CN107208176B - 堆浸方法 - Google Patents

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Abstract

一种从矿石材料中回收铜、铀和贵金属中的一者或更多者的方法，包括：(a)形成矿石材料的堆；(b)在活性堆灌洗期间，在含氧气体存在下使矿石材料的堆接触具有高氯化物含量的含铁酸性沥滤液，并产生沥滤富液；以及(c)从沥滤富液中回收铜、铀和贵金属中的一者或更多者。

Description

堆浸方法
技术领域
本公开内容涉及一种用于堆浸矿石的方法。特别地，本公开内容涉及一种用于堆浸包含铜和/或铀的矿石的方法，所述方法包括使用高氯化物沥滤液。所述方法可用于从主要为硫化物的矿物(例如辉铜矿、蓝铜矿、斑铜矿和黄铜矿)或混合有铜氧化物的硫化物的矿物中沥滤铜。所述方法可另外地或替代地用于从诸如沥青铀矿、水硅铀矿和钛铀矿的铀矿物中沥滤铀。所述方法可替代地或另外地用于沥滤贵金属，例如金和/或银。
然而，这些应用仅是示例性的和非限制性的，因为所公开的方法的原理可用于回收贱金属，例如从镍硫化物矿物(如镍黄铁矿和针镍矿)中回收镍，以及用于从锌硫化物矿物中回收锌。下文中参照使用高氯化物介导的高溶液电位的原矿(run-of-mine，ROM)或粉碎矿石材料的堆浸描述了所述方法。
背景技术
澳大利亚Stuart Shelf的矿床通常包含三种金属价值，即铜、铀和贵金属(主要是金和银)。铜主要是硫化物矿物的形式，如辉铜矿(Cu2S)、斑铜矿(Cu5FeS4)和黄铜矿(CuFeS2)。铀主要是诸如沥青铀矿、水硅铀矿和钛铀矿的矿物的形式。常见的脉石矿物可包括石英、赤铁矿、长石、绢云母、萤石、菱铁矿、绿泥石和黄铁矿。
最近已经提出通过包括堆浸步骤的方法从Stuart Shelf矿石矿物中回收金属价值。堆浸的缺点是矿石矿物的沥滤速率相对缓慢。此外，一些矿石矿物(特别是铜硫化物，如黄铜矿)的表面在沥滤步骤期间可能变得钝化，这可进一步减小沥滤速率并降低整体金属回收率。
BHP Chile Inc.名下的PCT/IB2013/001810公开了一种从铜硫化物矿物中提取铜的方法，其中使矿石经历预处理阶段，接着经历活性沥滤循环。在预处理阶段期间，使铜硫化物矿物接触具有高氯化物浓度、溶液电位高于700mV(SHE)且溶解氧水平低于1mg/L的溶液。在堆浸操作的情况下，在开始活性堆灌洗之前，预处理步骤进行多达200天的时间。
期望提供一种用于提高矿石矿物的沥滤速率的替代堆浸方法，所述方法可在不需要预处理阶段的情况下进行，并且替代地可以在活性沥滤循环期间进行。
上述对背景技术的引用不认为是承认所述技术构成本领域普通技术人员的公知常识的一部分。上述引用也不旨在限制本文所公开的方法的应用。
发明内容
本公开内容是基于以下发现：在可溶性铁的存在下将大量氯化物添加到基于氧化性硫酸的沥滤过程中导致沥滤过程在较高的溶液氧化还原电位下操作。氯化物以及较小程度的铜的存在提高了亚铁被氧化成三价态(三价铁)的速率。较高的三价铁浓度相当于较高的溶液氧化还原电位。从矿石矿物中回收金属可在提高的溶液氧化还原电位(例如氧化还原电位超过450mV Ag/AgCl(约660mV SHE))下得到增强。这可例如通过在活性堆灌洗期间使矿物接触具有由升高的氯化物含量产生的高氧化电位的酸溶液来实现。
