生物化學氧化系統及工藝的製作方法
2023-06-13 17:06:31 4
專利名稱：生物化學氧化系統及工藝的製作方法
一般來說，本發明涉及處理金屬礦石漿料的系統，而特別是涉及用於從金屬礦石中去除硫化物的生物化學氧化系統。金屬礦石是一種無機礦石，而且一種涉及應理解為包括無機礦石的金屬礦石。
近年來，在金屬精煉行業中，為從含金屬的礦石中去除不可溶的硫化物，開發了數種系統和工藝。在通過生物化學氧化或生物學氧化(下文稱之為生物化學氧化工藝或系統)將硫化物轉變為可溶的硫酸鹽以去除硫化物方面已取得了特有的進步。隨後可使此可溶的硫酸鹽容易地與剩餘的礦石分離，以便有效地進行後續的去除及對有價礦石金屬，如金、銅或鎳的回收。硫化物夾附著所需的金屬(如Au)，並妨礙其用常規方法回收(如CN浸提)。硫化物的氧化使金屬「自由」，從而可提高回收百分比。
在工業規模的生物化學氧化系統中，製備液體礦漿，然後與必需的生物化學氧化營養素及微生物的液態懸浮體或分散體，如選出來使硫化物被有效氧化的細菌微生物一起供入以適宜的尺寸製造的生物化學氧化反應容器中。這些微生物必須生長和發育到令人滿意的濃度水平，以便於此液體在反應容器或反應罐中的滯留時間內去除不溶的硫化物達到所希望的高的程度。微生物氧化硫化物的效率主要取決於罐中的液體混合物中溶解氧的可獲得性。生物化學氧化工藝對溶解氧的需求相當大，因為將不溶的金屬硫化物氧化成相應的可溶的金屬硫酸鹽，按化學計量比的需氧量很高。高度的氧需要量的例子是將鐵的硫化物生物氧化成硫酸鐵及硫酸，如下所示4FeS2+15O2+2H2O=2Fe2(SO4)3+2H2SO4因此，礦漿中的微生物可被提供的，供應溶解氧的速率決定了將硫化物氧化成可溶硫酸鹽的速率。換言之，微生物可得到的溶解氧量降低，則導致生物化學氧化速度降低，因而，為進行硫化物向硫酸鹽的充分的轉變，需要增加礦漿在生物化學氧化系統中的滯留時間。
為在工業規模的生物化學氧化系統中控制氧的攝取速率，設計了多種通氣系統和發明了多種通氣方法。如，授予Reid等人的美國專利5,102,104公開了一種生物學轉變設備，其中，將生物學轉換介質與生物學轉換組份，如空氣，在置於圓柱形罐中的多個混合組件內充分混合，該罐有一開口的頂端，從此空氣與生物學轉換介質一起被抽入混合組件中。Reid等人的生物化學氧化系統提出礦漿和生物學轉換介質在罐內的全部滯留時間為約60小時，以便達到漿料中所含金屬的回收率約90％。在授予Reid等人的美國專利5,006,320中，公開了一種用於回收有價礦物的微生物氧化工藝。該工藝是生物學氧化含硫化物的礦石中的硫化物的工藝。該工藝也在生物氧化步驟中採用對礦漿通氣，其中，從空氣向基本上與授予Reid等人的在前面引用的專利中所述的系統相同的混合組件提供氧和二氧化碳。授予Hackl等人的美國專利4,987,081公開了一種氧化多金屬硫化物礦石的化學/生物學工藝。Hackl等人的工藝提出在噴空氣進行攪動的罐中浸提磨細的礦石時，用含在不同的工藝階段或罐中的三種不同類型的細菌達到高達98％的硫化物氧化。
