專利名稱：生物浸出含金屬的硫化物材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連續(xù)生物浸出含金屬的硫化物材料的方法。
背景技術(shù)：
已早就知道在氧和微生物的存在下，浸出硫化物材料，例如礦石 和礦石濃縮物，目的為獲得材料中的有價值的金屬內(nèi)容物，所述微生
物的形式為各種類型的細菌及其他類似微生物，所述微生物能夠有利 地氧化材料中的硫和鐵及其他金屬。這種浸出類型被稱為生物浸出。
例如，有價值的金屬通過生物浸出可以被浸出且被帶進溶液中， 而所形成的溶液隨后可以被處理以選擇性獲得有價值的金屬，例如 銅、鎳、鈷、鈾和鋅。然而，不能通過這種浸出方式直接回收的責(zé)或 貴重金屬內(nèi)容物，例如高熔點材料例如黃鐵礦和砷黃鐵礦中的責(zé)重金 屬或貴金屬內(nèi)容物，也可通過以下方法進行回收，首先溶解任何周圍 的金屬硫化物以釋放貴重或貴金屬，隨后以常規(guī)方式濕法冶金處理生 物浸出殘渣，以浸出貴重或貴金屬。
由于細菌有利于將硫化物硫以及元素硫兩者氧化形成硫酸鹽的 事實，生物浸出法提供了超過其他可能的加工金屬硫化物材料的濕法
冶金法(例如加壓浸出)的某些優(yōu)點。Fe(II)到Fe(III)以及As(III)到 As(V)的氧化也是有利的。因此細菌浸出的材料最好可以在后續(xù)階段 中被進一步浸出，例如在貴重金屬回收法中，沒有任何由于元素硫存 在引起的問題的危險。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)同樣少量的任何元素疏，如同 經(jīng)常存在于生物浸出的材料中一樣，在為了獲得貴重金屬的后續(xù)氛化 物浸出法中是不利的，因為此類硫?qū)⑾那杌镆孕纬闪蚍账猁}，所 述硫氰酸鹽將消極地影響該方法的經(jīng)濟性。
生物浸出可以通過所謂的堆浸出來完成，所述堆浸出可以是原位 地或成堆地，其中浸出液體被帶著向下經(jīng)過材料堆，或者也可通過所 謂的槽浸出來完成，其中浸出液體和材料通常在升高的溫度下以泥漿 或礦漿的形式進入反應(yīng)器，例如槽。槽浸出更通常作為連續(xù)過程進 行，特別是在商業(yè)設(shè)備中，其中進入物質(zhì)被帶著流過所述反應(yīng)器，但
也可分批地進行，特別是以較小規(guī)模。
我們較早的公開物US - A - 5，397，380中描述了利用各種類型的 微生物生物浸出不同類型的硫化物材料，并且本領(lǐng)域的基本背景技術(shù) 可以在例如AU - A - 11201/92、 CA-A- 1 023 947和US - A-4,571,387中找到。
生物浸出的一個嚴重缺陷是在室溫下需要非常長的浸出時間以 便獲得足夠高的金屬產(chǎn)量。
在堆浸出時，其中材料在室外占優(yōu)勢的溫度下以堆(礦床)的形式 浸出，浸出時間非常長，將近約一年，但如果部分材料在槽中浸出且 將槽浸出的浸出殘渣與待浸出的材料混合，則浸出時間可以少量地減 少。通過這個程序，富含微生物的浸出殘渣可以用作起始培養(yǎng)物，所 述起始培養(yǎng)物被接種入礦床中。這樣直至獲得礦床中完全浸出的總時
間可以被加速。因此，目的是為了獲得盡可能快的氧化。在US-A -6，207，443、 WO- 00/50651和US - A - 5，688，304中描述了此類方 法，其中槽浸出法與堆浸出相結(jié)合。在所有方法中將堆浸出用于貧礦 或含易浸出的金屬硫化物的礦石。對于其他類型的礦石，槽浸出是更 適合的方法，且在這種情況下，由于良好攪拌且，因此，更好動力學(xué) 的可能性并且還有在升高的溫度下易獲得浸出且因此更快的浸出程 序的可能性，是更大大小的連續(xù)浸出的形式。在下文中只討論連續(xù)浸 出法，以及由此特別是與此類方法相關(guān)的麻煩。
