CN101748080A - 一种浸矿菌及低品位硫化锌矿的选择性生物浸出工艺 - Google Patents

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武彪
温建康
刘学
武名麟
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Abstract

本发明涉及一种浸矿菌及含铁低品位硫化锌矿选择性生物浸出工艺。所述的浸矿菌命名为Leptospirillum ferrooxidans Retech-STC-1，现已寄存并保藏在中国国家典型培养物保藏中心(武汉大学校内)，保藏登记号为CCTCC No：M208162。保藏日期：2008年10月17日。本工艺利用含专属浸矿微生物和Fe3+离子的稀硫酸溶液浸出含铁硫化锌矿，通过调节pH、滴淋强度、休闲制度及透气性等措施，控制浸出过程氧化还原电位，实现硫化锌矿的选择性浸出。本工艺流程短、设备简单、投资省、成本低、无污染、回收率高，生产规模可大可小，能够处理传统选冶工艺不能处理的低品位锌矿产资源，扩大资源利用范围，提高锌金属的综合回收水平。

Description

一种浸矿菌及低品位硫化锌矿的选择性生物浸出工艺
技术领域
本发明涉及一种浸矿菌及低品位硫化锌矿选择性生物浸出工艺，特别是在含铁较高的情况下，在生物浸出体系中，保持锌矿物高浸出率的同时，有效的抑制铁的浸出，降低后续除铁成本。
背景技术
我国的硫化锌矿中以铁闪锌矿形式赋存的锌储量占了相当大的比例，如云南省低品位硫化锌矿储量为800多万t，湖南黄沙坪、广西大厂产出的锌矿石也是典型的铁闪锌矿资源。在铁闪锌矿成矿过程中，铁及多种元素以类质同象进入矿物晶格中，尤其是铁置换锌普遍存在于硫化锌矿中，用机械磨矿和选矿的方法难以使铁分离。随着易选冶锌矿资源的逐渐枯竭，开发利用铁闪锌矿资源的比例将日益增大。采用微生物冶金技术处理高铁低品位闪锌矿可提高锌的综合回收率，同时避免生成SO2、减少环境污染。但是在以往的闪锌矿生物浸出工艺中，铁和锌被同时浸出进入浸出液，大量的铁积累造成后续分离工艺的困难，增加了成本，浪费了资源。针对此问题，有必要提供一种新的生物浸出工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种浸矿菌及低品位硫化锌矿选择性生物浸出工艺，该工艺为生物浸出体系的生物提锌降铁工艺，特别适合用于黄铁矿含量高的低品位硫化锌矿石。本工艺流程短、设备简单、投资省、成本低、无污染，在不影响锌浸出率的同时，可有效抑制黄铁矿的大量浸出，大大降低后续除铁工艺成本，该工艺的实施，可使铁含量高的低品位硫化锌矿资源得以有效开发利用，提高锌矿资源的综合利用率，可获得更大的经济、环境和社会效益。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
新工艺采用的浸矿细菌命名为Leptospirillum ferrooxidans Retech-SPL-1，现已寄存并保藏在中国典型培养物保藏中心(武汉大学校内)，保藏登记号为CCTCC No：M208162。保藏日期：2008年10月17日。
低品位硫化锌矿选择性生物浸出工艺，它包括以下步骤：
(1)矿石的准备、筑堆及细菌的培养
将含铁低品位硫化锌矿石破碎至-20mm，运输到堆场进行筑堆，筑堆过程中尽量使颗粒分布均匀，防止偏析，同时避免被压实，保持良好的透气性。
采集含有氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌和氧化亚铁钩端螺旋菌的矿酸性矿坑水，利用9K培养基，在45℃下进行选育、分离筛选浸矿菌种。同时考察浸矿菌种的特征，研究其生长规律。在此基础上，通过添加矿粉驯化浸矿菌株，考察其生长代谢规律以及浸矿能力，最终得到耐受性较强的专属浸矿菌。
(2)含铁低品位闪锌矿的选择性生物浸出
目前国内硫化锌矿中铁品位较高，主要是以黄铁矿的形式存在。黄铁矿既是微生物的能源，又为浸出体系提供硫酸，在生物浸出过程中，过量的黄铁矿溶解会造成浸出液中铁过剩，在循环体系中不断积累，增加了后续除铁工艺成本。硫化锌矿选择性生物浸出工艺，主要是在不影响锌浸出率的前提下，抑制黄铁矿溶解的工艺。
在该低品位硫化锌矿生物浸出过程中，随着浸出的进行，溶液电位逐步升高。微生物的存在加速了堆中Fe2+氧化速率，使溶液电位上升，从而在加速锌矿物浸出的同时，也促进了黄铁矿的氧化溶解。因此，必须控制浸出过程中的氧化还原电位，抑制黄铁矿的溶解速率。