在上面列舉的對比文獻中，用空氣向在生物化學氧化系統中進行的微生物氧化過程提供氧。鑑於在充分有效的生物化學氧化工藝中對氧的按化學計量比計算需要量很高，所以使生物化學氧化系統運行，以便將不可溶的硫化物轉變為可溶的硫酸鹽的主要費用是與向含微生物的液體混合物供應足夠的溶解氧相關的費用。此外，經濟地向微生物供應足夠濃度的溶解氧的能力常限制了氧化速度，因而需要增加液體混合物在罐中的滯留時間，以便基本上將不溶的硫化物轉變成硫酸鹽。因此，即使用於向含生物化學氧化介質的礦漿中鼓氣的有效的通氣系統，其效用也受到從空氣可向該系統供氧速率的限制。
因而，提供從金屬礦石中去除不溶的硫化物的生物化學氧化系統是必要的，就該系統而言，可以經濟地向其提供高速率的溶解氧並將高速率的溶解氧有效地引入盛有由金屬礦石的液態漿料和液態生物化學氧化介質構成的液體混合物的生物化學氧化反應器中。
本發明的目的在於提供一種用於從金屬礦石中去除不溶的硫化物的液基生物化學氧化系統，其中將提純的氧氣經濟而有效地用作一種通氣介質，以便按測定的溶解氧的速率將其供入由金屬礦石的液體漿料和液體生物化學氧化介質組成的液體混合物中。
本發明的另一目的在於提供一種液基的生物化學氧化系統，其中經提純的氧氣和經提純的二氧化碳的混合物被供往流經多個串聯連接的帶蓋的罐的液體混合物中。
本發明的又一目的在於提供一種液基的生物化學氧化系統，它是由多個串聯連接的帶蓋的罐構成的，其中，使至少一部份含於排自最後的罐的液體混合物中的生物化學氧化介質與該液體混合物分離，然後經第一罐再循環到這些罐中。
本發明的所有目的都是以用於從金屬礦石中去除不溶的硫化物的生物化學氧化系統和工藝完成的，其中，使礦漿和液態生物化學氧化介質的液體混合物流過數個串聯連接的帶蓋的溢流罐。這液體混合物由設在形成於罐中的通氣室內的表面鼓氣器連續通氣。引入通氣室中的通氣氣體是經提純的氧氣和提純的二氧化碳氣的混合物。通氣氣體中的氧含量範圍可從空氣(21％的O2)到大致為純氧(99+％)的含量範圍，而且供入的氣體可為「純」O2或O2加空氣。但，取決於礦物學和總的工藝要求，處理結果的範圍可從「無硫化物」至不到100％的硫化物氧化。所要求的硫化物氧化的百分比隨所採用的礦物工藝而變化，並且為該工藝與所要求的硫化物氧化百分比的相關性，而且它可取決於進一步的或可選擇的下步處理。可將基本上無硫化物的液體混合物從最後的罐排入澄清器中，在其中至少部分生物化學氧化介質與液體混合物分離，以便再循環到生物化學氧化罐中。
圖1是根據本發明的一個目的，用於從金屬礦石中去除不溶的硫化物的生物化學氧化系統的示意性側視圖，其中礦漿和生物化學氧化介質的液體混合物流過多個串聯連接的帶蓋的罐，該液體混合物由設於罐內的通氣室內的表面鼓氣器通氣；圖2是圖1中所示的生物化學氧化系統的示意性側視圖，其中基本上無硫化物的液體混合物被排入澄清器，以便按本發明另一目的將至少一部分生物化學氧化介質回收及再循環至各罐中。
圖1描繪了用於從金屬礦石去除不可溶的硫化物的生物化學氧化系統的示意性側視圖。標號為10的生物化學氧化系統具有幾個液體相通的罐22、24和26，第一罐22與第二罐24用溢流檔板23隔開，第二罐24與最後罐26用溢流擋板25隔開。這些罐被蓋子28蓋住，在圖1中蓋28是按支撐著中心地設在罐22上的表面鼓氣器52，中心地設在罐24上的表面鼓氣器54和中心地設在罐26上的表面鼓氣器56被描繪的，與各個鼓氣器相連的驅動電機M裝在蓋28的外表面上。
