專利名稱：生物氧化方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從礦物中提取金屬，尤其是從含金屬的硫化物提取它們的生物氧化方法及其反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
可以用特定類型的微生物，尤其是細(xì)菌，生物提取具體是生物氧化過程中對含金屬的礦物尤其是金屬硫化物進(jìn)行氧化。硫化物礦物的氧化可用于從例如硫化鐵、硫化銅、硫化鋅、硫化鎳和硫化鈷將金屬提取到溶液中，或?qū)诮饘倭蚧?尤其是難熔礦石)中的貴金屬如金、銀和鉑分離出來。此方法被稱為細(xì)菌氧化、生物提取、生物氧化、生物浸取或細(xì)菌浸取。在這方面，黃鐵礦(一種硫化鐵)和毒砂(一種含硫化砷鐵)是所謂含金難熔礦石中最常見的含金礦物，用微生物處理這些物質(zhì)可以有助于從含貴金屬的難熔礦石中分離出這些貴金屬。
已有文獻(xiàn)報(bào)道在這些方法中用了某些類型的細(xì)菌包括中溫微生物一氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌、鐵氧化鉤端螺菌，中等嗜熱菌以及嗜熱菌如硫化葉菌。
上述方法是許多文獻(xiàn)和專利所廣泛報(bào)道的主題。但常規(guī)的細(xì)菌氧化方法涉及在通入空氣的攪拌罐中或在以細(xì)菌顆粒團(tuán)聚的6mm或更大巖石堆積物中或由細(xì)顆粒造粒成的堆積物中進(jìn)行細(xì)菌氧化。開發(fā)了一種含酸性細(xì)菌的液體，通常用于灌沖堆積物，便利于金屬提取。堆浸已采用了許多年，Brierley等人還為一個方法獲得了專利(美國專利No.524686)，該專利是采用兩步聚集方法用于從堆積物(其中礦物顆粒尺寸很大，并沒有打成漿液)中的硫化物礦物回收金。
Van Aswegen在“The Genmin Expericence”一文中描述了在裝有精礦和水的漿液的不銹鋼罐或其他帶襯里的鋼罐中進(jìn)行細(xì)菌氧化。通常這些罐的高度為8米、直徑為9米，并裝有由大型電動機(jī)驅(qū)動的軸流式葉輪。將壓縮空氣通入，壓縮空氣被葉輪剪切成細(xì)分散的氣泡，維持漿液中所需的溶解氧濃度。在這些葉輪裝置中還可用各種其他類型的葉輪。
本發(fā)明申請人發(fā)現(xiàn)這些方法具有許多缺點(diǎn)。其中主要的缺點(diǎn)是制造用葉輪攪拌的細(xì)菌氧化反應(yīng)器的基建成本高，且能耗也高。
雖然提出了一些建議用吹氣裝置來維持顆粒存在于懸浮液中，值得注意的是Envirotech的美國專利No.4728082、4732608、4968008、4974816和5007620一致認(rèn)為需要某種機(jī)械裝置，如耙式裝置，確保大量的固體不致沉積在反應(yīng)容器的底部而減少反應(yīng)器的效率。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供進(jìn)行細(xì)菌氧化金屬硫化物礦石的改進(jìn)方法及其裝置。
由于這個目的，本發(fā)明一方面提供的是從含金屬的物質(zhì)中通過生物氧化提取金屬的方法，包括在非機(jī)械攪拌的反應(yīng)器中用能促進(jìn)從含金屬的物質(zhì)中提取金屬的細(xì)菌，來處理含金屬物質(zhì)的漿液；通過充氣裝置向反應(yīng)器中的漿液引入含氧的氣體，從而維持所述物質(zhì)在懸浮液中懸浮并維持細(xì)菌的生命力。
充氣裝置可有利地以可控尺寸的氣泡形式將氣體引入反應(yīng)器，通常是細(xì)小直徑的氣泡能提高氧向細(xì)菌的質(zhì)量傳遞?？梢岳斫猓谶@方面細(xì)菌的需氧量特別高，因此氧的擴(kuò)散特性非常重要。氣泡的尺寸不是用切向力來控制的。
適合的充氣/攪拌裝置有利地具體包括下述一些吹氣器。吹氣器是通過從細(xì)小氣泡(較佳為控制的尺寸)到溶液或漿液的氣體的擴(kuò)散物質(zhì)傳遞，將空氣或氣體引入漿液，并將固體維持成用于細(xì)菌氧化的懸浮液狀態(tài)的裝置。在本發(fā)明中適用的是半球狀、管式、盤狀或環(huán)狀類型的吹氣器。
充氣裝置可包括液壓剪切裝置。在這種裝置中，是在剪切力的作用下籍對氣體的錯位形成非常細(xì)小的氣泡，然后才完全形成。
可用表面充氣裝置如槳式充氣裝置，來破壞液體表面從而有助于在整個反應(yīng)漿液中細(xì)小氣泡的形成和夾帶。
另外還可使用液體噴射，是將反應(yīng)器中的液流泵送通過文氏管，文氏管則將空氣抽取進(jìn)入液體，這樣來為液體充氣。充了氣的液體再回到反應(yīng)器中。
在一優(yōu)選實(shí)施方案中，適用于維持細(xì)菌生命力的氣體包括含氧的氣體，如空氣、富氧空氣、或氧氣；有時(shí)可添加二氧化碳，如富含二氧化碳的空氣，通過充氣裝置(尤其是吹氣器)將這些氣體引入水溶液。
