細菌輔助的堆浸出方法

2023-06-16 23:10:21 3

專利名稱：細菌輔助的堆浸出方法
技術領域：
本發明涉及一種細菌輔助的堆浸出方法。更具體地，本發明的細菌輔助的堆浸出方法是用於從硫化礦中回收鎳及相關賤金屬的。
背景技術：
目前，通過細菌輔助的堆浸出方法從硫化礦中回收賤金屬僅限於次級的硫化銅礦，如輝銅礦和銅藍。黃銅礦(初級的硫化銅礦)是明顯的例外，且目前尚不能成功地進行堆浸出方法。迄今為止，還不存在可以利用的經證實的方法，以成功地對除了銅的硫化物(不包括黃銅礦)以外的硫化鎳、硫化鋅或任何其它賤金屬硫化物進行細菌輔助的堆浸出方法。
本發明的細菌輔助堆浸出方法的目的之一是克服與現有技術相關的問題，或者至少為所述問題提供有用的可供選擇的辦法。
上述有關背景技術的討論的目的只是為了更容易地理解本發明。應當理解，該討論不是確認或承認所引用的任何材料在澳大利亞在本申請的優先權日構成公知常識的一部分。
在整個說明書中，除非上下文另外需要，否則詞語「包括」(「comprise」)或者其變體(「comprises」或「comprising」)均應理解成包括所陳述的整體或整體組，但並不排除其它整體或整體組。
發明公開本發明提供一種細菌輔助的堆浸出方法，其特徵在於包括以下步驟提供礦石堆，其中氧化硫化礦；提供生物接觸器，該接觸器接種了氧化亞鐵的細菌；提供至少一個浸出液池，以將浸出液供給兩個礦石堆，並接收來自這兩個礦石堆的浸出液；及放出部分浸出液，並將其傳送至金屬回收裝置。
優選一個或兩個礦石堆在其底部或接近其底部通氣。
還優選生物接觸器以第二礦石堆的形式提供。
所述第二礦石堆優選由比較惰性的廢棄巖石構成。該第二礦石堆可以接種氧化鐵硫桿菌或類似的細菌。
浸出液的放出部分優選取自第二礦石堆。
本發明還提供一種從硫化礦或其部分中回收鎳和其它賤金屬的方法，其特徵在於包括以下步驟在堆浸出中氧化硫化礦，以產生浸出液；及氧化堆浸出的浸出液中的任何亞鐵，然後從中回收賤金屬。
硫化礦或其部分的氧化優選通過礦質化學營養細菌的作用來實現。
浸出液中的亞鐵的氧化優選通過使浸出液經過另一個接種了氧化亞鐵的細菌的礦石堆來實現。氧化鐵的細菌可以是氧化鐵硫桿菌。
附圖簡述現將參照其兩個實施方案和附圖，僅以實施例的方式描述本發明，在附圖中

