CN102703687B - 一种温度可控型细菌对矿物选择性浸出装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种温度可控型细菌对矿物选择性浸出装置，包括搅拌器、主体反应器和恒温控制器，所述主体反应器为中空圆柱体，所述主体反应器中间设有用于放置浸矿细菌的并由玻璃纤维微孔滤膜搭建的中间室，并通过隔板和所述主体反应器的内壁在所述长方体室周围隔出若干个相同大小的用于放置不同种类或粒度矿物的扇形室；所述搅拌器的搅拌桨伸入所述扇形室内；所述主体反应器内部设有密闭水浴装置，靠近底部的侧壁设有出水口；所述主体反应器内部还设有相互连接的加热装置和恒温控制器。本发明能在某一恒定温度条件、同一反应条件和时间下准确地反映浸矿细菌对不同种类或粒度矿物分解利用。

Description

一种温度可控型细菌对矿物选择性浸出装置

技术领域

本发明涉及微生物冶金技术领域，特别是涉及一种温度可控型浸矿细菌对矿物选择性浸出装置。

背景技术

微生物冶金技术广泛应用于原生硫化矿、复杂矿石，特别是贫矿、废矿、难处理矿石的生物浸出中。目前铜、金、铀金属的生物浸出早已实现产业化，其它金属的生物浸出已在试验阶段，该技术对我国的工业发展和国防领域都具有重大的现实意义。早在上个世纪以来，研究者对浸矿细菌吸附矿物展开了广泛的科学研究，但仅限于利用传统的简单装置（如锥形瓶）进行不断的重复实验，这样将给研究者带来诸多不便：首先，每次实验时每个装置只能对一种矿物进行测量；其次，大量的重复实验浪费资源和时间；再次，在浸出过程中很难保证每次实验时条件的均一性和重复性；最值得一提的是无法测量不同种类或粒度矿物在同一时间和相同反应条件下被分解利用情况。

根据所查的相关设备装置资料来看，仅有中南大学李邦梅在2006年申请了相关的发明专利，但是至今为止未获得授权。该发明为一选择性吸附装置，该装置在设计中存在许多不足，无法实际应用。首先，该装置为密闭装置，不适合大多为好氧菌的浸矿细菌的生长；其次，由于目前有运作前景的浸矿细菌大多为喜温细菌和嗜热细菌，其最适生长温度在30℃-80℃之间，该装置无法保证温度达到细菌正常生长和最适生长要求；再次，该装置由于需要频繁更换整体微滤膜插件，试验期间耗材消耗高，同时微滤膜插件存在与周围扇形室和反应器底盘接触不紧密导致不同矿物颗粒相互污染的风险；最后，该装置每个扇形室隔板和立方体小室均为玻璃纤维微孔滤膜，在不同矿物的浸矿过程中，不同浸矿液中的离子会通过微孔滤膜自由迁移，极有可能影响细菌对矿物的吸附与浸出反应，应尽量减少不同浸矿液中离子相互迁移的途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种温度可控型细菌对矿物选择性浸出装置，能在某一恒定温度条件、同一反应条件和时间下准确地反映浸矿细菌对不同种类或粒度矿物分解利用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种温度可控型细菌对矿物选择性浸出装置，包括搅拌器、主体反应器和恒温控制器，所述主体反应器为中空圆柱体，所述主体反应器中间设有用于放置浸矿细菌的并由玻璃纤维微孔滤膜搭建的中间室，并通过隔板和所述主体反应器的内壁在所述长方体室周围隔出若干个相同大小的用于放置不同种类或粒度矿物的扇形室；所述搅拌器的搅拌桨伸入所述扇形室内；所述主体反应器内部设有密闭水浴装置，靠近底部的侧壁设有出水口；所述主体反应器内部还设有相互连接的加热装置和恒温控制器。

