CN105821210B - 一种基于生物薄层筑堆处理高含细粒尾矿的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于生物薄层筑堆处理高含细粒铜尾矿的方法，该方法以石英砂层为基底，在基底上依次铺筑低品位铜块矿及经过硫酸溶液熟化的铜尾矿构筑多重尾矿‑块矿混合矿薄层，形成尾矿‑块矿混合矿矿堆；将硫酸溶液喷洒在混合矿矿堆顶部，进行混合矿预氧化，再向所述混合矿矿堆顶部添加混合嗜酸浸矿微生物菌群，进行生物浸出铜矿物，尾矿‑块矿混合矿矿堆气液渗流均匀，有利于微生物生长，提高生物浸出效率，经过120天的浸出周期，尾矿中铜的浸出率达到57.10％，块矿中铜的浸出率达到65.52％；且矿堆的筑堆方式简单，成本低，在冶金领域具有广阔的应用前景。

Description

一种基于生物薄层筑堆处理高含细粒尾矿的方法
技术领域
本发明涉及一种生物薄层筑堆方法，特别涉及一种基于生物薄层筑堆处理高含细粒尾矿的方法；属于生物湿法冶金技术领域。
背景技术
世界经济的飞速发展对金属资源的需求迅速增加，随着对矿产资源的强力开发，富矿资源不断减少，供需矛盾不断加大。与此同时，运用传统冶金技术提取贫矿、尾矿及难选冶矿石中的有用金属不仅成本高，且还严重污染生态环境，不能满足当今社会的环保理念。近年来，利用微生物浸出低品位矿石中有用金属，尤其是工业规模上的生物堆浸法，因其设备简单、成本低、能耗小等优点得到了广泛的应用。
矿堆的渗透性是影响矿石堆浸浸出效果的关键因素。生物浸出的实质就是溶浸液与目的矿物接触，并在微生物的作用下发生生物化学反应，生成可溶性的目的金属离子，其过程包括外扩散、内扩散和界面化学反应等过程，其中内外扩散都与渗透性有关，因此，矿堆的渗透性至关重要。矿堆渗透性不仅直接影响矿堆内部气液分布的均匀程度，影响微生物对硫化矿物的生物氧化活性和代谢能力，而且矿堆中出现浸出死角和盲区都将会制约矿石中金属回收率。因此，解决矿堆渗透性，寻求新的强化浸出技术，对于拓展堆浸技术应用具有重要的现实与理论意义。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种通过构筑气液渗流均匀、微生物生长良好的生物薄层筑堆，实现铜尾矿中铜高效浸出的方法，该方法筑堆方式简单、成本低，能够解决传统堆浸工艺难以解决的细粒尾矿的生物浸出问题，特别适用于高含细粒铜尾矿和贫矿的生物湿法处理，在冶金领域具有广阔的应用前景。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种基于生物薄层筑堆处理高含细粒铜尾矿的方法，该方法包括以下步骤：
(1)以石英砂层为基底，在所述基底上依次铺筑低品位铜块矿，和经过硫酸溶液熟化的铜尾矿，得到尾矿-块矿混合矿薄层；再在所述尾矿-块矿混合矿薄层上构筑多重尾矿-块矿混合矿薄层，形成尾矿-块矿混合矿矿堆；
(2)将pH值为0.7～1.0的硫酸溶液喷洒在所述混合矿矿堆顶部，进行混合矿预氧化；当所述混合矿pH值稳定至1.0～2.0时，向所述混合矿矿堆顶部添加混合嗜酸浸矿微生物菌群，进行生物浸出铜矿物。
优选的方案，低品位铜块矿粒度为5～50mm。
优选的方案，铜尾矿粒度小于150μm。
较优选的方案，低品位铜块矿的铜品位在1.0％以下，铁品位在15.0％以上，硫含量在15.0wt％以上。
较优选的方案，铜尾矿的铜品位在0.3％以下。
优选的方案，生物浸出过程中维持矿堆温度在10～45℃之间，浸出液的pH值为1.8～2.5。
优选的方案，铜尾矿采用体积百分比浓度为15～25％的硫酸溶液进行熟化。
优选的方案，石英砂层下面铺筑有防渗层。
优选的方案，每层低品位铜块矿和铜尾矿的厚度分别为0.4～0.6m和0.7～0.9m。
优选的方案，尾矿-块矿混合矿矿堆高为2.5～3.5m。
优选的方案，混合嗜酸浸矿微生物菌群包含嗜酸氧化亚铁硫杆菌、嗜酸氧化硫硫杆菌、氧化亚铁钩端螺旋菌、嗜温硫氧化硫化杆菌和嗜热嗜酸铁质菌。