圖1是根據本發明第一實施方案的細菌輔助堆浸出方法的示意圖或流程圖；圖2是根據本發明第二實施方案的細菌輔助堆浸出方法的示意圖或流程圖；圖3是實施例I的粉碎礦樣的尺寸分布圖；圖4是實施例III的浸出液池中的三價鐵、亞鐵和總鐵的質量對時間的曲線圖；及圖5是從實施例III的浸出堆中浸出鎳的比率的曲線圖。
實施本發明的最佳方式在圖1所示的是根據本發明第一實施方案通過礦質化學營養細菌的作用而進行的細菌輔助堆浸出方法全部礦石或部分礦石的流程圖。在不滲透的浸出墊12上將浸染的硫化礦石堆積成礦石堆10。設想該浸染的硫化礦石可以經過一次或多次的預處理，例如凝聚，以提高其滲透性，或者經過某種形式的濃縮步驟以提高賤金屬的含量。
礦石堆10裝有並縫的通氣管14，插在礦石堆10的底部，為存在於浸染的硫化礦石中的細菌提供氧源和碳源。促使這些細菌在礦石堆中增殖和繁殖，進而氧化硫化礦。
預計本發明的方法可能需要不同種類的細菌繁殖於礦石堆中，而且這類細菌必需通過接種法引入於礦石堆中。這可以在堆積礦石堆10之前、期間或之後，通過添加包含優選細菌的溶液於要處理的材料中來實現。
在另一不滲透的浸出墊18上提供生物接觸器，如由比較惰性的廢棄巖石構成的第二礦石堆16。類似地，礦石堆16在接近其底部裝有開縫的通氣管20。礦石堆16接種了氧化亞鐵的細菌，如氧化鐵硫桿菌，其可以是也可以不是礦石堆16固有的。
提供浸出液池22，並分別利用重力進料管線24和26接收來自礦石堆10和16的浸出液。礦石堆10通過其中裝有泵30的進料管線28，接收來自浸出液池22的浸出液。沒有進料給礦石堆10的浸出液返回浸出液池22。
礦石堆16通過其中裝有泵34的進料管線32，接收來自浸出液池22的浸出液。沒有進料給礦石堆16的浸出液返回浸出液池22。
關於浸出液到礦石堆10和16的供給，優選將一致的且分布均勻的浸出液供給於礦石堆10和16的頂部或側面。在源於礦石堆16的重力進料管線26中提供放出管線36，並且用於從圖1所示的工藝流程中放出浸出液(與浸出液池22中的浸出液相比，此時的亞鐵缺乏)，使之進入金屬回收裝置。然後，可以利用常規的溼法冶金裝置從該浸出液中回收賤金屬。
據信，在圖1所示流程圖中的一定位置對浸出液進行加熱或冷卻可能是有利的。
作為選擇，預計所提供的生物接觸器也可以是填充柱或旋轉生物接觸器的形式。
在圖2所示的是根據本發明第二實施方案通過礦質化學營養細菌的作用而進行的細菌輔助堆浸出方法全部礦石或部分礦石的流程圖。該流程圖基本上與圖1所示的第一實施方案的流程圖相同，並且相同的數字代表相同的部件。
第一實施方案中的浸出液池22被惰性巖石池40和礦石池42等兩個池子替代。礦石池42通過重力進料管線44接收來自礦石堆10的浸出液。礦石堆10通過進料管線28接收來自池42的浸出液。未進料給礦石堆10的浸出液返回池42。
礦石堆16通過進料管線32接收來自惰性巖石池40的浸出液。未進料給礦石堆16的浸出液返回池40。池40通過其中安裝了泵48的重力進料管線45接收來自礦石堆16的浸出液。
來自惰性巖石池40的溢流通過溢流管線50進入礦石池42。來自礦石池42的液體除了進料給礦石堆10外，還通過中間管線52和進料管線32進料給礦石堆16。
在源於礦石堆16的重力進料管線46中提供放出管線52，並且用於從圖2所示的工藝流程中放出浸出液(與池42中的浸出液相比，此時的亞鐵缺乏)，使之進入金屬回收裝置。然後，可以利用常規的溼法冶金裝置從該浸出液中回收賤金屬。
據信，利用分立的池40和42可使該工藝具有比圖1所示工藝更大的適應性。例如，第二實施方案的礦石堆可以在不同的pH及亞鐵與三價鐵比例的條件下工作。
還可以預計，浸出液可優選地循環通過礦石堆10和16一次以上，以便提高所溶解的金屬的含量。而且可以證實，一定形式的pH控制是有利的。
仍可以進一步預計，浸出液中的全部或部分三價鐵可以方便地通過水合處理而沉澱，進而形成黃鉀鐵礬或針鐵礦，同時還生成酸，通常是硫酸。可以促使這種情況在遠離礦石堆10的位置發生，例如在礦石堆16中發生。
本發明的方法提供了從其硫化礦石中回收鎳及其它賤金屬(如鈷和鋅)的經濟方法。可以預期，根據本發明方法的生產賤金屬的資金和運行成本比常規的回收方法更有利。還可以預期，利用該方法可以沉積賤金屬品位較低的礦，而利用常規的或現有技術的方法在經濟上通常是不可行的。
下面將參照大量的實施例對本發明進行說明。但是，應當理解，下面的實施例不是對上述的本發明的一般性的限制。
實施例1進行實驗室規模的小型試驗性質的柱操作，以便嘗試最優化本發明第一實施方案的堆浸出方法操作條件。
在該實施例中，使用500kg來源於西澳大利亞(澳大利亞)Radio Hill礦床的浸染礦石樣品的原始試樣。該樣品先進行乾燥，然後破碎、混合併分裂成次級樣品，以便進行原礦分析、接種體繁殖、生物浸出最優化及小型試驗性質的試驗。已知該浸染礦石含有大約0.92％Cu、0.67％Ni和0.34％Co。
將次級樣品粉碎，並通過ICPMS分析CO32-、總S及31種元素。使用多種篩目至38微米的篩目對樣品的粒度分布進行分析。化驗粒度分析的每一部分的Ni和Cu的含量。各部分的粒度分布和化學分析結果見表2和圖1。
表1化學分析結果

