生物堆浸方法技术

本发明专利技术涉及生物堆浸方法，其中当矿堆中的温度在４５℃到６０℃范围内时，将碳以碳酸盐、二氧化碳或有机碳的形式加入到矿堆中，以提高微生物活性，因此使矿堆温度升高到６０℃以上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术总的来讲涉及从矿石中回收一种或多种金属的。在下文中，本专利技术具体阐述了关于从低品位边缘矿(例如低于0.7％铜)回收铜，该边缘矿含有难熔的原生硫化物矿物，例如黄铜矿。然而，这仅仅是举例说明，本专利技术的原理可用于从不同矿石回收不同金属的其它合适情形之中。铜的生物堆浸法是微生物(细菌和古生菌)介导的浸出工艺，其中该微生物将二价铁氧化为三价铁；三价铁促进对硫化物的初始侵蚀，同时硫氧化微生物将还原硫物质进一步氧化为硫酸盐；微生物氧化此硫物质引起热释放；产生的热对后续浸出工艺有重要的意义，尤其是对于在低温(45℃以下)时不能很好浸出并且需要高达65℃的较高温度才能达到令人满意的浸出率的原生铜矿物，例如黄铜矿；产生酸，这对于浸出工艺及将铜保留在溶液中很重要。为达到升高有益于黄铜矿堆浸的矿堆温度，需要生物浸出微生物的序贯群体(sequential population)。这一点很必需，因为在矿堆开始时的环境温度下占主导地位的微生物在高温下不能生长，并且对生物浸出工艺无贡献。举例而言，最适温度为35℃的微生物菌株在45℃以上温度时活性会相当低，而最适温度为65℃的菌株在45℃时活性也会相当低。氧气和二氧化碳以空气形式提供给矿堆，这在本领域中众所周知。微生物学及化学氧化反应需要氧气，而二氧化碳作为碳源为微生物所需。需要使用能升高温度到最佳状态的序贯微生物群体，以将矿堆温度从环境温度提高到可进行黄铜矿浸出的温度。温度上升起因于细菌和古生菌氧化硫产生的热。已知除了回收铜外，还通过监测从二价铁到三价铁的转化率来评价矿堆中的生物浸出活性。通过测量溶液中二价铁与三价铁的比率或者通过监测氧化还原电势(其为二价铁与三价铁比率的函数)，二价铁氧化率指标可相当容易地自从矿堆排出的含贵重矿物的溶液中获取。专利技术概述本专利技术提供一种操作微生物介导的矿石堆浸工艺的方法，该方法包括以下步骤当矿堆中碳供给成为对微生物活性的限制并因此成为对通过硫氧化产热的限制时，改变至少一个操作参数，以升高所述矿堆温度。可通过将任何合适形式的碳加入到矿堆中来改变一个或多个操作参数。举例而言，碳可作为二氧化碳加入，例如通过富集空气流中所含有的二氧化碳并将其提供给所述矿堆。碳可任选地或另外以加入到矿堆中的含碳酸盐矿物的形式来提供，或以低廉有机碳(例如糖蜜、酵母提取物)形式来提供，等等。可任选地或另外通过加热矿堆来改变操作参数。这可以用任何适当的方式做到，例如通过加热提供给矿堆的冲洗液；通过加热提供给矿堆的空气；通过日光加热矿堆；通过给矿堆施用绝热以降低热损耗等等。为了加热矿堆，也可使用国际专利申请第PCT/ZA2001/00154号说明书所阐述的任一技术。该说明书的内容通过引用结合到本说明书中。本方法可包括以下步骤监测所述矿堆以检测降低的微生物活性，一旦检测到这一点就开始改变操作参数。可通过比较流入与流出的二氧化碳浓度来监测碳限制。此监测可与该矿堆的放热监测共同实施，因为这将进一步确定生长限制。若二氧化碳到了极限，则加入碳将有益于微生物生长与产热。在45℃到60℃范围内，测量二氧化碳并不那么有意义，因为微生物并不是非常有效地固定二氧化碳，而且因为在该温度需要提供的碳的重要部分可由在先前较低温度生长范围已积累的腐败细菌释放的碳化合物来提供。在该温度范围内，将通过监测矿堆中的放热来更准确地检测微生物生长限制。这可以用任何适当方式进行，例如可使用国际专利申请第PCT/ZA2004/000025号说明书(其内容通过引用结合到本说明书中)所阐述的堆浸模拟柱。在45℃到60℃范围内，一旦产热率停止降低，则说明要补充中等嗜热微生物外加有机碳(例如以酵母提取物形式)，因为已经证明，对于刺激这些微生物的生长来说，有机碳比二氧化碳更有效。