根據(jù)其最佳生長溫度將微生物培養(yǎng)物分為幾組。生物浸出領(lǐng)域中
最常見的培養(yǎng)物是嗜溫培養(yǎng)物，例如氧化亞鐵硫桿菌(rA/Mfl"7/"s
/mw;^"""，其應(yīng)用范圍最多最高達401C，中等嗜熱培養(yǎng)物(熱耐受 的)，例如，極端嗜酸性喜溫石克桿菌04c/rfi7/i/oZuic/〃":y cflW"s)，其應(yīng)用 范圍最高達約50 - 55"C，以及極端嗜熱培養(yǎng)物，例如金屬硫化葉菌
(5W/o/M"s/M""〃/c"^，其中某些可用于最高達約9ox:的溫度，盡管
大部分在65- 70lC的溫度使用有效。
在連續(xù)的兩階段法中，其中有價值的金屬從砷礦物中獲得，第一 階段使用嗜溫和/或中等嗜熱型培養(yǎng)物來浸出主要部分的砷內(nèi)容物， 且第二階段在升高的、超過5sx:的溫度下使用極端嗜熱型培養(yǎng)物來
浸出任何剩余的金屬和硫內(nèi)容物。這種方法在本領(lǐng)域Bolden的較早 專利之一 US - A - 6，461，577中被闡述，且在一篇較晚的文章Hydrometallurgy 71(2003)p.21 — 30中被進一步討論。
被生物浸出的礦石或濃縮物通常為幾種礦物，主要以及次要硫化 物的混合物，例如黃銅礦和輝銅礦、砷黃鐵礦和黃鐵礦。在那些情況 下，貴重金屬內(nèi)容物以包裹(包埋)于例如砷黃鐵礦或黃鐵礦中的形式 存在(所謂的高熔點貴重金屬)，生物浸出后暴露的責(zé)重金屬顆?？梢?通過下列方法獲得，例如通過氰化法或任何常規(guī)方法，例如CIL(碳 浸法)、CIP(碳漿法)、Merrill - Crowe或RIP(礦漿樹脂交換法)。
在生物浸出中，各種材料的氧化和浸出將在非常長的浸出時間， 即所謂的停留時間內(nèi)發(fā)生。許多礦物要求的停留時間如此之長以致于 必須在升高的溫度下進行，如前文所述適合此類條件的微生物所顯示 的。從這點，看來在后續(xù)貴重金屬獲得方法中高浸出溫度也有利于試 劑的消耗。此外，浸出時存在的微生物類型的有效性以及礦漿密度， 即每單位礦漿的礦物量，將受到影響。
在常規(guī)的、連續(xù)的商業(yè)生物浸出法，例如PC van Aswegen和J van Niekirk論文中所述方法中(Bac - Min Conference Bendigo Vic. 8-20 November 2004， p.181 - 189)，材料在多個并聯(lián)和串聯(lián)連接的反應(yīng)器 中連續(xù)浸出。第一個浸出階段通常為并聯(lián)連接的兩個或更多個反應(yīng) 器。隨后串聯(lián)連接回路中的其他反應(yīng)器。第一階段通常包含回路中大 部分總浸出時間。通常情況，當(dāng)進入的礦漿無菌時，即沒有任何活性 微生物量時，第一階段中可用于所謂"穩(wěn)定狀態(tài)"的可能最短停留時 間由微生物的最大生長因子決定。這個因子又隨著微生物的類型、限 制底物的類型以及礦漿環(huán)境而改變。
在給定的最小停留時間，其對應(yīng)于所謂的"臨界稀釋率"，其為 1/停留時間，在所有連續(xù)的生物浸出方法中將發(fā)生通常被稱為培養(yǎng)物 "洗出"的事件，這意味著微生物沒有時間生長為相同的速度，因為 其與礦漿一起被沖洗出來。這使得連續(xù)的生物浸出不再可能，因為回 路在穩(wěn)定狀態(tài)將完全耗盡微生物。