在罐中標號為36的液體混合物有一共同的上水平面37，共同的上水平面由溢流擋板23和25限定。液體混合物36由經漿料輸入口32連續供入第一罐22的液體漿料33和經生物化學氧化介質輸入口34連續供入的液體生物化學氧化介質35組成。含金屬的液體礦漿33和生物化學氧化介質35由本技術領域內公知的上遊處理系統製備，為使圖面清楚，圖中未展示此系統。液體漿料33可含適當的營養素，而液體的生物化學氧化介質含有經適當選擇的微生物，如適當選擇的細菌的懸浮物或分散體，而且液體漿料33和液體的生物化學氧化介質35以適當控制的流量供入第一罐22，以確保在罐中的液體混合物36達到和保持漿料中的所需的生物化學氧化介質的濃度。
僅出於說明的目的，該第一罐22中的液體漿料33中所含的不溶的硫化物的相對高的濃度用相對密集的帶點圖形標在液體混合物36上。當液體混合物36從第一罐22經第二罐24流到最後罐26時，不溶的硫化物的濃度，如這些罐中的點的密度逐漸下降那樣逐步下降。利用液體漿料33和液體的生物化學氧化介質35的供應速度、溢流擋板25和23中的尺寸適當的開口(在圖1中無特殊標號)，及設在最後罐26上的尺寸適當的排放口38，建立起從第一罐22流經最後罐26的穩定而連續的液體混合物36流。經排放口38排出的基本上無硫化物的液體混合物排放物39離開該系統，以便進一步處理(未示)。
形成一個通氣室46，它沿垂直方向在液體混合物36的上水平面37和蓋子28之間延伸，並沿橫向從第一罐22延伸至最後罐26。由經提純的氧氣和1-5％(體積)提純二氧化碳氣組成的提純氣體的混合物41在第一罐22處，經壓力傳感器和控制閥組件42及氣體入口44被引入通氣室46中。提純氣體的混合物41以適當選擇的氣體流量在通氣室46中，從第一罐22連續流過最後罐26。其餘量的提純氣體混合物41及在此生物化學氧化系統10中產生的其它的氣態產物作為廢氣49經設在最後罐26中的廢氣排放口48從此系統排出。
雖然氣體入口44及廢氣排放口48是按設在蓋28上那樣展示的，但很容易理解，可將這些氣體口設在第一和最後罐22和26的側壁上(未特別標明)，分別設在各罐漿料輸入口32和排放口38的上方，以便進入和離開通氣室46。在任何情況下，提純氣體的混合物41的流和液體混合物36的流在沿從多個罐中的第一罐22經過最後罐26的方向行進時，此氣體流和液體混合物流為一股合流是適宜的。
各個相同的表面鼓氣器52、54和56經通氣室46伸入各相應罐中的液體混合物36的共同上水平面37內。由於驅動電機M的驅動，表面鼓氣器從各罐中抽取部分的液體混合物36，然後分別產生液體混合物36的液滴流股53、55和57。這些液滴流在各罐22、24和26中經通氣室46射出，從而將由提純氣體的混合物41供於通氣室中的提純的氧氣和提純的二氧化碳氣夾帶和吸附在液滴表面上。具有被吸入此液滴內的氣體的液滴流又進入液體混合物36的共同上表面中，從而向液體混合物36中的液體生物化學氧化介質35供以溶解氧及溶解的二氧化碳。適用的表面鼓氣器的葉輪可以是帶斜度的葉片渦輪機的葉輪，或是徑向流動型的，可購自LIGHTNIN(General SignalCorporation的一個單位)(Rochester,N.Y.,U.S.)的A200和R335型的葉輪。