表2篩子及有關RH浸染原礦的化學分析

起初對不同研磨粒度的礦石進行熱硝酸浸出試驗，以測定Radio Hill浸染礦石的最佳粒度範圍。據測定，為了充分暴露浸出的礦化作用，需要4目的研磨粒度(4.76mm)。如果通過破碎所產生的精細成分過高，則通常利用凝聚作用使其粗大化，以防止浸出期間可能存在的溢流。製備3.5kg-4目的破碎的礦石樣品，並將其裝填到3＂的塑料柱子中。泵入酸化水並將其噴入柱子中，以在溢流發生之前進行最大的滲濾。滲透試驗的結果見下面的表3表3Radio Hill浸染礦石的滲濾試驗

進行試驗以使浸出培養物的選擇和操作條件最優化。對不同的培養物、溫度條件、pH及最後的營養物添加進行試驗。用來最優化金屬萃取的黃銅礦培養物及固有培養物的試驗基質總結於如下的表4中
表4最優化試驗基質

每個試驗均在5升的通氣反應器中進行。每個容器中加有所製備的接種物3升和礦石樣品300克。容器在足以使固體保持懸浮的速度(450～500rpm)下進行攪拌。根據需要監測容器的溶解氧(DO)、pH、氧化還原電位(ORP)、Fe2+、Fe3+及Fe總計。加酸以保持所需的pH。從容器中取出溶液樣品並過濾，且使固體返回浸出容器中。
通過原子吸收光譜(AAS)分析溶液樣品的金屬濃度。待用H2SO4洗滌並乾燥之後，分析最終浸出殘餘物的Ni、Co、Cu、Fe和S。初步的最優化試驗結果示於下面的表5中。在50～60℃的溫度和1～1.8的pH下，利用申請人的(POT)接種物，在14～21天內可以得到大於90％Cu和Ni的萃取率。按類似的方式進行共萃取(corextraction)，儘管萃取率低一些，但也大於85％。
表5最優化試驗的結果

總共裝備7個浸出柱並運行。每個柱子裝填約3kg的樣品。加熱浸出柱以便控制所需的操作溫度。自頂部將接種物噴到柱子上，使之滲過試驗樣品。將浸出液收集在加熱的貯存容器(池)中。通過分配器提供空氣以使柱子和貯存容器適當地通氣。監測浸出液的DO、pH、ORP、Fe2+和Fe3+。根據需要加酸以保持所需的pH。按周取得溶液樣品。分析溶液樣品的Ni、Cu、Co和Fe。柱子運行63～208天。
9個柱子的操作條件及最終的萃取結果見下面的表6。在pH為1.4和50℃(試驗6)的條件下，獲得最佳的柱浸出結果，其中約80％的金屬在運行52天之後被萃取出來。實際以選擇1.8的pH作為試驗規模的操作條件，以便降低酸消耗(pH為1.8時，0.1噸酸/噸礦石；而pH為1.4時，0.2噸酸/噸礦石)。
表6柱試驗條件及浸出萃取率

柱子4和8分別用於研究三價鐵再生試驗和鐵沉澱試驗，作為增強方法的在礦石堆之外的單獨處理步驟。該柱子(3＂直徑×3′長度)裝填了約3kg的破碎成-1/4＂的惰性陶瓷鞍狀支撐物。將溶液泵至頂部並以100ml/分鐘的速度滲過柱子。將溶液收集在5升的容器中並再循環返回柱子。在正常的基礎上，檢測試驗4中的ORP，當溶液達到600mV時，加入另外的亞鐵FeSO4·7H2O。將循環保持4月以上，根據ORP約每2～4天加入亞鐵，起初的30天示於表7中。
表7三價鐵再生試驗(柱子4)

