CN100478464C - 釜式生物浸出方法 - Google Patents

Abstract

一种操作浓缩物釜式生物浸出过程的方法，包括向该过程中所用的微生物细胞提供非气态形式碳的步骤。

Description

釜式生物浸出方法

背景技术

一般来讲，本发明涉及一种釜式生物浸出过程，更具体地说涉及向釜式生物浸出过程所用微生物细胞提供碳。

在釜式生物浸出中，微生物细胞用于氧化磨细矿物浓缩物中的还原态硫和铁，磨细矿物浓缩物包含有用金属或者目标金属。

反应釜或者反应器包含浓缩物的浆料，对其进行搅拌并向其中加入营养物。向该浆料中喷入空气或富集的空气，通常控制其pH值在0.8～2的范围内。

在低于45℃的中温下使用细菌，而在高于45℃的高温下使用古生菌来催化氧化过程，使得矿物发生分解。从而有用金属被直接溶解或者提高其下游回收率。

用于这类生物浸出过程的微生物细胞通常是化能营养(chemolithrophs)，通过固定来自大气或供给气体中的二氧化碳进行自养生长，以满足它们的碳需求。微生物细胞需要碳作为细胞代谢和功能产物的基本组分。

对于高温生物浸出(高于45℃)，使用富集的空气是很重要的，这是因为随温度升高，二氧化碳和氧气的溶解度会降低，其传质也会随之降低。富集的空气可以包含高浓度的氧气或二氧化碳，因为有很多文件表明需要这样的高浓度以便获得最佳的微生物生长速率以及二价铁和硫的氧化速率。

为使喷入反应器的空气富集而需要的氧气和二氧化碳通常是由发电厂产生的。然而，这些工厂的投资成本和操作成本都是很高的，而且与二氧化碳有关的成本是特别昂贵的。而且，生物浸出过程中所供给的二氧化碳的利用率可能是低的，通常低于40％。这实际上增加了运转生物浸出装置的成本。

在某些实例中，除了感兴趣的金属(通常铜、镍或金)外，进行生物浸出的浓缩物材料还包含银。在某些情况下银的存在可能导致对微生物细胞的严重抑制效应，从而对生物浸出过程产生不利的影响。尽管银在典型的生物浸出条件下是仅少量可溶的，含银矿物的溶解导致在反应器中络合和沉淀发生之前，银会暂时地存在于溶液中。这种暂时的溶解性足够使银与微生物细胞快速相互作用，其中银通常渗透过细胞膜并且以高亲和力结合到细胞质中所含的化合物。细胞中最可能与银相互作用的化合物是含硫的氨基酸，尤其是半胱氨酸和蛋氨酸。由于在受影响的细胞中存在银结瘤，通过透射电子显微术结合金属分析技术，可以容易地观察到银的抑制效应。

发明内容

本发明提供了一种浓缩物釜式生物浸出过程的操作方法，其包括向该过程所用微生物细胞提供非气态形式碳的步骤。这造成更低的碳成本并且具有降低银对微生物细胞的抑制效应的出人意料的益处。

以上述方式向所述过程提供的碳可以替代或补充以二氧化碳形式向所述过程提供的碳。

可以使用任何合适的料源提供非气态形式的碳。该料源可以选自水溶性碳或无机含碳固体化合物例如碳酸盐。

优选地，碳来源于有机可溶性碳，其可以选自酵母、酵母抽提物，和碳抽提物或者来源于活性污泥、皮革厂的排出液、用过的生物浸出生物质、糖蜜、玉米浆、蔗糖、葡萄糖和甲醇的碳。

酵母抽提物是优选的碳源，因为它除了碳以外，还通常包含大量的促进微生物生长的营养化合物例如维他命、氨基酸和一些辅因子。相似的化合物包括肉浸液。这些复合营养化合物可以单独使用或者与纯碳源联合使用。使用这种混合物(如酵母抽提物)的目的将是代替至少由复合营养源提供的碳，从而降低酵母抽提物的总消耗量。

复合营养源例如酵母抽提物包含除碳以外的大量其他营养化合物。其中这些是对从溶液中络合银有高亲和力的化合物。这些化合物被认为是含有硫的氨基酸，但也可能包括其他目前未知的化合物。出人意料的益处是这些化合物通过迅速从溶解状态清除银而起作用，因而防止和/或降低了银与微生物或生物浸出细胞有害的相互作用。这种机理有助于更耐用的含银矿石的生物浸出过程，否则将会限制由生物湿法冶金技术来处理所述矿石。

纯碳源例如蔗糖可以与复合营养源(例如酵母抽提物)结合使用。在所述应用中，蔗糖的使用被发现具有出人意料的益处，因为其显示提高了细胞膜在恶劣的生物浸出条件下的耐用性、稳定性和完整性。这从操作过程来说是非常有益的。

附图说明

本发明进一步结合附图通过实施例来进行描述，附图示意性举例说明了根据本发明原理进行的釜式生物浸出过程。

具体实施方式

附图略示意性举例说明了釜式生物浸出过程10。在该过程中，将浆料12引入反应器或反应釜14中，其中浆料12包含粉碎成小粒径(通常小于80微米)的矿物浓缩物，反应器或反应釜14包括用于搅拌浆料的马达驱动的叶轮16。用已知的细菌接种浆料，任选地，根据已知标准向反应器中的浆料提供营养物18。