在很多情況下，停留時間比對應(yīng)于得到"洗出"的臨界時間的停 留時間短很多的浸出是很重要的，即，是有利的或適合的。此類情況 的一個實例是根據(jù)我們專利US-A- 6,461,577的上述兩階段法，其 中硫化物的濃縮物是在兩個階段中在不同溫度下且使用不同培養(yǎng)物 進行生物氧化的。已經(jīng)顯示在較高的溫度下利用極端嗜熱培養(yǎng)物浸出
高熔點的貴重金屬濃縮物將產(chǎn)生一種浸出殘渣，所述浸出殘渣在后續(xù) 氰化物浸出法中消耗相當(dāng)更少量的氛化物，如果與利用嗜溫和/或中 等嗜熱培養(yǎng)物的氧化法所得的浸出殘渣相比的話。迄今為止原因還不
是很清楚，但很可能是由于可以以元素硫(s。)或任何還原的硫化合物 例如硫代硫酸鹽等形式存在的某些較少量的反應(yīng)性疏，如前文所述， 所述反應(yīng)性硫?qū)⑾那杌镄纬闪蚍账猁}。在將導(dǎo)致浸出殘渣也包含 較少量反應(yīng)性硫的此類方法中，因此需要通過選擇適當(dāng)?shù)奈⑸锖拖?制于在正常臨界時間所需的停留時間之下的停留時間來氧化此類硫量。
能夠"控制"氧化從而使得選擇性氧化不同類型的礦物成為可 能，即，砷黃鐵礦相對于黃鐵礦相對于元素硫，這也具有很高的價值。 尤其讓人感興趣的情況是高熔點金主要作為夾雜物存在于砷黃鐵礦
中。生物浸出法的生產(chǎn)費用主要與總氧和中和需求相關(guān)。
在上述堆浸出法中，此類控制基本上不在預(yù)期之內(nèi)，這是由于實 際浸出的更簡單和貧乏的礦石類型以及，因此，此類浸出通常進行地 非常徹底。
然而，驚奇地發(fā)現(xiàn)，含金屬的硫化物材料的連續(xù)生物浸出可以在 比其他方式更短的停留時間內(nèi)進行，所述其他方式在關(guān)于上述"洗 出"問題的常規(guī)方法中是可能的，這使得選擇性浸出成為可能并，因
此，使該方法更經(jīng)濟。
本發(fā)明通過下述權(quán)利要求中闡明的步驟表征。 發(fā)明概述
根據(jù)本發(fā)明，將此類硫化物材料以礦漿或泥漿的形式供給主回 路，其中在一個或多個階段利用適合于所進入材料的微生物培養(yǎng)物進 行生物浸出。將具有促進且維持微生物生長能力，即在其中有活性的 材料供給側(cè)回路，以產(chǎn)生此類微生物，所述微生物適合主回路中的生 物浸出。將由側(cè)回路流出的礦漿以預(yù)定流的形式供給主回路，從而甚 至在比臨界停留時間更短的停留時間，這個回路中也獲得了足夠高活 性的培養(yǎng)物，所述臨界停留時間在沒有所述添加時應(yīng)是占優(yōu)勢的。主 回路浸出程序中的氧化度和溫度因此允許受到控制，從而可能選擇性 氧化不同的進入材料以及在由主回路流出的材料中獲得預(yù)定氧化
率。取回這種材料的分離的浸出殘渣，所述浸出殘渣具有適合后續(xù)金 屬獲得法的氧化率。該浸出物隨后可被進一步引向適合獲得金屬的后 續(xù)方法。
生長維持材料可以是外部材料，例如含有元素硫的材料或亞鐵溶 液，但作為此類適合的材料，將計劃用于主回路(主流)中生物浸出的 一部分材料流取回并供給側(cè)回路。因此，硫化物材料可以在供給主回
路前全部或部分地首先供給預(yù)回路(pre - circuit)以通過利用適當(dāng) 的培養(yǎng)物生物浸出來部分氧化。由預(yù)回路流出的部分材料也可以供給 側(cè)回路。至少由預(yù)回路中流出的內(nèi)容物分離的部分浸出殘渣也可以有 利地供給側(cè)回路。對每個回路可選擇適合后續(xù)回路的預(yù)定停留時間， 在所述回路選擇適當(dāng)?shù)耐Ａ魰r間從而在由回路流出的材料中獲得預(yù)
定氧化率。
在不同的回路和階段可以利用具有不同特性的微生物，例如嗜溫