當(dāng)使用生物氧化過程時(shí)，可選用各種化學(xué)無機(jī)營養(yǎng)菌。在這種過程中可用各種類別的細(xì)菌。這些類別如下1)中溫細(xì)菌，適用于10℃—45℃的氧化；2)中等嗜熱菌，在40℃—60℃范圍硫化物礦石的氧化；3)嗜熱菌，在50℃以上—90℃氧化。
進(jìn)行這個過程可用任何一種或多種這些微生物(尤其是細(xì)菌品種)，通常分別稱為單培養(yǎng)物或混合培養(yǎng)物，在所需的溫度范圍內(nèi)對硫化物或其他礦物或含金屬的物質(zhì)進(jìn)行氧化。用于細(xì)菌氧化的中溫細(xì)菌優(yōu)選的是氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌、鐵氧化鉤端螺菌。大部分中等嗜熱菌沒有具體名稱，但有些被稱為熱氧化硫化桿菌。較佳的，嗜熱菌是布氏硫化葉菌、BC硫化葉菌和嗜酸熱硫化葉菌。雖然本文用的是這些名稱的品種，類似的在0℃—90℃整個溫度范圍中已鑒定能促使鐵和硫氧化的細(xì)菌雖無名稱，但也歸入本發(fā)明的范圍中。通常在上述細(xì)菌能耐受的溫度范圍中能有利地進(jìn)行的過程將在下面敘述?？稍谥袦丶?xì)菌、中等嗜熱菌或極端嗜熱菌適合的溫度范圍下進(jìn)行反應(yīng)。
雖然在金屬提取中可用這種方法，如果需要，也可用其他冶金操作進(jìn)行預(yù)處理或后處理，如可用CIP或CIL方法來回收貴金屬。生物氧化以后通常進(jìn)行固體/液體分離，分離下來的液體進(jìn)一步處理來回收金屬。
可在任何合適的反應(yīng)器中(包括那些本領(lǐng)域通常已知的反應(yīng)器類型)使用這個方法，較佳地是連續(xù)操作。充氣可通過在這些反應(yīng)器中的適合充氣裝置(即使在大容量系統(tǒng)中)實(shí)現(xiàn)。
但希望在反應(yīng)器中不使用機(jī)械裝置，而將引入氣體作為將顆粒維持在懸浮狀態(tài)，不致有含金屬物質(zhì)的礦物顆粒明顯沉積在反應(yīng)器底部的唯一手段?？梢哉f這種反應(yīng)器是無耙式的。
在一優(yōu)選實(shí)施方案中，含金屬的物質(zhì)是例如非鐵基金屬硫化物礦石，如含銅、鎳、鋅、鉛或鈷的礦石，包括混合的或多金屬的礦石，或是包含有可由細(xì)菌作用溶解的包裹硫化物的含金難熔礦石。這一類別的其他金屬包括浮選精礦、重選精礦、尾礦、沉淀物、冰銅和硫化物的煙塵。但上述方法也適用于對非硫化物礦石和其他通常以經(jīng)濟(jì)可利用濃度含金屬的無機(jī)物質(zhì)的細(xì)菌氧化和生物浸取，為此有適合的細(xì)菌可用。例如用本發(fā)明的方法可生物浸取稀土礦石、氧化錳礦石和磷酸鹽巖石，但不限于此。
在本發(fā)明的另一個實(shí)施方案中，提供了用于生物氧化處理含金屬物質(zhì)的反應(yīng)器系統(tǒng)，它包括至少一個無耙式反應(yīng)器，其反應(yīng)空間中備有引入含氧氣體的充氣裝置，將所述的含金屬物質(zhì)維持在懸浮狀態(tài)并維持細(xì)菌的生命力。
反應(yīng)器雖然不帶攪拌的機(jī)械裝置，但可以是各種形狀，例如是罐或槽的形式。在這情況下，反應(yīng)器可用適合的材料制成，鋼、金屬合金或混凝土，有時(shí)具有耐酸介質(zhì)作襯里。其他結(jié)造材料包括木材、塑料、玻璃纖維?？捎帽绢I(lǐng)域已知的任何充氣裝置。
另外，可將反應(yīng)器制成在地上或地下挖掘形成的儲器結(jié)構(gòu)。在這種情況中，儲器可帶有不透液體的屏障襯里，如粘土或塑料膜，用以防止溶液進(jìn)入周圍的土壤或巖石?？稍谥車孛娴纳戏接脧膸r石或其他的合適材料制成反應(yīng)器。
雖然下述形式可應(yīng)用于其他類型的合適反應(yīng)器，就儲器結(jié)構(gòu)而言，較佳的反應(yīng)器，其平面截面為矩形。反應(yīng)器可朝任何一端呈錐形。從一端看時(shí)，反應(yīng)器的截面可以也呈矩形，當(dāng)然也可用其他形狀。反應(yīng)器的壁可是基本垂直或有斜度的。反應(yīng)器的深度通常在4—8米之間，寬度通常在5—20米之間，當(dāng)然深和寬這兩個尺寸都可以大些或小些?？捎贸叽绶浅４蟮姆磻?yīng)器(長度可以大于100米)，且可用許多反應(yīng)器。這些反應(yīng)器系統(tǒng)可串聯(lián)使用或平行使用。
反應(yīng)器的底部可以從進(jìn)料端開始呈坡度，由此礦石或其他含金屬的材料加入到反應(yīng)器中直至出料端。該坡度可以是下降的。反應(yīng)器的坡度可以是可變的。就便于讓顆粒從進(jìn)料端送到出料端?？砂匆幚淼暮饘傥镔|(zhì)或礦石的處理速率計(jì)算反應(yīng)器的體積。
可將充氣裝置或吹氣器在反應(yīng)器底部以均勻間隔安裝。吹氣器的安裝密集程度根據(jù)反應(yīng)器的需氧量確定之。
