CN101457209A - 低温浸矿菌及其用于硫化铜矿的低温生物堆浸工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供低温浸矿菌及其用于硫化铜矿的低温生物堆浸工艺，低温混合浸矿菌中两株菌的名称分别为Leptospirillumferrooxidans Retech－L－I，保藏登记号CCTCC No：M207156，保藏日期：2007年10月16日，和Thiobacillusthiooxidans Retech－L－I，保藏登记号CCTCC No：M207158，保藏日期：2007年10月16日。保藏单位为中国国家典型培养物保藏中心，地址武汉大学内。硫化铜矿的低温生物堆浸工艺为低温浸矿菌经过复壮驯化和放大培养后，矿石破碎筑堆，并使用含低温浸矿菌液进行滴淋浸出，浸出工序产生的浸出液送至萃取-电积工序，得到A级阴极铜。本发明的优点是可用来开发传统选冶技术不可利用的低品位铜矿资源，尤其适合用于常温和高温生物堆浸难于实现工程化的高寒地区硫化铜矿资源的有效开发，扩大铜矿产资源的利用范围，提高铜的综合利用率，此外本发明对脆弱的高寒地区环境生态保护较之现有处理工艺更为有利。

Description

低温浸矿菌及其用于硫化铜矿的低温生物堆浸工艺
技术领域
本发明涉及低温浸矿菌及其用于硫化铜矿的低温生物堆浸工艺，特别是一种低温浸矿菌及利用该菌从硫化铜矿石堆浸中提取金属铜的低温生物堆浸工艺。
背景技术
传统硫化铜矿的处理工艺是经过矿石破碎、磨矿、浮选，再通过浮选精矿火法熔炼来处理的高品位铜矿石的。该工艺由于对浮选精矿的质量要求严格，处理工艺流程长而复杂，此外还存在成本高、能耗高、环境污染重等缺点，因此不适合处理低品位的铜矿石。在已探明的铜矿产资源中，铜品位在0.6％以下的低品位硫化铜矿占了55％以上，而且矿产地在低温地区的占大多数，如采用现有的传统技术开采，经济效益差；而另一方面采用已有常温菌或中温或高温菌的生物堆浸工艺，在温度15℃以下时，浸矿菌活性不高，浸矿性能差，浸出速度慢，浸出周期长，从而影响铜金属浸出率，同时也存在因保温费用高而造成的生产成本增加的问题。例如，在我国寒冷的高海拔地区，已探明的低品位硫化铜矿床，其铜品位0.4％～1.0％，主要含铜矿物为兰铜矿、辉铜矿、黄铜矿等，采用现有的传统选冶工艺无法开发利用。因此，提供一种低温浸矿菌种及其低温生物堆浸硫化铜矿的新工艺势在必行。
发明内容
本发明的首要目的是提供一种低温高效的浸矿菌种，该菌种与已保藏的常温或中温或高温浸矿菌相比，温度可在15℃以下的条件工作，无需进行特殊的保温处理，即可保证有相同的浸矿效率。该菌种既可以是单株菌也可是多株菌的混合物。
本发明的第二个目的是提供一种新的硫化铜矿低温生物堆浸工艺，该工艺不同于常温或是高温生物堆浸，其特点是采用低温浸矿菌种，在低温条件下进行生物浸出。由于温度保持条件要求低，可使生产成本降低10～30％。此外，新工艺也完全区别于传统的选冶工艺，即无需经过选矿富集成精矿和高温熔炼等高能耗的传统工艺，无污染性大的烟尘和二氧化硫等有毒气体排放。新工艺流程短、设备简单、投资省、成本低、无污染，提高了铜回收率，为综合利用复杂难处理硫化铜矿产资源提供了有效途径。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：两株低温浸矿菌及其用于硫化铜矿的低温生物堆浸工艺，它包括以下步骤：
(1)将两株低温浸矿菌(该菌保藏号CCTCC No：M207156和CCTCC No：M207158)，以2:1～1:2(单位为细菌个数或在个数的数量级相同的情况下，为菌液体积比)比例混合后，经复壮、驯化及放大培养，获得适应性的浸矿菌；
