无机化工工艺及燃煤脱硫中微生物的应用

2022-09-11

关于微生物脱硫的原理。煤炭中大约含有0.1%~10%的硫元素, 由于硫元素在燃烧时, 会产生二氧化硫, 形成酸雨, 导致环境污染和破坏。而且, 如果煤炭中含有较多的硫铁矿, 在进行堆放时, 容易使煤氧化, 甚至发生自燃。因此, 研究微生物在无机化工工艺及煤炭脱硫中的应用, 具有极大的经济意义和环保意义。一般, 煤炭脱硫常用的微生物有硫杆菌属、细小螺旋菌数、硫化叶菌属、假单胞均属等等。

1 无机硫的脱除机理

对无机硫的脱除, 分为两种方法, 一种是直接进行脱除, 一种是间接进行脱除。直接脱除的工作原理是借助微生物具备的吸附功能, 对附着在矿物表面的黄铁矿进行氧化, 直至溶解脱除。间接脱除是利用吸附在矿物上的微生物的新陈代谢作用, 置换出高价铁离子, 然后, 再借助高价铁离子的作用, 最终脱除黄铁矿。直接脱除和间接脱除两种方法, 并非独立存在, 有时会在无机硫脱除过程中同时使用。在这两种方法的作用过程中, 都会产生二价铁离子氧化成三价铁离子的反应。

2 有机硫的脱除机理

在煤炭中, 有机硫通常是以大分子结构形式存在, 只使用物理脱硫方法, 很难收到良好效果。经过不断的研究证明, 使用化学方法和微生物方法来对煤炭中的有机硫进行脱除, 效果比较理想。脱除有机硫的途径主要有两种, 一种是以硫代谢为目的的4-S途径, 二是以碳代谢为主的kodama途径。煤炭中的有机硫一般存在于多环结构中, 与C、H、O2等元素结合比较紧密, 在现在的有机硫脱除中, 这两种方式的优点比较明显, 但是工艺和流程很复杂, 实际应用还不够广泛。

3 煤炭微生物脱硫的基本方法

(1) 微生物浸出法脱硫其实质是借助微生物新陈代谢进行氧化的过程。使用微生物作为催化剂, 使可燃硫, 如黄铁矿等还原价态硫, 变成不可燃烧的硫酸盐等高价态硫, 有效去除燃煤中的硫。微生物浸出脱硫的装置很简单, 只要严格按照水浸透操作程序, 在燃煤中注入微生物水溶液, 实现高效脱硫。生成的硫酸盐会落到煤堆的底部, 可以回收利用。缺点是脱硫时间较长, 容易形成二次污染。

(2) 表面处理浮选法表面处理浮选法, 是将微生物脱硫技术和煤浮选工艺结合而生成的一种脱硫方法。将微生物加入煤浆中, 使之充分混合, 此时, 微生物会选择性地吸附在黄铁矿上, 使其氧化或改变表面活性, 使黄铁矿极易和水相融合, 进而沉到水底。但煤颗粒会继续保持疏水性, 浮在水面, 这样, 煤和黄铁矿就轻易地分开了。这种处理方法时间短, 效率高, 几秒之内就可收到效果, 整个脱硫过程, 仅需几分钟就可完成, 而且效果非常理想。但应用范围比较狭窄, 只能用来处理末煤。

4 微生物在无机化工中的应用

(1) 微生物在金矿处理中的应用在处理难浸金富矿和一般金矿石时, 微生物氧化法是最合适、最简单的预处理方法, 不仅投资小, 而且基本不污染环境。首先, 利用微生物催化氧化法时, 将金矿物里的微细金粒氧化出来, 为后续的金提取工作做好铺垫。然后, 再使用异氧菌对含氮有机物进行催化, 分解出来的氨基酸、缩氨酸、蛋白质、核酸等物质, 可以当做金的配合剂, 再配以溶解氧, 就可以溶解氧化矿石中金。一些已经没有活性或者死亡的微生物, 也有良好的吸附金的效果, 常用的此种微生物具体有:细菌、真菌、酵母菌、澡类 (如鱼腥藻、斜生栅藻等) 。利用微生物强化堆浸来对难处理的硫化矿包裹金进行处理, 其功能性和实用性都比较高。对于难浸金精矿的微生物氧化处理, 要先解决矿堆渗透性不高的问题, 一般采用在金精矿中按比例掺入骨架材料的方法。然后再选用合适的微生物进行氧化, 通过氰化浸出, 效果能达到96%, 可以大大降低处理成本。

(2) 微生物在铜矿处理中的应用在铜矿的处理中, 微生物催化与氧化技术的应用也比较多见。在处理低品位次生氧化铜矿时, 微生物浸出法是首选。利用微生物催化与氧化技术进行铜矿处理, 工艺相对比较复杂, 先要粉碎矿石, 然后使之与稀硫酸进行充分搅拌, 之后再进行堆放处理。堆放的高度一般在7m左右。由于铜矿渗透性也不高, 为了解决这个问题, 常在堆放的铜矿石中, 埋入一定数量的塑料管, 以此用来保持矿石堆内部的孔隙率, 使之获得通风的效果。然后, 持续放进已经驯化好的氧化亚铁硫杆菌菌液。氧化亚铁硫杆菌在生长过程中需要适当浓度的Fe2+物质提供能量。研究认为, 添加2g/L的Fe2+, 对黄铜矿的最初浸出速率具有提高作用, 如果Fe2过多, 就容易生成Fe3+, 产生沉淀而影响浸出的效果。在堆放时, 还要对矿坑水进行酸碱度调节, 使p H保持在2.0左右。然后, 再进行适度、合理的喷淋, 喷淋强度控制在8.5L/ (m2·h) , 实际操作中, 要根据矿堆的实际情况, 来分析和修正喷淋工作的强度。整个浸出的周期一般为六个月, 在此过程中, 要对矿堆中的温度进行定期检测, 对Cu2+、Fe2+、Fe3+的浓度进行定期检查, 每月对细菌活性进行一次月度检测。

摘要：本文主要分析了微生物燃煤脱硫的基本原理, 并详细论述了微生物在无机化工工艺和燃煤脱硫中的具体应用。分析了微生物燃煤脱硫的基本方法, 并分析了微生物在金矿、铜矿处理中的应用方法。

关键词：微生物,无机化工,工艺