專利名稱：金屬礦堆浸-厭氧濃縮轉(zhuǎn)化-生物浸出提取工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種利用微生物處理低品位金屬礦獲得高濃度金屬硫酸鹽溶液的新型生物冶金方法，在金屬礦物的采、選、冶過程中，綜合利用堆浸、厭氧轉(zhuǎn)化濃縮、生物浸出等3 項(xiàng)生物技術(shù)獲得高濃度金屬硫酸鹽溶液的方法。
背景技術(shù)：
目前各類金屬礦山礦物的品位日益下降，生物冶金工藝應(yīng)用日趨廣泛。例如在低品位的硫化銅礦山，人們利用鐵氧化桿菌等硫氧化和/或鐵氧化微生物采用堆浸方式浸出硫化銅礦，浸出液除雜后濃縮獲得高濃度的硫酸銅溶液，再通過萃取、電積等技術(shù)獲得高純度的陰極銅。在一些貴金屬礦山(主要是金礦)，利用硫氧化和/或鐵氧化菌等氧化溶解包裹金的硫化鐵礦獲得裸露的高品位金礦，然后再用浸出劑浸出，有效地提高了金礦的浸出率。常見的硫氧化、鐵氧化菌有氧化亞鐵硫桿菌、氧化亞鐵鉤端螺旋菌、喜溫嗜酸硫桿菌和金屬硫化葉菌等。目前的生物冶金工藝存在如下問題(1)堆浸處理的金屬礦大多是低品位的，因而很難直接獲得高濃度金屬硫酸鹽溶液，同時(shí)堆浸周期很長。(2)大量的低濃度堆浸殘余溶液因工業(yè)價(jià)值低給當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保帶來較大的壓力。另一方面，金屬礦在空氣、水、微生物的作用下會(huì)在自然狀態(tài)下氧化分解，發(fā)生生物溶出，造成水體的酸化以及重金屬元素的釋放，形成酸性礦坑水，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境和人類的健康。針對(duì)礦山酸性廢水引起的環(huán)境問題，人們嘗試?yán)昧蛩猁}還原菌的特殊生理作用，將低濃度金屬硫酸鹽轉(zhuǎn)化為金屬硫化物沉淀，以消除其不良環(huán)境影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)低品位金屬礦，提供一種金屬礦堆浸-厭氧濃縮轉(zhuǎn)化-生物浸出提取工藝，獲得高濃度金屬硫酸鹽溶液。結(jié)合目前的生物冶金工藝以及利用硫酸鹽還原菌的廢水生物處理技術(shù)的特點(diǎn)，本發(fā)明提出，利用露天堆浸作業(yè)獲得的低濃度的金屬硫酸鹽溶液，經(jīng)硫酸鹽還原菌技術(shù)(厭氧生物反應(yīng)器)處理，獲得金屬硫化物沉淀(固體)，再通過生物浸出(生物浸出反應(yīng)器) 獲得高濃度的金屬硫酸鹽溶液。本發(fā)明技術(shù)方案一種金屬礦堆浸-厭氧濃縮轉(zhuǎn)化-生物浸出提取工藝，包括如下步驟(A)露天堆浸通過向露天礦石堆噴淋含有硫氧化菌和/或鐵氧化菌的培養(yǎng)基，將硫化礦物氧化生成低濃度的金屬硫酸鹽溶液；(B)厭氧濃縮轉(zhuǎn)化將步驟(A)獲得的較低濃度的金屬硫酸鹽溶液，補(bǔ)充碳源、能源后，在厭氧生物反應(yīng)器中利用以硫酸鹽還原菌為主的厭氧菌將金屬硫酸鹽轉(zhuǎn)化生成金屬硫化物，使金屬得到濃縮；(C)生物浸出將步驟(B)獲得的金屬硫化物置入生物浸出反應(yīng)器，添加含有硫氧化菌和/鐵氧化菌的培養(yǎng)基，在細(xì)菌氧化作用下，獲得高濃度金屬硫酸鹽溶液。所述的培養(yǎng)基是供生物生長和維持用的人工配制的養(yǎng)料，一般都含有碳水化合物、含氮物質(zhì)、無機(jī)鹽(包括微量元素)以及維生素和水等。常用于培養(yǎng)硫氧化菌和/鐵氧化菌的 9K 培養(yǎng)基的配方是每升含有(NH4)2SO4 1. 