(2)将(1)中放大培养的低温浸矿菌液采用滴淋管滴淋方式加至堆筑好的矿堆上；
(3)浸出工序出来的浸出液送至萃取与反萃；
(4)较纯净的铜溶液送至电积工序。
(1)低温浸矿菌的获得
本发明中所用的两株低温浸矿菌已保藏在中国国家典型培养物保藏中心武汉大学内，分别为：名称Leptospirillum ferrooxidans Retech-L-I，保藏登记号CCTCC No：M207156，保藏日期2007年10月16日；名称Thiobacillusthiooxidans Retech-L-I，保藏登记号CCTCC No：M207158保藏日期2007年10月16日。
在分别取得两株菌种后，以2:1～1:2的比例(单位为细菌个数。在个数的数量级相同的情况下，单位也可用菌液体积表示)混合，在pH值为1.5～2.5的普通自来水中加入所需浸出的硫化铜矿石进行浸矿细菌适应性驯化培养3～7次，然后逐级放大培养6～10次。其中细菌接种量为培养液总体积的10～30％，加入的矿粉量为培养液总重量的5～20％。获得菌浓度为107～109个/ml的适应性驯化浸矿菌，其生长温度在10～20℃，pH在1.0～5.0之间，最佳生长温度在12～20℃、pH1.0～5.0，该混合菌对硫化铜矿的浸出有很强的专属性，用于进行随后的硫化铜矿石生物堆浸。
(2)矿石中铜的堆浸浸出
将矿石粉碎成粒径小于35mm，然后筑堆，筑堆过程中要保持矿石尽可能形成自然堆放，形成多孔洞的自然堆，有利于堆内通风和浸矿微生物的生长；边筑堆边喷淋含有(1)中复壮的低温浸矿菌(Leptospirillum ferrooxidans Retech-L-I，保藏登记号CCTCC No：M207156和Thiobacillus thiooxidansRetech-L-I，保藏登记号CCTCC No：M207158)的稀硫酸溶液(pH1.5～2.0)，溶液喷淋量为矿石重量的10～25％。筑堆完成后，采用滴淋的方式按照滴淋速度7～15L/m2·h进行滴淋浸出矿石中的铜。滴淋液中含低温浸矿混合菌(Leptospirillum ferrooxidans Retech-L-I，保藏登记号CCTCC No：M207156和Thiobacillus thiooxidans Retech-L-I，保藏登记号CCTCC No：M207158)107个/ml以上，滴淋液的氧化还原电位690～750mv(vs.SHE代表标椎氢电极电位)。
为了有利于在低温下的温度保持，滴淋管埋在矿堆深度的0.5m～1.5m处，滴淋管的间距为0.5m～1m。堆场为永久性堆场，矿堆层高为5m～12m，在堆的表面可简单覆盖一层棉被作为保温层。
(3)含铜浸出液的萃取与反萃
将(2)浸出液采用Lix984N萃取剂萃取浸出液中的铜，通过硫酸反萃得到纯净的铜溶液。萃取过程中形成金属络合物，其反应式为：
Cu2+ aq+2HRorg＝CuR2org+2H+ aq      (1)
Cu2+ aq+4HRorg＝CuR22HRorg+2H+ aq   (2)
式中org代表有机相        aq代表水相
经过反萃得到的纯净铜溶液中含铜28g/L，反萃率达95％以上。萃取与反萃级数为二级。
(4)电积产铜
将(3)萃取与反萃后的铜溶液通过采用不溶阳极电积技术使铜在阴极析出，获得高质量的国标1#阴极铜。在铜电积步骤中，调节电流密度到100～180A/m2，电压维持在1.6～2.2V左右，电积过程铜的回收率可达98％以上。