使用3kg基質的亞鐵再生柱將平均1.46g/天的亞鐵轉化成三價鐵，且範圍高達2g/天。根據這些數據可以預期，處理來源於1噸礦石堆的含金屬的溶液，需要1/4噸的惰性廢棄巖石。
實施試驗8，以便研究通過加強黃鉀鐵礬沉澱來控制溶液中Na和Fe的含量。在本發明的堆浸出方法中，擬以碳酸鹽的形式用碳酸鈣來沉澱鐵，並用Na2CO3沉澱剩餘的賤金屬。然後，可以使用含硫酸鈉的濾液沉澱出黃鉀鐵礬鈉。這可有效地防止陽離子積聚，從浸出工藝中取出鐵，且同時產生酸。可以預期，在實際中使用通氣的廢棄巖石堆就足以形成黃鉀鐵礬。初步結果見下面的表8表8黃鉀鐵礬沉澱柱(試驗8)

黃鉀鐵礬沉澱試驗的初步結果是肯定的。參照79～135天的柱子表明，總Fe和鈉逐步下降，預示發生了黃鉀鐵礬沉澱。
實施例II根據本發明的第一實施方案和圖1，建立直徑為4＂高為16′的柱子，以進行實驗性的堆浸出方法試驗。該柱子裝填了60kg破碎至-4目的礦石，礦石的總高度為15′。裝填之前，礦石用酸化水潤溼並充分混合，以確保精細的礦石分布均勻。酸化水滲過柱子，並且在加入接種物之前的起始的18天中，根據需要加酸，以保持pH為1.8。將自柱子底部排出的溶液泵回40升的貯存容器，然後再循環回來至柱子。使用POT黃銅礦接種物啟動柱子。3天之後，柱子溢流並將柱子轉換成向上溢流的方式。
將柱浸出的溢流傳送至直徑為6＂高為2′的三價鐵再生柱，將亞鐵轉化，然後回收金屬。第一階段的柱子在50℃、pH1.8下工作，且溶液流速為0.085m3/小時/m2(11.0ml/分鐘)。第二階段的再生柱在45℃、pH1.8下工作，且溶液流速取決於三價鐵的再生速度。柱子運行72天。試驗柱及三價鐵再生試驗的結果分別示於表9和表10中。最終的金屬萃取率為Ni71.8％，Co66.8％，Cu59.6％，Fe23.9％和S 18.4％。
表9實驗性的柱試驗結果

表10三價鐵再生試驗的結果

實施例III在根據本發明第一實施方案和圖1構建的實驗裝置上進行進一步的試驗，包括5000噸由前述Radio Hill浸染礦石組成的礦石堆。圖4示出了經過一段時間之後液體貯存池中的三價鐵、亞鐵和總鐵量。添加了兩條表示趨勢的曲線，其一示出了液體貯存池中存在的亞鐵A的六天滾動平均值，另一條示出了液體貯存池中存在的三價鐵B的六天滾動平均值。
通過檢查，亞鐵A的滾動平均曲線示出了三個截然不同的發生亞鐵轉化的時期●第1階段-6/6/00→14/6/00●第2階段-18/7/00→28/7/00●第3階段-18/7/00→15/8/00第1階段在100L/m2/小時的衝洗速度下運行，第2和3階段的衝洗速度為10～50L/m2/小時。在第3階段期間，發現了系統的一些中斷，並預期這些中斷在進行的基礎上操作三價鐵發生器時必須考慮到。這三個時期可用於評價堆浸出方法的運行。
由圖4的趨勢曲線外推了貯存池中存在的三價鐵和亞鐵的量，以提供給定日期的每種鐵的數值，見下面的表11。重要的是應該強調，這些數值不說明礦石或廢棄礦石堆中含有的鐵量。假設廢棄礦石堆中的液體完全是三價鐵，在速度計算時無須考慮礦石堆。
表11由滾動平均曲線外推的在給定日期貯存池中存在的亞鐵和三價鐵的含量