5g，，KH2PO4 0. 25g，，MgSO4 · 7H20 0. 25g 和CaCl2 · 2H200.01g，補(bǔ)充0. 2g酵母提取物，pH值調(diào)整為1.5。所述的碳源是指一切可以為生物所降解的有機(jī)物，以及一氧化碳、二氧化碳。常見的如醋酸、乙醇，也可以是一些工業(yè)下腳料如酒糟的濾出液、農(nóng)業(yè)廢棄物如豬糞發(fā)酵后的濾出液等。一般用化學(xué)需氧量(COD)表示有機(jī)物濃度，厭氧生物反應(yīng)器內(nèi)部有機(jī)物濃度要求控制在10000mgC0D/L以內(nèi)。所述的能源是指能夠提供生物能量的物質(zhì)，有機(jī)碳源也是能源。若采用無機(jī)物如一氧化碳、二氧化碳為碳源時(shí)，可以采用氫氣作為能源。以硫化銅礦為例，其工藝過程如下(A)露天堆浸將開采的低品位金屬礦或尾礦堆置在堆浸場，并向礦石堆噴淋PH =1.5的含有氧化亞鐵硫桿菌、氧化亞鐵鉤端螺旋菌、喜溫嗜酸硫桿菌和金屬硫化葉菌的 9K 培養(yǎng)基(每升含有(NH4)2SO4 1. 5g, KH2PO4 0. 25g, MgSO4 · 7H20 0. 25g 和 CaCl2 · 2H20 0. 01g，補(bǔ)充0. 2g酵母提取物)，獲得濃度100 500mg/L金屬硫酸鹽溶液(一般混雜各種金屬，根據(jù)礦石性質(zhì)而定)。(B)厭氧濃縮轉(zhuǎn)化將步驟(A)獲得的較低濃度的金屬硫酸鹽溶液，補(bǔ)充碳源、能源后，在厭氧生物反應(yīng)器中利用硫酸鹽還原菌為主的厭氧菌將金屬硫酸鹽轉(zhuǎn)化生成金屬硫化物，從厭氧生物反應(yīng)器底部獲得金屬硫化物與細(xì)菌的混合體(固體，一般稱為污泥)。(出水中金屬離子濃度小于0. lmg/L)所述的碳源、能源為酒糟濾出液；(C)生物浸出將步驟(B)分離出來的含金屬硫化物的污泥，置入生物浸出反應(yīng)器中，添加含有氧化亞鐵硫桿菌、氧化亞鐵鉤端螺旋菌、喜溫嗜酸硫桿菌和金屬硫化葉菌的9K 培養(yǎng)基(每升含有(NH4) 2S04 1. 5g, KH2PO4 0. 25g, MgSO4 ·7Η20 0· 25g 和 CaCl2 ·2Η20 0. 01g, 補(bǔ)充0. 2g酵母提取物，pH = 1.5)，利用細(xì)菌的氧化作用浸出金屬硫化物，獲得高濃度金屬硫酸鹽溶液(銅離子濃度大于1500mg/L)。本發(fā)明有益效果(1)降低堆浸作業(yè)強(qiáng)度，本發(fā)明對(duì)金屬硫酸鹽溶液的濃度要求更低，以銅離子為例，可以低至200 300mg/L，而目前的堆浸作業(yè)通常要求1000mg/L以上； (2)降低浸出液外泄的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，新工藝的堆浸周期變短，大幅度減少了堆浸場庫容，降低了因意外滲漏而帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。(3)對(duì)環(huán)境友好，有利于消除采冶作業(yè)過程的重金屬污染。經(jīng)過處理后的廢液中金屬離子的濃度保持在幾十微克每升以下，大大低于當(dāng)前的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求。(4)可以有效地防治和治理礦山重金屬污染，對(duì)于礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的維持與修復(fù)以及金屬礦物資源的高效合理利用都具有十分重要的意義。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明包括如下三個(gè)步驟(A)露天堆浸，(B)厭氧濃縮轉(zhuǎn)化，(C)生物浸出。實(shí)施例1以硫化銅礦為例，可以按如下過程實(shí)施
