CN104004909B - 利用冶金微生物预氧化难处理金精矿的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明利用冶金微生物预氧化难处理金精矿的方法与装置，采用生物冶金反应器为主要处理设备，在生物冶金反应器的上端设置压缩空气输送管、二氧化碳富集装置和氧气富集装置；在生物冶金反应器内设置气体分布器和搅拌桨，将生物冶金反应器与重力沉降装置以及电解槽连接，所述重力沉降装置再通过管道与生物冶金反应器连接，所述电解槽的阴极室通过管道与生物冶金反应器连接，所述电解槽的阳极室通过管道与氧气富集装置连接，形成两个循环，所述二氧化碳富集装置与企业二氧化碳排放装置相连接。本发明实现了增氧和铁离子的内部循环，增加了生物氧化过程的电子受体，再利用了排放的二氧化碳资源，更有利于生物氧化技术在难处理金精矿中的应用。

Description

利用冶金微生物预氧化难处理金精矿的方法与装置

技术领域

本发明涉及黄金开采设备技术领域，具体是一种利用冶金微生物预氧化难处理含金硫铁矿石，以提高后续氰化过程提金效率的方法与装置。

背景技术

目前，利用生物氧化反应直接从难处理含金硫化矿中提取黄金的技术已有较多的应用，尤其适用于被不溶性硫化物如硫铁矿、砷黄铁矿、磁黄铁矿及其类似物包裹的亚微观金颗粒的提取。对难处理金矿采用常规提金的氰化技术效率会比较低，只能提取不到50%的金颗粒，这主要是因为硫化合物在氰化反应物与金颗粒之间构成了一道屏障。为了改变这种状况，必须要脱除部分硫化合物才能达到80%甚至更高的提金效率。人们为此而开发了多种技术，如：高压氧化技术、化学氧化技术、焙烧和生物氧化技术等。其中，生物氧化技术于20世纪八十年代被成功实现了商业化应用，目前在应用上已具有相当的规模，并被广泛应用于具高附加值金矿的预处理过程中。

目前，在生物冶金工业过程中采用的设备主要是通气和连续搅拌式生物反应器，主要技术包括黄金领域技术(BIOX)和明泰克技术（Mintek-BacTech）。在生物氧化过程中需要严格控制影响生物氧化过程和提金效率的多个要素，如：pH值、温度、通气量、搅拌转速、营养物、悬浮均匀度等。所述生物反应器的结构形式主要源自工业化化学反应器，其在生物湿法冶金过程中具有一定的优势，但是在搅拌强度和氧传质速率方面还存在不足，即不能同时满足高氧传质速率和低剪切力的要求，这就促使人们开发能够最大程度满足上述要求的新型反应器，例如通气槽反应器、低能耗生物反应器以及降落层流液膜反应器等。上述新型反应器是从改变反应器结构的角度进行开发的，而从提高冶金微生物氧化活性及工作效率的角度开发的新型生物反应器目前尚未见公开报道。