或中等嗜熱培養(yǎng)物可以用于預(yù)回路而極端嗜熱培養(yǎng)物可以用于主回 路和側(cè)回路。這種方法也使得靈活利用純硫或鐵氧化培養(yǎng)物成為可能。
換句話說，本發(fā)明意味著浸出方法除了在主回路中進行之外還在 單獨(側(cè))回路中進行， 一部分實際材料流引向所述單獨回路?？商娲?地， 一個完全不同的、"外部的"可氧化材料可以全部或部分供給回 路，即，該外部材料可以與一部分實際材料流或不與任何該類部分流 一起供給。在這個側(cè)回路中產(chǎn)生了生物量，即，包含存在的活性培養(yǎng) 物內(nèi)容物的礦漿，所述培養(yǎng)物適合主回路，以便能夠獲得受控制的氧 化，這就是該回路又被稱為"生物發(fā)生器"的原因。
通過由生物發(fā)生器供給的生物量，在主回路第一階段的可能最短 停留時間的選擇不受"臨界稀釋率"限制，所述臨界稀釋率在如果只 供應(yīng)無菌材料，即缺乏任何活性培養(yǎng)物的材料時將占優(yōu)勢，因為微生 物以活性培養(yǎng)物的形式由外部來源(生物發(fā)生器)供給回路。根據(jù)主回 路中生物量培養(yǎng)物活性的產(chǎn)生，選擇且規(guī)劃材料流、停留時間以及其 他方法參數(shù)。選擇生物發(fā)生器中的條件，從而使得將相同培養(yǎng)物供給 主回路時，生物量中的培養(yǎng)物遇到盡可能小的"沖擊"，從而存在于 其中的培養(yǎng)物獲得最大活性。
側(cè)回路生物發(fā)生器中的浸出使得許多優(yōu)勢成為可能，并且一般將
增加與停留時間以及不同氧化階段的不同微生物培養(yǎng)物的任何組合 有關(guān)的自由度。如上所述，選擇性氧化幾種礦物和物質(zhì)的可能性增 加。
本發(fā)明允許最優(yōu)地利用在各種溫度下且使用不同培養(yǎng)物進行浸 出步驟的優(yōu)勢的可能性，其中極端嗜熱培養(yǎng)物可以與嗜溫和/或中等 嗜熱培養(yǎng)物組合使用，例如，通過在較低溫度下進行整體氧化，因為 通常是氧轉(zhuǎn)移率而不是溫度限制最初的氧化率。較低的溫度通常有利 于氧轉(zhuǎn)移率，因為氧在水中的溶解性隨著溫度的增加而降低。隨后可 以在較高溫度下進行最終氧化，因為氧轉(zhuǎn)移率不再限制氧化率。此類 兩階段法，其中可以通過生物發(fā)生器控制氧化，意味著在第二階段只 需要較短的時間，且因此，只需極端嗜熱培養(yǎng)物的有限使用，由此即， 任何反應(yīng)器的成本將下降，因為材料量，例如屬于控制溫度、氧轉(zhuǎn)移 等的反應(yīng)器單元的熱交換表面，將顯著下降。
附圖簡述
現(xiàn)在參考附圖更詳細地描述本發(fā)明，其中圖l是根據(jù)本發(fā)明一般
方法概念的流程圖，圖2是含黃鐵礦的高熔點金-砷黃鐵礦濃縮物處 理的優(yōu)選方法的流程圖，而圖3是也具有砷內(nèi)容物的銅濃縮物處理的 優(yōu)選方法的流程圖。
發(fā)明詳述


圖1中顯示了一般方法的草圖，其中濃縮物/礦石以主流的形式 首先供應(yīng)給常規(guī)生物浸出回路，以利用適合這個目的的培養(yǎng)物進行部 分氧化(整體氧化)。這個部分氧化可以浸出更輕微氧化的組分，例如 鋅或砷?？商娲刂髁骺梢灾苯踊蚪?jīng)脫水步驟供給后續(xù)主回路，即， 受控制的生物氧化的浸出回路。將部分主流引向制備型生物浸出回路 前或緊在其后，并引向側(cè)回路，所述側(cè)回路由一個產(chǎn)生生物量的生物 發(fā)生器組成，所述生物量適合主回路中受控制的生物氧化，即具有適 合的類型和量的微生物的量?？商娲?，與主流中材料類型不同的外 部材料可以全部或部分地組成這個回路的進入流。在生物發(fā)生器中， 在培養(yǎng)物的存在下氧化材料，所述培養(yǎng)物能夠供應(yīng)給主回路。因此側(cè)