本公开内容还基于以下发现：在溶液中存在高氯化物水平的情况下，在沥滤期间在升高的溶液氧化电位下黄铜矿的“钝化”现象可以被避免，或者该现象的开始延迟到更高的氧化还原电位。
如本文所使用的“堆”包括包含待处理的矿石的堆、垛、桶或柱。
如本文所使用的“活性堆灌洗”意指主动将溶液施加至堆使得溶液移动穿过堆以导致沥滤堆内的矿石矿物的过程。该溶液本身可包含沥滤液，或者其可与堆内的其他组分(例如盐或酸)组合而原位形成沥滤液。该溶液可通过对堆进行灌洗(例如通过使用灌洗格栅)来施加。还可在活性堆灌洗期间对堆进行通气。
活性沥滤灌洗可为连续的。例如，在活性沥滤灌洗开始之后可以没有在其间暂停向堆施加溶液的“休息”阶段。
在一个方面中，公开了一种用于从矿石材料中回收铜、铀和贵金属中的一者或更多者的方法，所述方法包括：
a.形成矿石材料的堆；
b.在活性堆灌洗期间，在含氧气体存在下使矿石材料的堆接触具有高氯化物含量的含铁酸性沥滤液，并产生沥滤富液；以及
c.从沥滤富液中回收铜、铀和贵金属中的一者或更多者。
矿石材料可为矿石和/或精矿。矿石材料可包含先前沥滤操作的产物，例如堆浸沥渣。
“沥滤液”是接触矿石的溶液。其可单独形成并施加至矿石。或者，其可至少部分地由所施加的灌洗溶液、聚集矿石中的浓硫酸和聚集矿石中原位溶解的任何盐的组合原位形成。
在所述方法的一个实施方案中，矿石材料包含铜硫化物和铀矿物。矿石材料可另外包含选自金和/或银的一种或更多种贵金属。
在所述方法的一个实施方案中，沥滤液中的氯化物含量最小为15g/L。
在所述方法的一个实施方案中，沥滤液中的氯化物含量最小为30g/L。
在所述方法的一个实施方案中，沥滤液中的氯化物含量最小为45g/L。
在所述方法的一个实施方案中，沥滤液中的氯化物含量优选最小为50g/L。优选地，氯化物含量为至少70g/L。
在所述方法的一个实施方案中，沥滤液中的氯化物含量最小为90g/L。氯化物含量可最小为100g/L，例如最小为105g/L。
在所述方法的一个实施方案中，沥滤液中的氯化物含量最小为130g/L。
在所述方法的一个实施方案中，沥滤液中的氯化物含量最小为150g/L。
在所述方法的一个实施方案中，沥滤液中的氯化物含量可最大为190g/L。
在所述方法的一个实施方案中，沥滤液中的氯化物含量可最大为230g/L。
在所述方法的一个实施方案中，沥滤液中的氯化物含量为约70g/L至最多150g/L。氯化物含量可优选为约90g/L至约110g/L。
在所述方法的一个实施方案中，含氧气体是空气。在另一个实施方案中，含氧气体是富氧空气。
在所述方法的一个实施方案中，含铁沥滤液包含三价铁离子，三价铁离子氧化矿物材料以溶解一种或更多种金属，导致还原成亚铁离子。然后亚铁离子通过与含氧气体反应而被再氧化成三价铁离子。
在所述方法的一个实施方案中，含铁沥滤液还包含铜离子，所述铜离子催化亚铁离子至三价铁离子的反应。铜离子的催化效果可能在高于约1g/L Cu的浓度下减弱。
矿石材料还可包含一种或更多种含铁矿物。含铁矿物可包括脉石矿物，例如赤铁矿、菱铁矿和绿泥石中的一种或更多种。这些矿物可部分或全部包含含铁沥滤液中的铁源。铜硫化物可部分或全部包含酸性沥滤液中的铜离子源。
在所述方法的一个实施方案中，在形成堆之前使矿石材料聚集。可通过使矿石材料与期望量的酸性聚集溶液混合来实现聚集以给予聚集体期望的最终含水量。期望的最终含水量可多至25重量％。在一个实施方案中，最终水分小于10重量％，例如小于8重量％。在一个实施方案中，最终水分最小为3.5重量％。酸性聚集溶液可包括过程溶液(例如，再循环的沥滤液或堆浸提余液)和浓硫酸的组合。可将酸性聚集溶液以0kg/吨至约20kg/吨添加到矿石材料中。在所述方法的一个实施方案中，以6kg/吨矿石至12kg/吨矿石进行添加。
