本发明专利技术涉及一种利用生物分步浸提技术回收涉重危废和次生矿中有价金属的方法，属于危险固体废物资源化处理技术领域。本发明专利技术的有益效果是通过生物非接触浸提快速溶释涉重危废和次生矿中大部分目标金属，并通过失效非接触浸液再生‑循环浸提实现金属的积累富集；高固液比下借助生物接触沥浸进一步溶释非接触残渣中其余剩余有价金属，并通过失效接触浸液再生‑循环浸提实现金属的积累富集。通过非接触沥浸‑接触沥浸耦合工艺及两工段独立再生‑循环浸提实现涉重危废和次生矿中目标金属快速、高效和彻底地溶释和富集。
【技术实现步骤摘要】
一种生物分步浸提涉重危废和次生矿中有价金属的方法
本专利技术涉及一种利用生物分步浸提技术回收涉重危废和次生矿中有价金属的方法，属于危险固体废物资源化处理
技术介绍
随着全球金属资源消耗持续增加和矿产资源储量日趋匮乏的矛盾不断加剧，从包括废催化剂、失效电池、电镀污泥、白合金等涉重危废和次生矿中回收有价金属受到了国内外的广泛关注。如炼油催化剂中含有有价金属镍、钼、钴等；失效锂电三元材料中含有锂、镍、钴、锰；白合金中含有高浓度铜和钴；电镀污泥中含有镍、铜、锌、铬等。当前，铜、镍、钴、钼、锂的吨价格分别为5万、10万、60万、20万和20万元人民币。而且随着动力电池和电子产品的产量增加，这些有价金属的市场需求将持续增加，它们的市场价格尤其是储量小的金属类型如钴等的价格将保持较高的增长。从这些涉重危废和次生矿中有价金属回收，不仅降低了对环境和人体的潜在危害，而且提高了资源的循环利用效率，产生了可观的经济效益。生物沥浸指在常温常压条件下通过微生物的作用实现固相材料中的目标金属溶释并进入液相的过程。由于具有经济高效、环境友好、绿色安全的特点，生物沥浸技术在低品位硫化矿的金属浸提中得到广泛的研究和应用。近年来，应用生物沥浸技术浸提涉重危废和次生矿中目标金属也得到国内外研究者的极大关注和深入研究。绝大多数涉重危废物的物相组成是氧化物或氢氧化物，目标金属溶释机理包括接触机制和非接触机制。接触机制在金属溶释时需要固体物料和菌株的直接接触，因而沥浸周期长(7-14天甚至数周)；非接触机制是菌株代谢产物H+，Fe2+，Fe3+等与固体物料发生快速化学反应从而导致金属溶出，无需固体物料和菌株的直接接触，因而沥浸周期短(6-12小时)。过去的涉重危废和次生矿生物沥浸研究大都以接触机制方式溶释金属，导致周期长，处理量小，实用性差。实际上，涉重危废和次生矿中金属溶释非接触机制占60％-90％，接触机制占10％-40％。如果将非接触机制和接触机制分开，即先通过非接触机制将大部分目标金属快速浸出，再在高固液比条件下借助接触机制将剩余的金属溶释，可以大幅提高废物处理量和技术实用性。同时，在非接触机制和接触机制两段生物沥浸工艺中分别进行沥浸再生-循环浸提，可以大幅提高两段沥浸中目标金属的浸提浓度，为后续的高效萃取和提纯创造有利条件。
技术实现思路
本专利技术为了提高涉重危废和次生矿有价金属生物沥浸的处理效率和处理量，将非接触机制和接触机制进行分离并耦合；为了提高沥浸液中有价金属浓度以利于金属的分离纯化，在两段耦合沥浸分别进行沥浸再生-循环浸提。这种生物分步沥浸-再生循环工艺可同时提高涉重危废的处理效率以及沥液金属浓度，对于涉重危废生物沥浸技术的实际应用具有重要意义。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。