CN102337228B - 一种嗜热嗜酸菌及低品位原生硫化铜矿微生物分段浸出工艺 - Google Patents

一种嗜热嗜酸菌及低品位原生硫化铜矿微生物分段浸出工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种嗜热嗜酸菌及低品位原生硫化铜矿微生物分段浸出工艺，工艺包括以下步骤：(1)、将嗜温嗜酸菌、中等嗜热嗜酸菌、嗜热嗜酸菌，经驯化及放大培养，获得适应性浸矿菌株；(2)、将矿石粉碎后筑堆，并在堆内埋设温度探头；(3)、筑堆后的矿石首先用稀硫酸溶液喷淋，中和矿石中的碱性脉石；(4)、将(1)中放大培养的嗜温嗜酸菌、中等嗜热嗜酸菌、嗜热嗜酸菌根据堆内温度的升高以喷淋或滴淋的方式分别加至堆筑好的矿堆上；(5)、浸出工序中出来的浸出液送至金属回收工序。本工艺利用浸矿菌氧化硫化矿物产生热量，逐步提高矿堆内部温度，通过分段加入嗜温嗜酸菌、中等嗜热嗜酸菌和嗜热嗜酸菌，可实现低品位原生硫化铜矿的高温堆浸，提高原生硫化铜矿的浸出率。适用于开发低品位原生硫化铜矿资源。

Description

一种嗜热嗜酸菌及低品位原生硫化铜矿微生物分段浸出工艺
技术领域
本发明涉及一种嗜热嗜酸菌及低品位原生硫化铜矿微生物分段浸出工艺，特别是一种以嗜温嗜酸菌、中等嗜热嗜酸菌、嗜热嗜酸菌三种菌分段浸出低品位原生硫化铜矿工艺。
背景技术
我国的铜矿物以硫化矿为主，在已探明的储量中，硫化矿占87％，氧化矿占10％，混合矿占3％。硫化铜矿物主要有黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、黝铜矿和铜蓝等；其中，原生硫化铜矿(主要为黄铜矿)约占90％，次生硫化铜矿约占10％。
传统的原生硫化铜矿处理技术通过浮选获得原生硫化铜矿精矿，再通过火法熔炼制取海绵铜。但是随着开采资源的贫杂化，传统火法熔炼面临着原料来源问题；其次，火法冶炼存在酸过剩的问题，尤其是偏远地区，冶炼厂过剩的酸难以外运而且运输费用昂贵。第三，火法冶炼有SO2等对大气污染严重的废气排放，对生态环境构成严重危害。
近年来，随着生物冶金技术的发展，次生硫化铜矿的生物浸出已实现工业化应用。原生硫化铜矿表外矿生物堆浸虽已在江西德兴铜矿投产，但是年浸出率只有9％。这主要是由于原生硫化铜矿的生物浸出存在钝化现象，在生物浸出过程中，黄铜矿表面覆盖了一层惰性反应产物，阻碍了黄铜矿的进一步溶解。而研究表明采用嗜热嗜酸菌浸出黄铜矿可有效解决黄铜矿浸出率低的问题，防止钝化层的出现。
发明内容
本发明目的是提出一种嗜热嗜酸菌及低品位原生硫化铜矿微生物分段浸出工艺，本工艺可使得生物堆浸过程中堆内的温度达到嗜热嗜酸菌的适宜生长温度，以解决原生硫化铜矿浸出率的低的问题。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
本工艺利用微生物氧化硫化矿物产生热量，逐步提高矿堆内部温度，通过分段加入嗜温嗜酸菌、中等嗜热嗜酸菌和嗜热嗜酸菌，最终实现原生硫化铜矿的高温堆浸。
一种嗜热嗜酸菌，其名称为Acidianus brierleyi RETECH-HB1，保藏登记号为CCTCC No：M209084，保藏日期2009年4月25日，保藏单位中国典型培养物保藏中心，地址武汉大学内。
一种低品位原生硫化铜矿微生物分段浸出工艺，它包括：
(1)、将嗜温嗜酸菌、中等嗜热嗜酸菌、嗜热嗜酸菌，保藏号分别为CCTCC No：M207064、CCTCC No：M202041、CCTCC No：M209084，经驯化及放大培养，获得适应性浸矿菌株；