這種用於噴射提純氧氣和1-5％(體積)的提純CO2氣體的提純氣體的混合物的鼓氣系統明顯地提高了它向單位體積被處理礦漿傳質(氣體)的能力，以及降低了向罐中的生物化學氧化介質供應溶解氧和溶解的CO2的總費用。換言之，本發明的系統可向此液體混合物提供大致為化學計算量的溶解氧(使硫化物基本上完全氧化(硫化物向硫酸鹽的轉變)的量，同時還為細菌的生長和呼吸提供了增多的溶解的CO2)，從而達到了提高從流體混合物36中去除硫化物的速率的目的，其運行費用比只用空氣作供應氣體的現有技術系統的相關運行費用低。
除採用提純氧進行通氣外，氣體混合物41還含1-5％(體積)的提純的CO2氣體。CO2是碳的來源，它通過形成新細胞質的另一種營養素促進或加強生物化學氧化介質中的微生物的生長，並按以下化學反應提供另外的氧
向液相傳遞CO2控制了該系統中的微生物的生長速度，由於CO2傳遞的增加導致了細菌微生物生長速度的增大，因而，將導致硫化物氧化和去除速度的增加。舉例來說，在提純氧供入氣體中僅3％(體積)的CO2濃度使得向該液體混合物36中的生物化學氧化介質的傳遞CO2的速率，與常規的僅提供約0.03％(體積)的CO2濃度的空氣鼓氣相比，提高了約100倍。因此，由於在通氣室46中通過表面鼓氣器52、54和56鼓入了提純氣體的混合物41而向液體混合物36提供了有效的通氣，這就增加了該生物化學氧化介質中的微生物的生長速度及該系統中不溶的硫化物被氧化成可溶的硫酸鹽的總的氧化速度，從而可將處理時間和/或反應罐尺寸降低而達到所期望的去除硫化物的程度。
現參看圖2，其中展示了圖1中的生物化學氧化系統，其中同樣的標號指代同樣的部件或同樣的功能。其鮮明的特點是標號為60的澄清器，它收納來自生物化學氧化系統10的排出口38的液體混合物的排出物39。澄清器60可以是重力沉降型的澄清器，而且也可以是用於使固-液分離的不同類型的裝置，如過濾型的或離心力型的澄清器，其中最好使液體生物化學氧化介質35的一部分65與此液體混合物分離。術語「澄清器」包括任何這種澄清器的不同類型。經過澄清的排出物69經澄清器排放口68被導向其它的處理裝置(未示)。生物化學氧化介質的被分離的部分65從澄清器經生物化學氧化返回口62由泵66抽出，以便經導管64再循環至第一罐22的生物化學氧化介質輸入口34。至少部分生物化學氧化介質的再循環又增加了各罐內的液體混合物36中的生物化學氧化介質的濃度，因而進一步加大了生物化學氧化系統10中的生物化學氧化速度。
很明顯，在用空氣鼓氣的生物化學氧化系統中，使生物化學氧化介質再循環不是希望的或有益的，因為與罐中的生物化學氧化介質濃度的增加相匹配的增加傳氧速度的需求不能用空氣鼓氣達到。就向供入的空氣中添加CO2而言，空氣鼓氣系統存在同樣的限制。此外，空氣鼓氣系統中的CO2利用效率很低，因而與加CO2相關的費用很高。本發明的生物化學氧化系統克服空氣鼓氣系統中的這些制約因素，本發明的系統採用提純的氧氣和提純的CO2氣向液體混合物通氣，而且其中的被導向該系統的高純度氧氣和CO2氣達到了高的利用率。
雖然以特定的較佳實施方案陳述了本發明，但仍可向本領域中的普通技術人員推薦各種變更和改進。比如，可選擇生物化學氧化系統中的罐的數目，以便根據特定礦石中的硫化物濃度達到從礦漿中去除最多的硫化物。還有，除表面鼓氣器之外的氣-液接觸型的設備，也可用於該系統中的各罐中，而仍然能體現本發明的益處。因此上述的敘述應被理解為說明性的，而且不具限制性的含義。