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(A)露天堆浸將開采的低品位金屬礦或尾礦堆置在堆浸場，并向礦石堆噴淋PH =1.5的含有氧化亞鐵硫桿菌、氧化亞鐵鉤端螺旋菌、喜溫嗜酸硫桿菌和金屬硫化葉菌的 9K 培養(yǎng)基(每升含有(NH4)2SO4 1. 5g, KH2PO4 0. 25g, MgSO4 · 7H20 0. 25g 和 CaCl2 · 2H20 0. Olg，補(bǔ)充0. 2g酵母提取物)，獲得濃度100 500mg/L金屬硫酸鹽溶液(一般混雜各種金屬，根據(jù)礦石性質(zhì)而定)。(B)厭氧濃縮轉(zhuǎn)化將步驟(A)獲得的較低濃度的金屬硫酸鹽溶液，補(bǔ)充碳源、能源后，在厭氧生物反應(yīng)器中利用硫酸鹽還原菌為主的厭氧菌將金屬硫酸鹽轉(zhuǎn)化生成金屬硫化物，從厭氧生物反應(yīng)器底部獲得金屬硫化物與細(xì)菌的混合體(固體，一般稱為污泥)。(出水中金屬離子濃度小于0. lmg/L)所述的碳源、能源為酒糟濾出液；(C)生物浸出將步驟(B)分離出來的含金屬硫化物的污泥，置入生物浸出反應(yīng)器中，添加含有氧化亞鐵硫桿菌、氧化亞鐵鉤端螺旋菌、喜溫嗜酸硫桿菌和金屬硫化葉菌的9K 培養(yǎng)基(每升含有(NH4)2S04 1. 5g,KH2PO4 0. 25g,MgSO4 ·7Η20 0· 25g和 CaCl2 ·2Η20 0. Olg, 補(bǔ)充0. 2g酵母提取物，pH= 1.5)，利用細(xì)菌的氧化作用浸出金屬硫化物，獲得高濃度金屬硫酸鹽溶液(銅離子濃度3500mg/L)。實(shí)施例2同樣以硫化銅礦為例，可以按如下過程實(shí)施(A)露天堆浸將開采的低品位金屬礦或尾礦堆置在堆浸場，并向礦石堆噴淋PH =1.5的含有氧化亞鐵硫桿菌、氧化亞鐵鉤端螺旋菌、喜溫嗜酸硫桿菌和金屬硫化葉菌的 9K 培養(yǎng)基(每升含有(NH4)2SO4 1. 5g, KH2PO4 0. 25g, MgSO4 · 7H20 0. 25g 和 CaCl2 · 2H20 0. Olg,補(bǔ)充0. 2g酵母提取物)，獲得濃度100 500mg/L金屬硫酸鹽溶液(一般混雜各種金屬，根據(jù)礦石性質(zhì)而定)。(B)厭氧濃縮轉(zhuǎn)化本步驟細(xì)分為硫化物沉淀、硫酸鹽生物還原兩段工序。硫化物沉淀工序?qū)⒉襟E(A)獲得的較低濃度的金屬硫酸鹽溶液，與后一階段的硫酸鹽生物還原工序中獲得的含有二價(jià)硫負(fù)根的溶液混合，生成金屬硫化物沉淀。(出水中金屬離子濃度小于0. lmg/L)硫酸鹽生物還原工序?qū)⒘蚧锍恋砉ば蛑腥コ私饘匐x子的含有硫酸根的溶液，補(bǔ)充碳源、能源后，在厭氧生物反應(yīng)器中利用硫酸鹽還原菌為主的厭氧菌將硫酸根轉(zhuǎn)化二價(jià)硫負(fù)根，并從厭氧生物反應(yīng)器出口回流含有二價(jià)硫負(fù)根的溶液至硫化物沉淀工序。所述的碳源、能源為豬糞發(fā)酵后的濾出液；(C)生物浸出將步驟(B)硫化物沉淀工序中分離出來的金屬硫化物，置入生物浸出反應(yīng)器，添加含有氧化亞鐵硫桿菌、氧化亞鐵鉤端螺旋菌、喜溫嗜酸硫桿菌和金屬硫化葉菌的 9K 培養(yǎng)基(每升含有(NH4)2SO4 1. 5g,KH2PO4 0. 25g,MgSO4 ·7Η20 0. 