在反應(yīng)器一端的寬度上許多個部位，可將進(jìn)料送入反應(yīng)器中。通過一個環(huán)狀主管或常規(guī)類型的分流器將漿液分配給這些部位。
但反應(yīng)器的設(shè)計(jì)不限制于上述這些結(jié)構(gòu)，可用其他結(jié)構(gòu)。
附圖簡述以下是本發(fā)明一些優(yōu)選實(shí)施方案的描述。描述是參考以下附圖進(jìn)行的，其中

圖1是用于本發(fā)明方法第一個實(shí)施方案的充氣裝置的側(cè)視截面圖；圖2是圖1以側(cè)視截面圖所示充氣裝置的俯視圖；圖3是用于本發(fā)明方法第二個實(shí)施方案的充氣裝置的側(cè)視截面圖；圖4是圖3以側(cè)視截面圖所示充氣裝置的俯視圖；圖5是顯示反應(yīng)器中環(huán)流的示意圖，該反應(yīng)器包括管狀充氣裝置，如本發(fā)明方法第三個實(shí)施例中所操作的反應(yīng)器；圖6是顯示一反應(yīng)器中環(huán)流的示意圖，該反應(yīng)器包括一管狀充氣裝置，該反應(yīng)器是本發(fā)明方法第四個實(shí)施例中所操作的反應(yīng)器；圖7是本發(fā)明反應(yīng)器另一實(shí)施方案的側(cè)視示意圖；圖8是圖7反應(yīng)器的俯視示意圖。
優(yōu)選實(shí)施例詳述圖1—4中，氣體通過一些吹氣器傳送，吹氣器是將氣體送到漿液或溶液的液體部分的裝置。通常，壓縮空氣(雖然上述的其他氣體也是適用的)由供氣管線10吹入吹氣器單元1，通過多孔壁11形成氣泡，這些氣泡的作用是將氧氣和二氧化碳送至反應(yīng)器(沒有顯示)中的漿液2，供細(xì)菌呼吸和礦物氧化。供氣管線10可對若干個反應(yīng)器供氣。引入反應(yīng)器的空氣或氣體若是栓流，難以控制引入反應(yīng)器的氣泡尺寸，這是不適宜的，最好避免。
壁11上孔13的直徑或尺寸以所需的可控方式支配氣泡的尺寸。氣泡的尺寸越小，單位體積氣泡的表面積越大，因而氣體和液體接觸的效率越大，從而使氧氣傳遞的值高，這是高效細(xì)菌氧化所必需的。氣泡的尺寸要維持在平均直徑為7.5mm或更小，較佳的平均直徑是5mm或更小。
可用盤狀、環(huán)狀或管狀的設(shè)計(jì)，圖1—4顯示了前兩種類型。
圖1所示側(cè)視截面圖和圖2所示俯視圖中的盤狀吹氣器，是由柔性膜15制成的，當(dāng)不輸送空氣時(shí)它是封閉的。這能確保在處理過程中漿液不會進(jìn)入供氣管線10。用一固定裝置如鎖緊圈16，將膜15固定在位，即膜的位置15固定在供氣管線10的出口20附近。當(dāng)膜15因氣流而膨脹時(shí)，膜上的孔隙就打開，讓氣流通過。較佳的孔隙13是微細(xì)的，直徑為1—5μ左右。所以，無需葉輪作用來將氣栓剪切成適當(dāng)?shù)臍馀莩叽绶植迹瑥亩鴥?yōu)化氧到漿液的輸送。另外，可以容易控制的方式進(jìn)行質(zhì)量傳遞，通過選擇所需孔隙尺寸的膜或其他材料(下述)可以控制氣泡的尺寸。
圖3的側(cè)視截面圖和圖4的俯視圖顯示一個環(huán)狀吹氣器。所用的膜同樣具有上述的特征。但是供氣管線10還對供氣管線23供氣，而后者是向環(huán)狀管24供氣，由于供氣管線23也是用膜15形成的，結(jié)果使膜15與溶液或漿液接觸的面積更大。
膜15的特征可包括柔韌性、較低的成本、耐用性和容易更換?？捎媚退嵯鹉z或其他聚合物制成膜15，其孔徑分布應(yīng)符合本方法的要求?？捎媚ぜ夹g(shù)領(lǐng)域已知的方法制造膜。
另一種類型的吹氣器為通常的半球狀，用塑料或陶瓷制成。在這些材料上沖出與上述相同直徑的孔，這些孔徑是固定的，且所有時(shí)間都敞開讓空氣流過，在反應(yīng)器的漿液中形成氣泡群。
一種特別高效類型的吹氣器是管狀的，管體上具有一些出氣的孔，較佳為U形結(jié)構(gòu)。管狀體可與供氣管線相連，且可由膜或合適的塑料或陶瓷材料制成。
適用于本申請的吹氣器的尺寸通常能讓足夠體積的氣體送入漿液，使得在漿液中達(dá)到0.5-15mg/l溶解氧濃度(取決于用于生物氧化方法細(xì)菌的需氧量)。為將固體維持在懸浮狀態(tài)并為氧化提供足夠的氣體，可使用若干所需要的吹氣器。
可選擇反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)最佳充氣。一個或多個吹氣器24可裝在反應(yīng)器的底部或稍距底部(如果可以的話)，這多個吹氣器相距的距離，并且是可以不同流量引入氣體，使得向要處理的材料產(chǎn)生適合的氣泡分布。吹氣器是固定在位的。在不同情況下，將固體維持在懸浮狀態(tài)所需的吹氣器數(shù)目可能比氧化所需的大，而其他情況下前者所需的數(shù)目可能比后者所需的數(shù)目要小。在反應(yīng)器底部均勻分布可能是優(yōu)選的。便利地，反應(yīng)器單位面積中充氣裝置或吹氣器的數(shù)目在不同部位可以不同，在反應(yīng)器的進(jìn)料端比出料端有更多數(shù)目的充氣裝置，因?yàn)轭A(yù)料在進(jìn)料端有較高的細(xì)菌氧化速率。
