專利名稱：生物浸出過(guò)程的優(yōu)化方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及從含有一種或多種金屬的礦石中回收一種或多種金屬的生物浸出過(guò)程的優(yōu)化方法。
本發(fā)明在下文中所描述的是特別關(guān)于低品位含硫化銅礦物的礦石的生物浸出。但是應(yīng)該理解的是，僅僅是以舉例的方式描述了銅堆浸，在必要的地方進(jìn)行修改，本發(fā)明的原理能夠用于堆浸以回收其他金屬如金、鋅、鈷和鎳。
同樣，盡管本發(fā)明所描述的是特別關(guān)于堆式生物浸出過(guò)程，但是應(yīng)該理解的是，某些原理適用于釜式生物浸出操作。
在典型的堆式生物浸出過(guò)程中，對(duì)含硫化銅礦物的低品位礦石(銅的總含量通常低于0.5％)進(jìn)行生物處理，其中，將成塊或不成塊的礦石堆放于不可滲透基底上，然后提供有效的浸出液分布和收集系統(tǒng)。
酸性浸出液滲透通過(guò)礦石。在堆區(qū)(heap)中生長(zhǎng)的微生物產(chǎn)生三價(jià)鐵和酸，使得礦物溶解和礦物增溶。這類過(guò)程中的曝氣(aeration)可以是被動(dòng)的，其中由液體的流動(dòng)向堆區(qū)中引入空氣，或者是主動(dòng)的，其中通過(guò)安裝在堆區(qū)下方的管道向堆區(qū)中吹入空氣。
堆區(qū)排出的含有金屬的浸出液(被稱為富含金屬的母液(pregnantliquer solution)或者PLS)被收集并進(jìn)一步進(jìn)行金屬回收過(guò)程，該金屬回收過(guò)程典型地包括溶劑萃取的步驟。在該步驟中，浸出液中所含的一種或多種金屬被轉(zhuǎn)移到溶劑有機(jī)相中，所述溶劑對(duì)一種或多種目標(biāo)金屬具有高親和力。
其中金屬被溶劑萃取過(guò)程提取出的浸出液被稱為萃余液，其返回到堆區(qū)沖洗(irrigation)系統(tǒng)(該系統(tǒng)任選地具有酸和營(yíng)養(yǎng)物的加入)使其再次滲透通過(guò)堆區(qū)。
為了成功地進(jìn)行硫化銅礦物的堆浸，需要微生物活性使得催化氧化還原態(tài)的硫和鐵物質(zhì)。關(guān)于這一點(diǎn)應(yīng)當(dāng)參看附圖的圖1，其示意性地描述了原生硫化銅礦物例如黃銅礦(CuFeS2)、次生硫化銅礦物例如靛銅礦(Cu2S)和輝銅礦(CuS)的生物浸出過(guò)程。應(yīng)當(dāng)注意的是，由于原生硫化銅的更難熔性，這種礦物的生物浸出通常慢得多。因此，從原生硫化銅礦物中銅的回收效果比從次生硫化銅中銅的回收效果要差，因?yàn)楹笠贿^(guò)程通?？梢栽谄渲形⑸锎呋锝龌钚允艿揭种频拇蝺?yōu)(sub-optimal)條件下完成。
對(duì)于次生硫化物礦物來(lái)說(shuō)，以超過(guò)浸出過(guò)程中二價(jià)鐵的消耗速率而無(wú)明顯硫氧化的速率將二價(jià)鐵微生物氧化為三價(jià)鐵通常是足夠的以即使在環(huán)境溫度下實(shí)現(xiàn)顯著的銅的回收。二價(jià)鐵的氧化速率相對(duì)于還原態(tài)的硫的氧化是快的，主要原因包括以下幾點(diǎn)a)每摩爾二價(jià)鐵的電子得率低于每摩爾還原態(tài)的硫；b)礦石中二價(jià)鐵的溶解性和流動(dòng)性高于還原態(tài)的硫物質(zhì)的相應(yīng)性質(zhì)。
在40℃～65℃范圍內(nèi)，如果浸出在升高的溫度下進(jìn)行，那么黃銅礦浸出的速率可以被提高。通過(guò)氧化還原態(tài)的硫物質(zhì)例如黃鐵礦(FeS2)，產(chǎn)生熱并且使得礦石的溫度升高。為氧化還原態(tài)的硫，微生物生長(zhǎng)條件必須比僅僅要求二價(jià)鐵氧化時(shí)的情況更加有利且優(yōu)化。
次優(yōu)生長(zhǎng)條件歸因于至少以下幾方面a)不適合的pH條件；b)缺少關(guān)鍵的主要營(yíng)養(yǎng)物和次要營(yíng)養(yǎng)物；c)滲透浸出液(如所述，其通常是萃余液)的高的離子強(qiáng)度或總鹽含量；d)存在被溶解的或被夾帶的對(duì)微生物生長(zhǎng)有抑制作用的有機(jī)化合物；e)限制碳或氧的條件。
總鹽含量是滲透浸出液中主要地具有締合的鋁、鎂、鈉、鈣和鉀陽(yáng)離子的硫化物鹽，或者更一般地任何可溶性陰離子或陽(yáng)離子的存在的量度。當(dāng)總鹽含量超過(guò)約80g/L～120g/L時(shí)，微生物活性被抑制到升高的程度。然而在總鹽含量較低水平在引起特異性抑制(而不是非特異性離子強(qiáng)度和滲透勢(shì)抑制)的特定陽(yáng)離子和陰離子例如氯化物、硝酸鹽、鋁、氟化物和砷的存在下，微生物抑制可能發(fā)生。