在应用冶金微生物预氧化难处理金精矿的过程中，提高细菌对矿石的氧化效率，缩短氧化周期是一个亟待解决的问题。这涉及到冶金微生物在生物氧化过程中物质与能量的代谢。比如O₂可作为微生物氧化过程最终的电子受体，CO₂可作为冶金微生物生长的碳源。因此，保证充足的O₂和CO₂对生物氧化过程至关重要。但是，由于空气中O₂和CO₂的含量及其在矿浆中的溶解度极低，当以氧传递为标准调节空气进气量的时候会出现CO₂供应的严重不足。因此，需要考虑在进气中富氧和富二氧化碳供应的问题。与此同时，氧化亚铁硫杆菌可利用氧化二价铁离子（Fe²⁺）为三价铁离子（Fe³⁺）获得能量来维持自身的生长与代谢。在生物反应器的矿浆中二价铁离子（Fe²⁺）浓度被消耗并很快会降至极低的水平，这对细菌生长和矿物氧化造成一定的限制，因此，需要附加电化学系统将矿浆中三价铁离子（Fe³⁺）还原为一定浓度的二价铁离子（Fe²⁺），既能保证冶金微生物对能源物质的需求，又能满足矿物化学氧化对氧化剂-三价铁离子（Fe³⁺）的要求。同时，还可避免过高的三价铁离子（Fe³⁺）所导致的“过氧化”问题。这里所谓的“过氧化”是指在生物氧化过程中，由于反应时间过长而导致黄钾铁钒、氢氧化铁等沉淀物重新包裹已被氧化的金微粒，导致后续氰化过程效率降低。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种利用冶金微生物预氧化难处理金精矿的方法与装置，从强化菌体数量和生物氧化活性的角度出发，以搅拌釜式反应器为核心，通过富O₂和富CO₂的物质供应模式、电化学转化部分三价铁离子（Fe³⁺）为二价铁离子(Fe²⁺)的能源物质供应模式来提高冶金微生物的数量和活性，有效提高生物预氧化难处理金精矿的工作效率。

为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案。

一种利用冶金微生物预氧化难处理金精矿的方法，其特征是，采用生物冶金反应器为主要处理设备，在生物冶金反应器的上端设置二氧化碳富集装置以及氧气富集装置，使生物冶金反应器的供气中氧与二氧化碳的比例提高；将生物冶金反应器与重力沉降装置以及电解槽连接起来，形成生物冶金反应器→重力沉降装置→电解槽阴极室→生物冶金反应器的循环以及氧气富集装置→生物冶金反应器→重力沉降装置→电解槽阳极室→氧气富集装置的循环；将二氧化碳富集装置通过管道与企业的工业锅炉或者二氧化碳排放装置连接起来，既利用了二氧化碳资源，又减少了温室气体排放，提高资源的利用效率。

为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案。

一种利用冶金微生物预氧化难处理金精矿的装置，其特征在于，含有生物冶金反应器、压缩空气输送管、二氧化碳富集装置、氧气富集装置、重力沉降装置和电解槽；所述生物冶金反应器为气液固三相混合装置，在生物冶金反应器的上端设置第一气泵与压缩空气输送管连接，设置第二气泵与二氧化碳富集装置连接，设置第三气泵与氧气富集装置连接；在所述生物冶金反应器内设置气体分布器和搅拌桨，在所述搅拌桨的上端设置电动机；所述生物冶金反应器的上端通过管道和第一泵体与所述重力沉降装置的上端连接，所述重力沉降装置的下端通过管道和第二泵体与所述生物冶金反应器的中间部位连接；所述电解槽由阴离子交换膜分隔成阴极室和阳极室，所述重力沉降装置一侧的中间通过管道和第三泵体与所述电解槽的阴极室连接，所述阴极室通过管道和第四泵体与所述生物冶金反应器的下端连接，所述阳极室通过管道和第四气泵与所述氧气富集装置连接，所述二氧化碳富集装置通过管道与二氧化碳来源连接。