具体方案如下：①参照Zn-Fe-S-H2O系的E-pH图确定抑铁浸锌的最佳电位、pH值范围，通过调节浸出体系的微生物、化学及物理等条件参数使体系达到选择性浸出的最佳值。控制较低的pH值，降低细菌氧化Fe2+的速率，因此控制较低的pH值能抑制电位的过快增长。pH值控制在1.0～1.5，可使电位保持在650～800mV(SCE)范围内。②在不同浸出时期，采取分阶段间歇和连续两种喷淋方式，或提高喷淋强度和次数[喷淋强度为20～30L/(m2·h)]来实现降低堆内温度的目的，以保持堆内温度在20～45℃范围内，以利于有效控制较低的电位；同时使堆高保持在4～6m，堆中保持良好的透气性，同时保证浸出液顺利渗透。③浸出液循环过程中采用中和沉淀法除Fe3+，以控制喷淋液中总铁浓度在合适的范围。通过以上方法来控制合适的氧化还原电位，从而在不影响硫化锌浸出率的同时，抑制黄铁矿的浸出，实现二者的选择性浸出。
所述的矿石破碎粒度为5～20mm。
本发明的优点是：工艺流程短、设备简单、投资省、成本低、无污染、回收率高，生产规模可大可小，能够处理传统选冶工艺不能处理的低品位锌矿产资源，扩大资源利用范围，提高锌金属的综合回收水平。
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
图1中工序1为矿石的准备及破碎工序，控制粒径＜20mm；破碎好的矿石被送往矿堆进入筑堆工序2；然后进行布液、滴淋操作，再进入到工序3选择性浸出处理工序；将工序4中得到的混合浸矿菌加入工序2中，同时经过工序5、6，调节浸出液pH、滴淋强度及休闲制度(连续喷淋2天，休息1天)等措施控制电位的变化；浸出液进入后续处理过程。
以下结合实施例对本发明作进一步说明
实施例1
该新工艺应用于国内某含铁低品位硫化锌矿，矿石中金属矿物主要是黄铁矿，其次是褐铁矿、赤铁矿；含锌矿物主要为闪锌矿(30-40％)。脉石矿物主要是石英、水云母，另有少量粘土矿物；碳酸盐类矿物少。
(1)专属浸矿菌的选育、驯化、扩大培养：
本发明采用的细菌是采自某矿山酸性矿坑水，在90ml Leathen培养基中，接种10ml矿坑水样，在摇床中恒温水浴培养，根据不同菌种分别控制温度为45℃，控制摇床转速为160转/分钟，定时测定液相中氧化还原电位(Eh)、pH值和细胞密度。向处于对数生长后期的氧化亚铁硫杆菌滴加3.0mol/LH2SO4，使培养液保持pH1.5左右，加入的营养物质为：(NH4)2SO4 0.15g/L，KCl 0.05g/L，K2HPO4 0.05g/L，MgSO4·7H2O 0.05g/L，Ca(NO3)2 0.01g/L，FeSO4·7H2O 0.1g/L。
所述的驯化是在不含上述营养物质的自来水中加入粒度小于0.074mm的矿粉，加入矿石粉后形成的矿浆浓度为1～20％重量百分比，pH值在1.5～2.0之间；驯化菌液含氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌和氧化铁微螺球菌，菌液的氧化还原电位为650～850mV(SCE)，细菌浓度为107～109个/ml；所述微生物生长温度为15～45℃，最佳生长温度35～45℃。
在培养好的菌液中逐步加入矿粉，金属离子浓度不断提高，转接4-5次，得到耐受性较好的混合菌。
在铁闪锌矿细菌浸出过程中，矿石中的重金属元素如Zn2+、Cd2+等将随着矿物的溶解而进入溶液中，当这些离子的浓度达到一定值时，就会对细菌的生长活性产生一定的影响，从而影响细菌浸矿的速率。
(2)选择性生物浸出
闪锌矿容易溶解，低电位下浸出率较高，而黄铁矿在低电位下很难浸出，随着电位的升高浸出速率不断提高，所以控制电位是实现选择性浸出的关键步骤。在浸出过程中主要是由细菌氧化Fe2+来维持氧化还原电位，通过控制细菌的活性，调控电位可以实现选择性浸出。
首先在筑堆过程中要使矿石颗粒分布均匀，避免产生偏析，影响渗透性。矿石粒度破碎至-15mm，增加堆高，降低堆中的透气性，控制细菌的活性。在不同浸出时期，采取分阶段间歇和连续两种喷淋方式，当在浸出前期(堆浸前三个月)，采取间歇喷淋方式，喷淋强度为20～30L/(m2·h)，间歇喷淋方式有利于布液和堆中细菌生长繁殖及堆中气体温度调节，有利于锌矿物的浸出。当在浸出后期(堆浸后三个月)时，改为连续喷淋方式，提高喷淋强度，降低堆内温度和降低细菌活性，保持堆内温度在20～45℃范围内，控制较低的电位，有效抑制黄铁矿的过量浸出。当溶液中氧化还原电位低于800mV(SHE)时，浸出5个月后，黄铁矿的浸出率低于20％。
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锌矿产资源，降低成本，扩大锌矿产资源的利用范围，提高锌的综合回收率。