在堆浸體系中，富含金屬的母液的目標(biāo)pH值典型地在1.5～2.2的范圍內(nèi)。酸主要用于溶解酸溶性銅，使這種銅保留在溶液中，創(chuàng)造一個(gè)有利于微生物生長(zhǎng)和活性的環(huán)境。然而，脈石礦物通常是耗酸的并且能夠與滲透過(guò)堆區(qū)的溶液中所含的酸反應(yīng)。該反應(yīng)導(dǎo)致鹽的釋放，典型地具有締合的鋁、鉀和鎂陽(yáng)離子的硫酸鹽，其在溶液中作為被溶解的物質(zhì)而被攜帶。這些被溶解的鹽的濃度隨著時(shí)間由于堆浸過(guò)程的進(jìn)行和由于蒸發(fā)的濃縮效應(yīng)而增加。
在前面提到的方式中，有機(jī)鹽的增加導(dǎo)致微生物活性抑制水平的增加。這可能是一種非特異性抑制，這是由于高離子強(qiáng)度(高滲透勢(shì))引起的，其導(dǎo)致水活度降低，這又導(dǎo)致微生物活性的降低。備選地或者另外地，抑制可能是由特異的無(wú)機(jī)化合物例如硝酸鹽、氯化物、鋁、氟化物和砷所引起的。堆浸操作中遇到的通常類型的微生物抑制(或次優(yōu)微生物活性)是由于高的總鹽濃度所導(dǎo)致的，這導(dǎo)致降低的水活度和非特異性的微生物抑制。
有機(jī)化合物可能對(duì)微生物活性顯示出相似的抑制效應(yīng)。正如已經(jīng)描述過(guò)的，在溶劑萃取過(guò)程中將富含金屬的母液中所含的金屬?gòu)娜芤褐刑崛〕鰜?lái)。盡管溶劑基本上是不溶于水的，仍然有少量的溶劑確實(shí)是可溶的并且可能最終存在于水相中。這可能以水溶性組分存在，也可能以離散的液滴形式(膠束)存在。無(wú)論以何種形式，有機(jī)化合物于是被吸收在萃余液中，并最終滲透過(guò)堆區(qū)。一些有機(jī)溶劑化合物對(duì)生物浸出微生物有抑制作用，這些有機(jī)溶劑化合物引入堆區(qū)可導(dǎo)致降低或次優(yōu)的微生物活性。有機(jī)化合物可能是導(dǎo)致微生物抑制的主要原因，或者可能有助于無(wú)機(jī)鹽導(dǎo)致的抑制效應(yīng)。由于有機(jī)化合物基本上是疏水的，在滲透沖洗液的流動(dòng)過(guò)程中，這些化合物將往往吸附到礦石材料上。這種吸附效應(yīng)對(duì)硫的氧化比對(duì)二價(jià)鐵的氧化有更不利的影響。這種現(xiàn)象的原因主要是由于還原態(tài)的硫的化合物是不溶的。因此這些化合物的微生物氧化必須發(fā)生在礦物表面，因此將受表面所吸附的抑制性化合物更加負(fù)面的影響。相比而言，二價(jià)鐵是水溶性的，能夠容易被未附著的微生物細(xì)胞氧化，從而受到表面所吸附的有機(jī)化合物的存在的影響較小。
對(duì)于主要包含次生硫化銅礦物的硫化物堆浸操作來(lái)說(shuō)，提高的溫度是不需要的。還原態(tài)的硫的氧化產(chǎn)生用于使堆區(qū)溫度升高的熱，因此該氧化對(duì)于次生銅礦物的浸出來(lái)說(shuō)并不是嚴(yán)格需要的，在二價(jià)鐵氧化存在下而沒(méi)有顯著的硫氧化的情況下，能夠達(dá)到滿意的礦物浸出速率。既然二價(jià)鐵的氧化速率受次優(yōu)微生物條件的影響比受硫氧化條件的影響小，相應(yīng)地，高鹽含量或者有機(jī)化合物的存在對(duì)次生硫化物礦物的浸出速率的影響是較不重要的。
然而，與無(wú)機(jī)鹽或者有機(jī)化合物關(guān)聯(lián)的次優(yōu)條件對(duì)硫的氧化的確有顯著的不利影響，在原生硫化物礦物例如黃銅礦的礦物溶解速率方面，這種影響本身以顯著的方式表現(xiàn)，其中熱的產(chǎn)生是獲得滿意的浸出速率的關(guān)鍵因素。原生硫化銅和黃鐵礦礦物的溶解速率受到不利的影響，從原生硫化銅礦物中浸出銅的速率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種優(yōu)化生物浸出過(guò)程的方法，至少關(guān)于熱的產(chǎn)生和原生硫化銅的浸出，所述方法主動(dòng)地監(jiān)測(cè)和控制該過(guò)程所產(chǎn)生的萃余液中的無(wú)機(jī)和有機(jī)化合物至這樣的水平，該水平低于能夠抑制該過(guò)程中所用的生物浸出菌的微生物活性的水平。