较优选的方案，混合嗜酸浸矿微生物菌群通过以下方法培养得到：
1)将包括嗜酸氧化亚铁硫杆菌、嗜酸氧化硫硫杆菌、氧化亚铁钩端螺旋菌、嗜温硫氧化硫化杆菌和嗜热嗜酸铁质菌在内的嗜酸浸矿微生物菌，分别进行单独培养；
2)将单独培养得到的各种嗜酸浸矿微生物菌按等数目混合，得到复合菌群；
3)所述复合菌群进行驯化和扩大培养，即得。
较优选的方案，培养各种嗜酸浸矿微生物菌采用的培养基包含(NH4)2SO42～4g/L；KCl 0.08～0.12g/L；K2HPO4 0.4～0.6g/L；MgSO4·7H2O 0.4～0.6g/L和Ca(NO3)2 0.008～0.012g/L；
嗜酸氧化亚铁硫杆菌的培养条件：在所述培养基中加入FeSO4·7H2O，使其浓度为40～48g/L，在pH值为1.8～2.2，28～32℃条件下培养，培养次数为3～5次；
嗜酸氧化硫硫杆菌的培养条件：在培养基中加入单质硫，使其浓度为8～12g/L，在pH值为1.8～2.2，温度为28～32℃条件下培养，培养次数为3～5次；
氧化亚铁钩端螺旋菌的培养条件：在培养基中加入FeSO4·7H2O，使其浓度为40～48g/L，在pH值为1.4～1.8，温度为43～47℃条件下培养，培养次数为3～5次；
嗜温硫氧化硫化杆菌的培养条件：在培养基中加入酵母粉和FeSO4·7H2O，两者的浓度分别为0.018～0.022wt％和40～48g/L，在pH值为1.4～1.8，温度为43～47℃条件下培养，培养次数为3～5次；
嗜热嗜酸铁质菌的培养条件：在培养基中加入酵母粉和FeSO4·7H2O两者的浓度分别为0.008～0.012wt％和40～48g/L，在pH值为0.8～1.2，温度为43～47℃条件下培养，培养次数为3～5次。
较优选的方案，所述复合菌群进行驯化和扩大培养的过程为：
培养复合菌群采用的培养基包含(NH4)2SO4 2～4g/L；KCl 0.08～0.12g/L；K2HPO40.4～0.6g/L；MgSO4·7H2O 0.4～0.6g/L和Ca(NO3)2 0.008～0.012g/L；
在所述培养基中加入铜尾矿矿粉、FeSO4·7H2O和单质硫，三者的浓度分别为1.8～2.2wt％、40～48g/L和0.8～1.2g/L；在温度为30～35℃，pH值为1.8～2.5条件下，曝气培养；每次驯化和扩大培养接种菌体密度为1～2×107个/mL，培养后微生物菌体密度至少达到1×108～109个/mL。
本发明的尾矿-块矿混合矿矿堆如图1所示，包括石英砂底层和多重尾矿-块矿混合矿薄层，尾矿-块矿混合矿薄层包括低品位铜块矿层和铜尾矿层，低品位铜块矿层主要作为铜尾矿的支撑物；石英砂层主要作为导流层，有利于浸出液的集中回收。矿堆底部设有收集池，用于回收混合矿矿堆中的浸出液，混合矿矿堆顶部设有喷淋系统，喷淋系统包括真空泵和喷头，真空泵将收集池中的浸出液泵入喷头，喷洒在矿堆堆体顶部。
相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：
1、本发明的技术方案通过将铜尾矿和低品位铜块矿筑堆成特殊的由多重尾矿-块矿混合矿薄层形成的矿堆，能保证堆体中气液的渗流均匀，有利于微生物生长，大大提高铜尾矿的生物浸出效率，通过120天的浸出周期，尾矿中铜的浸出率达到57.10％，低品位铜块矿中铜的浸出率达到65.52％。解决了传统生物堆浸工艺难以处理细粒尾矿的问题。
2、本发明的尾矿-块矿混合矿矿堆筑堆方式简单，成本低，在冶金领域具有广阔的应用前景。
3、本发明的技术方案是通过生物堆浸处理高含细粒铜尾矿，这种铜尾矿铜品位低，主要为生物难浸出的原生硫化铜和次生硫化铜；本发明采用特殊的混合嗜酸浸矿微生物菌群，能以还原性铁、硫以及有机物为能源生长，在较宽的温度酸度范围内生长，能有效实现高含细粒铜尾矿中铜矿物的浸出。
