CN103173614A - 一种原生硫化铜矿高温生物堆浸方法 - Google Patents

一种原生硫化铜矿高温生物堆浸方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种原生硫化铜矿高温生物堆浸方法，是(1)将原生硫化铜矿矿石粉碎并与硫源混合均匀，使硫化铜矿矿石和硫源的混合物中硫含量大于3wt％，所述硫源为能够供微生物氧化并产生热量的硫化物、硫化矿和/或硫磺；(2)将混合均匀的矿石与硫源混合物筑成矿堆，在筑堆时，在堆底铺设充气管道并在堆内埋设氧气和温度探头；(3)在矿堆筑好后，开始浸出，同时通过充气管道向矿堆提供氧气，直至浸出完成。本发明的方法，是在微生物的作用下，令硫化物氧化放出大量的热量，使堆温维持在较高的温度下，最终实现原生硫化铜矿的高温堆浸。

Description

一种原生硫化铜矿高温生物堆浸方法
技术领域
本发明涉及一种原生硫化铜矿高温生物堆浸方法。
背景技术
传统的原生硫化铜矿处理技术通常采用浮选-冶炼法，但是由于成本高以及污染严重，且随着资源的日益贫化，资源环境问题将更加突出。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。然而，由于原生硫化铜矿的生物浸出存在钝化现象，致使原生硫化铜矿在常温浸出时不能获得较好的浸出率。实验表明，原生硫化铜矿可在高温(＞60℃)下采用嗜热嗜酸菌获得较高的浸出率。在实际生物堆浸过程中，硫化矿在氧化过程中会放出大量的热量(见表1)，但是由于矿堆的散热以及喷淋过程的冷却，加上矿石中硫化物含量通常较低(＜5％)，难以将矿堆维持在较高的温度下。因此可通过在堆浸过程中补加硫源和氧气加大热量的产生，保证矿堆温度在较高的条件下，满足原生硫化铜矿的高温浸出。
表1 常见硫化矿物氧化热量产生情况
  矿物   化学式   热量(KJ/kg·矿物)
  黄铁矿   FeS2   12884
  磁黄铁矿   Fe1-xS   11373
  砷黄铁矿   FeAsS   9415
  黄铜矿   CuFeS2   8686
  铜蓝   CuS   8190
  辉铜矿   Cu2S   6218
  蓝辉铜矿   Cu9S5   7292
  斑铜矿   Cu5FeS4   6877
发明内容
本发明的目的在于，提供一种原生硫化铜矿生物堆浸时补加硫源和氧气的方法，用以维持堆浸时的高温。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种原生硫化铜矿高温生物堆浸方法，它包括以下步骤：
(1)将原生硫化铜矿矿石粉碎并与硫源混合均匀，使硫化铜矿矿石和硫源的混合物中硫含量大于3wt％，所述硫源为能够供微生物氧化并产生热量的硫化物、硫化矿和/或硫磺；
(2)将混合均匀的矿石与硫源混合物筑成矿堆，在筑堆时，在堆底铺设充气管道并在堆内埋设氧气和温度探头；
(3)在矿堆筑好后，开始浸出，同时通过充气管道向矿堆提供氧气，直至浸出完成。
如上所述的方法，其中优选地，所述硫源为黄铁矿、磁黄铁矿、硫化钠、硫代硫酸钠和/或连四硫酸钠。
如上所述的方法，其中优选地，所述微生物是指能够在pH值2.5以下的环境中生长，并能氧化硫的微生物.
如上所述的方法，其中优选地，所述微生物为Acidianus brierleyi。
如上所述的方法，其中优选地，所述微生物的名称为Acidianus brierleyiRetech-HB1，该微生物已保藏在中国典型培养物保藏中心CCTCC，地址位于武汉大学内，保藏日期为2009年4月25日，保藏编号为CCTCC No：M209084。
如上所述的方法，其中优选地，在步骤(3)的浸出过程中加入微生物，直至浸出液中细菌浓度达到106个/mL以上。
如上所述的方法，其中优选地，其特征在于，所述矿石在粉碎后的粒径小于15mm。
如上所述的方法，其中优选地，所述硫源的粒径小于15mm。
如上所述的方法，其中优选地，所述矿堆中氧气的含量为体积百分比3-8％。
如上所述的方法，其中优选地，所述筑成的矿堆的单层高度为6-8m。
如上所述的方法，其中优选地，所述的原生硫化铜矿为黄铜矿和/或斑铜矿。
本发明的有益效果在于：
本发明的方法，是在生物堆浸的筑堆阶段，将一定比例的硫源加入到矿石中，并在浸出阶段通过提供氧化所需的氧气，在微生物的作用下，硫化物氧化放出大量的热量，使堆温维持在较高的温度下，最终实现原生硫化铜矿的高温堆浸。
附图说明
图1为本发明一种实施例的工艺流程框图。
图2为本发明的筑堆结构示意图。
图3为浸出过程中堆内温度随时间的变化情况。
本发明涉及一种微生物，其名称为Acidianus brierleyi Retech-HB1，该微生物已保藏在中国典型培养物保藏中心CCTCC，地址位于武汉大学内，保藏日期为2009年4月25日，保藏编号为CCTCC No：M209084。
具体实施方式
如图1的工艺流程框图及图2的筑堆结构示意图所示，本发明提供的堆浸方法，包括以下步骤：
(1)硫源的获得
本发明中所用的硫源是指能够供微生物氧化并产生大量热量的硫化物、硫化矿和/或硫磺，如黄铁矿、磁黄铁矿、硫化钠、硫代硫酸钠和/或连四硫酸钠等。
(2)微生物的获得