生物浸出過(guò)程可以在反應(yīng)器中，例如在一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)釜中，或者在堆區(qū)中進(jìn)行。
萃余液中的總鹽含量可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞浇档停瑑?yōu)選地通過(guò)稀釋、沉淀或者反滲透、或者這些技術(shù)的結(jié)合來(lái)降低。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及控制金屬回收段(phase)以降低萃余液中的有機(jī)化合物含量的步驟。例如，如果采用溶劑萃取技術(shù)，那么可以使用非抑制性溶劑萃取有機(jī)化合物。備選地或者另外地，能夠以任何適當(dāng)?shù)姆绞綇妮陀嘁褐谐ケ蝗芙獾挠袡C(jī)碳化合物，例如通過(guò)使用氧化或吸收技術(shù)。
本發(fā)明可以明確地包括監(jiān)測(cè)萃余液的有機(jī)物含量的步驟和隨監(jiān)測(cè)步驟控制有機(jī)物含量的步驟。


本發(fā)明進(jìn)一步參考附圖的圖2通過(guò)實(shí)施例來(lái)進(jìn)行描述。在這些附圖中，圖1已在上文討論過(guò)，其從概念上舉例說(shuō)明了涉及原生和次生硫化物礦物的生物浸出的各個(gè)方面。
具體實(shí)施例方式
附圖的圖2舉例說(shuō)明了含有原生和次生硫化銅礦物的碎礦石的堆區(qū)10。該堆區(qū)按照已知的方法被建在不可滲透的基底上，從料源12向該堆區(qū)提供酸性浸出液，曝氣系統(tǒng)14向該堆區(qū)提供空氣。這些方面在本文中不進(jìn)一步描述。
從堆區(qū)中排出的富含金屬的母液16經(jīng)受溶劑萃取過(guò)程20，萃取所用的有機(jī)溶劑22根據(jù)要從母液16中提取的目標(biāo)金屬24來(lái)選擇。
過(guò)程20產(chǎn)生目標(biāo)金屬24和萃余液30。
萃余液30，由于其通常循環(huán)通過(guò)堆區(qū)10并且由于蒸發(fā)的濃縮效應(yīng)，可能具有高的總鹽含量，而且，它可能會(huì)被從溶劑22中釋放出的有機(jī)化合物所污染。
萃余液30在步驟32中進(jìn)行處理以降低抑制微生物活性的那些化合物的水平。處理步驟可以按照常規(guī)的方法進(jìn)行，也可以根據(jù)監(jiān)測(cè)步驟34獲得的萃余液的總鹽含量或者萃余液中有機(jī)化合物含量的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行。
監(jiān)測(cè)步驟用于獲得對(duì)微生物活性可能有不利影響的無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)化合物的水平的測(cè)量結(jié)果。監(jiān)測(cè)步驟可以采用不同的方式進(jìn)行，包括a)富含金屬的母液中的細(xì)胞濃度的微觀檢測(cè)；b)用于監(jiān)測(cè)生物浸出微生物的硫和/或鐵氧化速率的生長(zhǎng)速率的生物分析方法；c)檢測(cè)作為微生物活性指標(biāo)的氧氣和/或二氧化碳消耗速率的呼吸測(cè)定技術(shù)。
步驟32中處理萃余液的方式可以根據(jù)需要而不同。典型地，通過(guò)稀釋、沉淀、反滲透或者任何其他適當(dāng)?shù)募夹g(shù)來(lái)降低萃余液的總鹽含量?？梢越档洼陀嘁褐杏袡C(jī)化合物含量的方法有通過(guò)改進(jìn)的物理溶劑萃取操作條件和相(phase)分離、通過(guò)在溶劑萃取段(phase)20中使用非抑制性溶劑萃取有機(jī)化合物、或者通過(guò)使用適當(dāng)?shù)难趸蛭辗椒◤娜芤褐谐ケ蝗芙獾挠袡C(jī)化合物。關(guān)鍵注意的是堆浸操作的常規(guī)操作管理典型地包括防止在萃余液中總鹽過(guò)量堆積的步驟，也包括防止通入萃余液的溶劑萃取有機(jī)化學(xué)品的損失的步驟。然而采用這些步驟的原因是操作方面的原因，而不是與實(shí)際堆區(qū)有關(guān)的微生物活性方面的原因，操作方面的原因涉及溶劑用量的高成本以及溶液中的高鹽濃度對(duì)下游處理被溶解的金屬的物理化學(xué)和電化學(xué)方面所具有的影響。還需要注意的重要一點(diǎn)是，防止對(duì)堆區(qū)中微生物生長(zhǎng)有負(fù)面影響所需的監(jiān)測(cè)和控制，顯著地比那些出于其他操作原因需要的監(jiān)測(cè)和控制更為嚴(yán)格。例如，有機(jī)溶劑的濃度低到＜5mg/L時(shí)，該濃度對(duì)于微生物活性是致命的，但從溶劑萃取化學(xué)品用量損失的角度來(lái)看這樣的損失卻是在可接受范圍內(nèi)的。