(2)、将矿石粉碎后筑堆，并在堆内埋设温度探头；
(3)、筑堆后的矿石首先用稀硫酸溶液喷淋，中和矿石中的碱性脉石；
(4)、将(1)中放大培养的嗜温嗜酸菌、中等嗜热嗜酸菌、嗜热嗜酸菌根据堆内温度的升高以喷淋或滴淋的方式分别加至堆筑好的矿堆上；
(5)、浸出工序中出来的浸出液送至金属回收工序。
浸矿菌的获得
本发明中所用的嗜温嗜酸菌、中等嗜热嗜酸菌和嗜热嗜酸菌已保藏在中国典型培养物保藏中心，地址：武汉大学内。嗜温嗜酸菌为Acidithiobacillus ferrooxidans Retech-NTC-2，保藏登记号为CCTCC No：M207064，保藏日期2007年5月11日；中等嗜热嗜酸菌为Sulfolobusthermosulfidooxidans Retech IX，保藏登记号为CCTCC No：M202041，保藏日期2002年10月21日；嗜热嗜酸菌为Acidianus brierleyiRETECH-HB1，保藏登记号为CCTCC No：M209084，保藏日期2009年4月25日。
在取得嗜温嗜酸菌、中等嗜热嗜酸菌和嗜热嗜酸菌之后，在pH值为1.5～2.5的普通自来水中加入所需浸出的原生硫化铜矿矿石、氮源和磷源分别进行嗜温菌、中等嗜热菌和嗜热菌适应性驯化培养2～5次，然后逐级放大培养6～10次。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2～15％；加入的氮源物质为碳酸铵或氨水或硝酸钙、磷源物质为磷酸氢二钾或磷酸二氢钾，加入量为培养物总重量的0.01～0.05‰。获得菌浓度为107～109个/ml的适应性驯化嗜温嗜酸菌、中等嗜热嗜酸菌和嗜热嗜酸菌，pH在1.0～5.0之间，嗜温嗜酸菌的最佳生长温度在30～35℃，中等嗜热嗜酸菌的最佳生长温度在45～50℃，嗜热嗜酸菌的最佳生长温度在70℃。
矿石筑堆及预处理
将矿石粉碎成粒径小于15mm，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。筑堆时在堆内埋设温度探头，以便实时监测矿堆温度，接种不同温度的浸矿菌，并根据浸出情况调整堆浸工艺参数。矿堆单层高度6-8m，首先用稀硫酸溶液喷淋矿堆，预先中和矿石中的碱性脉石，并将矿石中易溶浸部分金属浸出。
嗜温嗜酸菌、中等嗜热嗜酸菌和嗜热嗜酸菌分段堆浸
当喷淋液和浸出液的pH基本一致时，喷淋接种入含有(1)中复壮的嗜温嗜酸菌(Acidithiobacillus ferrooxidans Retech-NTC-2)的稀硫酸溶液(pH1.5～2.5)，直到浸出液中细菌浓度高于106个/ml以上。由于浸矿菌对矿堆中硫化矿的氧化产生大量热量，矿堆中温度逐步升高，当矿堆内温度达到40～50℃时，喷淋接种入(1)中复壮的中等嗜热嗜酸菌(Sulfolobus thermosulfidooxidans Retech IX)，当矿堆内温度达到60～70℃时，喷淋接种入(1)中复壮的嗜热嗜酸菌(Acidianus brierleyiRETECH-HB1)。浸出过程中实时监测浸出液温度，根据浸出液温度变化情况调整喷淋速率，喷淋速率控制在7～30L/m2·h，可将矿堆内部温度控制在60～80℃，实现原生硫化铜矿的高温堆浸。
本发明的效果是：针对原生硫化铜矿，实现高温堆浸，显著提高原生硫化铜矿的浸出率。
