抑制酸从矿物碎石堆中排出的方法技术

本发明专利技术公开了一种处理土壤材料，如石堆，以阻止酸从石堆中排出的方法。首先，降低石堆（４０）气相中的氧气浓度，也就是说，替换和／或消耗氧气。所述第一步骤可以通过物理、化学或生物方法完成。然后，将石堆（４０）气相中的氧气浓度保持在低水平。该第二步骤可以自我维持的方式进行，如通过用土和植物覆盖，长期阻止酸从石堆中排出。另外，也可以增加石堆（４０）中的气相密度，并长期维持该高水平。本发明专利技术的方法可用于采矿和工业处理，如粉末和矿物加工的废料堆，以及露天矿和矿井的碎石堆。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
的描述专利
本专利技术一般涉及土壤材料和环境。更具体地说，本专利技术涉及处理石堆以阻止被氧化的物质包括酸从石堆中排出的方法。1989年8月29日授予Frankenberger等的USP4,861,482公开了通过为土和水中的微生物加入营养物，包括钴、锌和镍离子，导致挥发性的烷基硒化物的形成，而从土和水中排出硒。1995年2月7日授予Crawford等的USP5,387,271公开了用加入的碳水化合物营养物喂养需氧的和/或兼性的微生物的接种体进行第一发酵过程而生物降解土和水中的硝基芳香物质。然后，通过用剩余的碳水化合物营养物喂养混合的厌氧微生物的接种体进行第二厌氧过程。1995年3月21日授予Walker的USP5,399,048公开了用一个不透气的含有种子和/或为了美观的色彩添加剂的层覆盖暴露的石堆表面。1997年4月1日授予Batarseh的USP5,616,251公开了用含有与疏水的基团(-R)相连的路易斯碱基(M-)，如水溶性的烷基化的磷酸，的液体处理生成酸性矿物排出物的材料。所述路易斯碱基成分与产生酸的材料中的金属反应。分别于1997年5月27日和1998年1月20日授予Harrington的USP5,632,715和USP5,710,361公开了通过将营养物注入废料堆的通道中，而将废料堆中的金属就地固定。营养物喂养的产生硫化物的微生物也为料堆提供了产生低溶解性的金属硫化物。因此，仍然需要以自我维持的方式长期阻止从石堆中排出酸性物。本专利技术正是满足了这种需要。另外，也可以将选择的促进还原反应而非氧化反应的微生物营养物加到石堆中。在含有硫化物的石堆中，碳的氧化反应在热动力学上更易于硫化物的氧化反应的发生，因此通过二氧化碳的形成消耗了气相中的氧气。此外加速了就地氰化物和硝酸盐的降解反应。本专利技术的另一方面是减少或消除在现有技术的石堆中普遍存在的“烟囱效应”，并减少/消除氧气向石堆中的渗入(“内流”)。现有技术的石堆中的“烟囱效应”是环境中的空气在接近其底部的侧部流入石堆，然后通过石堆从其顶布冒出。在现有技术的石堆中由发生的氧化化学/生化反应引起从底到顶的空气流动，所述反应是放热反应，使石堆的温度上升。这种加热效应降低了石堆中的气体密度，导致气体浮出并离开石堆。由于在现有技术的石堆中发生的化学/生化反应是氧化反应，气相中的气体相对组成发生变化，导致低于气体的平均密度，更轻的气体组分的效应也促使了现有技术的“烟囱效应”。本专利技术的石堆中低氧气浓度条件的形成增加了石堆气相的密度，阻止了“烟囱效应”。从氧气(O2)到二氧化碳(CO2)的形成增加了石堆气相的平均密度。平均密度的增加降低或阻止了石堆气体的上升气流和因此的氧气从石堆底部的侧部流入石堆的渗入。因此，本专利技术的优选的实施方式通过替换和/或减少氧气并也通过阻止氧气的渗入降低石堆中的氧气浓度。根据本专利技术的其它步骤，石堆中气相氧气的浓度维持在低水平，例如，其它选择的营养物加入石堆以进一步防止氧气的渗入。优选的情况下，为长期维持这种条件，将石堆的表面覆盖一薄层种植着植物的土。石堆表面的植物的自然生物周期为长期维持石堆中的低氧气浓度条件提供了必需的微生物营养物。图2为废石堆的侧面图，显示了用本专利技术的实施方式处理后阻止了“烟囱效应”，和用土和植物覆盖石堆的表面以长期维持石堆气相中的低氧气浓度。图3为用本专利技术的另一个实施方式处理的废石堆的侧面图，显示了石堆气相中的氧气通过由另一种气体的物理替换而被减少。