權利要求
1．用於從金屬礦石中去除不溶的硫化物的生物化學氧化系統，其中使用由金屬礦石的液體漿料和液態的生物化學氧化介質組成的液體混合物，在連續通氣的條件下，經多個連接的罐從第一罐流向最後罐，結果從最後罐的排放口提供一種基本上無硫化物的液體混合物，從而加強所述礦石的回收，該系統的特徵在於多個罐被串聯連接，並且液體相通地連通，從而限定液體介質的共同的上水平面；將一個蓋子與該液體介質的共同上表面上方空間相隔地置於各罐上面，在該蓋和液體混合物的共同上水平面之間形成通氣室，而且該室從第一罐橫向延伸至最後罐；表面鼓氣器在多個罐中的每一個上面的中心部位處，經通氣室伸入此液體混合物的共同的上水平面，以便向其中的液體混合物通氣；在第一罐處設置將經充分提純的氣體引入通氣室，以便對此液體混合物通氣的裝置；及在最後罐處設置從通氣室排放廢氣的裝置。
2．權利要求1的生物化學氧化系統，其特徵為用於引入提純氣體的裝置包括連接在第一罐的氣體入口和用於供應該提純氣體的氣體供應系統間的壓力傳感器及控制閥；及該提純氣體包括提純的氧氣和提純的二氧化碳氣的氣體混合物。
3．權利要求2的生物化學氧化系統，其特徵為，在該氣體混合物中的提純氧氣含1-5％(體積)的提純的二氧化碳氣。
4．權利要求1的生物化學氧化系統，其中的液體生物化學氧化介質含有分散在一種液體中的生物學微生物。
5．權利要求1的生物化學氧化系統，其中將液體礦漿供於設在第一罐處的漿料輸入口處，將液體生物化學氧化介質供於設在第一罐處的生物化學氧化介質輸入口處，被供於各自輸入口的液體漿料及液體生物化學氧化介質充入多個被連接的罐中，結果達到該液體混合物的共同上水平面，並在該液體混合物流過多個罐時，保持罐中的此液體混合物的共同上水平面。
6．用於從金屬礦石中去除不溶的硫化物的生物化學氧化系統，它包括，多個串聯連接的溢流罐，這些罐適於使液體混合物以該液體混合物的被確定的共同上水平面經其間流動；設在這些罐之上的，與該液體混合物的共同上水平面上方空間相隔的蓋；形成於該蓋和罐中的該液體混合物的共同上水平面間的通氣室，該室從多個罐中的第一罐橫向延伸至最後罐；在多個罐中的每一個上面的中心部位，經通氣室伸入該液體混合物的上水平面的，用於連續對其中的該液體混合物通氣的表面鼓氣器；在第一罐上的，用於將含金屬硫化物的金屬礦石的液體礦漿供入各罐，並保持這種漿料經各罐流動的漿料輸入口；在第一罐上的，用於將適於從該漿料中去除不溶的金屬硫化物的液體生物化學氧化介質供入各罐中，並保持這種生物化學氧化介質經各罐流動的生物化學氧化介質輸入口；由該液體漿料和生物化學氧化介質組成的液體混合物；在最後罐上的，用於排放基本上無硫化物的液體混合物的排放口；與該排放口相連的，用於收納該基本上無金屬硫化物的液體混合物的澄清器，該澄清器適於將至少一部分該液體生物化學氧化介質與該液體混合物分離，被分出的部分被供于澄清器的生物化學氧化返回口處；用於將生物化學氧化介質的被分出的部分從該澄清器的生物化學氧化返回口再循環至第一罐上的生物化學氧化介質輸入口的裝置；用於將充分氧化礦石中的硫化物，以便進一步加強對礦石處理的提純氣體混合物引入通氣室的，位於第一罐上的氣體入口處的裝置，該混合物包括含基本上為純氧的氧氣和1-5％(體積)的提純的二氧化碳氣；及用於從通氣室中排出廢氣的，位於最後罐上的氣體排放口處的裝置。