附图说明
图1为本发明一种实施例的工艺流程框图。
图2为浸出过程中堆内温度和铜浸出率随时间的变化情况
具体实施方式
如图1所示，1为将原生硫化铜矿矿石破碎的矿石破碎工艺，破碎后的矿石送入矿石筑堆及预处理工序2，预处理工序中喷淋稀硫酸溶液，预处理完后的矿堆采用分段浸出工艺，首先加入放大培养的嗜温嗜酸菌3，当矿堆内温度达到45℃时，加入放大培养的中等嗜热嗜酸菌4，当矿堆内温度达到65℃时，加入放大培养的嗜热嗜酸菌5，分段浸出后的浸出液经7萃取，萃余液返回至6，富铜液经电积8产生阴极铜9。
以下结合实施例对本发明作进一步说明
实施例1
国内某铜矿山主要铜矿物为原生硫化铜矿(占有率83.59％)，含有少量次生硫化铜矿(占有率9.56％)和氧化铜矿(占有率6.85％)，矿石中总铜含量为1.20％。矿石中的黄铁矿为2.76％，硫主要是以黄铁矿、黄铜矿和辉铜矿的形式存在。脉石矿物占85％以上，主要是石英、高岭土等。有用矿物黄铜矿沿着黄铁矿裂隙充填交代并胶结黄铁矿碎屑，构成脉状、网状结构：同时黄铁矿中含有黄铜矿包裹体。
(1)浸矿菌的复壮与放大培养
取得嗜温嗜酸菌、中等嗜热嗜酸菌和嗜热嗜酸菌后(均保藏在中国典型培养物保藏中心，地址：武汉大学内。嗜温嗜酸菌为Acidithiobacillusferrooxidans Retech-NTC-2，保藏登记号为CCTCC No：M207064，保藏日期2007年5月11日；中等嗜热嗜酸菌为Sulfolobusthermosulfidooxidans Retech IX，保藏登记号为CCTCC No：M202041，保藏日期2002年10月21日；嗜热嗜酸菌为Acidianus brierleyiRETECH-HB1，保藏登记号为CCTCC No：M209084，保藏日期2009年4月25日。在pH值为1.5～2.5的普通自来水中加入粒度为小于0.075mm的国内某原生硫化铜矿矿石、碳酸铵和磷酸氢二钾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20％，加入的硫化铜矿粉量为培养物总重量的5％；加入的碳酸铵、磷酸二氢钾的量分别为培养物总重量的0.04‰；嗜温嗜酸菌培养温度33℃，中等嗜热嗜酸菌培养温度45℃，嗜热菌培养温度70℃，最终获得复壮菌浓度大于107个/ml的适应性驯化嗜温嗜酸菌、中等嗜热嗜酸菌和嗜热嗜酸菌，菌液电位达到600mV(Vs.SCE，是指所测量的氧化还原电位值是相对于标准甘汞电极的测量值)。该菌液即可接入滴淋液中进行矿石浸出。
(2)矿石筑堆及预处理
将我国某原生硫化铜矿矿石破碎到粒度为小于15mm；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8m，堆的形状为棱台型，但也可依据地形条件来确定；在筑堆的同时喷淋稀硫酸溶液中和矿堆中的碱性脉石，筑堆完成后，安装喷淋管。喷淋管的间距为2m。
(3)嗜温嗜酸菌-中等嗜热嗜酸菌-嗜热嗜酸菌分段堆浸
