CN105200232A - 一种硫化铜矿生物堆浸水喷淋启动的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硫化铜矿生物堆浸水喷淋启动的方法，所述方法包括以下步骤：1)硫化铜矿水喷淋启动的可行性判定：若矿石的产酸潜势大于耗酸潜势，则进行水喷淋启动；2)水喷淋启动：在硫化铜矿筑堆的过程中用水润湿，筑堆完成后，用水进行喷淋，当浸出液pH>3.0时循环喷淋，当浸出液pH<3.0，在浸出液中接种嗜酸铁硫氧化微生物，作为喷淋液，继续循环喷淋，逐渐提高系统溶液中的酸、铁、铜浓度，实现硫化铜矿生物堆浸的启动。本发明可以节省堆浸起始阶段的酸铁投入，提高经济效益。

Description

一种硫化铜矿生物堆浸水喷淋启动的方法
技术领域
本发明涉及生物冶金领域，具体地，本发明涉及一种硫化铜矿生物堆浸水喷淋启动的方法。
背景技术
硫化铜矿生物堆浸过程中，需要酸性、富含Fe3+以及嗜酸铁硫氧化微生物的溶液作为喷淋进行喷淋，通过Fe3+和微生物的作用，将硫化铜矿氧化，浸出铜离子。由于生物堆浸一般用于低品位矿及尾矿的处理，处理矿石量大，矿石吸水及蒸发量大，在生产起始阶段需要大量的生产溶液，同时脉石在浸出起始阶段大量耗酸，所以如果人工采购H2SO4和Fe2(SO4)3来配置生产所需酸铁溶液，需要较高的成本及人力投入。硫化矿(MeS)本身就可以氧化产生H2SO4，一般硫化矿中不可避免的含有一定含量的黄铁矿(FeS2)，可以作为生产所需氧化剂Fe3+的重要来源。利用矿石中硫化矿自身氧化来提供酸和铁，可以有效地降低生产成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种硫化铜矿生物堆浸水喷淋启动的方法，该方法通过直接用水喷淋，在氧气和微生物的作用下将硫化矿氧化，生成H2SO4和Fe2(SO4)3，实现生物堆浸起始阶段无需酸铁投入，节省生产成本。
为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种硫化铜矿生物堆浸水喷淋启动的方法，所述方法包括以下步骤：
1)硫化铜矿水喷淋启动的可行性判定：若矿石的产酸潜势大于耗酸潜势，则进行水喷淋启动；
2)水喷淋启动：在硫化铜矿的筑堆过程中用水润湿，筑堆完成后，用水进行喷淋，当浸出液pH>3.0时循环喷淋，当浸出液pH<3.0，在浸出液中接种嗜酸铁硫氧化微生物，作为喷淋液，继续循环喷淋，逐渐提高系统溶液中的酸铁浓度，实现硫化铜矿生物堆浸的启动。
确定目标矿石水喷淋启动的可行性进行判定，通过测定矿石还原态硫(包括黄铁矿、硫化铜矿等)产酸潜势以及脉石耗酸潜势，如果产酸潜势大于耗酸潜势则可以进行水喷淋启动。主要的硫化物的产酸性能计算，例如：4FeS2+15O2+2H2O→2Fe2(SO4)3+2H2SO4，Cu2S+2.5O2+H2SO4＝2CuSO4+H2O等。耗酸潜势通过用100g/L硫酸滴定矿石粉末，计算硫酸的消耗量，作为耗酸潜势。
本发明中，在硫化铜矿生物堆浸筑堆的过程中，用水进行喷淋润湿，喷淋比例为20-100L/吨矿石，在筑堆阶段保持矿石的水分含量为5％-10％，堆高1-10米。
本发明中，在硫化铜矿生物堆浸完成筑堆后，采用水进行喷淋，根据矿石性质、粒度及堆高等因素选择喷淋的时间和强度(3-50L/m2·h)，浸出液循环喷淋至pH<3.0。