图4为用本专利技术的另一个实施方式处理的废石堆的侧面图，显示了石堆气相中的氧气通过由化学反应产生的气体的化学替换而被减少。图5为用本专利技术的另一个实施方式处理的废石堆的侧面图，显示了石堆气相中的氧气通过由生物活性产生的气体的生物替换而被减少。图6为用本专利技术的另一个实施方式处理的矿物碎石堆的侧面图，显示了碎石堆气相中的氧气通过由生物活性产生的气体的生物替换而被减少。优选实施方式的详细描述参照附图，附图说明图1显示了一个现有技术的废石堆或料堆10。料堆10由颗粒土壤材料构成，包括例如得自金矿开采的硫化的废矿石或脉石。料堆10有固体颗粒土壤材料和遍布其中由气体占据的空隙，这些空隙是该料堆的气相。在现有技术的料堆10中发生放热的化学和/或生化的氧化反应，导致料堆的温度升高。当料堆10的温度升高时，料堆中的气体密度下降，导致气体上升并通过料堆，最终在接近料堆的顶部排出。料堆中浮出并离开的气体在料堆的气相中产生了相对的空隙，环境中的空气，特别是接近料堆底侧部的空气，渗入料堆并占据了空隙。从料堆顶部排出的热的气体总气流，和进入料堆底部冷的环境空气，构成了现有技术的“烟囱效应”。“烟囱效应”的结果是用环境中含有约21％氧气的空气补充了现有技术的料堆中气相组成。因此在现有技术的料堆中，继续保持氧化反应的发生。例如，含有硫化的废矿石的现有技术的石堆中，所发生的主要化学/生物反应包括其中产物硫酸盐(SO42-)组分一般为水溶性的并且与作为硫酸(H2SO4)的石堆排出物排出。本文中的该方程式和其它方程式，为了简便，不必以化学计量平衡的形式给出，但该
的人员可以明白。参照图2，显示了用本专利技术的实施方式处理后的废石堆或料堆20，其中首先将料堆20的气相中的氧气浓度替换和/或减少，然后用土和植物覆盖石堆20的表面以长期维持石堆气相中的低氧气浓度水平。例如，含有硫化的废矿石的石堆20中，按照本专利技术所发生的主要化学/生物反应包括其中所述产物二氧化碳(CO2)组分为分子量等于44的气体，其比空气的平均分子量28.8的密度更高，并易于保留在料堆中。此外，在图2中图解说明的本专利技术可以包括加速了氰化物和硝酸盐的就地降解反应。该反应表示为(生物载体上的氢化物)(甜菜碱)(生物还原粉末)(甜菜碱)参照图3，为用本专利技术的一个实施方式处理的废石堆或料堆30，其中石堆气相中的氧气通过由另一种气体或其它气体的物理替换而被减少。在这种情况下，所述替换气体32用注射和分散系统34提供，所述系统包括必要的压缩机/风扇和管道和可能的其它选择性设备。例如，在宽大的就地供给器中的气体，如甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)或丙烷(C3H8)或其混合物可以被输送到注射和分散系统34并在压力下提供给石堆30。最终，替换气体32将减少石堆30气相中的氧气浓度低至足以阻止产生酸和可溶性金属形成的氧化反应。因此，通过“物理减少”，也就是说通过用取代气体替换氧气，或通过减压排出和替换，或通过吸附剂的吸附减少石堆气相中的氧气浓度。可以使用其它替换气体32和其混合物，而不管其平均密度是否高于或低于空气的密度(周围环境条件下约0.00119克/毫升)。在优选的情况下，所使用的替换气体混合物，其中一种或多种气体的密度轻于(低于)空气，一种或多种气体的密度重于(高于)空气。这样，轻的气体在其上升通过料堆时从石堆30的顶部带走氧气，并且重的气体保留并沉降在石堆的底部，阻止了氧气的渗入。当然，需要事先细心地考虑和计算替换气体32的活性和作用。例如，在上述情况下，由于可燃烧气体混合物的使用而引起的燃烧和爆炸的危险必须降到最低或消除，或如果允许，需要小心地控制。参照附图4，为用本专利技术的一个实施方式处理的的废石堆或料堆40，其中石堆气相中的氧气通过由化学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理土壤料堆的方法，该方法包括： 将土壤料堆气相中的氧气浓度降低到相对于周围大气浓度较低的氧气浓度水平，和 长期维持土壤料堆气相中较低的氧气浓度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫G哈林顿，
申请(专利权)人：约瑟夫G哈林顿，
类型：发明
国别省市：US[美国]