圖5和6表示(對本發(fā)明無任何限制)，在反應(yīng)器100中裝有若干管狀和盤狀吹氣器情況下可能的氣體循環(huán)情況?？梢岳斫?，各種排列均應(yīng)能起有效混合和細(xì)菌/固體接觸的效果，雖然可能只用一個盤狀吹氣器即可。
圖7和8顯示一個具有斜底204的矩形反應(yīng)器200。底204的斜度是從進(jìn)料端208(此處將漿液引入)斜到出料端212(從此處排出經(jīng)浸取過的顆粒)。溢滿的液流218則排出去金屬回收裝置(沒有顯示)。
有若干個管狀吹氣器224均勻分布在反應(yīng)器200的底部上。
由管路232對吹氣器224供給空氣，用的是鼓風(fēng)機(jī)230。還通過管路226將添加的二氧化碳通入管路232。合適的吹氣器224是可從澳大利亞MRE，Adelaide(Enviroquip管狀吹氣器的經(jīng)銷商)購得的產(chǎn)生細(xì)小氣泡的管狀膜類型。這些吹氣器特別適合于連接通常用作管路232的PVC管。
管狀吹氣器224是由主管或集合管225對其供給含氧的氣體，各個管狀吹氣器224則從主管225向兩邊橫向延伸分布，覆蓋著反應(yīng)器200的底部，如圖8所示。當(dāng)各吹氣器224的管心裝滿水時(shí)，將躺在反應(yīng)器200的底部上。
也可在與反應(yīng)器連接的管路上安裝吹氣器，例如在那些將一反應(yīng)器與反應(yīng)器系統(tǒng)其他反應(yīng)器相連的管路上安裝吹氣器。另外，也可用其他合適的裝置將氣體引入這些部位。這一點(diǎn)特別適用于堆浸法，因?yàn)樵诖朔椒ㄖ械V石顆粒不是呈在浸取液中懸浮狀態(tài)的。
可用本發(fā)明的方法和反應(yīng)器系統(tǒng)處理的材料，包括礦石、從礦石獲得的精礦、尾礦、廢渣和其他含足夠金屬量的材料，只要從這些處理獲取金屬有經(jīng)濟(jì)效益，或者是從這些材料除去金屬或除去對環(huán)境或其他處理過程有害的金屬?？梢岳斫?，本發(fā)明并不限制于處理硫化物。
含金屬的材料可能需要預(yù)處理，例如將其粉碎到足夠小尺寸，使其在常規(guī)研磨裝置如球磨機(jī)中能進(jìn)行研磨。
通常，將要氧化的固體研磨成足夠細(xì)的顆粒尺寸，使氣體能將其有效地維持在懸浮狀態(tài)，而在反應(yīng)器的底部沒有明顯沉積。需要研磨至合適的顆粒尺寸分布來滿足這個要求。研磨后產(chǎn)品的粒度最好是90％為50μm或更小。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，較佳地是用超細(xì)研磨機(jī)對礦物或其他含金屬的材料進(jìn)行研磨，使其粒度有80％小于2μm至80％小于30μm。顆粒的最小粒度是用研磨實(shí)際可達(dá)到的粒度。顆粒粒度應(yīng)選擇至最佳，使固體維持在懸浮狀態(tài)并適于進(jìn)行細(xì)菌氧化。
通常，在粉碎和/或研磨以后，可以用重力選礦、浮選或其他選礦方法來對材料進(jìn)行精選，用以增加產(chǎn)物中硫化物或其他所需礦物的比例。但這種方法也同樣適用于處理其他過程產(chǎn)生的殘留物精礦，此時(shí)不一定需要磨碎預(yù)處理。
將經(jīng)過研磨的含金屬礦石或精礦最好用水性溶液(尤其水)混合打成漿液。來自研磨的漿液可添加水稀釋，泵送到要進(jìn)行生物氧化過程的反應(yīng)區(qū)。引入本發(fā)明反應(yīng)器漿液的礦漿密度對達(dá)到本發(fā)明的目的非常重要，選擇范圍為5—15％或以上。礦漿密度較低(如上述)，能實(shí)現(xiàn)有效的細(xì)菌活性，因?yàn)殡x子濃度太高有毒性效應(yīng)，并且細(xì)菌也會受到機(jī)械研磨。剪切力很低離子濃度低有助于促進(jìn)浸取。較佳地，是預(yù)先和礦物一起將細(xì)菌以培養(yǎng)物的形式加入到反應(yīng)器中，培養(yǎng)物中細(xì)菌已生長到足夠數(shù)量使每升礦漿中有105—109個細(xì)菌為佳。可按實(shí)用的做法或制動方法將細(xì)菌保持在反應(yīng)器中。
在反應(yīng)器中的保持時(shí)間較佳為2—8天。保持時(shí)間可以長些用來處理磨得不很細(xì)的材料(需要更長處理時(shí)間)，或者為了實(shí)現(xiàn)更高程度的氧化和金屬溶解?？砂幢３謺r(shí)間改變引入礦漿的氣體量，但并非必需。