7．權利要求6的生物化學氧化系統，其中的液體生物化學氧化介質包含分布在一種液體內的生物學微生物。
8．用於從金屬礦石中去除不溶的硫化物的生物化學氧化工藝，它包括的步驟為提供多個串聯連接的，用於使液體混合物以其共同的上水平面經各罐流動的溢流罐；在這些罐上面，與該液體混合物的共同上水平面上方空間相隔地設置一個蓋；在該蓋和該液體混合物的共同上水平面之間形成一通氣室，並使其從多個溢流罐中的第一罐橫向向最後罐延伸；將由含金屬硫化物的金屬礦石的液體漿料和液體的生物化學氧化介質組成的液體混合物充入各罐；將經充分提純的提純氣體的混合物引入通氣室中，以加強硫化物的去除；用該提純氣體的混合物對各罐中的液體混合物通氣；從最後罐將基本上無硫化物的液體混合物排入澄清器中；在此澄清器中，將至少一部分液體生物化學氧化介質與該液體混合物分離；及將此部分液體生物化學氧化介質再循環至多個罐中的第一罐。
9．權利要求8的工藝，其中該填充步驟包括的步驟為將金屬礦石的液體漿料經漿料輸入口供入第一罐；及保持該液體漿料經各罐的流動。
10．權利要求8的工藝，其中的填充步驟還包括的步驟是通過生物化學氧化介質輸入口將液體的生物化學氧化介質供入第一罐中；將再循環的液體生物化學氧化介質供入第一罐；保持該液體生物化學氧化介質和再循環的液體生物化學氧化介質經過各罐的流動。
11．權利要求8的工藝，其中的引入步驟包括的步驟是在第一罐的氣體入口處引入提純的氧氣和1-5％(體積)的提純的二氧化碳氣的混合物。
12．權利要求8的工藝，其中的通氣步驟包括的步驟是在多個罐中的每一個上面，中心地設置一表面鼓氣器，以便使其經過形成於該蓋和液體混合物的共同的上水平面間的通氣室延伸，然後伸入該液體混合物的共同的上水平面；及對此液體混合物進行表面通氣。
13．權利要求8的工藝，其中的通氣室形成步驟包括的步驟是，在多個罐中的最後罐處，從通氣室中排出廢氣。
14．在具有盛放欲被處理的液體混合物的罐的生物化學氧化系統中的改進，它包括在該罐內的液體混合物表面上方的，含有欲與所述的液體混合物混合的氣體的通氣室，及設在所述室中的，用所述氣體對所述液體混合物進行有效通氣的表面鼓氣器葉輪。
15．權利要求14的改進，其中所述的室由所述的罐和所述罐上的蓋限定。
16．權利要求14的改進，其中所述的液體混合物由金屬礦石的液體漿料和液體的生物化學氧化介質組成，而且所述的氣體是氧氣和二氧化碳氣的混合物。
全文摘要
用於從金屬礦石中去除不溶的硫化物的生物化學氧化系統及工藝。礦漿和液體的生物化學氧化介質的混合物流經多個串聯連接的帶蓋的溢流罐。當將提純氧氣和提純的二氧化碳氣的混合物引入形成於罐內的通氣室中時,該液體混合物在該室內用此氣體混合物連續通氣。基本上無硫化物的液體混合物從最後罐排入澄清器,在其中至少部分生物化學氧化介質與此液體混合物分離,以便再循環至罐中。
文檔編號C02F3/34GK1224066SQ9812693
公開日1999年7月28日 申請日期1998年12月23日 優先權日1997年12月23日
發明者J·R·麥克沃特, J·L·斯坦頓, P·M·庫伯拉 申請人:通用信號公司