微生物在无机化工工艺及燃煤脱硫中的应用

关键词: 酸雨 燃煤 技术 脱硫

一、前言

在冶金和化工生产中, 由于部分生产技术和制硫酸技术有限, 完全不能够达到环保的要求。同样, 在燃煤脱硫过程中, 由于我国燃煤污染较为严重, 导致酸雨等各种影响人类生存和身体健康的因素出现。在无机化工工艺和燃煤头脱硫中应用微生物, 其主要目的就是在于降低污染物的排放, 达到保护环境的效果。

二、微生物脱硫机理

1、无机硫的脱除机理

通过多年来的研究, 发现微生物脱除无机硫的反应原理主要分成直接作用和间接作用。直接作用的机理在于, 依靠微生物的直接吸附效果, 氧化矿物质上的黄铁矿, 直至溶解。或者说, 是黄铁矿硫被微生物直接氧化变成了Fe3+和SO42-;间接作用主要为微生物吸附在矿物的上面, 代谢之后, 微生物产出了高价铁离子, 在这种离子的作用下, 微生物继续氧化黄铁矿, 直到全部溶解。或者说, 是通过微生物作用后, 铁离子由二价氧化变成了三价, 接着, 三价铁离子又依靠自身的化学反应, 进一步发黄铁矿硫氧化成了硫酸根或单质硫。有效区分这两种作用效果的最好方法是看Fe3+是如何生成的, 依靠判断直接生成和间接生成这两种方式来区分两种作用效果。通过研究后发现, 直接作用和间接作用并不是单独存在的, 而是同时出现在脱除无机硫的全过程, 同时, 不论是直接作用, 还是间接作用, 两个作用过程都会出现二价铁离子氧化变成三价铁离子的反应。总而言之, 从研究结论了看, 目前发现的无机硫的构成和分类都是很简单的, 目前研究也比较深入和成熟了, 在国外, 对无机硫的研究已经到了半工业试验的程度。

2、有机硫的脱除机理

在煤炭中, 有机硫存在的形式主要是大分子结构。所以, 单纯使用物理方法来脱硫, 难以取得好的效果。从目前的研究来看, 一般是使用化学方法和微生物这两种办法来脱硫。有学者研究发现, 以DBT作为模型的有机硫脱除的基本原理主要可分为4-S机理和Kodama机理这两种。4-S机理讲述的是, 微生物依靠自身的4步反应, 把DBT结构中的C-S键氧化断裂, 进而实现有机硫脱除的效果。这种方式确保了芳环结构不被改变和破坏, 热值减少不多。Kodama机理是微生物依靠分解和去除结构里的C-C键, 促使机硫变成其他的结构, 在这种方式下, 一方面, 微生物分离了DBT的芳环结构, 另一方面, 其中的有机硫原子不会遭到破坏和分解。Kodama途径脱除的缺点是非常突出的, 因为煤炭分子中的C-C键断裂了, 煤炭中的分子结构也就自然出现了改变, 而微生物的一连串的氧化活动直接导致了煤炭中的含碳量降低, 这种煤炭的热值不高。所以, 要有特定功能的微生物只切除C-S键, 从而既能够达到脱硫, 又可以减少煤热值的损失。

三、煤炭微生物脱硫的基本方法

1、微生物浸出脱硫

微生物浸出法的原理是通过微生物把黄铁矿进行氧化, 最后形成铁离子和硫酸两种物质。接着, 令硫酸和水充分融合, 进而可以有效的将燃煤中的硫去除。之所以微生物可以脱硫, 是因为微生物有很好的氧化功能。微生物氧化的重点是黄铁矿。氧化的公式是:4Fe S2+1SO2+2H2O→2Fe2 (SO4) 3+2H2SO4。微生物氧化黄铁矿并不需要很复杂的装置, 只要合理科学的按照水浸透原理, 在煤矿中加入微生物水溶液, 这种水溶液含有氧化效果。通过这种方法, 微生物自然就会高效的脱硫。脱硫之后, 残留的物质会自然的落到煤矿堆的底部, 从而实现高效回收。目前, 已经研发了空气搅拌式、管道式、水平转筒式等反应器, 这些反应器的出现, 令我国微生物脱硫的技术又上升了一个台阶。由于我国对微生物浸出脱硫的开发较早, 已经积累了众多经验, 并且, 在技术层面上, 我国也掌握了各种技术要领, 能够有效的实现脱硫。从理论上来说, 只要在煤矿脱硫之前, 优选微生物, 就能够高效脱硫。但是, 这种方法有一个致命的缺点, 就是处理的时间需要比较长, 其原因在于硫杆菌作为一种自养微生物, 它们的生长速度非常慢。

2、表面处理浮选法

新型微生物浮选脱硫技术的灵感来自于选煤工作。选煤的之后, 首先, 把煤矿细分成小颗粒, 随后, 把细小的没颗粒和水进行混合, 之后和水形成混合液, 同时加入微细气泡, 这些气泡会均匀的分布在煤与黄铁矿的表面。之后, 煤颗粒和黄铁矿都浮在水面上。按照这种原理, 我们把微生物放置到悬浮液里, 微生物会附着在黄铁矿的表面上, 导致黄铁矿容易和水融合, 从而下沉到水底部。煤矿却不会下沉, 依然会上浮, 这样就实现了黄铁矿和没颗粒的分离。

表面处理浮选法有一个巨大的优点, 那就是处理效率高。由于氧化亚铁硫杆菌的专一性很好, 所以, 当使用它来作用黄铁矿的时候, 几秒钟之内就可以马上有效果。从而避免了黄铁矿的悬浮, 脱硫全过程一般几分钟内就可以完成, 而且脱硫的效果较好。不过, 这种方法并不能够保证煤炭被100%回收。