25g和 CaCl2 ·2Η20 0.018，補(bǔ)充0. 2g酵母提取物，pH = 1.5)，利用細(xì)菌的氧化作用浸出金屬硫化物，獲得高濃度金屬硫酸鹽溶液(銅離子濃度3500mg/L)。實(shí)施例3同樣以硫化銅礦為例，可以按如下過程實(shí)施(A)露天堆浸將開采的低品位金屬礦或尾礦堆置在堆浸場，并向礦石堆噴淋PH =1.5的含有氧化亞鐵硫桿菌、氧化亞鐵鉤端螺旋菌、喜溫嗜酸硫桿菌和金屬硫化葉菌的9K 培養(yǎng)基(每升含有(NH4)2SO4 1. 5g, KH2PO4 0. 25g, MgSO4 · 7H20 0. 25g 和 CaCl2 · 2H20 0. Olg，補(bǔ)充0. 2g酵母提取物)，獲得濃度100 500mg/L金屬硫酸鹽溶液(一般混雜各種金屬，根據(jù)礦石性質(zhì)而定)。(B)厭氧濃縮轉(zhuǎn)化本步驟細(xì)分為硫化物沉淀、硫酸鹽生物還原兩段工序。硫化物沉淀工序?qū)⒉襟E(A)獲得的較低濃度的金屬硫酸鹽溶液，與后一階段的硫酸鹽生物還原工序中獲得的含有硫化氫的沼氣混合，生成金屬硫化物沉淀。(出水中金屬離子濃度小于0. lmg/L)硫酸鹽生物還原工序?qū)⒘蚧锍恋砉ば蛑腥コ私饘匐x子的含有硫酸根的溶液，在厭氧生物反應(yīng)器中補(bǔ)充碳源、能源，利用硫酸鹽還原菌為主的厭氧菌將硫酸根還原為二價(jià)硫負(fù)根，并將厭氧生物反應(yīng)器產(chǎn)生的含有硫化氫的沼氣回流至硫化物沉淀工序。所述的碳源為二氧化碳，能源為氫氣；(C)生物浸出將步驟(B)硫化物沉淀工序中分離出來的金屬硫化物，置入生物浸出反應(yīng)器，添加含有氧化亞鐵硫桿菌、氧化亞鐵鉤端螺旋菌、喜溫嗜酸硫桿菌和金屬硫化葉菌的 9K 培養(yǎng)基(每升含有(NH4)2SO4 1. 5g，KH2PO4 0. 25g，MgSO4 · 7H20 0. 25g 和 CaCl2 · 2H200.01g，補(bǔ)充0. 2g酵母提取物，pH = 1. 5)，利用細(xì)菌的氧化作用浸出金屬硫化物，獲得高濃度金屬硫酸鹽溶液(銅離子濃度3500mg/L)。
權(quán)利要求
1.一種金屬礦堆浸-厭氧濃縮轉(zhuǎn)化-生物浸出提取工藝，包括如下步驟(A)露天堆浸通過向露天礦石堆噴淋含有硫氧化菌和/或鐵氧化菌的培養(yǎng)基，將硫化礦物氧化生成低濃度的金屬硫酸鹽溶液；(B)厭氧濃縮轉(zhuǎn)化將步驟(A)獲得的較低濃度的金屬硫酸鹽溶液，補(bǔ)充碳源、能源后， 在厭氧生物反應(yīng)器中利用以硫酸鹽還原菌為主的厭氧菌將金屬硫酸鹽轉(zhuǎn)化生成金屬硫化物，使金屬得到濃縮；(C)生物浸出將步驟(B)獲得的金屬硫化物置入生物浸出反應(yīng)器，添加含有硫氧化菌和/鐵氧化菌的培養(yǎng)基，在細(xì)菌氧化作用下，獲得高濃度金屬硫酸鹽溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬礦堆浸-厭氧濃縮轉(zhuǎn)化-生物浸出提取工藝，其特征是所述的培養(yǎng)基是供生物生長和維持用的人工配制的養(yǎng)料，含有碳水化合物、含氮物質(zhì)、無機(jī)鹽以及維生素和水；常用于培養(yǎng)硫氧化菌和/或鐵氧化菌的9K培養(yǎng)基的配方是 每升含有(NH4)2SO4 1. 5g，，KH2PO4 0. 25g，，MgSO4 · 7H20 0. 25g 和 CaCl2 · 2H20 0. Olg，補(bǔ)充 0. 2g酵母提取物，pH值調(diào)整為1. 