一种生物分步浸提涉重危废及次生矿中有价金属的方法，包括以下七个步骤：步骤一，涉重危废和次生矿的预处理，涉重危废和次生矿经破碎筛分后制成成粒度为50-200μm的细小颗粒，再置于60-120℃下烘干；破碎后的涉重危废用于生物分步浸提；步骤二，涉重危废和次生矿非接触浸提液制备，向培养液接种氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌和嗜铁钩端螺旋菌等组成的混合嗜酸硫铁氧化菌群(各菌接种量为2.5％-10％,V/V)，培养液包括：KH2PO4，0.5-2.0g/L；Na2HPO4，0.5-2.0g/L；KNO3，0.5-2.0g/L；(NH4)2SO4，0.5-2.0g/L；NaCl，0.5-2.0g/L；MgSO4.7H2O，0.25-1.0g/L；CaCl2，0.25-1.0g/L；Na2S2O3，4.0-24.0g/L；硫磺或硫膏，4.0-24.0g/L；黄铁矿，4.0-24.0g/L。溶剂为自来水或再生水或河湖水，自然pH值；接种后的培养基在恒温水浴摇床中培养6-9天，摇床转速60-180rpm，培养温度25-40℃；检测体系pH，ORP，Fe2+，Fe3+和菌体浓度变化，待pH降至0.8-1.2，Fe2+在100-400mg/L，Fe3+在200-800mg/L，菌体浓度升至108个/mL以上，离心分离菌体和固体能源底物制取活性沥浸液，分离的菌体和能源底物则暂存待用；步骤三，涉重危废和次生矿中有价金属的非接触浸提，将涉重危废和次生矿粉体(固液比2.5％-10％，W/V)加入活性沥浸液中，置于恒温水浴摇床中浸提3-12h，摇床转速60-180rpm，温度25-35℃；待目标金属达到浸提终点后，离心分离非接触失效沥浸液和浸提残渣；非接触失效沥液经再生后用于再次浸提；浸提残渣则用于接触浸提；步骤四，失效非接触沥液再生和循环浸提，将步骤二分离的菌体及能源底物混合物加入失效非接触浸液之中(能源底物可适当补加以保证反应所需浓度)，并置于恒温水浴摇床中培养以实现再生；检测体系中的pH，ORP，Fe2+，Fe3+和菌体浓度变化，待pH降至0.8-1.2，Fe2+在100-400mg/L，Fe3+在200-800mg/L，菌体浓度升至108个/mL以上，离心分离菌体和固体能源底物制取活性沥浸液，分离的菌体和能源底物则暂存待用；重复步骤二和三，10-20次，实现涉重危废和次生矿的多次非接触沥液再生-循环浸提以实现有价金属的积累富集；步骤五，涉重危废和次生矿接触浸提液制备，向培养液接种氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌和嗜铁钩端螺旋菌等组成的混合嗜酸硫铁氧化菌群(各菌接种量为2.5％-10％,V/V)，培养液包括：KH2PO4，0.5-2.0g/L；Na2HPO4，0.5-2.0g/L；KNO3，0.5-2.0g/L；(NH4)2SO4，0.5-2.0g/L；NaCl,0.5-2.0g/L；MgSO4.7H2O，0.25-1.0g/L；CaCl2，0.25-1.0g/L；Na2S2O3，4.0-24.0g/L；硫磺或硫膏，4.0-24.0g/L；黄铁矿，4.0-24.0g/L，溶剂为自来水或再生水或河湖水，自然pH值；接种后的培养基在恒温水浴摇床中培养7-9天，摇床转速60-180rpm，培养温度25-40℃；检测体系pH，ORP，Fe2+，Fe3+和菌体浓度变化，待pH降至0.8-1.2，Fe2+在100-400mg/L,Fe3+在200-800mg/L，菌体浓度升至108个/mL以上，该含菌培养液即为生物接触浸提液；步骤六，涉重危废和次生矿的生物接触浸提，将步骤三和四所得非接触浸提残渣加入到步骤五制取的生物接触浸提液之中(固液比5.0％-20.0％，V/V)，并置于恒温水浴摇床中培养以启动生物接触浸提；培养温度25-40℃，摇床转速60-180rpm；浸提过程检测体系pH，ORP，Fe2+，Fe3+和菌体浓度变化；经过8-16天接触沥浸达到终点，离心分离失效接触浸提液和二次残渣；二次浸提残渣经水洗后或建材利用或安全处置，接触浸提液再生后用于再次接触浸提。