所述的含铜矿物可以是兰铜矿或辉铜矿或斑铜矿或蓝辉铜矿或铜蓝或黑铜矿或黝铜矿或赤铜矿或黄铜矿。
本发明的效果是：除了有利于环保外，还可以用来开发传统选冶技术不可利用的低品位铜矿资源，尤其适合用于常温和高温生物堆浸难于实现工程化的高寒冷低温地区的硫化铜矿资源的开发，扩大铜矿产资源的利用范围，提高铜的综合利用率。
附图说明
图1为本发明一种实施例的工艺流程框图
具体实施方式
如图1所示，1为经保藏的低温浸矿菌(Leptospirillum ferrooxidans Retech-L-I，保藏登记号CCTCC No：M207156和Thiobacillus thiooxidansRetech-L-I，保藏登记号CCTCC No：M207158)，2将其进行适应性复壮、驯化及放大培养，3低品位硫化铜矿石，4经破碎工序，粒度控制在粒径<35mm，随后筑堆5，加入复壮、驯化及放大培养后的低温浸矿菌滴淋浸出6，随后将浸出液送到萃取反萃工序7，进行萃取与反萃，8为电积回收铜，获得阴极铜产品。
以下结合实施例对本发明作进一步说明
实施例1
该新工艺应用于西藏某高寒地区铜矿，矿石中金属矿物主要是铜矿物、铁的氧化矿物和硫化矿物，铜矿物主要有孔雀石、兰铜矿、辉铜矿、黄铜矿，次为铜蓝、斑铜矿、少量胆矾、蓝辉铜矿、黑铜矿、赤铜矿；铁的氧化矿物主要是分布极为普遍的褐铁矿和局部存在的磁铁矿、赤铁矿；铁的硫化矿物主要是黄铁矿和少量的胶黄铁矿、白铁矿。脉石矿物主要是粘土矿物、长石蚀变物，次为绢云母、水白云母及碳酸盐矿物。矿石中铜含量为0.64％，铁25.20％，硫26.44％，二氧化硅23.70％，氧化钙0.78％。
(1)低温混合浸矿菌的复壮与放大培养
对低温混合浸矿菌(该菌在中国国家典型培养物保藏中心武汉大学内保藏，培养物名称为Leptospirillum ferrooxidans Retech-L-I，保藏登记号CCTCCNo：M207156和Thiobacillus thiooxidans Retech-L-I，保藏登记号CCTCC No：M207158)，两株菌以1：1比例混合，在pH值为1.5～2.0的普通自来水中加入粒度为小于0.074mm占90％的我国西藏某低品位硫化铜矿石进行浸矿细菌适应性驯化转接培养4次，然后逐级放大培养10次。其中每次细菌接种量为培养物总体积的10％，加入的硫化铜矿粉量为培养物总重量的5％；加入的硫酸铵、磷酸二氢钾的量分别为培养物总重量的0.04‰(可以无需加入氮源和磷源物质，适当提高矿粉添加量)。培养温度10～15℃。最终获得复壮菌浓度大于108个/ml的适应性驯化低温混合浸矿菌，菌液电位达到820mv(vs.SHE)。该菌液即可接入滴淋液中进行矿石浸出。
(2)矿石中铜的堆浸浸出
将我国西藏某低品位硫化铜矿石破碎到粒度为小于35mm；然后筑堆，筑堆过程中为了保持矿石尽可能形成多孔洞、通风良好的自然堆，采用了后退式筑堆法进行，筑堆高度6m，堆的形状为棱台型，但也可依据地形条件来确定；在筑堆的同时喷淋占矿石重量10％的含适应性复壮驯化放大培养好的低温浸矿菌液；筑堆完成后，安装滴淋管。为了有利于在低温下的温度保持，滴淋管埋在矿堆深度的0.6m处，滴淋管的间距为0.6m。滴淋管安装好后，按滴淋液总体积的10％接入已经适应性驯化放大培养好的低温混合浸矿菌开始滴淋浸出，滴淋液中含低温浸矿菌106～107个/ml，滴淋液的氧化还原电位大于740mv(vs.SHE)，滴淋液的pH值为1.5～2.0，滴淋速度为7～10L/m2·h；滴淋浸出时间为7天，然后进入休闲，休闲时间为7天，滴淋与休闲轮流进行。当浸出液中的铜离子浓度达到3g/L后，送到浸出液的萃取与反萃工序进行处理。