4、本发明技术方案中采用铁硫含量较高的低品位铜块矿，为浸矿微生物生长提供能源以利于其生长和浸矿效率的提高。
附图说明
【图1】为尾矿—块矿混合矿薄层筑堆剖面示意图；
【图2】为尾矿薄层堆浸过程中铜离子浓度变化；
【图3】为尾矿薄层堆浸过程中尾矿矿渣中铜品位和铜浸出率变化。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明内容作进一步阐述，但不作为对本发明权利要求保护范围的限定。
实施例1
铜浮选尾矿来自于赞比亚卢阿洛尾矿库，铜品位为0.19％。尾矿粒径分布(w/w)为：小于75μm的尾矿占48％，75～150μm的尾矿占52％。尾矿中铜物相分布为(w/w)：原生硫化铜35.26％，次生硫化铜28.95％，自由氧化铜29.47％，结合氧化铜6.32％。所用块矿来自于江西德兴铜矿，铜品位为0.58％，含铁17.50％，含硫15.85％。
用于尾矿薄层浸出的混合嗜酸微生物菌群由嗜酸氧化亚铁硫杆菌、嗜酸氧化硫硫杆菌、氧化亚铁钩端螺旋菌、嗜温硫氧化硫化杆菌、嗜热嗜酸铁质菌组成。混合前对各种浸矿微生物单独培养，其基本盐培养基成分包括(NH4)2SO4，3g/L；KCl，0.1g/L；K2HPO4，0.5g/L；MgSO4·7H2O，0.5g/L和Ca(NO3)2，0.01g/L。每种微生物的培养条件如下：嗜酸氧化亚铁硫杆菌在上述培养基中加入FeSO4·7H2O 44.7g/L，在pH值为2.0，温度为30℃条件下培养；嗜酸氧化硫硫杆菌在培养基中加入元素硫10g/L，在pH值为2.0，温度为30℃条件下培养；氧化亚铁钩端螺旋菌在培养基中加入FeSO4·7H2O 44.7g/L，在pH值为1.6，温度为45℃条件下培养；嗜温硫氧化硫化杆菌在培养基中加入酵母粉0.02wt％和FeSO4·7H2O 44.7g/L，在pH值为1.6，温度为45℃条件下培养；嗜热嗜酸铁质菌组成加入酵母粉0.01wt％和FeSO4·7H2O44.7g/L，在pH值为1.0，温度为45℃条件下培养。每种微生物单独培养3～5次后，将达到对数期的菌体离心收菌，然后镜检计数，按照比例将5种微生物按照相同的数量混合获得一种复合菌群。
将上述获得的复合菌群进行驯化和扩大培养，在基本盐培养基中加入2wt％尾矿矿粉、FeSO4·7H2O 4.47g/L和元素硫1g/L作为营养源，每次驯化和扩大培养接种菌体密度为1～2×107个/mL，培养后微生物菌体密度至少达到1×108～109个/mL，复合菌群在温度为30℃，pH值为1.8～2.5间曝气培养。
堆浸过程在由耐酸聚乙烯材料制成的浸出反应器中进行。先铺设好底层，底层是厚度为20cm左右的石英砂；在石英砂上铺设预先由鄂式破碎机破碎至5～50mm粒径的块矿作为尾矿的支撑物；将尾矿与20％(v/v)硫酸溶液混合均匀，经熟化后铺筑于块矿之上形成尾矿—块矿混合矿薄层矿堆，其中硫酸溶液与尾矿混合的体积质量比例为20％。如图1所示，本实例将尾矿块矿逐层依次铺筑，形成两层块矿两层粉矿的混合矿堆。混合矿矿堆堆高为3.0m，堆长和宽分别为2m和0.7m。矿堆铺筑好后喷淋pH值为0.7～1.0的稀硫酸溶液对矿堆进行预氧化，待浸出液pH值稳定至1.0～2.0时，加入培养好的混合嗜酸浸矿微生物菌群，开始间歇喷淋：喷淋强度为2.8L/m2/min，喷淋5～8min后，停止喷淋60～90min。在生物浸出过程中维持浸出液的pH值在1.8～2.5，浸出温度在2～45℃之间。如图3所示，第120天尾矿中铜的浸出率达到了57.10％，块矿中铜的浸出率达到65.52％。

Claims (5)

1.一种基于生物薄层筑堆处理高含细粒铜尾矿的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)以石英砂层为基底，在所述基底上依次铺筑低品位铜块矿，和经过硫酸溶液熟化的铜尾矿，得到尾矿-块矿混合矿薄层；再在所述尾矿-块矿混合矿薄层上构筑多重尾矿-块矿混合矿薄层，形成尾矿-块矿混合矿矿堆；