在该水平下的酸添加可通过降低溶液中的二氧化硅水平来实现方法改进。溶解的二氧化硅变得成问题，因为它优先沉淀在堆的表面并引起渗透性问题。可以通过向第一阶段沥滤物的部分添加聚乙二醇(PEG)将其从溶液中除去。但是，可优选的是从开始就将可溶性二氧化硅降至最少。增加氯化物浓度也显示出进一步减少可溶性二氧化硅。作为一种处理方法，可使由PEG添加而产生的沉淀二氧化硅在澄清器中沉降并再循环至聚集过程。
沥滤液中的氯化物含量可至少部分地源自天然包含盐的水，例如从地下孔井或者从海洋或盐湖或水库抽取的水。或者，水可为例如在脱盐过程期间作为副产物产生的盐水。
在一个实施方案中，为了获得沥滤液中最终需要的氯化物浓度，可在聚集期间或之后向矿石材料中添加固体氯化物盐。固体氯化物盐可为以下中的一种或更多种：NaCl、MgCl2、KCl和AlCl3。可将盐直接添加到矿石材料中(而不是将其直接添加到施加至堆的溶液中)。这使得盐然后能够在活性灌洗期间原位溶解，导致堆充当任何不溶性杂质的细粉过滤器。然而，如下文进一步讨论的，在所公开的方法的第二修改方案中，在聚集期间或之后向矿石材料中添加盐是不合适的。
在将灌洗溶液施加至堆之前，可将盐替代地添加到灌洗溶液中。然而，这可能需要在其中混合盐和溶液的罐，并且需要过滤以防止盐中的不溶性组分阻塞堆浸灌洗系统。
除了所述方法的第二修改方案(下面讨论)之外，均可在聚集之前将盐添加到矿石材料中。然而，在该实施方案中，盐可在随后的聚集中与酸反应，并释放HCl烟。
在所述方法的一个实施方案中，在矿石材料聚集之后将盐添加到其中。在该实施方案中，HCl烟的产生可减少或避免。在该实施方案中，聚集的矿石中的硫酸浓度可通过与矿石材料中的脉石矿物的反应来稀释。可将盐添加到运输聚集产物的输送机上。
在所述方法的一个实施方案中，通过灌洗将溶液施加至堆。
沥滤液的氧化还原电位将受到沥滤液的盐度影响，一般来说，盐度越高，氧化还原电位越高。
在所述方法的一个实施方案中，在不存在生物沥滤微生物的情况下，沥滤液的氧化还原电位超过420mV Ag/AgCl，例如大于425mV Ag/AgCl。
在所述方法的一个实施方案中，在不存在生物沥滤微生物的情况下，沥滤液的氧化还原电位超过430mV Ag/AgCl，例如大于440mV Ag/AgCl。
在所述方法的一个实施方案中，在不存在生物沥滤微生物的情况下，沥滤液的氧化还原电位超过450mV Ag/AgCl(约660mV SHE)。
在所述方法的一个实施方案中，在不存在生物沥滤微生物的情况下，沥滤液的氧化还原电位超过460mV Ag/AgCl。
在所述方法的一个实施方案中，在不存在生物沥滤微生物的情况下，沥滤液的氧化还原电位超过470mV Ag/AgCl，例如约480mV Ag/AgCl。
在所述方法的一个实施方案中，沥滤液的总铁浓度>0.1g/L。总铁浓度可为至少5g/L。在一个实施方案中，总铁浓度为至少20g/L，例如至少25g/L。总铁浓度最大可为50g/L。在另一个实施方案中，总铁浓度最大为80g/L。
在活性沥滤循环期间，沥滤液的pH通过以下来实现：在先前的聚集过程期间直接向矿石添加硫酸、或在灌洗期间向接触矿石的溶液中添加硫酸或者使用这两种技术。