当喷淋液和浸出液的pH基本一致时，喷淋接种入含有(1)中复壮的嗜温嗜酸菌(Acidithiobacillus ferrooxidans Retech-NTC-2)的稀硫酸溶液(pH1.5～2.5)，直到浸出液中细菌浓度高于106个/ml以上。由于浸矿菌对矿堆中硫化矿的氧化产生大量热量，矿堆中温度逐步升高，当矿堆内温度达到40～50℃时，喷淋接种入(1)中复壮的中等嗜热嗜酸菌(Sulfolobus thermosulfidooxidans Retech IX)，当矿堆内温度达到60～70℃时，喷淋接种入(1)中复壮的嗜热嗜酸菌(Acidianus brierleyiRETECH-HB1)。浸出过程中实时监测浸出液温度，根据浸出液温度变化情况调整喷淋速率，喷淋速率控制在7～30L/m2·h，喷淋液的氧化还原电位在500～550mV(Vs.SCE)，喷淋液的pH值为1.5～2.0，喷淋液中浸矿菌106～107个/ml，喷淋浸出时间为4天，然后进入休闲，休闲时间为3天，喷淋与休闲轮流进行。当浸出液中的铜离子浓度达到2g/L后，送到萃取电积车间生产阴极铜。
图2为原生硫化铜矿浸出过程中堆内温度和铜浸出率随时间的变化情况，从图中可以看出，随着浸出的进行，堆内温度逐渐升高，同时接种入相应温度的浸矿菌，最终可将堆内温度控制在75℃左右，铜浸出率接近60％。
本发明的效果是：针对原生硫化铜矿，实现高温堆浸，显著提高原生硫化铜矿的浸出率。

Claims (6)

1.一种嗜热嗜酸菌，其特征在于：其名称为Acidianus brierleyi RETECH-HB1，保藏登记号为CCTCC No：M209084，保藏日期2009年4月25日，保藏单位中国典型培养物保藏中心，地址武汉大学内。
2.一种低品位原生硫化铜矿微生物分段浸出工艺，其特征在于：它包括：
(1)、将嗜温嗜酸菌、中等嗜热嗜酸菌、嗜热嗜酸菌，保藏号分别为CCTCC No：M207064、CCTCC No：M202041、CCTCC No：M209084，经驯化及放大培养，获得适应性浸矿菌株；
(2)、将矿石粉碎后筑堆，并在堆内埋设温度探头；
(3)、筑堆后的矿石首先用稀硫酸溶液喷淋，中和矿石中的碱性脉石；
(4)、将(1)中放大培养的嗜温嗜酸菌、中等嗜热嗜酸菌、嗜热嗜酸菌根据堆内温度的升高以喷淋或滴淋的方式分别加至堆筑好的矿堆上；
其中，当矿堆稀硫酸处理完成后加入嗜温嗜酸菌，当矿堆内温度达到40～50℃时，喷淋接种入中等嗜热嗜酸菌，当矿堆内温度达到60～70℃，喷淋接种入嗜热嗜酸菌；
(5)、浸出工序中出来的浸出液送至金属回收工序。
3.根据权利要求2所述的一种低品位原生硫化铜矿微生物分段浸出工艺，其特征在于：所述的嗜温嗜酸菌、中等嗜热嗜酸菌、嗜热嗜酸菌的驯化放大培养条件为：在普通自来水中加入2-9K无铁基础培养基和粒度小于0.075mm的矿石进行嗜温嗜酸菌、中等嗜热嗜酸菌、嗜热嗜酸菌适应性驯化培养和逐级放大培养，嗜温嗜酸菌、中等嗜热嗜酸菌、嗜热嗜酸菌的接种量为培养物总体积的10-30％、生长温度分别为嗜温嗜酸菌在30～35℃，中等嗜热嗜酸菌在45～50℃，嗜热嗜酸菌在70℃，pH在1.0-5.0之间，加入的矿粉量为培养物总重量的2-15％，获得菌浓度为107-109个/ml的适应性驯化嗜温嗜酸菌、中等嗜热嗜酸菌、嗜热嗜酸菌。
4.根据权利要求2或3所述的一种低品位原生硫化铜矿微生物分段浸出工艺，其特征在于：所述的矿石粉碎后的粒径为小于15mm。
5.根据权利要求2或3所述的一种低品位原生硫化铜矿微生物分段浸出工艺，其特征在于：所述的原生硫化铜矿主要矿物为黄铁矿、黄铜矿。
6.根据权利要求2或3所述的一种低品位原生硫化铜矿微生物分段浸出工艺，其特征在于：浸出过程中实时监测浸出液温度，根据浸出液温度变化情况调整喷淋速率，喷淋速率控制在7～30L/m2·h。
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