吸附規律為：pH值為2-3時,細菌在礦石顆粒和黃鉀鐵礬表面吸附率較大,而在二氧化硅表面細菌吸附率隨pH值升高略降低,且吸附率很低；隨著懸浮液中細菌濃度的增加,細菌在三種固體表面吸附量逐漸趨于飽和；電解質濃度越高,細菌在礦石顆粒表面吸附率越大,而電解質濃度對細菌在黃鉀鐵礬和二氧化硅表面的吸附率影響較小。依據擴展DLVO理論對細菌與固體微粒之間作用能分析發現,酸堿作用能對細菌與固體微粒間吸附的影響明顯大于靜電作用能和范德華作用能,并且細菌與礦石顆粒和黃鉀鐵礬之間受強烈的酸堿吸引能,從而使細菌易于在礦石顆粒和黃鉀鐵礬表面吸附,而細菌與二氧化硅之間受酸堿排斥能作用,使細菌不易在二氧化硅固體表面吸附。另外,電化學測試發現細菌在固體表面吸附降低了固體電極雙電層電容,并解釋了實驗得到的細菌在固體表面的吸附規律。 在研究細菌與固體微粒吸附規律基礎上,進一步研究了細菌吸附后固體微粒對形成界面乳化物穩定性影響。吸附細菌后的固體微粒萃取分相過程中乳化液滴聚結速度加快,形成界面乳化物穩定性增強。利用擴展DLVO理論計算乳化液滴間作用能,發現細菌在固體微粒表面吸附后,乳化液滴間聚結勢壘降低,且液滴間總作用能由排斥能轉變吸引能,使形成的乳化液滴聚結速度加快。采用交流阻抗法分析發現,細菌在礦石和黃鉀鐵礬表面吸附后增加了有機相在固體表面的吸附量,使乳化物中夾帶有機相量增加,而有無細菌吸附對二氧化硅表面有機相的吸附量影響較小。當細菌與二氧化硅膠體共存時,萃取分相過程中乳化液滴聚結速度同樣明顯加快,這是由于細菌表面官能團與二氧化硅膠體表面硅醇基以氫鍵相連接,降低了硅醇基間形成硅氧烷量,使二氧化硅膠體不能以長鏈或網狀結構存在,從而加快了乳化液滴聚結速度。 微生物浸出液中雜質離子也是影響界面乳化物形成的重要因素。通常浸出液中含有大量Ca2+、Mg2+等雜質離子,尤其是細菌與Ca2+共存時,細菌在水油界面上的吸附增加了CaSO4晶體在界面上的累積,使形成界面乳化物生成率增加。 用有機相萃取除鐵后白山硫化鎳礦微生物浸出液,發現在萃取過程中浸礦細菌、黃鉀鐵礬和二氧化硅等物質在界面層中逐漸累積,并且萃取過程中P204與Fe3+形成了配合物,降低了界面張力,使萃取分相難度增加。總之,萃取體系中有細菌存在時,細菌吸附增強了形成界面乳化物的穩定性,并使界面乳化層中夾帶有機相含量增加。