回路的目的不是首先獲得材料的任何所需氧化度而是以活性培養(yǎng)物
產(chǎn)生預(yù)定量的生物量以供應(yīng)給主回路，從而甚至在其第一浸出階段比 臨界停留時間短的停留時間，該回路也獲得足夠高活性的培養(yǎng)物，如 果只供應(yīng)給主流的話。主回路中的方法隨后可能關(guān)于氧化度進行控 制，而不考慮停留時間、礦漿密度或溫度。
根據(jù)圖2中以流程圖形式所述方法，將也含某些黃鐵礦內(nèi)容物的 含金砷黃鐵礦濃縮物首先供應(yīng)給常規(guī)浸出回路，以用于氧化且浸出砷 內(nèi)容物。在分離階段后，取回浸出液并將其引向用于沉淀砷酸鐵的單 獨回路。將通過分離階段脫水的較早浸出材料的主流進一步引向主回 路，所述主回路為浸出回路，其中用極端嗜熱培養(yǎng)物進行受控制的生 物氧化。為了避免伴隨由砷黃鐵礦及黃鐵礦形成任何反應(yīng)性硫的任何 問題，該氧化受控制地進行，從而只得到材料的部分氧化以用于任何 形成的反應(yīng)性硫的選擇性氧化。來自側(cè)回路生物發(fā)生器的極端嗜熱培 養(yǎng)物的供應(yīng)控制著必需停留時間。將常規(guī)回路中浸出的部分材料流供 給這個側(cè)回路。通過主回路中受控制的部分氧化可以進行氧化，從而 使得除任何剩余砷黃鐵礦之外，只有反應(yīng)性硫被氧化。在分離階段 后，可以取回不含任何反應(yīng)性硫量的浸出殘渣，所述反應(yīng)性硫不利于
后續(xù)氰化物浸出法獲得任何貴重金屬，而將含剩余量砷的浸出液與第 一個浸出回路的浸出液合并。
圖3闡述了適合處理尤其是浸出時有問題的材料的方法，其中在 長停留時間內(nèi)經(jīng)常發(fā)生鈍化。即這涉及也含砷黃鐵礦及貴重金屬的此 類黃銅礦濃縮物。首先，利用中等嗜熱培養(yǎng)物進行常規(guī)生物浸出以用 于預(yù)先氧化，從而最多獲得一些有限的氧化，從而使任何黃銅礦表面 的鈍化最小化，否則所述鈍化將在較高氧化度發(fā)生。如同圖2中的方 法，隨后通過供應(yīng)含有極端嗜熱培養(yǎng)物的生物量進行受控制的生物氧 化，所述生物量在側(cè)回路的生物發(fā)生器中產(chǎn)生，將常規(guī)浸出回路后一 部分流供給所述側(cè)回路。在這個受控制的部分氧化中，較早鈍化的表 面恢復(fù)原狀。分離階段后，在常規(guī)浸出回路中用中等嗜熱培養(yǎng)物進行 進一步氧化。為了避免鈍化任何表面，此處的目的也在于有限的氧化 度。其后，發(fā)生進一步的部分受控制的氧化，這次的目的是使浸出殘 渣中任何反應(yīng)性硫的量最小化，將所述浸出殘渣供給用于獲得貴重金 屬的氰化法。將所有被分離的浸出液合并起來用于砷酸鹽沉淀和獲得 銅的后續(xù)方法。 一部分浸出液流也可以供給使用常規(guī)浸出法的第二個 回路以用于重復(fù)氧化,
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)生物浸出含金屬的硫化物材料的方法，其特征在于將此類材料以礦漿或泥漿的形式供給主回路，其中在一個或多個階段利用適合于所進入材料的微生物培養(yǎng)物進行生物浸出，將具有促進微生物生長能力的材料供給側(cè)回路，以用于產(chǎn)生此類微生物，所述微生物適合主回路中的生物浸出，將來自側(cè)回路的內(nèi)容物以預(yù)定流的形式供給主回路，從而在比臨界停留時間更短的停留時間，這個回路的培養(yǎng)物也獲得了足夠高的活性，所述臨界停留時間在沒有所述添加時應(yīng)是占優(yōu)勢的，由此主回路中浸出的氧化度和溫度允許受到控制，從而允許選擇性氧化不同的進入材料以及在由主回路流出的材料中獲得預(yù)定氧化率，且取回由這種材料分離的浸出殘渣，所述浸出殘渣具有適合后續(xù)金屬獲得法的氧化率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于將計劃用于主回路生物 