本发明中，当浸出液循环喷淋至pH<3.0时，向溶液池的浸出液中接种嗜酸铁硫氧化微生物，主要包括钩端螺旋菌属、嗜酸硫杆菌属以及铁质菌属中的一种菌或多种菌的混合菌，添加的方式可以是含有嗜酸铁硫氧化微生物的酸性废水或者是富集培养的嗜酸铁硫氧化菌群。
本发明中，可以选择在浸出液溶液池中或者堆场上添加适合嗜酸铁氧化微生物的营养物质，使系统溶液中(NH4)2SO4浓度达到0.5-3g/L，K2HPO4浓度达到0.1-0.5g/L，KCl浓度达到0.01-0.1g/L，MgSO4浓度达到0.1-0.5g/L，Ca(NO3)2浓度达到0.002-0.01g/L，为嗜酸铁氧化细菌的生长提供营养。
本发明还提供了一种硫化铜矿生物堆浸的方法，该方法包括在水喷淋启动后，如上述步骤2)，在添加营养物质及微生物后，继续喷淋至浸出液中铜含量达到目标值，然后浸出液进入萃取电积车间，得到目标金属，萃取过程中1molCu将会返回1molH2SO4，提高了萃余液的酸度，萃余液返回矿堆作为喷淋液进行喷淋，在喷淋过程中，根据实际情况，当喷淋液不足时，采用水或者矿山酸性废水补充蒸发的溶液(喷淋液)，用作矿堆喷淋液，循环往复至矿堆氧化完成，完成浸出。
本发明接种于溶液池的嗜酸铁硫氧化微生物一般为钩端螺旋菌属、嗜酸硫杆菌属以及铁质菌属等。接种的微生物包括：从矿山酸性废水或者生产中的矿堆的浸出液中富集培养的嗜酸铁硫氧化菌群；含嗜酸铁硫氧化菌矿山酸性废水中或者生产中的矿堆的浸出液。一般选取用于富集微生物的堆浸浸出液或酸性废水中铁浓度为1～10g/L，pH值1.5～2.5，含有嗜酸铁硫氧化微生物。菌种的富集培养基为9K培养基((NH4)2SO43g/L，K2HPO40.5g/L，KCl0.1g/L，MgSO40.5g/L，Ca(NO3)20.01g/L)，添加10g/LFeSO4，pH1.0-2.5。
本发明中，添加微生物生长所需的营养后，系统溶液中微生物浓度最终可以达到107-108个/mL。
在硫化矿(MeS)堆浸过程中，特别是黄铁矿(FeS2)含量较高，本身就是H2SO4和Fe3+的重要来源，而且在矿石一般都具有相当的含量。碱性和弱酸性条件下，黄铁矿在氧气的作用下，可以发生如下反应：
4FeS2+15O2+2H2O→2Fe2(SO4)3+2H2SO4
空气将一部分黄铁矿氧化后，可以产生少量的Fe3+和硫酸。Fe3+是黄铁矿的天然氧化剂，在酸性环境中对黄铁矿氧化起到了至关重要的作用。在嗜酸铁硫氧化微生物的作用下，被还原的Fe3+可以很快的得到补充，同时微生物附着于黄铁矿表面，可以极大的促进黄铁矿的氧化。
FeS2+14Fe3++8H2O→15Fe2++16H++2SO4 2-(化学作用)
4Fe2++O2+4H+→4Fe3++2H2O(微生物作用)
本发明充分利用不同条件下硫化矿的氧化原理，解决硫化铜矿堆浸起始阶段需要大量酸铁溶液的问题。直接采用水进行喷淋，充分利用氧气及微生物的作用将硫化铜矿，特别是黄铁矿氧化，得到富含H2SO4和Fe2(SO4)3的溶液，用于循环喷淋。在刚开始pH>3.0，未达到嗜酸铁硫氧化微生物合理的生长环境条件时，通过曝气和充分湿润矿石，充分利用氧气的作用来氧化硫化铜矿；在浸出液pH<3.0，通过在喷淋的起始阶段向溶液池中添加营养物质，矿堆进行曝气，接种微生物群落，实现最大化利用氧气、Fe3+及微生物的作用，快速氧化硫化铜矿产酸产铁，逐渐提高溶液中微生物数量及酸铁浓度，获得富含嗜酸铁硫氧化菌以及Fe3+的酸性喷淋液。本发明在堆浸的起始阶段采取合理的措施充分利用空气氧化、三价铁氧化及微生物的氧化作用以及三者之间的相互协同氧化作用，氧化硫化铜矿及黄铁矿，实现起始阶段快速的产酸产铁，实现生产的快速启动，并降低酸铁投入成本。