经过1年的滴淋浸出后，矿石中铜的浸出率已达到85％，此时停止滴淋，浸出结束，并对滴淋管进行拆卸留作下一轮堆浸使用。同时，可以在旧矿堆上进行新一轮的筑堆浸出。
(3)含铜浸出液的萃取与反萃
浸出液的成分为：Cu3.0g/L；pH值1.5～2.0。
采用Lix984N作为萃取剂，反应式为：
Cu2+ aq+2HRorg＝CuR2org+2H+ aq      (1)
Cu2+ aq+4HRorg＝CuR22HRorg+2H+ aq   (2)
式中org代表有机相   aq代表水相
萃取剂浓度15％，萃取相比O(有机相)：A(水相)(相比是指有机相与水相的体积比)＝1：1，通过两级逆流萃取，铜萃取率达到98.56％，经二级逆流反萃，相比O：A＝1：2，铜的反萃率为95.32％
(4)电积产铜
反萃后溶液成分为：Cu浓度为29.8g/L。进入电积的溶液中铁含量需低于5g/L，电流密度100～180A/m2，槽电压1.6～2.2V，电积温度大于20℃。所得到的阴极铜品质达到国家标椎，铜的电积回收率达到99.95％。电解贫液返回矿石浸出。

Claims (9)

1、一株低温浸矿菌种，其特征在于：名称为Leptospirillum ferrooxidansRetech-L-I，保藏登记号CCTCC No：M207156，保藏日期2007年10月16日，保藏单位中国国家典型培养物保藏中心，地址武汉大学内。。
2、一株低温浸矿菌种，其特征在于：名称为Thiobacillus thiooxidansRetech-L-I，保藏登记号CCTCC No：M207158，保藏日期2007年10月16日，保藏单位中国国家典型培养物保藏中心，地址武汉大学内。
3、一种硫化铜矿的低温生物堆浸工艺，其特征在于：它包括：
(1)将两株低温浸矿菌(该菌保藏号CCTCC No：M207156和CCTCC No：M207158)，以2:1～1:2比例混合后，经复壮、驯化及放大培养，获得适应性的浸矿菌；
(2)将(1)中放大培养的低温浸矿菌液采用滴淋管滴淋方式加至堆筑好的矿堆上；
(3)浸出工序出来的浸出液送至萃取与反萃；
(4)较纯净的铜溶液送至电积工序。
4、根据权利要求3所述的硫化铜矿的低温生物堆浸工艺，其特征在于：所述的低温浸矿菌复壮、驯化、放大培养条件为：在普通自来水中加入所需浸出的硫化铜矿粉进行浸矿细菌适应性驯化培养，然后逐级放大培养，其中细菌接种量为培养物总体积的10～30％，加入的矿粉量为培养物总重量的5～20％；获得菌浓度为107～109个/ml的适应性驯化浸矿菌，其生长温度在10～20℃，pH在1.0～5.0之间。
5、根据权利要求4所述的硫化铜矿的低温生物堆浸工艺，其特征在于：还加入的硫酸铵、磷酸二氢钾，其加入量分别为培养物总重量的0.04‰。
6、根据权利要求3或4所述的硫化铜矿的低温堆浸工艺，其特征在于：所述的浸矿细菌适应性驯化培养的转接次数为3～7次，逐级放大培养的级数是6～10次。
7、根据权利要求3或4所述的硫化铜矿的低温生物堆浸工艺，其特征在于：所述的粉碎矿石的粒径为小于35mm。
8、根据权利要求3或4所述的硫化铜矿的低温堆浸工艺，其特征在于：所述的筑堆工序中，边筑堆边喷淋含有适应性复壮驯化放大培养好的低温浸矿菌液，溶液喷淋量为矿石重量的5％～15％。
9、根据权利要求3或4所述的一种硫化铜矿的低温生物堆浸工艺，其特征在于：所述的含铜矿物可以是兰铜矿或辉铜矿或斑铜矿或蓝辉铜矿或铜蓝或黑铜矿或黝铜矿或赤铜矿或黄铜矿。
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