5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬礦堆浸-厭氧濃縮轉(zhuǎn)化-生物浸出提取工藝，其特征是所述的碳源是指一切可以為生物所降解的有機(jī)物，以及一氧化碳、二氧化碳；包括醋酸、乙醇，也可以是酒糟的濾出液、豬糞發(fā)酵后的濾出液；厭氧生物反應(yīng)器內(nèi)部有機(jī)物濃度要求控制在10000mgC0D/L以內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬礦堆浸-厭氧濃縮轉(zhuǎn)化-生物浸出提取工藝，其特征是所述的能源是指能夠提供生物能量的物質(zhì)，有機(jī)碳源也是能源；若采用無機(jī)物一氧化碳、二氧化碳為碳源時(shí)，可以采用氫氣作為能源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬礦堆浸-厭氧濃縮轉(zhuǎn)化-生物浸出提取工藝，其特征是以硫化銅礦為例，其工藝過程如下(A)露天堆浸將開采的低品位金屬礦或尾礦堆置在堆浸場，并向礦石堆噴淋PH=1. 5 的含有氧化亞鐵硫桿菌、氧化亞鐵鉤端螺旋菌、喜溫嗜酸硫桿菌和金屬硫化葉菌的9K培養(yǎng)基，其中每升含有(NH4)2SO4 1. 5g, KH2PO4 0. 25g，MgSO4 ·7Η20 0. 25g 和 CaCl2 ·2Η20 0. Olg, 補(bǔ)充0. 2g酵母提取物，獲得濃度100 500mg/L金屬硫酸鹽溶液；(B)厭氧濃縮轉(zhuǎn)化將步驟(A)獲得的較低濃度的金屬硫酸鹽溶液，補(bǔ)充碳源、能源后， 在厭氧生物反應(yīng)器中利用硫酸鹽還原菌為主的厭氧菌將金屬硫酸鹽轉(zhuǎn)化生成金屬硫化物， 從厭氧生物反應(yīng)器底部獲得金屬硫化物與細(xì)菌的混合體，出水中金屬離子濃度小于0. Img/ L；所述的碳源、能源為酒糟濾出液；(C)生物浸出將步驟(B)分離出來的含金屬硫化物的污泥，置入生物浸出反應(yīng)器中， 添加含有氧化亞鐵硫桿菌、氧化亞鐵鉤端螺旋菌、喜溫嗜酸硫桿菌和金屬硫化葉菌的9K 培養(yǎng)基，其中每升含有(NH4)2SO4 1. 5g, KH2PO4 0. 25g, MgSO4 · 7H20 0. 25g 和 CaCl2 · 2H20 0.018，補(bǔ)充0. 2g酵母提取物，pH = 1.5，利用細(xì)菌的氧化作用浸出金屬硫化物，獲得高濃度金屬硫酸鹽溶液，銅離子濃度大于1500mg/L。
全文摘要
本發(fā)明是一種金屬礦堆浸-厭氧濃縮轉(zhuǎn)化-生物浸出提取工藝，利用露天堆浸作業(yè)獲得的低濃度的金屬硫酸鹽溶液，經(jīng)硫酸鹽還原菌技術(shù)(厭氧生物反應(yīng)器)處理，獲得金屬硫化物沉淀(固體)，再通過生物浸出(生物浸出反應(yīng)器)獲得高濃度的金屬硫酸鹽溶液。本發(fā)明降低浸出液外泄的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，堆浸周期變短，大幅度減少了堆浸場庫容，降低了因意外滲漏而帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)過處理后的廢液中金屬離子的濃度保持在幾十微克每升以下，大大低于當(dāng)前的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求。
文檔編號(hào)C22B3/18GK102534210SQ201210013440
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者匡敬忠, 梁長利, 肖隆文, 陳明, 陳火平 申請人:江西理工大學(xué)