通過檢查每一時期的速度曲線發現，亞鐵的轉化速度在第1階段期間較高，在第2階段期間略低，在第3階段期間最慢。由於溶液中的總鐵含量在第1階段期間最高，這表明溶液中的高總鐵含量不妨礙亞鐵的轉化速度。
通過檢查第1階段和第2階段及第1階段和第3階段的鐵轉化速度發現，存在略微的變化，這看起來取決於進料溶液的衝洗速度。
下面的表12說明了每一時期不同流速下經過三個時期的轉化速度。所列的流速是經過每一時期的平均流速。
表12不同流速下的三價鐵的轉化速度

重要的是應當注意到，沒有考慮在三價鐵產生堆中沉澱的鐵，因此很可能實際上的亞鐵轉化速度顯著地高於表12中所列出的。該結果暗示，礦石堆的最大容量位於100L/m2/小時以上或65～100L/m2/小時的流速。該結果表明，對於給定的礦石堆，亞鐵的轉化速度取決於礦石堆的衝洗速度。溶液中鐵的總含量看起來對鐵轉化速度沒有有害的影響。
圖5描述了從實施例III的礦石堆中鎳的回收率。
對本領域的技術人員來說是顯而易見的修改和變換被認為是在本發明的範圍之內。
權利要求
1.一種細菌輔助的堆浸出方法，其特徵在於包括以下步驟提供礦石堆，其中氧化硫化礦；提供生物接觸器，該接觸器接種了氧化亞鐵的細菌；提供至少一個浸出液池，以將浸出液供給兩個礦石堆，並接收來自這兩個礦石堆的浸出液；及放出部分浸出液，並將其傳送至金屬回收裝置。
2.根據權利要求1的細菌輔助的堆浸出方法，其特徵在於一個或兩個礦石堆都在其底部或接近底部的位置通氣。
3.根據權利要求1或2的細菌輔助的堆浸出方法，其特徵在於所述生物接觸器是以第二礦石堆的形式提供的。
4.根據權利要求3的細菌輔助的堆浸出方法，其特徵在於該第二礦石堆是由比較惰性的廢棄巖石構成的。
5.根據任一前述權利要求的細菌輔助的堆浸出方法，其特徵在於所述第二礦石堆接種了氧化鐵硫桿菌或類似的細菌。
6.根據任一前述權利要求的細菌輔助的堆浸出方法，其特徵在於所放出的浸出液取自第二礦石堆。
7.一種從硫化礦或其部分中回收鎳和其它賤金屬的方法，其特徵在於以下步驟在堆浸出中氧化硫化礦，以產生浸出液；及氧化堆浸出的浸出液中的任何亞鐵，然後從中回收賤金屬。
8.根據權利要求7的方法，其特徵在於硫化礦或其部分的氧化是通過礦質化學營養細菌的作用實現的。
9.根據權利要求7或8的方法，其特徵在於浸出液中的亞鐵的氧化是通過使其經過另一接種了氧化亞鐵的細菌的礦石堆來實現的。
10.根據權利要求9的方法，其特徵在於該另一礦石堆是由比較惰性的廢棄巖石構成的。
11.根據權利要求7至10中任一項的方法，其特徵在於浸出液通過礦石堆的再循環超過一次，以增加溶解於其中的金屬的含量。
12.根據權利要求7至11中任一項的方法，其特徵在於通過水合作用使浸出液中的至少部分三價鐵沉澱。
13.根據權利要求12的方法，其特徵在於浸出液中的鐵沉澱形成黃鉀鐵礬或針鐵礦及酸。
14.根據權利要求12或13的方法，其特徵在於所述的鐵沉澱發生在廢棄的巖石堆中。
全文摘要
一種細菌輔助的堆浸出方法，其特徵在於包括以下步驟提供礦石堆，其中氧化硫化礦；提供生物接觸器，該接觸器接種了氧化亞鐵的細菌；提供至少一個浸出液池，以將浸出液供給兩個礦石堆，並接收來自這兩個礦石堆的浸出液；及放出部分浸出液，並將其傳送至金屬回收裝置。
文檔編號C22B3/18GK1409772SQ00817169
公開日2003年4月9日 申請日期2000年11月24日 優先權日1999年12月15日
發明者科林·J·亨特 申請人:太平洋礦產技術澳大利亞有限公司