通常在適合所用的具體細(xì)菌(如硫桿菌)生長的酸性溶液中進(jìn)行細(xì)菌氧化處理。預(yù)料的pH范圍為0.5-3.0，0.8-2.5較佳。在開始處理時(shí)需要起始就加酸，為的是中和消耗酸的礦物，并將pH維持在所需范圍。硫化物礦物氧化時(shí)會產(chǎn)生酸性副產(chǎn)物，因而在處理過程中pH可能有所下降。如果需要，可以有控制地添加堿或堿性試劑(如石灰、石灰石或任何其他合適的堿)，從而將pH維持在所需范圍。
當(dāng)要處理的材料不是硫化物時(shí)，可在堿性條件下進(jìn)行反應(yīng)。此時(shí)應(yīng)將pH保持在適合具體浸取條件的水平。
維持細(xì)菌可以需要添加營養(yǎng)物來保持其生長。通常加到反應(yīng)區(qū)的營養(yǎng)物是含氮、硫和磷的材料，如硫酸銨、二硫代磷酸鉀和硫酸鎂。另外，對具體的礦石和精礦還需要其他營養(yǎng)物，這是本領(lǐng)域已知的。
另外，硫化物礦物的氧化是放熱過程，在細(xì)菌促使礦物氧化的過程中要釋放熱量。當(dāng)處理礦石時(shí)這可能是個問題，尤其是處理富含硫化物的精礦時(shí)。在這種情況下，釋放的熱量會使反應(yīng)器中礦漿的溫度上升到高于細(xì)菌(尤其是硫桿菌)能承受的溫度。硫化葉菌的耐熱性較好。所以反應(yīng)器通常具備冷卻系統(tǒng)。水是合適的冷卻劑，冷卻系統(tǒng)可以是直接冷卻的，將冷卻劑水引入反應(yīng)器的底部。也可以用常規(guī)的熱交換設(shè)備進(jìn)行間接冷卻。例如，可由冷卻塔產(chǎn)生冷水，將其通入冷卻盤管、管束或適合裝在反應(yīng)器中的類似裝置。管束和盤管在沒有由葉片攪拌或混合所產(chǎn)生的強(qiáng)烈渦流情況下是很適用的。在反應(yīng)儲器深度較小并液體表面積較大的情況下，可使用蒸發(fā)冷凝劑。冷卻劑可以足夠的速率引入，用以有助于將固體維持在懸浮狀態(tài)，而補(bǔ)充水抵消蒸發(fā)損失。
更通常使用的是具有加熱/冷卻功能的控溫系統(tǒng)。控溫系統(tǒng)的位置和特性，是內(nèi)部還是外部的、直接還是間接的均可變，借以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器所需的溫度控制。例如，當(dāng)使用嗜熱菌時(shí)，可能需要加熱到60℃。
以下例舉一些此方法的其他用途，但無限制作用產(chǎn)生鐵離子本發(fā)明的方法適用于將溶液中的二價(jià)鐵離子轉(zhuǎn)化成三價(jià)鐵離子，三價(jià)鐵離子會與礦物(如鈾礦物)起反應(yīng)，從而析出有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的金屬。
處理含錳礦石可以與硫化金屬混合進(jìn)行錳礦石的處理，所用的細(xì)菌氧化參數(shù)如上所述。
另外，可將pH控制于4—8之間，用腸桿菌微生物浸取錳礦石。
脫除煤中的硫磺黃鐵礦礦物常與煤一起共同存在，人們已用化學(xué)無機(jī)營養(yǎng)菌的細(xì)菌氧化來除去黃鐵礦，減少煤中硫磺含量?？捎帽景l(fā)明的方法來除硫，所用的細(xì)菌氧化參數(shù)如上所述。
由于用本發(fā)明的方法和反應(yīng)器系統(tǒng)投資和操作成本預(yù)計(jì)較低，所以所用礦石、精礦或其他含金屬材料的級別可以比用于攪拌槽與類似的反應(yīng)器系統(tǒng)低一些。
可從以下一些實(shí)施例的描述更完全地理解本發(fā)明。
實(shí)施例A 惰性材料用一種惰性材料進(jìn)行試驗(yàn)來模擬硫化物礦石和精礦的情況。
將10％重量百分?jǐn)?shù)的漿液(其中顆粒粒度90％小于16μm)用密集排列的許多EPOM合成橡膠(從Nopol＇s購得的商品名為PIK300)制成的盤狀膜式吹氣器注入細(xì)空氣泡，使得在槽中維持均勻的懸浮液。吹氣器盤的直徑為304毫米，置于直徑為1.4米高為4米的槽的底部。槽的高度與工業(yè)使用的相似。
為防止固體沉淀所需的空氣流量至少為2.4Nm3/h/吹氣器。此所需的空氣流量在制造商推薦的操作范圍內(nèi)。
因氣流減速或受到破壞而沉淀下來的固體，當(dāng)流量重新設(shè)置到2.4Nm3/h/吹氣器或更高時(shí)，就重新重懸浮起來。
這些結(jié)果表明在相同的操作條件下，90％上顆粒小于12μm的典型經(jīng)研磨硫化物精礦的漿液也會保持懸浮狀態(tài)。
空氣流量的操作條件設(shè)置到對應(yīng)于每立方米1.5千克需氧量，這相當(dāng)于硫化物礦物進(jìn)行細(xì)菌氧化的需氧量。
實(shí)施例B含金難熔硫化物精礦的浸取將含毒砂和黃鐵礦的金精礦樣品研磨至80％顆粒的直徑小于15微米。
常規(guī)耐酸材料制成的一個生物氧化反應(yīng)器，其容積為200升，在其底部安裝了實(shí)施例A所述的膜式吹氣器。以能將被研磨固體維持在懸浮狀態(tài)的流量向吹氣器供應(yīng)空氣。不使用其他攪拌器。