附图说明
图1为本发明的硫化铜矿生物堆浸工艺流程示意图；
图2为本发明实施例1浸出液中H2SO4浓度变化情况；
图3为本发明实施例1浸出液中Fe3+浓度变化情况；
图4为本发明实施例1浸出液中铜的浸出率曲线。
具体实施方式
下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，在生产前对具体矿石产酸性能进行确认；经确认可行性后，在生物堆浸筑堆阶段，用水将矿石润湿；喷淋的起始阶段，用水进行喷淋，利用空气对矿堆中硫化铜矿进行氧化，产生弱酸性浸出液，并循环喷淋；当浸出液的pH<3.0后，接种富集培养或酸性废水中嗜酸铁硫氧化微生物，添加适合微生物生长的培养基，进一步利用微生物来促进堆场中微生物高效的氧化硫化产生H2SO4和Fe3+，形成生物堆浸所需要的富含Fe3+及嗜酸铁硫氧化微生物的酸性溶液，用于堆浸的循环喷淋。在添加营养物质及微生物后，继续喷淋至浸出液中铜含量达到目标值，然后浸出液进入萃取电积车间，得到目标金属，萃取过程中1molCu将会返回1molH2SO4，提高了萃余液的酸度，萃余液返回矿堆作为喷淋液进行喷淋，在喷淋过程中，根据实际情况，当喷淋液不足时，采用水或者矿山酸性废水补充蒸发的溶液(喷淋液)，用作矿堆喷淋液，循环往复至矿堆氧化完成，完成浸出。
实施例1
某低品位铜矿生物堆浸试验中，矿石成分为Cu0.37％、Fe5.59％、还原态S6.28％。矿石中主要铜矿物为辉铜矿、铜蓝和硫砷铜矿，其中辉铜矿占90％以上，黄铁矿含量为10％，主要脉石矿物为长石、石英、绢云母。经计算和测定产酸潜势大于耗酸潜势，具备水喷淋启动的可行性。将矿石破碎至粒度小于50mm，装入1米控温浸出柱中。装柱过程中，按照每吨矿石50L的水量将矿石润湿，然后采用间歇喷淋(1天/1天，即喷淋1天歇1天)，喷淋强度3L/m2h。当浸出液pH<3.0时，从本地矿山酸性废水中富集培养嗜酸铁硫氧化菌群(培养基成分：9K培养基，10g/LFeSO4，pH1.8)，主要包括钩端螺旋菌属、嗜酸硫杆菌属以及铁质菌属等。菌群在恒温摇床中培养，培养液营养元素的浓度为：(NH4)2SO42g/L，K2HPO40.3g/L，KCl0.05g/L，MgSO40.3g/L，Ca(NO3)20.01g/L。接种富集培养液500mL于浸出柱中，继续循环喷淋。当浸出液Cu浓度达到3g/L时，按照萃取返酸1.54kgH2SO4/kgCu向浸出液中添加硫酸，继续循环喷淋，浸出过程中酸铁浓度不断提高(图2，图3)，从图2和图3可以看出，柱子中的黄铁矿不断的氧化生成H2SO4和Fe2(SO4)3。铜浸出率随时间的变化如图4所示，从图4中可以看出，酸和铁浓度的提高促进了Cu的浸出。细菌的微生物数量也逐渐升高，浸出液中数量平均达到2×108个/mL。
实施例2