Claims (5)

1.一种浸矿菌，其特征在于：浸矿细菌命名为Leptospirillum ferrooxidansRetech-STC-1，现已寄存并保藏在中国国家典型培养物保藏中心(武汉大学校内)，保藏登记号为CCTCC No：M208162。保藏日期：2008年10月17日。
2.一种含铁低品位硫化锌矿选择性生物浸出工艺，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)将专属浸矿菌Leptospirilium ferrooxidans Retech-STC-1驯化和放大培养；
(2)选择性生物浸出
将矿石破碎至-20mm进行筑堆，然后将(1)中获得细菌接入到堆中，喷淋强度为20～30L/(m2·h)，其喷淋液中含浸矿混合菌107～108个/ml，喷淋液的氧化还原电位650～800mV(SCE)，控制堆内温度在20～45℃范围内，浸出体系的pH值1.0～1.5。
3.根据权利要求2所述的一种含铁低品位硫化锌矿选择性生物浸出工艺，其特征在于：所述的对采集的含菌酸性矿坑水的选育是在Leathen基础培养基中加入含菌矿坑水(重量比20-30％)进行的，加入的营养物质为：(NH4)2SO40.15g/L，KCl 0.05g/L，K2HPO40.05g/L，MgSO4·7H2O 0.05g/L，Ca(NO3)20.01g/L，FeSO4·7H2O 0.1g/L；所述的驯化是在不含上述营养物质的自来水中加入粒度小于0.074mm的矿粉，加入矿石粉后形成的矿浆浓度为1～20％重量百分比，pH值在1.5～2.0之间；驯化菌液含氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌和氧化铁微螺球菌，菌液的氧化还原电位为650～850mV(SCE)，细菌浓度为107～109个/ml；所述微生物生长温度为15～45℃。
4.根据权利要求3所述的一种含铁低品位硫化锌矿选择性生物浸出工艺，其特征在于：最佳生长温度35～45℃。
5.根据权利要求2或3所述的一种含铁低品位硫化锌矿选择性生物浸出工艺，其特征在于：所述的矿石破碎粒度为5～20mm。
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