所述玻璃纤维微孔滤膜为微滤膜插件；所述微滤膜插件镶嵌在两个V形边缘的中空有机玻璃板支架内，并通过固定活动螺母旋钮固定。

所述主体反应器底盘上设有微滤膜插件的安装座。

所述加热装置为环形电热丝。

所述搅拌器包括支撑圆盘，所述支撑圆盘下固定有两根相互交叉的水平支架；所述水平支架两端均连有垂直支架，所述垂直支架安装在所述主体反应器的底盘上；所述支撑圆盘下表面固定有固定杆；所述固定杆下端与搅拌桨通过调节螺丝相连嵌合；所述搅拌桨下端设有双桨叶；所述固定杆上套有从齿轮；所述支撑圆盘上倒装有与控制器相连的电机，所述电机的输出轴穿过所述支撑圆盘与主齿轮相连；所述主齿轮与从齿轮相互啮合。

所述垂直支架套在中空的升降套管内；所述升降套管通过调节螺丝与垂直支架相互固定；所述升降套管安装在所述主体反应器的底盘上。

所述水平支架与垂直支架通过调节螺丝以机械嵌合的方式相连。

所述搅拌桨下端设有相距为30-60mm的两个双拌叶。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过外加搅拌器和主体反应器的相互配合，在氧气充足、温度恒定条件下提供浸矿细菌对矿物的选择性吸附、利用环境，可以将不同种类或粒度的矿物置于同一种条件下，而又不会相互混合，自由运动的浸矿细菌则可以根据自身代谢需要对不同性质的矿物进行选择性地吸附和利用，并能在浸矿反应中控制反应条件，通过测定不同种类或粒度的矿粉所在小室浸矿液中浸矿细菌的浓度，以及浸矿液pH和氧化还原电位变化情况，评价细菌的浸出效果和对不同种类或粒度矿粉的优先利用情况。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明中主体反应器的剖视图；

图4是本发明中微滤膜插件的俯视图；

图5是本发明中微滤膜插件的构成单元图；

图6是本发明中主体反应器底盘上的安装座结构示意图；

图7是本发明中搅拌器结构示意图；

图8是本发明中搅拌器的升降套管与垂直支架的连接示意图；

图9是本发明中水平支架和垂直支架连接嵌合处图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种温度可控型细菌对矿物选择性浸出装置，包括搅拌器、主体反应器和恒温控制器，所述主体反应器为中空圆柱体，所述主体反应器中间设有用于放置浸矿细菌的并由玻璃纤维微孔滤膜搭建的中间室，并通过隔板和所述主体反应器的内壁在所述长方体室周围隔出若干个相同大小的用于放置不同种类或粒度矿物的扇形室；所述搅拌器的搅拌桨伸入所述扇形室内；所述主体反应器内部设有密闭水浴装置，靠近底部的侧壁设有出水口；所述主体反应器内部还设有相互连接的加热装置和恒温控制器。

该装置在氧气充足、温度恒定条件下提供浸矿细菌对矿物的选择性吸附、利用环境，可以将不同种类或粒度的矿物置于同一种条件下，而又不会相互混合，自由运动的浸矿细菌则可以根据自身代谢需要对不同性质的矿物进行选择性地吸附和利用，并能在浸矿反应中控制反应条件，通过测定不同种类或粒度的矿粉所在小室浸矿液中浸矿细菌的浓度，以及浸矿液pH和氧化还原电位变化情况，评价细菌的浸出效果和对不同种类或粒度矿粉的优先利用情况。

由主体反应器、恒温数控显示器和外加搅拌器组成本装置。浸矿细菌对矿物的吸附和分解利用反应发生于主体反应器中，反应器无盖方便搅拌以保证氧气和二氧化碳由空气正常供应；反应器由隔板和微滤膜插件分成若干个反应小室，四周的若干个扇形室可以放入不同种类或者粒度的矿物，各个小室之间用有机玻璃相互隔开，可减少不同浸矿液中离子相互交换的途径，进而大大减少能影响浸矿细菌对矿物利用优先情况的不确定因素。中间为中间室，可容纳浸矿细菌，中间室侧面均为玻璃纤维微孔滤膜。由于浸矿细菌大小为0.5-2μm，矿物粒度为40-250μm，膜孔径为8-20μm，因而可以允许浸矿细菌自由通过，而矿物则无法通过，浸矿细菌可以根据自身生长代谢的需要在几种不同种类和粒度的矿物之间选择性地吸附利用。这样既可以使反应同步进行，又保证了浸矿细菌对不同矿物利用时条件的均一和重复性。因为滤膜不能永久使用，因此在其周围加一个塑料的框边，做成微滤膜插件，通过拆卸插件即可更换滤膜。