在堆浸过程期间，沥滤液的pH可随着其与矿石和脉石矿物的反应而变化。然而，酸度为使得接触矿石的溶液的pH可不超过pH 3.5。在另一个实施方案中，pH低于pH 3。在另一个实施方案中，pH可小于1。在另一个实施方案中，pH可小于-0.3。
在所述方法的一个实施方案中，接触矿石的沥滤液中的溶解氧水平可在堆浸期间从非常低的值显著变化到接近饱和。因此，DO可高于0mg/L(0ppm)。最大溶解氧可为饱和值。溶解氧可为至少3ppm。在一个实施方案中，其小于10ppm。在另一个实施方案中，其为至少5ppm。在该过程的任何点处，DO将处于在供应气体的转移速率与溶液中通过反应消耗的速率之间建立的平衡。接触矿石的沥滤液中的溶解氧水平可通过强制通气来维持。
所述方法可包括提供灌洗格栅的步骤，由此将灌洗溶液施加至堆。灌洗格栅可位于堆的表面上、或者位于堆内、或者可采用两种位置的组合。灌洗格栅可直接用于已建立的堆上，或者与聚集技术组合使用。
灌洗格栅可为任何合适的类型，并且本发明在这方面不受限制。作为示例，灌洗格栅可包括位于堆的表面上、或堆内、或二者处的管、喷淋器等的网状网络。
堆浸过程可在环境条件下(即，在堆处普遍的温度和大气压条件下)进行。
沥滤方法可进行至少50天，例如至少100天的时间。在一个实施方案中，沥滤方法可进行至少450天的时间。在另一个实施方案中，沥滤方法可进行多达600天的时间。沥滤方法的持续时间由许多因素决定，例如完成矿物氧化的时间。
在活性沥滤循环期间，可用溶液灌洗堆中的矿石。其后，可使用任何合适的方法(例如，溶剂萃取方法)回收随后沥滤的金属，如铜和/或铀和/或金。
任选地，可向沥滤液中添加盐酸。盐酸可用作灌洗滴头的清洁剂。
沥滤液可包含铜、铁和其他阴离子和阳离子物类，这些物类可能来源于从堆中抽取的再循环过程水，或可能从正在处理的矿石中溶解。
在所述方法的一个实施方案中，沥滤富液包含铜和铀。在另一个实施方案中，沥滤富液还可包含贵金属。
在从沥滤富液中提取目标金属之前，可对沥滤富液进行预处理以调节溶液化学性质。
沥滤富液的预处理可包括降低溶液氧化还原电位。降低溶液电位可有利于随后提取铀(例如通过溶剂萃取)。溶液氧化还原电位的降低可通过降低溶液中的三价铁离子浓度来实现。可通过使沥滤富液接触三价铁消耗材料(例如矿石矿物，如金属硫化物)方便地实现三价铁离子的减少。接触三价铁消耗材料可在不存在氧化剂的情况下进行。例如，可在不存在氧化性气体的情况下，使沥滤富液接触金属硫化物。可在不处于强制通气下的堆中提供金属硫化物。
预处理可替代地或另外地包括消耗至少一些酸。酸消耗(中和)可有助于随后提取铜(例如通过溶剂萃取)。中和可通过使沥滤富液接触酸消耗材料(如酸消耗矿石和脉石)来实现。此外，上述三价铁离子与金属硫化物的反应可以消耗酸。因此，中和可与降低溶液电位同时发生。
然后可以对经预处理的沥滤富液进行溶剂萃取以回收一种或更多种目标金属。
在另一个方面中，公开了从矿石中回收贱金属、铀和贵金属中的一者或更多者的方法，其中使矿石经历活性沥滤循环，在活性沥滤循环中，在含氧气体存在下，使矿石接触具有高氯化物含量的含铁酸性沥滤液，其中：
a.任选地使矿石聚集；
b.在不存在微生物的情况下，沥滤液的溶液电位超过450mV Ag/AgCl；
c.接触矿石的沥滤液的总铁浓度>0.1g/L；
d.最终矿石含水量任选地为2重量％至25重量％；
e.沥滤液的pH值不超过pH 3.5；以及
f.接触矿石的沥滤液的Cl离子浓度为20g/L至230g/L。