步骤七，接触浸提液再生和循环浸提，向步骤六所得失效接触浸提液中加入能源底物并接种高活性新鲜菌体；按步骤五完成失效接触浸液再生，按步骤六完成生物接触浸提；重复步骤五和六，5-10次，实现涉重危废和次生矿的多次接触沥液再生-循环浸提以实现有价金属的积累富集。有益效果本专利技术的有益效果是通过生物非接触浸提快速溶释涉重危废和次生本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种生物分步浸提涉重危废和次生矿中有价金属的方法，主要特征包括以下步骤：步骤一，涉重危废和次生矿的预处理，涉重危废和次生矿经破碎筛分后制成成粒度为50‑200μm的细小颗粒，再置于60‑120℃下烘干；破碎后的涉重危废用于生物分步浸提；步骤二，涉重危废和次生矿非接触浸提液制备，向培养液接种氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌和嗜铁钩端螺旋菌等组成的混合嗜酸硫铁氧化菌群，溶剂为自来水或再生水或河湖水，自然pH值；接种后的培养基在恒温水浴摇床中培养6‑9天，摇床转速60‑180rpm，培养温度25‑40℃；检测体系pH，ORP，Fe2+，Fe3+和菌体浓度变化，待pH降至0.8‑1.2，Fe2+在100‑400mg/L,Fe3+在200‑800mg/L，菌体浓度升至108个/mL以上，离心分离菌体和固体能源底物制取活性沥浸液，分离的菌体和能源底物则暂存待用；步骤三，涉重危废和次生矿中有价金属的非接触浸提，将涉重危废和次生矿粉体按质量体积比2.5％‑10％加入活性沥浸液中，置于恒温水浴摇床中浸提3‑12h，摇床转速60‑180rpm，温度25‑35℃；待目标金属达到浸提终点后，离心分离非接触失效沥浸液和浸提残渣，非接触失效沥液经再生后用于再次浸提；浸提残渣则用于接触浸提；步骤四，失效非接触沥液再生和循环浸提，将步骤二分离的菌体及能源底物混合物加入失效非接触浸液之中，并置于恒温水浴摇床中培养以实现沥液再生；检测体系中的pH，ORP，Fe2+，Fe3+和菌体浓度变化，待pH降至0.8‑1.2，Fe2+在100‑400mg/L，Fe3+在200‑800mg/L，菌体浓度升至108个/mL以上，离心分离菌体和固体能源底物制取活性沥浸液，分离的菌体和能源底物暂存待用；重复步骤二和三10‑20次，实现涉重危废和次生矿的多次非接触沥液再生‑循环浸提以实现有价金属的积累富集；步骤五，涉重危废和次生矿接触浸提液制备，向培养液接种氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌和嗜铁钩端螺旋菌等组成的混合嗜酸硫铁氧化菌群，溶剂为自来水或再生水或河湖水，自然pH值；接种后的培养基在恒温水浴摇床中培养7‑9天，摇床转速60‑180rpm，培养温度25‑40℃；检测体系pH，ORP，Fe2+，Fe3+和菌体浓度变化，待pH降至0.8‑1.2，Fe2+在100‑400mg/L,Fe3+在200‑800mg/L，菌体浓度升至108个/mL以上，该含菌培养液即为生物接触浸提液；步骤六，涉重危废和次生矿的生物接触浸提，将步骤三和四所得非接触浸提残渣按质量体积比5.0％‑20.0％加入到步骤五制取的生物接触浸提液之中，并置于恒温水浴摇床中培养以启动生物接触浸提，培养温度25‑40℃，摇床转速60‑180rpm；浸提过程检测体系pH，ORP，Fe2+，Fe3+和菌体浓度变化，经过8‑16天接触沥浸达到终点，离心分离失效接触浸提液和二次残渣，二次浸提残渣经水洗后或建材利用或安全处置；接触浸提液再生后用于再次接触浸提；步骤七，接触浸提液再生和循环浸提，向步骤六所得失效接触浸提液中加入能源底物并接种高活性新鲜菌体，按步骤五完成失效接触浸液再生，按步骤六完成生物接触浸提；重复步骤五和六5‑10次，实现涉重危废和次生矿的多次接触沥液再生‑循环浸提以实现有价金属的积累富集。...