浸矿细菌对矿物的吸附和分解反应需要适宜的温度才能保证最大的代谢速率，故在主体反应器外围添加同一材质的环形密封的恒温装置，该装置由环形电热丝和数控温度控制显示器构成，可以实时监控并调整反应温度，外加搅拌器可以由四个电机同步控制，四个电机主轴齿轮转动后带动四个搅拌桨以同一速度转动并搅拌对应小室，使小室获得足够氧气和二氧化碳。

如图1所示，本发明装置由外加搅拌器2、主体反应器1、恒温控制器三部分组成。主体反应器1壁材料均为无色透明的厚度为8mm有机玻璃，反应器1底盘直径为300mm，底盘上部为两个同心圆构成环形结构，高度120mm，外径为280mm，中间为密闭的水浴装置，环形顶部有直径10mm进水孔，密闭室内有环形电热丝环绕，器壁距离底部2mm出有一直径为20mm凸出的出水口，并嵌合温度控制仪。主体反应器1的内径为240mm，为中空无盖的圆柱体，内部由有机玻璃隔板12隔成四个等大的扇形中室，扇形边长小于反应器半径以便反应器中心形成边长为60mm的立方体小室，立方体小室由玻璃纤维微孔滤膜12围成。图2为本发明的主体反应器的俯视图，图3为本发明的主体反应器剖视图。外加搅拌器支架高度为200mm，由一个电机和五个齿轮构成，电机主齿轮转动带动其他四个齿轮以同一速度转动，圆盘顶部放置电机，并连接控制器控制开关与转速，四个钢材支架分别嵌合至主体反应器底盘四个小孔内，四个不锈钢材质搅拌桨高度180mm，每根支架从底部距离地面60mm出嵌套一中空套管，在套管另一端打孔，通过螺丝的松紧实现对支架高度的自由调节，支架水平长度为280mm，每个搅拌桨有两个交叉的不锈钢的搅拌叶，下搅拌叶距离反应器底部为20mm，两搅拌叶相离为30-60mm。

立方体小室与周围扇形室之间用玻璃纤维微孔滤膜插件隔开，可使细菌自由出入。微滤膜镶嵌在两个V形边缘的中空有机玻璃板支架上，架高110mm，架框各边宽10mm。图6左图为V形有机玻璃板的俯视图，两个V形有机玻璃板中间夹着微滤膜并通过六个固定活动螺母旋钮形成一个W形边缘的微滤膜插件，图4为微滤膜插件完整俯视图，中间掏空可抽插更换滤膜，图5为微滤膜插件侧面W形概念视图。

为保证微滤膜插件有反应器底盘的紧密接触，如图6所示，主体反应器的底盘上设有用于放置边长为60mm正方形防渗漏W形有机玻璃边框的M形边缘安装座。在微滤膜插件插入反应器内时，该底部的M形边缘安装座可与W形底座边框紧密嵌合。该正方形每个边框W形凹槽长度为40mm，每边两端各10mm长度为平滑界面，可与扇形隔板硬质橡胶通过工业防水强力胶粘合。

扇形室隔板长度可经几何计算得出为77.6mm，隔板末端分出夹角为90°W型硬质橡胶嵌合支架，可与微滤膜插件紧密嵌合，该支架厚度为10mm，用工业防水强力胶与扇形隔板紧密粘合，以此实现微滤膜插件的可活动性。

如图7所示，搅拌器2包括支撑圆盘31，所述支撑圆盘31下固定有两根相互交叉的水平支架32；所述水平支架32两端均连有垂直支架33；所述支撑圆盘31下表面固定有固定杆34；所述固定杆34下端与搅拌桨34通过调节螺丝相连嵌合；所述搅拌桨34下端设有双桨叶37；所述固定杆34上套有从齿轮；所述支撑圆盘31上倒装有与控制器39相连的电机38，所述电机38的输出轴穿过所述支撑圆盘31与主齿轮相连；所述主齿轮与从齿轮相互啮合。所述垂直支架33套在中空的升降套管36内；所述升降套管36通过调节螺丝与垂直支架33相互固定。