按需要處理萃余液處理步驟32中產(chǎn)生的廢物36。所得的溶液，任選地加入營(yíng)養(yǎng)物38和酸40，然后被引入堆區(qū)的浸出分布網(wǎng)絡(luò)。
通過(guò)以所述方式處理萃余液，能夠克服或者降低抑制效應(yīng)，否則這些抑制效應(yīng)就會(huì)由無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)化合物顯現(xiàn)。由于促進(jìn)了還原態(tài)的硫物質(zhì)的氧化，使得溫度提高，進(jìn)而提高了原生硫化銅礦物的浸出效果。
參考堆浸過(guò)程已對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，但應(yīng)該理解的是，對(duì)于釜式生物浸出反應(yīng)器，通過(guò)對(duì)來(lái)自溶劑萃取裝置的萃余液進(jìn)行處理，能夠獲得相似的益處。
權(quán)利要求
1.一種優(yōu)化生物浸出過(guò)程的方法，至少關(guān)于熱的產(chǎn)生和原生硫化銅的浸出，所述方法主動(dòng)地監(jiān)測(cè)和控制該過(guò)程所產(chǎn)生的萃余液中的無(wú)機(jī)和有機(jī)化合物至這樣的水平，該水平低于能夠抑制該過(guò)程中所用的生物浸出菌的微生物活性的水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中生物浸出過(guò)程在反應(yīng)器中進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中生物浸出過(guò)程在堆區(qū)中進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)的方法，其中萃余液中的總鹽濃度通過(guò)稀釋、沉淀或者反滲透、或者這些技術(shù)的結(jié)合來(lái)降低。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)的方法，包括監(jiān)測(cè)萃余液的有機(jī)物含量的步驟和隨監(jiān)測(cè)步驟控制有機(jī)物含量的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中監(jiān)測(cè)步驟選自以下(a)富含金屬的母液中的細(xì)胞濃度的微觀檢測(cè)；(b)用于監(jiān)測(cè)生物浸出微生物的硫和/或鐵氧化速率的生長(zhǎng)速率的生物分析方法；(c)檢測(cè)作為微生物活性指標(biāo)的氧氣和/或二氧化碳消耗速率的呼吸測(cè)定技術(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)的方法，其中生物浸出過(guò)程中產(chǎn)生的富含金屬的母液經(jīng)過(guò)金屬回收段，所述方法包括控制金屬回收段以降低萃余液中的有機(jī)化合物含量的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中在金屬回收段中采用溶劑萃取技術(shù)，并且使用非抑制性溶劑萃取有機(jī)化合物來(lái)降低有機(jī)化合物的含量。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的方法，其中使用氧化或者吸收技術(shù)從萃余液中除去被溶解的有機(jī)化合物。
全文摘要
一種優(yōu)化生物浸出過(guò)程的方法，至少關(guān)于熱的產(chǎn)生和原生硫化銅的浸出，所述方法主動(dòng)地監(jiān)測(cè)和控制該過(guò)程所產(chǎn)生的萃余液中的無(wú)機(jī)和有機(jī)化合物至這樣的水平，該水平低于能夠抑制該過(guò)程中所用的生物浸出菌的微生物活性的水平。
文檔編號(hào)C22B15/00GK101018876SQ200580023991
公開(kāi)日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月16日
發(fā)明者S·H·德科克, P·巴納德, C·鮑克, H·斯特羅斯, C·繁布倫, J·巴蒂, C·杜普勒西斯 申請(qǐng)人:Bhp比爾頓有限公司