砷是難處理金礦石中最主要的影響因素。砷在地殼中的含量約為0.0002% (2ppm),在自然界中主要以硫化礦或氧化礦形式存在,與生物氧化相關(guān)的主要是毒砂。砷有4種氧化態(tài):+3,+5,-3,0,但在水溶液中只有As3+和As5+兩種氧化態(tài)。在生物氧化過程中釋放出的砷主要是As3+及As5+的氧化態(tài)以砷酸鹽和亞砷酸鹽的形式存在于溶液中。因此,毒砂、As3+和As5+是本節(jié)研究的重點(diǎn)。
含砷難處理金礦石中的含砷礦物一般為毒砂,與其關(guān)系密切的硫化礦物主要是黃鐵礦、磁黃鐵礦。而在生物氧化過程中,該3種礦物的反應(yīng)均為需氧反應(yīng)。其中,黃鐵礦的氧化過程是唯一的需氧、產(chǎn)酸反應(yīng),毒砂、磁黃鐵礦的氧化是需氧、耗酸反應(yīng),反應(yīng)式如下:
這三種主要硫化礦物在生物氧化過程中被細(xì)菌氧化的順序和速率是不同的,被細(xì)菌氧化的順序首先是磁黃鐵礦,其次是毒砂,最后是黃鐵礦。
因此,在生物氧化過程中,給料中各種礦物的比例直接影響著生物氧化過程的穩(wěn)定與否以及反應(yīng)的進(jìn)行方向和氧化速度。如果給料中含硫過低,需要添加硫酸,以提高溶液的酸度;如果含硫量過高,則需添加石灰石或石灰以降低酸度。一個更重要的原因是,由于砷在溶液中有As3+十和As5+兩種存在形態(tài),且每種存在形態(tài)對生物氧化過程的影響差異很大。研究已經(jīng)證明,當(dāng)生物氧化預(yù)處理過程的給料中毒砂和磁黃鐵礦的含量增大時,氧化過程的氧化還原電位(瓜)就會下降,溶液中的Ag3+濃度則增高。研究表明,黃鐵礦是決定生物氧化過程中砷的氧化狀態(tài)的主要因素。
R. M. Nyashanu等人對取之于4個國家的5個礦山的含砷礦樣進(jìn)行了試驗(yàn),結(jié)果表明,含砷高的精礦在整個氧化過程中,As’-’-在溶液中占主導(dǎo)作用,而其他的精礦中只是在氧化過程的初始階段As3+占主導(dǎo)作用。當(dāng)在初始階段有更多的黃鐵礦存在時則迅速氧化為As5+,這表明在細(xì)菌氧化過程中,只要溶液中能夠不斷地補(bǔ)充足夠的Fe2+,其中的As3+就能夠很快地被氧化為As5+。
因此,生物氧化過程給料中各種礦物成分的配比對氧化過程的pH值、砷離于的氧化狀態(tài)都起著重要的作用。