本发明中所用的微生物Acidianus brierleyi Retech-HB1，保藏在中国典型培养物保藏中心CCTCC，保藏日期为2009年4月25日，保藏编号为CCTCC No：M209084。
在取得微生物之后，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、氮源和磷源进行微生物适应性驯化培养2～5次，然后逐级放大培养6～10次。其中微生物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的适应性驯化微生物，pH在1.0～5.0之间，生长温度在60℃以上。
(3)矿石的筑堆
将矿石粉碎至粒径小于15mm，同时将硫源粉碎至粒径小于15mm，按照使矿石中硫含量大于3wt％的比例混合均匀，然后开始进行筑堆。
在筑堆时，在堆底铺设充气管道3，以便在浸出阶段提供氧化所需的氧气。并在堆内埋设氧气1和温度探头2，以便实时监测矿堆氧气供给和温度情况。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，最终筑成的矿堆4，其单层高度优选为6-8m。
(4)氧气的供给及浸出
在矿堆4筑好后，开始浸出，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。当喷淋液和浸出液的pH基本一致时，喷淋接种入含有(2)中复壮的微生物(Acidianus brierleyi Retech-HB1)的稀硫酸溶液(pH1.5～2.5)，直到浸出液中微生物浓度高于106个/ml以上。浸出的同时通过充气管道3向矿堆提供氧气，直至浸出完成。硫化矿在氧化过程中需要消耗大量的氧气，如每氧化1kg黄铁矿需要消耗1kg的氧气，因此为满足硫化矿氧化所需的氧气，需提供体积百分比3-8％的氧气。
本发明方法的原理是，在生物堆浸的筑堆阶段，将一定比例的硫源加入到矿石中，浸出阶段通过提供氧化所需的氧气，在微生物的作用下硫化物氧化放出大量的热量，使堆温维持在较高的温度下，最终实现原生硫化铜矿的高温堆浸。
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
德兴铜矿的主要铜矿物为原生硫化铜矿，占有率约为73wt％，含有占有率约为14wt％的次生硫化铜矿，和占有率约为13wt％的氧化铜矿。该原生硫化铜矿矿石中，总铜含量为0.35wt％，硫含量为1.57wt％；矿石中的硫主要是以黄铁矿、黄铜矿和辉铜矿的形式存在，其中黄铁矿含量为2.76wt％。该原生硫化铜矿矿石中的脉石矿物占85wt％以上，主要是石英、高岭土等。
(1)硫源的获得
从市场购买黄铁矿作为硫源，硫品位40wt％，每吨150元。
(2)微生物的获得
取得微生物Acidianus brierleyi Retech-HB1后(该微生物保藏在中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC No：M209084)，在pH值为1.5～2.5的普通自来水中加入粒度为小于0.75mm的德兴原生硫化铜矿矿石、碳酸铵和磷酸氢二钾进行浸矿微生物适应性驯化转接培养4次，然后逐级放大培养10次。其中每次微生物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‰；微生物培养温度60℃，最终获得复壮菌浓度大于107个/mL的适应性驯化微生物。该菌液即可接入滴淋液中进行矿石浸出。
(3)矿石的筑堆
将原生硫化铜矿矿石粉碎至粒径小于15mm，同时将黄铁矿粉碎至粒径小于15mm，每吨黄铁矿可配原生硫化铜矿矿石14.9吨，使硫化铜矿矿石和硫源的混合物中的总硫含量达到3wt％，然后开始进行筑堆。
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。筑堆步骤是：①将矿石从供矿点用机械输送到堆场的最远端卸下，所使用的输送机械可以是后卸汽车、前端式装载机、皮带运输机、弧形筑堆机等；②将卸下的矿石逐渐往上堆积，达到设计所规定的高度为止，堆矿所使用的设备，可以是前端式装载机、后卸汽车、弧形筑堆机等；③当堆场的一部分堆到设计规定高度后，输送机械后退，并紧靠着矿堆继续卸矿，如此依次后退卸矿、堆矿，使矿堆不断延伸扩大，逐步筑向靠近供矿点的堆场的一端，直至整个筑堆过程结束。筑堆高度8m，堆的形状为棱台型。筑堆时，在堆底铺设充气管道3，以便在浸出阶段提供氧化所需的氧气，并在堆内埋设氧气探头1和温度探头2，以便实时监测矿堆氧气供给和温度情况。
(4)氧气的供给及浸出
在筑堆的完成后喷淋稀硫酸溶液中和矿堆中的碱性脉石。当喷淋液和浸出液的pH基本一致时，喷淋接种入含有复壮的(2)中所述的微生物(Acidianus brierleyiRetech-HB1)的稀硫酸溶液(pH1.5～2.5)，直到浸出液中微生物浓度高于106个/mL以上。
在浸出过程中，为满足硫化矿氧化所需的氧气，优选地，维持矿堆中氧气含量在体积百分比5％。
图3为在原生硫化铜矿浸出过程中分别加入和不加黄铁矿的条件下，堆内温度随时间的变化情况。从图中可以看出，随着硫化物氧化的进行，堆内温度逐渐升高，最终可将堆内温度控制在65℃左右。
由此可见，通过如上所述的技术方案，本发明针对原生硫化铜矿生物堆浸，通过补加硫源和氧气，产生大量热量，实现原生硫化铜矿的高温堆浸。