【技术特征摘要】
1.一种生物分步浸提涉重危废和次生矿中有价金属的方法，主要特征包括以下步骤：步骤一，涉重危废和次生矿的预处理，涉重危废和次生矿经破碎筛分后制成成粒度为50-200μm的细小颗粒，再置于60-120℃下烘干；破碎后的涉重危废用于生物分步浸提；步骤二，涉重危废和次生矿非接触浸提液制备，向培养液接种氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌和嗜铁钩端螺旋菌等组成的混合嗜酸硫铁氧化菌群，溶剂为自来水或再生水或河湖水，自然pH值；接种后的培养基在恒温水浴摇床中培养6-9天，摇床转速60-180rpm，培养温度25-40℃；检测体系pH，ORP，Fe2+，Fe3+和菌体浓度变化，待pH降至0.8-1.2，Fe2+在100-400mg/L,Fe3+在200-800mg/L，菌体浓度升至108个/mL以上，离心分离菌体和固体能源底物制取活性沥浸液，分离的菌体和能源底物则暂存待用；步骤三，涉重危废和次生矿中有价金属的非接触浸提，将涉重危废和次生矿粉体按质量体积比2.5％-10％加入活性沥浸液中，置于恒温水浴摇床中浸提3-12h，摇床转速60-180rpm，温度25-35℃；待目标金属达到浸提终点后，离心分离非接触失效沥浸液和浸提残渣，非接触失效沥液经再生后用于再次浸提；浸提残渣则用于接触浸提；步骤四，失效非接触沥液再生和循环浸提，将步骤二分离的菌体及能源底物混合物加入失效非接触浸液之中，并置于恒温水浴摇床中培养以实现沥液再生；检测体系中的pH，ORP，Fe2+，Fe3+和菌体浓度变化，待pH降至0.8-1.2，Fe2+在100-400mg/L，Fe3+在200-800mg/L，菌体浓度升至108个/mL以上，离心分离菌体和固体能源底物制取活性沥浸液，分离的菌体和能源底物暂存待用；重复步骤二和三10-20次，实现涉重危废和次生矿的多次非接触沥液再生-循环浸提以实现有价金属的积累富集；步骤五，涉重危废和次生矿接触浸提液制备，向培养液接种氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌和嗜铁钩端螺旋菌等组成的混合嗜酸硫铁氧化菌群，溶剂为自来水或再生水或河湖水，自然pH值；接种后的培养基在恒温水浴摇床中培养7-9天，摇床转速60-180rpm，培养温度25-40℃；检测体系pH，ORP，Fe2+，Fe3+和菌体浓度变化，待pH降至0.8-1.2，Fe2+在100-400mg/L,Fe3+在200-800mg/L，菌体浓度升至108个/mL以上，该...
【专利技术属性】
技术研发人员：辛宝平，钱璨，王佳，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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