某硫化铜矿主要铜矿物为辉铜矿，矿石成分为Cu0.47％、Fe3.59％、还原硫含量S4.28％，黄铁矿含量为7.8％。经计算和测定产酸潜势大于耗酸潜势，具备水喷淋启动的可行性。该铜矿生物堆浸启动过程中，矿石破碎到P80＝250mm，然后筑堆，堆高为6米，筑堆过程中按照60L/吨矿石，用水对矿石进行润湿，在筑堆阶段保持矿石水分含量5-10％。筑堆完成后，采用水进行喷淋，按照间歇喷淋(1天/1天，即喷淋一天歇一天)的方式进行喷淋，喷淋强度为6L/m2·h。喷淋12天后，浸出液的pH<3.0，采集当地矿山酸性废水(pH＝2.5，内含嗜酸铁硫氧化微生物)10m3加入浸出液池中，在溶液池中添加微生物生长所需营养元素(溶液池中各营养元素的浓度达到：(NH4)2SO41g/L，K2HPO40.2g/L，KCl0.03g/L，MgSO40.3g/L，Ca(NO3)20.01g/L)，继续循环喷淋。继续喷淋10天后浸出液Cu浓度达到3g/L，浸出液进入萃取电积车间，得到阴极铜，萃余液返回作为喷淋液，继续循环喷淋，60天后，浸出液H2SO4浓度5g/L，Fe3+浓度达到4g/L，形成比较适宜辉铜矿浸出的酸铁浓度。300天后，Cu浸出率达到81％，堆浸完成。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种硫化铜矿生物堆浸水喷淋启动的方法，所述方法包括以下步骤：
1)硫化铜矿水喷淋启动的可行性判定：若矿石的产酸潜势大于耗酸潜势，则进行水喷淋启动；
2)水喷淋启动：在硫化铜矿的筑堆过程中用水润湿，筑堆完成后，用水进行喷淋，当浸出液pH>3.0时循环喷淋，当浸出液pH<3.0，在浸出液中接种嗜酸铁硫氧化微生物，作为喷淋液，继续循环喷淋，逐渐提高系统溶液中的酸铁浓度，实现硫化铜矿生物堆浸的快速启动。
2.根据权利要求1所述的硫化铜矿生物堆浸水喷淋启动的方法，其特征在于，产酸潜势通过测定硫化铜矿的还原态硫的含量，假定还原态硫全部氧化来计算；耗酸潜势通过用硫酸滴定矿石粉末，计算硫酸的消耗量。
3.根据权利要求1所述的硫化铜矿生物堆浸水喷淋启动的方法，其特征在于，在硫化铜矿生物堆浸筑堆过程中用水将矿石喷淋润湿，喷淋水量比例为20-100L/吨矿石，并在筑堆阶段保持矿石水分含量5％-10％。
4.根据权利要求1所述的硫化铜矿生物堆浸水喷淋启动的方法，其特征在于，所述的嗜酸铁硫氧化微生物主要包括钩端螺旋菌属、嗜酸硫杆菌属以及铁质菌属中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的硫化铜矿生物堆浸水喷淋启动的方法，其特征在于，在接种微生物时，在溶液池的浸出液中或堆场上添加适合嗜酸铁硫氧化微生物的营养物质，使溶液中(NH4)2SO4浓度达到0.5-3g/L，K2HPO4浓度达到0.1-0.5g/L，KCl浓度达到0.01-0.1g/L，MgSO4浓度达到0.1-0.5g/L，Ca(NO3)2浓度达到0.002-0.01g/L。
6.一种硫化铜矿生物堆浸的方法，其特征在于，基于权利要求1-5任一所述的硫化铜矿生物堆浸水喷淋启动的方法，在步骤2)之后，继续喷淋至浸出液中铜含量达到目标值，对浸出液萃取得到目标金属，萃余液返回矿堆作为喷淋液继续进行喷淋；
当喷淋液不足时，采用水或者矿山酸性废水补充喷淋液，循环往复至矿堆完成浸出。
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