用水混合精礦粉末，產(chǎn)生10％(以重量對體積計(jì))的礦漿。向礦漿中加入硫酸維持酸度為pH1.2。向反應(yīng)器中的礦漿加入約5升含精礦與中等嗜熱菌混合物的接種礦漿。隨后將包含水合硫酸鎂、正磷酸鉀和硫酸銨的營養(yǎng)混合物加到礦漿中。
然后加熱反應(yīng)器，使礦漿的溫度維持在48℃(中等嗜熱菌的范圍)。
用一標(biāo)準(zhǔn)壓縮機(jī)通過帶閥的一個流量表以及與吹氣器相通的管道，向反應(yīng)器通入空氣。
控制空氣的流量，使得吹氣器放出穩(wěn)定的氣泡流?？諝庥糜趯㈩w粒維持在懸浮狀態(tài)，同時(shí)對細(xì)菌培養(yǎng)物供氧。反應(yīng)器中不使用其他攪拌器。每天采取礦漿樣品，測定毒砂/黃鐵礦精礦的氧化量。
實(shí)驗(yàn)進(jìn)行32天后，分析槽中的最終殘留物。
S2-是存在的硫化物硫的量，它決定著發(fā)生的整個氧化量?；趯埩粑锏姆治?，得出氧化量。
然后用常規(guī)的氰化物浸取來提取殘留物中的金。殘留物分析為67g金/噸，表明其中99％的金已用氰化法提取。
實(shí)施例C銅精礦的浸取將含黃銅礦的銅精礦樣品(標(biāo)為“CP1”)研磨至80％顆粒的直徑小于10微米。
同樣，在最大容積為200升的生物氧化反應(yīng)器，底部安裝實(shí)施例A所述的膜式吹氣器。以能將被研磨固體維持在懸浮狀態(tài)并維持細(xì)菌需氧量的流量供應(yīng)空氣。不使用其他攪拌器。
用水混合精礦粉末，產(chǎn)生5％(重量對體積計(jì))的礦漿。向礦漿中加入硫酸維持酸度在pH1.2。向反應(yīng)器中的礦漿加入約5升含精礦與中等嗜熱菌混合物的接種礦漿。隨后將包含水合硫酸鎂、正磷酸鉀和硫酸銨的營養(yǎng)混合物加到礦漿中。
然后將反應(yīng)器置于一加熱的房間中，使礦漿的溫度維持在48℃。
用一標(biāo)準(zhǔn)壓縮機(jī)通過帶閥的流量表以及與吹氣器相通的管道，向反應(yīng)器通入空氣。
控制空氣的流量，使得吹氣器放出穩(wěn)定的氣泡流。空氣用于將顆粒維持在懸浮狀態(tài)，同時(shí)對細(xì)菌培養(yǎng)物供氧。反應(yīng)器中不使用其他攪拌器。每天采取礦漿樣品，測定毒砂/黃鐵礦精礦的氧化量。
實(shí)施例D多金屬精礦D.1用中溫細(xì)菌浸取在本實(shí)施例中，所用的反應(yīng)器直徑125mm，高1.7m。將實(shí)施例A所述的吹氣器安裝于反應(yīng)器的底部。
對含有硫化物礦物混合物的混合多金屬精礦(標(biāo)名為“M1”)樣品進(jìn)行生物氧化，提取鋅、鎳、銅和鈷。精礦含有鎳礦物鎳黃銅礦，在礦物磁黃銅礦的結(jié)構(gòu)中也含有鎳。銅主要以黃銅礦的形式存在，但也存在輝銅礦和斑銅礦。鋅以閃鋅礦存在。金屬鈷與鎳礦物結(jié)合，且也作為鎳礦物存在。將精礦研磨至80％顆粒的直徑小于15微米。
用水混合精礦粉末，產(chǎn)生10％(重量對體積計(jì))的礦漿。向礦漿中加入硫酸維持酸度在pH1.2。向反應(yīng)器中的礦漿加入約半升精礦與中溫細(xì)菌(氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌)混合物的接種礦漿。隨后將包含水合硫酸鎂、正磷酸鉀和硫酸銨的營養(yǎng)混合物加到礦漿中。
然后將反應(yīng)器置于一加熱的房間中，使礦漿的溫度維持在35℃。
用一標(biāo)準(zhǔn)壓縮機(jī)通過帶閥的流量表以及與吹氣器相通的管道向反應(yīng)器通入空氣。
控制空氣的流量，使得吹氣器放出穩(wěn)定的氣泡流。空氣用于將顆粒維持在懸浮狀態(tài)，同時(shí)對細(xì)菌培養(yǎng)物供氧。反應(yīng)器中不使用其他攪拌器。精礦被氧化，金屬進(jìn)入到溶液中。分析礦漿的一部分來測定金屬提取量。當(dāng)反應(yīng)完成后，分離固相和液相，并分析溶液和固體。
D.2用中等嗜熱菌浸取在本實(shí)施例中，所用的反應(yīng)器直徑125mm，高1.7m。將實(shí)施例A所述的吹氣器安裝于反應(yīng)器的底部。
對含硫化物礦物混合物的混合多金屬精礦(標(biāo)名為“M2”)樣品進(jìn)行生物氧化，提取鋅、鎳、銅和鈷。精礦含有鎳礦物鎳黃銅礦，在礦物磁黃銅礦的結(jié)構(gòu)中也含有鎳。銅主要以黃銅礦的形式存在，但也存在輝銅礦和斑銅礦。鋅以閃鋅礦存在。金屬鈷與鎳礦物結(jié)合，且也作為鎳礦物存在。將精礦研磨至80％顆粒的直徑小于15微米。
用水混合精礦粉末，產(chǎn)生10％(重量對體積計(jì))的礦漿。向礦漿中加入硫酸維持酸度在pH1.2。向反應(yīng)器中的礦漿加入約半升含礦石精礦與中等嗜熱菌(氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌)混合物的接種礦漿。隨后將包括水合硫酸鎂、正磷酸鉀和硫酸銨的營養(yǎng)混合物加到礦漿中。