因此，可在实验室条件下模拟矿堆操作以确定明显降低微生物活性的环境，然后将该信息用于本专利技术方法中以确定操作参数改变的点。或者，改变操作参数这一步可在具体或预先确定的温度例如45℃开始，已知在这一温度以上，由于微生物活性，产热率降低到不能接受的水平。附图简述根据附图，通过实例对本专利技术作进一步说明，附图中附图说明图1用示意图描绘了起因于还原硫物质氧化的产热过程；图2用示意图描绘了本专利技术基于的原理；图3为实现本专利技术方法的方式的框图表示。优选实施方案说明本专利技术基于实验室试验结果认识到并揭示出，二氧化碳与氧气这两种化合物在矿堆中消耗的CO2∶O2比率是这些化合物在空气中存在的比率的大约10倍，因此使得二氧化碳而不是氧气成为微生物生长速率的最大限制因素(在不存在其它限制时)，由此也是产热的最大限制因素。另一因素是在矿堆中微生物活性效率，也就是亚铁氧化和硫氧化并不以彼此固定的关系发生。因此，令人满意的微生物亚铁氧化率并不意味伴有的微生物硫氧化率也将令人满意。尽管这些过程有关联，且通常由同一类微生物同时履行，但在未达最佳标准的微生物活性条件下，这些反应的相对速率及其受到影响的程度并不固定为恒定比率。与在本专利技术导言中谈及的实践相反，硫氧化率不能从亚铁氧化率推断出的原因有很多种。这些原因包括下列(a)与这些化合物有关的微生物能量学是不同的，即从还原硫物质氧化产生的能量大于从亚铁氧化产生的能量；(b)参与的酶不同；(c)某些微生物菌株仅有亚铁氧化能力，而其它的仅有硫氧化能力；(d)活性菌株和负责氧化过程的酶对占优势的环境条件通常具不同的动力学反应；(e)在堆浸过程中亚铁比还原硫物质更易变，因此增加了前者微生物氧化的概率。同样，当接触矿石的溶液中的大部分铁是以三价铁状态而不是以亚铁状态时，微生物活性的影响几乎完全针对硫氧化现象(由此产热)，其随后对铜浸出动力学有影响。这一影响的检测及解释都不容易完成。另一因素是亚铁氧化率似乎不如硫氧化率对微生物混乱环境敏感，由此使得监测二价铁/三价铁比率(或氧化还原电势)成为很差的硫氧化预报器(predictor)。在生物浸出工艺中，开始接种于矿堆中的微生物群体由于微生物生长而繁殖。随着微生物浓度增加，对作为碳源的二氧化碳的需求也增加。通过监测南非专利申请第2003/9936号说明书所述类型的堆浸模拟柱(接种的总细胞浓度为3×1010个细胞/吨)中二氧化碳和氧气消耗率获得的数据显示，在100天时期内二氧化碳消耗率可达到0.15克CO2/小时/吨，氧气消耗率为8.1克O2/小时/吨(气流速率为0.23Nm3/小时/吨)，使用直径12毫米的矿石粒度，其中黄铁矿含量为3％(w/w)，总铜含量为0.6％(w/w)，而其中50％铜是以辉铜矿或靛铜矿存在，其余的50％为黄铜矿。微生物消耗的二氧化碳质量与微生物消耗的氧气质量比率大约为0.0185。通过供风系统提供给浸出过程的二氧化碳事实上100％消耗掉，而仅消耗大约20％氧气。从这一观察报告及空气中二氧化碳质量与氧气质量比率约为0.0022这一事实来看，很显然可用二氧化碳很可能在可用氧气成为限制之前成为微生物生长的限制。当使用典型的0.02-0.08Nm3/小时/吨的矿堆空气流速时可能无法达到最佳微生物生长速率和与硫氧化有关的产热。空气流速通常超出该范围(除其它因素之外，其视矿石硫化物含量而定)，因为需要保存和维持矿堆内的热量，即高空气流速有冷却矿堆的倾向，由此应该限制空气流速以维持矿堆内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作微生物介导的矿石堆浸工艺的方法，该方法包括以下步骤：当矿堆中碳供给成为对微生物活性的限制并因此成为对通过硫氧化产热的限制时，改变至少一个操作参数，以升高所述矿堆温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：CA杜浦莱斯，SH德科克，
申请(专利权)人：BHP比尔顿有限公司，
类型：发明
国别省市：ZA[南非]