在又一个方面中，公开了一种从矿石材料中提取贱金属、铀和贵金属中的一者或更多者的方法，所述方法在不存在任何微生物、溶液电位超过450mV Ag/AgCl的情况下，通过在活性沥滤循环中使用包含溶解铁的高氯化物含量的酸溶液接触矿石材料而得到增强。
已经发现，在高氯离子和/或高三价铁离子浓度下，铀溶剂萃取(USX)过程的操作可能受到不利影响。因此，在本公开内容的一个修改方案中，所述方法可包括预处理步骤，其中用与上述高氯化物酸性沥滤液相比具有较低氯化物浓度或较低溶液电位或二者的溶液处理矿石材料。在下文中，在预处理步骤中使用的溶液被称为“预沥滤”溶液，但是应理解，在预处理步骤期间仍然发生矿石材料的沥滤。已经发现，在预处理步骤期间可沥滤大量的铀和至少一些贱金属。
低氧化还原修改方案
在所述方法的第一修改方案中，预处理步骤包括用具有相对低的溶液氧化还原电位的预沥滤溶液来处理矿石材料。这种修改方案可通过在无氧化剂或减少的氧化剂的存在下用酸性沥滤溶液处理至少一部分矿石材料来实现。例如，预处理可在沥滤溶液不通气或减少通气下进行。预沥滤溶液可包含高氯化物含量。特别是如果使用溶剂萃取从沥滤富液中回收溶解的铀，则最大氯化物含量可为100g/L。由于预处理发生在接近沥滤循环开始时，矿石材料包含大量未反应的硫化物矿物。这些硫化物矿物与沥滤溶液中的三价铁离子反应，将其转化为亚铁离子。然而，没有氧化剂(例如，通气)意味着没有随后亚铁离子转化回三价铁离子。根据矿石材料的酸需求，该实施方案可由酸脉石反应产生高浓度的溶解盐，这可能进而导致那些盐的过饱和以及沉淀物在堆中积累。这可能导致渗透性差，在一些情况下到过程失效的程度。盐沉淀物主要包含钠铁硫酸盐，如准纤钠铁矾(Na4Fe2(SO4)4(OH)2·3H2O)。沉淀物还可包含石膏和其他微量盐。
为了改善在修改方法的第一实施方案中堆中的沉淀问题，可向过程溶液添加另外的盐，以在其用作预沥滤溶液之前促使过饱和盐(如准纤钠铁矾)沉淀。此外，需要清洗过程液以使过程液的整体盐度保持在可接受的限度内。因此，第一实施方案可能需要用于添加盐和使准纤钠铁矾沉淀的设施，这可能是巨大且昂贵的。另一个潜在的缺点是刻意缺少氧化剂的预处理步骤不是有效的铜沥滤部分。由于预处理步骤的持续时间可能延长相当一段时间(例如长达150天)，这可能导致大量铜回收开始之前的显著延迟。
低氯化物修改方案
在所述方法的第二修改方案中，预处理步骤包括用与高氯化物酸性沥滤液相比具有相对低的氯化物含量的预沥滤溶液处理矿石材料。因此，在该实施方案中，在聚集期间或之后向矿石材料中添加盐是不合适的。
这种修改方案可以通过在氧化剂存在下用包含低(或不含)氯化物的酸性沥滤溶液处理至少一部分矿石材料来实现。氯化物含量将取决于所使用的过程溶液的来源。氯化物含量可多至80g/L，例如多至70g/L。在一个实施方案中，氯化物含量可多至50g/L。在一个实施方案中，氯化物含量可多至45g/L。在另一个实施方案中，氯化物含量可多至35g/L。平均氯化物含量可为5g/L至45g/L，例如25g/L至35g/L。
在预处理步骤期间，可对预沥滤溶液进行通气。