进一步，所述重力沉降装置呈倾斜状设置，其下端连接管道和第二泵体。

进一步，所述二氧化碳来源为工业锅炉或企业二氧化碳排放装置。

本发明的积极效果是：

（1）实现了增加氧气的内部循环，避免了额外增设制氧设备，减少了固定投资。

（2）氧气富集装置的引入增加了生物氧化过程的电子受体，提高氧化效率。

（3）设置的重力沉降装置能将液体与固体颗粒分别进行处理，固相循环利用，液相通过电化学系统调控其中的亚铁离子浓度，提高了生物冶金反应器的工作效率。

（4）电解系统实现了铁离子的内部循环，提高了能源物质的利用率。

（5）对二氧化碳的再利用能降低温室气体排放，同时为冶金微生物提供更加丰富的碳源，有利于菌体生长与氧化效率的提高。

（6）更有利于生物氧化技术在难处理金精矿中的应用。

附图说明

图1为本发明利用冶金微生物预氧化难处理金精矿的装置的结构示意图。

图中的标号分别为：

1、生物冶金反应器；2、气体分布器；3、搅拌桨；

41、压缩空气输送管；42、第一气泵；51、二氧化碳富集装置；

52、第二气泵；61、氧气富集装置；62、第三气泵；

63、第四气泵；7、电动机；81、第一泵体；

82、第二泵体；83、第三泵体；84、第四泵体；

9、重力沉降装置；10、电解槽；11、阴极室；

12、阳极室。

具体实施方式

以下介绍本发明利用冶金微生物预氧化难处理金精矿的装置的具体实施方式，但是应该指出，本发明的实施不限于以下的实施方式。

参见图1。一种利用冶金微生物预氧化难处理金精矿的装置，含有生物冶金反应器1、压缩空气输送管41、二氧化碳富集装置51、氧气富集装置61、重力沉降装置9和电解槽10。所述生物冶金反应器1为气液固三相混合装置，可采用现有的圆池形或桶形结构；在所述生物冶金反应器1内设置气体分布器2和搅拌桨3，在所述搅拌桨3的上端设置电动机7。所述搅拌桨3可采用现有的Rushton搅拌桨或者斜叶搅拌桨或者螺旋叶搅拌桨；还可以采用目前有应用的组合式搅拌桨。

在生物冶金反应器1的上端通过管道设置第一气泵42与压缩空气输送管41连接。通过管道设置第二气泵52和二氧化碳富集装置51，并将所述二氧化碳富集装置51的另一端通过管道和阀门与企业的工业锅炉或者二氧化碳排放装置连接起来。通过管道设置第三气泵62和氧气富集装置61。

将所述生物冶金反应器1的上端通过管道设置第一泵体81并将所述第一泵体81与重力沉降装置9的上端连接起来。所述重力沉降装置9可采用现有的垂直细胞沉降器或者倾斜式薄层沉降器。所述垂直沉降是让矿物颗粒在垂直的逆流中沉降。而在倾斜式薄层沉降器中，矿浆悬液在倾斜的平行板之间的层流区域往上流动时沉降并积累于下底面，上清液从上部的溢流口流出（与灌注速率相等）；产生的固体颗粒沿着倾斜的下底面向下滑落，回流生物反应器。本发明在实施中优选倾斜式重力沉降装置9。在倾斜式重力沉降装置9的下端设置管道和第二泵体82并通过所述第二泵体82再与生物冶金反应器1的中间部位连接起来（形成一个循环）。

用阴离子交换膜将所述电解槽10分隔成阴极室11和阳极室12，然后将所述重力沉降装置9一侧的中间通过管道和第三泵体83与所述电解槽10的阴极室11连接起来，再将所述阴极室11通过管道和第四泵体84与所述生物冶金反应器1的下端连接起来。最后将所述电解槽10的阳极室12通过管道和第四气泵63与所述氧气富集装置61连接（形成另一个循环）。

上述装置采用的部件和结构件应符合化工生产设备的要求。

本发明利用冶金微生物预氧化难处理金精矿的装置的工作原理为：

生物冶金反应器1是生物氧化技术采用的主要设备之一，将制成的矿浆放在生物冶金反应器1中由冶金细菌完成生物氧化过程，由于该生物氧化过程需要有足够的氧气和二氧化碳的参与，因此需要通入大量的空气（O₂和CO₂），同时，需要有大型搅拌桨来保证矿浆颗粒悬浮和传质、传热和混合。另外，为了调控矿浆中能源物质亚铁离子（Fe²⁺）浓度，引入电解槽装置为冶金微生物的生长提供能源。因此，为提高微生物菌体的生物氧化活性，本发明通过整合生物冶金反应器1、重力沉降装置9、电解槽10、压缩空气输送管41、二氧化碳富集装置51和氧气富集装置61形成了一种新的利用冶金微生物预氧化难处理金精矿的反应器。