然后將反應(yīng)器置于一加熱的房間中，使礦漿的溫度維持在47℃。
用一標(biāo)準(zhǔn)壓縮機(jī)通過帶閥的流量表以及與吹氣器相通的管道向反應(yīng)器通入空氣。
控制空氣的流量，使得吹氣器放出穩(wěn)定的氣泡流。空氣用于將顆粒維持在懸浮狀態(tài)，同時(shí)對細(xì)菌培養(yǎng)物供氧。反應(yīng)器中不使用其他攪拌器。精礦被氧化，金屬進(jìn)入到溶液中。分析礦漿的一部分來測定金屬提取量。當(dāng)反應(yīng)完成后，分離固相和液相，并分析溶液和固體。
D.3用嗜熱菌浸取在本實(shí)施例中，所用的反應(yīng)器直徑40mm，高1.0m。將可購得的燒結(jié)聚合物吹氣器安裝于反應(yīng)器的底部。
對含硫化物礦物混合物的混合多金屬精礦(命名為“M3”)樣品進(jìn)行生物氧化，以提取鋅、鎳、銅和鈷。精礦含有鎳礦物鎳黃銅礦，在礦物磁黃銅礦的結(jié)構(gòu)中也含有鎳。銅主要以黃銅礦的形式存在，但也存在輝銅礦和斑銅礦。鋅以閃鋅礦存在。金屬鈷與鎳礦物結(jié)合，且也作為鎳礦物存在。將精礦研磨至80％顆粒的直徑小于15微米。
用水混合精礦粉末，產(chǎn)生3％(重量對體積計(jì))的礦漿。向礦漿中加入硫酸維持酸度在pH1.2。向反應(yīng)器中的礦漿加入約100ml含礦石精礦與嗜熱菌(硫化葉菌)混合物的接種礦漿。隨后將包含水合硫酸鎂、正磷酸鉀和硫酸銨的營養(yǎng)混合物加到礦漿中。
然后將反應(yīng)器置于一加熱的房間中，使礦漿的溫度維持在70℃。
用一標(biāo)準(zhǔn)壓縮機(jī)通過帶閥的流量表以及與吹氣器相通的管道向反應(yīng)器通入空氣。
控制空氣的流量，使得吹氣器放出穩(wěn)定的氣泡流?？諝庥糜趯㈩w粒維持在懸浮狀態(tài)，同時(shí)對細(xì)菌培養(yǎng)物供氧。反應(yīng)器中不使用其他攪拌器。精礦被氧化，金屬進(jìn)入到溶液中。分析礦漿的一部分來測定金屬提取量。當(dāng)反應(yīng)完成后，分離固相和液相，并分析溶液和固體。
實(shí)施例E鋅精礦在本實(shí)施例中，所用的生物氧化反應(yīng)器的直徑40mm，高1.0m。將實(shí)施例D.3所用的燒結(jié)聚合物吹氣器裝于反應(yīng)器的底部。
處理含硫化物礦物混合物的鋅精礦(命名為“Z1”)樣品提取鋅。精礦所含的鋅以閃鋅礦存在。樣品中也含有呈方鉛巖的硫化鉛。將精礦研磨至80％顆粒的直徑小于15微米。
用水混合精礦粉末，產(chǎn)生5％(重量對體積計(jì))的礦漿。向礦漿中加入硫酸維持酸度在pH1.2。向反應(yīng)器中的礦漿加入約半升精礦與中等嗜熱菌(氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌)混合物的接種礦漿。隨后將包含水合硫酸鎂、正磷酸鉀和硫酸銨的營養(yǎng)混合物加到礦漿中。
然后加熱反應(yīng)器，使礦漿的溫度維持在48℃。
用一標(biāo)準(zhǔn)壓縮機(jī)通過帶閥的流量表以及與吹氣器相通的管道向反應(yīng)器通入空氣。
控制空氣的流量，使得吹氣器放出穩(wěn)定的氣泡流?？諝庥糜趯㈩w粒維持在懸浮狀態(tài)，同時(shí)對細(xì)菌培養(yǎng)物供氧。反應(yīng)器中不使用其他攪拌器。精礦被氧化，鋅進(jìn)入到溶液中。分析礦漿的一部分液體來測定鋅的提取量。
實(shí)施例F將二價(jià)鐵轉(zhuǎn)化成三價(jià)鐵在直徑25mm高1.0m的反應(yīng)器中進(jìn)行另一個實(shí)驗(yàn)。將實(shí)施例D.3和E中所用的燒結(jié)聚合物吹氣器裝于反應(yīng)器的底部。
將硫酸亞鐵樣品加到反應(yīng)器中，用水稀釋，得到鐵的濃度為9g/l。向反應(yīng)器中的漿液加入硫酸維持酸度在pH1.2。向反應(yīng)器中的礦漿加入非常噬熱的細(xì)菌(硫化葉菌)，該細(xì)菌是先提取在濾紙上將它們與其他殘留的溶液分開。隨后將包含水合硫酸鎂、正磷酸鉀和硫酸銨的營養(yǎng)混合物加到漿液中。
然后加熱反應(yīng)器，使礦漿的溫度維持在70℃。
用一標(biāo)準(zhǔn)壓縮機(jī)通過帶閥的流量表以及與吹氣器相通的管道向反應(yīng)器通入空氣。
控制空氣的流量，使得吹氣器放出穩(wěn)定的氣泡流?？諝庥糜趯㈩w粒維持在懸浮狀態(tài)，同時(shí)對細(xì)菌培養(yǎng)物供氧。反應(yīng)器中不使用其他攪拌器。
結(jié)果溶液中的二價(jià)鐵被氧化轉(zhuǎn)化成三價(jià)鐵。用重鉻酸鉀滴定測定二價(jià)鐵的轉(zhuǎn)化量。