预沥滤溶液的溶液氧化还原电位可小于450mV Ag/AgCl。在一个实施方案中，预沥滤溶液的溶液氧化还原电位可以小于440mV Ag/AgCl。在一个实施方案中，预沥滤溶液的溶液氧化还原电位可小于430mV Ag/AgCl。在一个实施方案中，预沥滤溶液的溶液氧化还原电位可小于420mV Ag/AgCl。溶液氧化还原电位可大于390mV Ag/AgCl。在一个实施方案中，预沥滤溶液的溶液氧化还原电位可大于400mV Ag/AgCl。在一个实施方案中，预沥滤溶液的溶液氧化还原电位可为390mV Ag/AgCl至420mV Ag/AgCl。预处理可进行一段足以使至少大部分铀在该步骤期间被沥滤的时间。此外，矿石材料中的大部分脉石与预沥滤溶液中的酸反应，产生诸如铁、铝和钙的有害元素耗尽的沥渣。在预处理步骤期间，还会存在贱金属(例如铜)的部分沥滤。然后使来自预处理步骤的沥渣经历高氯化物沥滤，在此期间沥滤溶液中的氯化物浓度增加。预处理沥渣中的脉石耗尽意味着更少的亚铁可用于形成盐沉淀物(如准纤钠铁矾)，因此堆阻塞的风险降低。可由系统清洗来自预处理步骤的过程液，从而减少随后高盐度部分的溶解固体的负载。这可以减少沉淀物的形成，并有助于确保在高盐度部分保持渗透性。如果需要，从预沥滤至高盐度的液体转移在转移到高氯化物沥滤步骤之前经历沉淀并除去有害盐。高氯化物沥滤主要集中在铜的沥滤和回收上，不考虑铀溶剂萃取的盐度限制，因此可根据需要增加沥滤溶液的盐度以适应矿石矿物学。该实施方案有两个另外的益处：
●在预处理步骤在高盐度下进行的第一实施方案中，可能需要清洗以保持液体渗透性。这种清洗将包含高浓度的氯化物。这将导致需要增加氯化物源(如NaCl)的添加以弥补损失。对于其中任何经清洗的液体均具有相对低的氯化物浓度的第二实施方案而言，则情况并非如此。
●在较低的氯化物浓度下，铀溶剂萃取更有效。这导致较小的铀溶剂萃取设施，从而降低资金和操作成本。
附图说明
通过实例参照附图对所述方法进行进一步描述，在附图中：
图1以框图形式示出了用于铜和铀矿石的堆浸的流程图的第一实施方案。
图2以框图形式示出了用于铜和铀矿石的堆浸的流程图的第二实施方案。
图3是在矿石聚集期间，对于不同的浓硫酸添加量，溶解二氧化硅浓度(mg/L)相对于沥滤时间(天)的图。星形＝无酸；方形＝8kg/吨酸；三角形＝12kg/吨酸；十字形＝25kg/吨酸。
图4是示出对于沥滤液中不同的氯化物浓度，Cu溶解(即，溶解的Cu质量/样品中的Cu质量，以百分比表示)相对于时间(天)的图。圆形＝无氯化物；方形＝15g/L氯化物；菱形＝30g/L氯化物；三角形＝45g/L氯化物。
图5示出对于同样的氯化物浓度，排放液(例如沥滤富液或中间沥滤溶液)的氧化还原电位(mV(Ag/AgCl))与时间的关系。圆形＝无氯化物；方形＝15g/L氯化物；菱形＝30g/L氯化物；三角形＝45g/L氯化物。
图6是对于三种不同的溶液氯化物浓度：三角形＝1g/L至3g/L、菱形＝15g/L、且方形＝150g/L，排放液的氧化还原电位(mV(Ag/AgCl))相对于时间(天)的图。
图7是对于与图6相同的氯化物浓度：三角形＝1g/L至3g/L、菱形＝15g/L、且方形＝150g/L，排放液中的溶解氧(DO-ppm)相对于时间的图。
图8是示出对于三种不同的氯化物浓度：三角形＝1g/L至3g/L，菱形＝15g/L，方形＝150g/L，主要为黄铜矿的矿石的Cu溶解(即，溶解的Cu质量/样品中的Cu质量，以百分比表示)对时间(天)的图。
图9是示出对于三种不同的氯化物浓度：十字形＝1g/L至3g/L、菱形＝15g/L、且方形＝150g/L，斑铜矿/辉铜矿矿石的Cu溶解(即，溶解的Cu质量/样品中的Cu质量，以百分比表示)相对于时间(天)的图。