本发明利用冶金微生物预氧化难处理金精矿的装置采用生物冶金反应器1为主要设备，在生物冶金反应器1内设置气体分布器2和搅拌桨3，所述气体分布器2和搅拌桨3工作后能使矿浆和气体在生物冶金反应器1内处于悬浮状态并均匀分布，这时，冶金菌株粘附于矿石颗粒表面并完成生物氧化。所述重力沉降装置9主要是利用密度差将矿石颗粒与液体进行分离，由于菌体主要粘附于矿石颗粒的表面，而重力沉降装置9可以实现菌体于液相的分离，然后一方面，从重力沉降装置9中分离出的固相（包括部分液体）返回生物冶金反应器1继续进行氧化反应；另一方面，将从重力沉降装置9中分离出的液相（其中富含Fe³⁺）送入电解槽10阴极室11完成电化学还原反应，产生大量的二价铁离子（Fe²⁺）。当电化学还原反应进行到一定程度后将阴极室11中的液体返回生物冶金反应器1用于支持冶金细菌的生长。与此同时，电解槽10阳极室12中的电化学反应会产生大量的氧气，通过管道将这些氧气送入氧气富集装置61中再提供给生物冶金反应器1进行生物氧化反应，形成生物冶金反应器1→重力沉降装置9→电解槽10阴极室11→生物冶金反应器1的循环以及氧气富集装置61→生物冶金反应器1→重力沉降装置9→电解槽10阳极室12→氧气富集装置61的循环。将二氧化碳富集装置51通过管道与企业的工业锅炉或者二氧化碳排放装置连接起来（既可利用二氧化碳资源，又减少了温室气体排放，提高了资源的利用效率），这样，本发明的生物冶金反应器1的供气系统中氧与二氧化碳的比例就会提高，优化了氧与二氧化碳气体的供应，从而更有利于生物氧化技术在难处理金精矿中的应用。

Claims (3)

1.一种利用冶金微生物预氧化难处理金精矿的装置，其特征在于，含有生物冶金反应器（1）、压缩空气输送管（41）、二氧化碳富集装置（51）、氧气富集装置（61）、重力沉降装置（9）和电解槽（10）；所述生物冶金反应器（1）为气液固三相混合装置，在生物冶金反应器（1）的上端设置第一气泵（42）与压缩空气输送管（41）连接，设置第二气泵（52）与二氧化碳富集装置（51）连接，设置第三气泵（62）与氧气富集装置（61）连接；在所述生物冶金反应器（1）内设置气体分布器（2）和搅拌桨（3），在所述搅拌桨（3）的上端设置电动机（7）；所述生物冶金反应器（1）的上端通过管道和第一泵体（81）与所述重力沉降装置（9）的上端连接，所述重力沉降装置（9）的下端通过管道和第二泵体（82）与所述生物冶金反应器（1）的中间部位连接；所述电解槽（10）由阴离子交换膜分隔成阴极室（11）和阳极室（12），所述重力沉降装置（9）一侧的中间通过管道和第三泵体（83）与所述电解槽（10）的阴极室（11）连接，所述阴极室（11）通过管道和第四泵体（84）与所述生物冶金反应器（1）的下端连接，所述阳极室（12）通过管道和第四气泵（63）与所述氧气富集装置（61）连接，所述二氧化碳富集装置（51）通过管道与二氧化碳来源连接。

2.根据权利要求1所述的利用冶金微生物预氧化难处理金精矿的装置，其特征在于，所述重力沉降装置（9）呈倾斜状设置，其下端连接管道和第二泵体（82）。

3.根据权利要求1所述的利用冶金微生物预氧化难处理金精矿的装置，其特征在于，所述二氧化碳来源为工业锅炉或企业二氧化碳排放装置。