四、微生物在无机化工中的应用

1、金矿处理

微生物催化氧化法目前已经被全世界各国所认可, 被广泛的使用在难浸金矿的处理中。金的生物浸出种类比较多, 其中比较常见的有以下几个:

(一) 首先, 把有金硫化物或者金硫砷矿物的金矿进行第一次的微生物催化氧化。

这一过程的主要目的是将里面的微细金粒氧化出来, 从而更加有利于进行后续的金提取工作;

(二) 首先, 使用异氧菌对含氮有机物进行催化。

随后, 待到这些有机物分解成了氨基酸、缩氨酸、蛋白质、核酸等物质, 就将这些物质当做是金的配合剂。最后, 在这些配合剂的作用下, 配以溶解氧, 从而起到溶解氧化矿石中金的目标;

(三) 使用微生物来吸取溶液中的金成分。

一些已经没有活性或者死亡的微生物具有吸附金的效果。这取决于微生物的特性, 很多死亡后的微生物反而具有了很好的吸附效果。具备这些吸附能力的微生物主要有:细菌、真菌、酵母菌、澡类 (如鱼腥藻、斜生栅藻等) ;

(四) 用微生物对含金硫化矿物的表面进行处理, 确保起到优化物理选矿的目的。

在以上这些方法中, 第一种方式被使用的频率最高, 其社会性和经济性均较高。

对于一些金精矿, 如果能够利用多级搅拌槽鼓气浸出法的话, 效果会比较好。但是, 如果对金的质量要求不是很高, 那么, 则可以使用使用矿石堆浸法。这种情况下, 需要优选杆菌, 最好使用诸如氧化铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌等种类的微生物。需要注意的是, 在处理之前, 为了提高耐砷能力, 最好先对选择的杆菌进行驯化。驯化的基本条件必须要符合杆菌的生存标准, 并且, 要保持良好的转速和通气速率。对杆菌进行了科学合理的驯化后, 能够大大提高其耐砷能力。

金精矿搅拌槽鼓气浸出需要符合一定的要求, 首先, 矿浆浓度基本要达到15—20%。如果硫和砷的含量不是很高, 就要提高到30%。矿浆中p H值要达到1.5—2.0, eh值在450到680m V之间。同时, 充气量要达到0.05—0.1L空气/ (min·L) , 浸出时间一般要达到60—120h, 矿浆温度最好为30℃左右。温度的高低对于细菌的催化作用有关键性的影响, 研究表明, 细菌最合适的催化温度是20℃上下, 如果低于了15℃, 细菌没有办法高效进行催化。如果温度太高, 细菌又会直接丧失活性, 直至衰亡。因此, 需要注意的是, 要根据不同含量的砷和硫来选择处理的最合适环境和时间。此外, 细菌的催化和氧化功能的有效发挥并不是要在氧化了所有的硫化物、硫砷化物才能够体现。而是氧化一部分后, 氰化浸出率就已经能够得到很好的提高了。

2、铜矿处理

微生物催化氧化的技术在铜矿处理中也非常多见。据权威数据显示, 全世界的铜矿有35%以上都是依靠微生物催化和氧化技术。

首先, 铜矿处理之前, 要把矿石破碎到合适的颗粒大小。之后, 将破碎后的颗粒和稀硫酸搅拌, 采用专门的运输工具运送到堆场进行堆放。堆放的高度要适中, 一般在7m左右即可。堆放好之后, 要在堆放的铜矿石中埋入一定数量的塑料管, 保持矿石的通风。在堆放的过程中, 持续的放进被驯化好的氧化铁硫杆菌菌液。并依靠硫酸来调节酸性矿坑水, 使之p H达到2.0左右。随后进行合理的喷淋, 把喷淋强度控制在8.5L/ (m2·h) , 浸出周期要达到6个月。

在这6个月中, 要定期对矿堆中的温度进行检测, 并观察Cu2+、Fe2+、Fe3+的浓度。每一个月都要对细菌的活性进行检测, 按照矿堆的实际情况来分析和修正目前的喷淋工作强度。此外, 要保持闭路循环, 达到零排放, 这样就可以保持浸出率超过75%。在美国等西方国家, 大约有超过85%的铜矿都是通过细菌的催化氧化得来的。

在国内, 也有很多利用细菌催化氧化铜矿的案例。比如, 在江西德兴, 就使用细菌催化氧化堆浸技术处理了大批的0.1—30%的铜矿。同时, 该铜矿处理厂还建立了2500t/a的湿法铜厂。从二十世纪九十年代投产至今, 其阴极铜产出的质量水平已经达到了国家一级铜矿的标准。

五、结束语

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,燃煤脱硫

参考文献

[1] 邓恩建.微生物在煤炭生物脱硫中的应用研究[D].湖南大学, 2011.12.

[2] 言海燕.一株脱硫微生物的选育及其脱硫性能的研究[D].天津大学, 2012.23.

[3] 姚惠娟.煤炭脱硫技术的对比与分析[J].广东化工, 2013, 09:102-103.

[4] 朱申红, 杨卫东, 娄性义.煤炭脱硫技术现状及高梯度磁分离技术在脱硫中的应用[J].青岛建筑工程学院学报, 2011, 02:26-29.

[5] 鞠春红, 张伟君, 李福裿.国内外燃煤脱硫技术的研究进展[J].黑龙江科学, 2011, 06:40-44.

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