中度嗜热微生物腐蚀斑铜矿的界面化学反应及过程动力学

Bornite is one of the most important copper resources, and the low grade ore containing bornite is a new important target in biohydrometallurgy industry. Three types of bornite with different crystal structures are chosen in this work, the effictive community of moderately thermophilic bioleaching microorganisms is selected and cultured in the first step, and then the correlation of chemical elements, leaching factors and solution composition is illustrated during the bioleaching process. Thermodynamics and electrochemical corrosion study are carried out to determine the detailed reaction steps, the rate-determining steps and the corresponding influencing factors of the interface chemical reactions. Utilize diffusion kinetic and chemical reaction kinetic study to establish the bioleaching kinetic model, and to find out the main rate-determining steps and the corresponding influencing factors. Chemical species transformation of copper, iron and sulfur element is studied to conclude the phase transformation laws of bornite in bioleaching. And the oxidation and decomposition mechanisms of bornite in bioleaching are revealed through the aboved studies. This work can help to deepen our understanding on the mechanisms of copper sulphide minerals bioleaching, and it has an important theoritical significance and application value on the industrialization of low grade copper sulfide ores bioleaching.

斑铜矿型低品位铜矿石是生物冶金产业化研究的新对象。项目针对不同晶型的斑铜矿，筛选并构建专属高效的中度嗜热浸矿微生物种群，研究微生物浸出斑铜矿过程矿物化学组成、环境参数及溶液成分变化的相关性；并结合热力学和电化学腐蚀研究，确定斑铜矿浸出过程界面化学反应详细步骤、限制步骤及主要控制因素；再结合物质扩散动力学和界面化学反应动力学研究，建立斑铜矿微生物浸出过程动力学模型，确定浸出主要限制步骤及影响因素；研究斑铜矿氧化分解过程中铜、铁和硫元素化学形态的变化，确定斑铜矿浸出过程的矿物组成及化学组分的变化规律。从而探明斑铜矿多步氧化分解过程中间产物的形成及转变过程，揭示微生物浸出过程中斑铜矿氧化溶解的规律，最终阐明中度嗜热浸矿微生物作用下斑铜矿氧化分解的机制。本研究将加深对含铁硫化铜矿微生物浸出机理的认识，对推进低品位铜矿生物冶金产业化具有重要的理论意义和实际应用价值。

斑铜矿型低品位铜矿石是生物冶金产业化研究的新对象。项目负责人长期围绕硫化铜矿物表/界面特性和微生物矿物相互作用机制等国际生物冶金界高度关注的理论问题，运用多学科知识，采用同步辐射等先进手段，开展原生硫化铜矿生物浸出的基础研究。初步建立了原生硫化铜矿电化学溶解机制，揭示了原生硫化铜矿的协同浸出机制，突破原生硫化铜矿生物浸出的关键技术，研发出的系列新技术正在赞比亚谦比希铜矿、刚果金马本德铜矿以及国内德兴铜矿和阿克陶铜矿等开展应用。.共发表SCI论文23篇，其中第一作者/第一通讯作者发表SCI论文21篇，包括Bioresource Technology（2篇）、Hydrometallurgy（6篇）、Minerals Engineering（5篇）和等国际期刊，最高影响因子IF=5.651（IF>5.6有2篇，IF>2有13篇），单篇最高引用次数23次，获邀正在Minerals Engineering撰写1篇有关硫化铜矿生物浸出的溶解机制方面的Review，2013年至今，在Web of Science数据库以“bioleaching”（生物浸出）为关键词，负责人所在项目组发表文章数量全球排名第1。研究成果被国际生物冶金专家Peterson教授、Helen R. Watling教授、美国工程院院士James A. Brierley、中国科学院院士王尔康教授等在相关国际顶级期刊（《Advances in Colloid and Interface Science》、《Talata》和《Hydrometallurgy》）引用与评价。.负责人破格受聘博士生导师和破格晋升教授职称，入选教育部新世纪优秀人才、湖南省青年骨干教师，荣获全国优秀博士学位论文提名论文、湖南省优秀博士学位论文和首届全国有色金属优秀青年科技奖，多学科交叉培养了一批优秀科技人才，形成结构合理的原生硫化铜矿生物冶金学术小组，获得省部级科技一等奖1项，第一作者出版著作1部；授权发明专利9件，指导1篇中南大学优秀博士论文，推荐参评湖南省优秀博士学位论文。担任第3届国际金属溶剂萃取会议召集人，承办/协办2次全国生物冶金和同步辐射学术会议，在国际会议作邀请报告6个、国内大会报告9个，培养博士后4名、博士生2名、硕士生7名。与北京、合肥和上海光源开展合作研究。与犹他大学、昆士兰大学、加拿大女王大学等建立合作关系。