浸出的一部分材料流取回并供給側(cè)回路作為此類促進生長的材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和2中任何一項的方法，其特征在于所述硫 化物材料在其供給主回路前全部或部分地首先供給預(yù)回路以通過利 用適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)物生物浸出來部分氧化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于將由預(yù)回路流出的部分 內(nèi)容物供給側(cè)回路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3和4中任何一項的方法，其特征在于將至少 由預(yù)回路中流出的內(nèi)容物分離的部分浸出殘渣供給側(cè)回路。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任何一項的方法，其特征在于對每個回 路選擇適合后續(xù)回路及反應(yīng)器構(gòu)型的預(yù)定停留時間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于選擇停留時間從而在由 回路流出的材料中獲得預(yù)定氧化率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任何一項的方法，其特征在于將具有不 同特征的培養(yǎng)物用于不同回路和階段。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于將嗜溫或中等嗜熱培養(yǎng) 物用于預(yù)回路而將極端嗜熱培養(yǎng)物用于主回路和側(cè)回路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種連續(xù)生物浸出含金屬的硫化物材料的方法。將此類材料以礦漿或泥漿的形式供給主回路，其中在一個或多個階段利用適合于所進入材料的微生物培養(yǎng)物進行生物浸出。將具有促進微生物生長能力的材料供給側(cè)回路，以用于產(chǎn)生此類微生物，所述微生物適合主回路中的生物浸出。將來自側(cè)回路的內(nèi)容物以預(yù)定流的形式供給主回路，從而在比臨界停留時間更短的停留時間，這個回路的培養(yǎng)物也獲得了足夠高的活性，所述臨界停留時間在沒有所述添加時應(yīng)是占優(yōu)勢的，由此主回路中浸出的氧化度和溫度允許受到控制，從而允許選擇性氧化不同的進入材料以及在由主回路流出的材料中獲得預(yù)定氧化率。取回由這種材料分離的浸出殘渣，所述浸出殘渣具有適合后續(xù)金屬獲得法的氧化率。
文檔編號C22B3/18GK101177736SQ200610143700
公開日2008年5月14日 申請日期2006年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月9日
發(fā)明者J·-E·森德奎斯特 申請人:布利登礦物公司