Claims (10)

1.一种原生硫化铜矿高温生物堆浸方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(1)将原生硫化铜矿矿石粉碎并与硫源混合均匀，使硫化铜矿矿石和硫源的混合物中硫含量大于3wt％，所述硫源为能够供微生物氧化并产生热量的硫化物、硫化矿和/或硫磺；
(2)将混合均匀的矿石与硫源混合物筑成矿堆，在筑堆时，在堆底铺设充气管道并在堆内埋设氧气和温度探头；
(3)在矿堆筑好后，开始浸出，同时通过充气管道向矿堆提供氧气，直至浸出完成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硫源为黄铁矿、磁黄铁矿、硫化钠、硫代硫酸钠和/或连四硫酸钠。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微生物是指能够在pH值2.5以下的环境中生长，并能氧化硫的微生物。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微生物为Acidianus brierleyi。
5.根据权利要求1所述，其特征在于，所述微生物的名称为Acidianus brierleyiRetech-HB1，该微生物已保藏在中国典型培养物保藏中心CCTCC，地址位于武汉大学内，保藏日期为2009年4月25日，保藏编号为CCTCC No：M209084。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)的浸出过程中加入微生物，直至浸出液中细菌浓度达到106个/mL以上。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述矿石在粉碎后的粒径小于15mm；所述硫源的粒径小于15mm。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述矿堆中氧气的含量为体积百分比3-8％。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述筑成的矿堆的单层高度为6-8m。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的原生硫化铜矿为黄铜矿和/或斑铜矿。
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