气体20供给反应器的喷入系统22。根据需要，气体可以是空气，其被氧气24和任选的二氧化碳26富集。

反应器中的浆料根据已知标准保持在所需的pH水平和所需温度下，使得生物浸出过程分解或溶解目标金属，所述金属随后在下游过程28中回收。

正如导言中所解释的，二氧化碳源26是生物浸出过程中的主要成本因素。产生二氧化碳的成本是很高的，而且反应器中浆料的二氧化碳利用百分率是很低的。这实际上意味着，所产生的二氧化碳的大部分没有被利用，而排放到大气中。

尽管在培养生物浸出细胞的领域中，有机碳的补充是众所周知的，但是这在申请人所知的任何工业釜式生物浸出操作中目前未被使用。在清除银和提高细胞膜耐用性方面出人意料的益处也是在工业规模上未预料到的。本发明提供了通过向反应器提供非气态形式的碳32以满足生物浸出过程中微生物细胞的全部或部分的碳需要。在这一方面，优选的碳源是水溶性酵母提取物，它可以与纯碳源例如蔗糖联合使用。

大多数生物浸出微生物必须要求二氧化碳作为它们唯一的碳源，但一些菌种例如兼性自养菌和兼性异养菌，在这方面并非绝对。这些菌种因此能够使用除二氧化碳之外的碳源，作为二氧化碳的替代物或者补充物。因此，可能通过向反应釜中提供水溶性有机碳源例如酵母提取物32从而获得优化的釜式生物浸出条件。碳源优选以液体的形式提供并且泵入反应器14中，或者如虚线所示泵入浆料进料12，或者备选地或者另外地，以干粉的形式加入到反应釜的浆料中。

使非气态碳保持在反应器中，其浓度可以在10～600mg/L的范围内，但是根据需要，浆料中的碳源物质浓度可以更高或更低。

生物浸出过程中优选使用相比于二氧化碳更擅长利用有机碳源例如酵母提取物的微生物菌种。酵母提取物是通过现有技术中已知方法获得的产物，所述方法包括溶菌步骤(也就是细胞的破裂)，因而释放细胞内含物。水溶性细胞内含物从细胞微粒中分离，以糊状物或者水溶性干粉形式制得。最终产品，即酵母提取物，包含高浓度和不同的氨基酸、维他命、有机和无机营养物，因此适用于微生物生长介质中。

根据碳含量来计算，与CO₂相比，可以常常以更低的成本获得酵母提取物。而且，酵母中的碳比以气态形式呈现的碳例如CO₂更有效地被微生物细胞所利用(也就是说更多的碳被使用了)。酵母提取物和纯碳源例如蔗糖的使用可以降低所述碳补充的总成本。

可能使用备选的或另外的碳源，其包括水溶性复合碳提取物，这种水溶性复合碳提取物产自植物材料如糖蜜和玉米浆或皮革厂排出的废水或污水厂的活性污泥。这些物质主要包含碳化合物，但通常包含比酵母提取物种类少的氨基酸和维他命。

其他适用于本发明的可溶性碳源是被提纯到一定水平的碳化合物，其中，主要组成化合物为主并且可容易被识别，例如蔗糖、葡萄糖和甲醇。

在釜式生物浸出过程中，通过使用水溶性碳源，例如单独使用酵母提取物(复合营养源)或者与蔗糖(纯碳源)联合使用，由于降低或者消除二氧化碳的需求，从而降低该过程的投资成本和操作成本。出现的其它益处还包括以下几点：

(a)由于需要喷入的气量减少，提高了操作的简易性；

(b)降低了搅拌器和喷入设备的投资成本和操作成本；

(c)降低了银导致的抑制效应；

(d)提高了细胞膜的耐用性，从而提高了该过程的耐用性；

(e)改善了反应器中浆料的营养条件。这是由于从有机碳源中释放出氨基酸、维他命和其他微营养物，从而使微生物的生长和生物浸出性能得到优化；和

(f)在有机可溶性碳存在的情况下，硫化合物的溶解性提高，从而硫的氧化速率提高，因此提高生物浸出过程的有效性。

所述益处在中温或者高温釜式生物浸取过程中均能获得。

Claims (5)

1.非气态形式碳用于降低进行釜式生物浸出过程的浓缩物中含有的银对该过程中所用的微生物细胞的抑制效应的用途。

2.根据权利要求1的用途，其中生物浸出过程包括向微生物细胞提供二氧化碳形式碳的步骤。

3.根据权利要求1或2的用途，其中非气态形式碳来源于选自水溶性碳和无机含碳固体化合物的料源。

4.根据权利要求1或2的用途，其中非气态形式碳来源于有机可溶性碳，其选自酵母提取物，和来源于活性污泥、皮革厂排出液、用过的生物浸出生物质、糖蜜、玉米浆、蔗糖、葡萄糖和甲醇的碳。

5.根据权利要求4的用途，其中非气态形式碳至少来源于与酵母提取物结合的蔗糖。