如图8所示，垂直支架33底部由中空升降套管36实现搅拌装置的自由升降，通过控制套管36上螺丝的松紧可自由调节钢管支架的高度，可实现控制搅拌桨的高度，使得反应液与搅拌桨的最佳接触状态；同时在非水平面也可实现反应液的水平搅拌。

如图9所示，垂直支架33与水平支架32通过调节螺丝相连，形成连接嵌合处，通过调节螺丝，可实现垂直支架33的拆卸，拆卸后扩大了搅拌器的使用范围并增加其使用灵活性，如可实现由固定式搅拌（拆卸前只能放置于水平面搅拌）转向自由式（装置可手动控制，实现对任何位置与形状的反应器的搅拌）搅拌；垂直支架与水平支架夹角可在0-180°范围自由调节，不仅增加了装置高度的可调节范围，也潜在扩大了可搅拌反应器的种类。

Claims (8)

1.一种温度可控型细菌对矿物选择性浸出装置，包括搅拌器（2）、主体反应器（1）和恒温控制器，其特征在于，所述主体反应器（1）为中空圆柱体，所述主体反应器（1）中间设有用于放置浸矿细菌的并由玻璃纤维微孔滤膜（11）搭建的中间室，并通过隔板（12）和所述主体反应器（1）的内壁在所述中间室周围隔出若干个相同大小的用于放置不同种类或粒度矿物的扇形室；所述搅拌器（2）的搅拌桨伸入所述扇形室内；所述主体反应器（1）内部设有密闭水浴装置，靠近底部的侧壁设有出水口；所述主体反应器（1）内部还设有相互连接的加热装置和恒温控制器。

2.根据权利要求1所述的温度可控型细菌对矿物选择性浸出装置，其特征在于，所述玻璃纤维微孔滤膜（11）为微滤膜插件；所述微滤膜插件镶嵌在两个V形边缘的中空有机玻璃板支架内，并通过固定活动螺母旋钮固定。

3.根据权利要求2所述的温度可控型细菌对矿物选择性浸出装置，其特征在于，所述主体反应器（1）底盘上设有微滤膜插件的安装座。

4.根据权利要求1所述的温度可控型细菌对矿物选择性浸出装置，其特征在于，所述加热装置为环形电热丝。

5.根据权利要求1所述的温度可控型细菌对矿物选择性浸出装置，其特征在于，所述搅拌器（2）包括支撑圆盘（31），所述支撑圆盘（31）下固定有两根相互交叉的水平支架（32）；所述水平支架（32）两端均连有垂直支架（33），所述垂直支架（33）安装在所述主体反应器（1）的底盘上；所述支撑圆盘（31）下表面固定有固定杆（34）；所述固定杆（34）下端与搅拌桨（35）通过调节螺丝相连嵌合；所述搅拌桨（35）下端设有双桨叶（37）；所述固定杆（34）上套有从齿轮；所述支撑圆盘（31）上倒装有与控制器（39）相连的电机（38），所述电机（38）的输出轴穿过所述支撑圆盘（31）与主齿轮相连；所述主齿轮与从齿轮相互啮合。

6.根据权利要求5所述的温度可控型细菌对矿物选择性浸出装置，其特征在于，所述垂直支架（33）套在中空的升降套管（36）内；所述升降套管（36）通过调节螺丝与垂直支架（33）相互固定；所述升降套管（36）安装在所述主体反应器（1）的底盘上。

7.根据权利要求5所述的温度可控型细菌对矿物选择性浸出装置，其特征在于，所述水平支架（32）与垂直支架（33）通过调节螺丝以机械嵌合的方式相连。

8.根据权利要求5所述的温度可控型细菌对矿物选择性浸出装置，其特征在于，所述搅拌桨（35）下端设有相距为30-60mm的两个双拌叶。

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