图10是示出对于1g/L至3g/L(三角形)和15g/L(菱形)的氯化物浓度，沥青铀矿溶解(即，溶解的U质量/样品中的U质量，以百分比表示)相对于时间(天)的图。
图11以框图形式示出了用于铜和铀矿石的堆浸的流程图的第三实施方案。
图12是示出在两种溶液氧化还原电位：475mV(方形)和410mV(菱形)下从沥滤富液中萃取到溶剂中的U3O8浓度(mg/L)的图。
图13是示出对于铀矿石的氯化物沥滤，铀(U3O8)的溶解％相对于时间(天)的图。
图14是示出对于铜矿石的氯化物沥滤，铜的溶解％相对于时间(天)的图。
图15是示出对于一定范围的氯化物浓度，在低溶液ORP下将铀萃取到溶剂相中的图。
图16是示出对于一定范围的氯化物浓度，在高溶液ORP下将铀萃取到溶剂相中的图。
图17以框图形式示出了用于铜和铀矿石的堆浸的流程图的第四实施方案。
图18以框图形式示出了用于铜和铀矿石的堆浸的流程图的第五实施方案。
具体实施方式
本文参照对粉碎或原矿(ROM)矿石(或精矿)使用高氯化物介导的高溶液电位的活性堆浸循环描述了所述方法。
所公开的方法的优点是在活性堆灌洗期间显著提高了硫化物矿物或者混合的硫化物和氧化物矿物的氧化速率，从而在较短的沥滤循环中改善金属回收，另外，至少在一定程度上降低了堆浸的操作成本。
参照图1和图2，示出了所公开方法的两个流程图实施方案10、110。在每个实施方案中，将包含以下有价值的矿物的矿石：
●铜硫化物，主要呈黄铜矿、斑铜矿和辉铜矿的形式，但可包括其他铜硫化物物类；
●铀，呈沥青铀矿、水硅铀矿和钛铀矿形式；和
●金，
粉碎至P80为6mm至25mm的尺寸分布。最佳尺寸分布为8mm至12mm。
用过程溶液(堆浸提余液)和浓硫酸的组合使经粉碎的矿石聚集(12、112)。以0kg/吨矿石至约20kg/吨矿石的浓度添加浓硫酸。最佳的添加为6kg/吨矿石至12kg/吨矿石。添加提余液(根据需要)，得到约3.5％的最终水分(这对聚集体的形成是优选的)。
根据需要，在聚集期间或之后将选自以下的一者或更多者的固体盐：NaCl、MgCl2、KCl和AlCl3添加到矿石中以调整沥滤液的最终氯化物浓度。优选将盐添加到矿石中而不是将其直接添加至在堆中灌洗的溶液，原因是盐随后原位溶解，并且堆充当任何不溶性杂质的细粉过滤器。
将盐添加到聚集体的输送机上。
将经聚集的矿石在多层不可重复使用的垫上或可重复使用的垫上(未示出)堆叠成堆(14a、14b、14c和114a、114b、114c)。尽管以图示方式将每个堆表示为单独的单元a、b和c，但实际上这些单元通常是连续堆叠的。可在堆浸之后将沥渣除去，并将其转移到沥渣垛用于储存以及从长期渗透物收集中回收潜在的额外的铜。
以5l/m2/小时至20l/m2/小时的通量(最佳为8l/m2/小时至15l/m2/小时)灌洗各个堆单元14a、14b、14c和114a、114b、114c。
将浓硫酸添加到灌洗至每个堆单元的溶液中，以达到排放物中期望的酸浓度。这通常是最小量以使整个过程的酸消耗最小化。
该酸与每个堆单元中的脉石矿物反应，以从矿物(例如菱铁矿和绿泥石)中产生亚铁离子。一些三价铁离子可源自酸与赤铁矿的反应。
通过用氧气氧化将亚铁离子转化成三价铁离子。通过向堆中吹送空气来向堆中供应氧气。
酸和三价铁离子与矿石中的铜硫化物矿物反应，将硫酸铜释放到溶液中，并因此使三价铁离子还原成亚铁离子。酸、三价铁离子和铀矿物之间发生等同的反应以将铀释放到溶液中。在一些条件下，发生等同的反应以将贵金属(特别是金)释放到溶液中。在每种情况下，所产生的亚铁离子被氧气再氧化成三价铁离子。