在不出本發(fā)明的范圍情況下，可對本發(fā)明的方法和反應(yīng)器系統(tǒng)還可作一些改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種用生物氧化從含金屬的材料回收金屬的方法，其特征在于，所述的方法包括在不用機(jī)械攪拌的反應(yīng)器中，用能從所述含金屬的材料提取金屬的細(xì)菌，處理含該材料的漿液；通過充氣裝置將含氧的氣體引入反應(yīng)器中的漿液，將所述的材料維持在懸浮狀態(tài)并維持細(xì)菌的生命力。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，以可控尺寸的氣泡將所述的氣體引入所述的漿液。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的充氣裝置包括至少一種選自以下的吹氣器管狀、半球狀、環(huán)狀和盤狀的吹氣器。
4.如前任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述的反應(yīng)器是無耙式的。
5.如前任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述引入反應(yīng)器的氣體還含有二氧化碳。
6.如前任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述的細(xì)菌培養(yǎng)物包括至少一種選自以下的微生物氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌、鐵氧化鉤端螺菌、熱氧化硫化桿菌、布氏硫化葉菌、BC硫化葉菌和嗜酸熱硫化葉菌。
7.如前任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述含金屬的材料含有至少一種以下金屬非二價(jià)鐵基金屬、貴金屬和稀土。
8.一種反應(yīng)器，其特征在于，可按上述任一權(quán)利要求所述的方法進(jìn)行操作。
9.一種生物氧化處理含金屬材料的反應(yīng)器系統(tǒng)，其特征在于，所述的反應(yīng)器系統(tǒng)包括至少一個無耙式反應(yīng)器，反應(yīng)器各有充氣裝置，用來將含氧的氣體引入反應(yīng)器，從而將所述的含金屬的材料維持在懸浮狀態(tài)，并維持細(xì)菌的生命力。
10.如權(quán)利要求9所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其特征在于，所述的至少一個反應(yīng)器是槽或罐。
11.如權(quán)利要求9所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其特征在于，所述的至少一個反應(yīng)器包括具有不透液體屏障襯里的儲器。
12.如權(quán)利要求10或11任一所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其特征在于，所述的至少一個反應(yīng)器具有進(jìn)料端和出料端，且反應(yīng)器的底部朝出料端有一向下斜的底部。
13.如權(quán)利要求9—12任一所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其特征在于，所述的充氣裝置包括至少一個吹氣器。
14.如權(quán)利要求13所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其特征在于，所述的各吹氣器裝于反應(yīng)器底部附近。
15.如權(quán)利要求13所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其特征在于，所述的吹氣器是管狀、半球狀、環(huán)狀或盤狀的吹氣器。
16.如權(quán)利要求9—15任一所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其特征在于，所述的充氣裝置位于與所述的至少一個反應(yīng)器相通的管道上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種進(jìn)行生物氧化加工,從含金屬的材料中提取金屬的方法及其裝置,在生物氧化反應(yīng)器中采用充氣裝置,較佳是吹氣器裝置,將含氧的氣體引入該不用機(jī)械攪拌裝置的反應(yīng)器,來維持細(xì)菌的生命力,并將含金屬的材料維持在懸浮狀態(tài)。
文檔編號C22B3/00GK1331759SQ99814694
公開日2002年1月16日 申請日期1999年10月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月18日
發(fā)明者M·羅茲, P·C·米勒, R·溫比 申請人:拜克泰克(澳大利亞)控股有限公司