(2)将pH值为0.7～1.0的硫酸溶液喷洒在所述混合矿矿堆顶部，进行混合矿预氧化；当所述混合矿pH值稳定至1.0～2.0时，向所述混合矿矿堆顶部添加混合嗜酸浸矿微生物菌群，进行生物浸出铜矿物；
所述的低品位铜块矿粒度为5～50mm；所述的铜尾矿粒度小于150μm；
所述的石英砂层下面铺筑有防渗层；每层低品位铜块矿和铜尾矿的厚度分别为0.4～0.6m和0.7～0.9m，所述的尾矿-块矿混合矿矿堆高为2.5～3.5m；
所述低品位铜块矿的铜品位在1.0％以下，铁品位在15.0％以上，硫含量在15.0wt％以上；所述铜尾矿的铜品位在0.3％以下；
所述的铜尾矿采用体积百分比浓度为15～25％的硫酸溶液进行熟化；
所述的混合嗜酸浸矿微生物菌群由嗜酸氧化亚铁硫杆菌、嗜酸氧化硫硫杆菌、氧化亚铁钩端螺旋菌、嗜温硫氧化硫化杆菌和嗜热嗜酸铁质菌组成。
2.根据权利要求1所述的基于生物薄层筑堆处理高含细粒铜尾矿的方法，其特征在于：所述的生物浸出过程中维持矿堆温度在10～45℃之间，浸出液的pH值为1.8～2.5。
3.根据权利要求1所述的基于生物薄层筑堆处理高含细粒铜尾矿的方法，其特征在于：所述的混合嗜酸浸矿微生物菌群通过以下方法培养得到：
1)将包括嗜酸氧化亚铁硫杆菌、嗜酸氧化硫硫杆菌、氧化亚铁钩端螺旋菌、嗜温硫氧化硫化杆菌和嗜热嗜酸铁质菌在内的嗜酸浸矿微生物菌，分别进行单独培养；
2)将单独培养得到的各种嗜酸浸矿微生物菌按等数目混合，得到复合菌群；
3)所述复合菌群进行驯化和扩大培养，即得。
4.根据权利要求3所述的基于生物薄层筑堆处理高含细粒铜尾矿的方法，其特征在于：
培养各种嗜酸浸矿微生物菌采用的培养基包含(NH4)2SO4 2～4g/L；KCl0.08～0.12g/L；K2HPO40.4～0.6g/L；MgSO4·7H2O0.4～0.6g/L和Ca(NO3)20.008～0.012g/L；
嗜酸氧化亚铁硫杆菌的培养条件：在所述培养基中加入FeSO4·7H2O，使其浓度为40～48g/L，在pH值为1.8～2.2，28～32℃条件下培养，培养次数为3～5次；
嗜酸氧化硫硫杆菌的培养条件：在培养基中加入单质硫，使其浓度为8～12g/L，在pH值为1.8～2.2，温度为28～32℃条件下培养，培养次数为3～5次；
氧化亚铁钩端螺旋菌的培养条件：在培养基中加入FeSO4·7H2O，使其浓度为40～48g/L，在pH值为1.4～1.8，温度为43～47℃条件下培养，培养次数为3～5次；
嗜温硫氧化硫化杆菌的培养条件：在培养基中加入酵母粉和FeSO4·7H2O，两者的浓度分别为0.018～0.022wt％和40～48g/L，在pH值为1.4～1.8，温度为43～47℃条件下培养，培养次数为3～5次；
嗜热嗜酸铁质菌的培养条件：在培养基中加入酵母粉和FeSO4·7H2O两者的浓度分别为0.008～0.012wt％和40～48g/L，在pH值为0.8～1.2，温度为43～47℃条件下培养，培养次数为3～5次。
5.根据权利要求3所述的基于生物薄层筑堆处理高含细铜粒尾矿的方法，其特征在于：所述复合菌群进行驯化和扩大培养的过程为：
培养复合菌群采用的培养基包含(NH4)2SO4 2～4g/L；KCl0.08～0.12g/L；K2HPO40.4～0.6g/L；MgSO4·7H2O0.4～0.6g/L和Ca(NO3)20.008～0.012g/L；
在所述培养基中加入铜尾矿矿粉、FeSO4·7H2O和单质硫，三者的浓度分别为1.8～2.2wt％、40～48g/L和0.8～1.2g/L；在温度为30～35℃，pH值为1.8～2.5条件下，曝气培养；每次驯化和扩大培养接种菌体密度为1～2×107个/mL，培养后微生物菌体密度至少达到1×108～109个/mL。
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