在图1和图2的每一者中，从堆单元14a和114a中产生的中间沥滤溶液(ILS)通向ILS池16、116。然后将其分别施加到堆单元14b和114b以产生最终的沥滤富液(PLS)15、115，其分别通向PLS池18、118。
分别通过独立的铜溶剂萃取(CuSX)过程和铀溶剂萃取(USX)过程20、120和22、122从PLS 15、115中回收铜和铀。
在图1中，来自USX过程的提余液作为过程溶液通向堆浸单元14c。从堆浸单元14c中产生的沥滤物作为过程溶液通向堆浸单元14a。将盐水添加到ILS池16中的ILS中。
在图2中，来自USX过程的提余液和从堆浸单元114c中产生的沥滤物均通向提余液池124。然后，来自提余液池124的提余液126作为过程溶液通向堆浸单元114a。将盐水添加到堆浸单元114c中。
在图1中，不洗涤沥渣28以用于任何其他用途。在图2中，洗涤沥渣以准备研磨和浮选剩余的硫化物和金。因此，图2中的过程可能需要较多的提余液清洗以控制由洗涤阶段引起的离子，例如Fe、Al和SO4 -2。
虽然图1和图2示出了两个流程图实施方案，但应理解，存在可以考虑的相同单元操作的多种配置。
现参照图3，示出了对于聚集期间浓硫酸的不同添加量，可溶性二氧化硅的量随沥滤时间的变化。虽然增加的酸添加量在铀或铜的溶解程度方面没有示出具有工艺改进，但存在由溶液中的二氧化硅水平降低引起的工艺改进。溶解二氧化硅变得成问题，因为它优先沉淀在堆的表面并可能引起渗透性问题。通过向第一阶段沥滤物的部分添加聚乙二醇(PEG)而将其从溶液中除去。优选的是从开始就将其降至最少。作为一种处理方法，使由PEG的添加而产生的沉淀二氧化硅在澄清器中沉降并再循环至聚集过程。
图4是示出对于沥滤液中不同的氯化物浓度，Cu溶解％相对于时间(天)的图。图5示出对于同样的氯化物浓度，排放液的氧化还原电位(mV(Ag/AgCl))相对于时间的图。图4和图5示出在不存在氯化物的情况下，黄铜矿沥滤在高于420mV(Ag/AgCl)下钝化。然而，当溶液中的氯化物为15g/L或高于15g/L时，情况并非如此。这表明在氯化物存在下钝化点被延长。
图6是对于三种不同的溶液氯化物浓度：1g/L至3g/L、15g/L和150g/L，排放液的氧化还原电位(mV(Ag/AgCl))相对于时间(天)的图。图7是对于同样的氯化物浓度，排放液中的DO(ppm)相对于时间的图。图6示出在氯化物的存在下，通过空气进行的亚铁至三价铁的氧化速率得到提高，因此整个过程在较高的氧化还原电位下平衡。还明显的是由三价铁氧化速率增加而引起的排放液中溶解氧减少(图7)。
图8是示出对于三种不同的氯化物浓度1g/L至3g/L、15g/L和150g/L，主要为黄铜矿的矿石的Cu溶解(重量百分数)相对于时间(天)的图。图9是示出对于斑铜矿/辉铜矿矿石的Cu溶解的类似图。可以看出，铜硫化物矿物的溶解速率随着氧化还原的增加而增加。
图10是示出对于1g/L至3g/L和15g/L的氯化物浓度，沥青铀矿溶解％相对于时间(天)的图。可以看出，铀矿物沥滤程度也可以通过较高的氯化物浓度导致增加的溶液氧化还原电位而增加。
图13示出在以3g/L至5g/L开始、增加至15g/L至20g/L、然后再次增加至100g/L的变化的氯化物浓度的情况下，铀的溶解％相对于沥滤铀矿石的时间(天)的图。发现一旦盐度提高至高于15g/L至20g/L，其对铀溶解量的影响很小。数据示出，对于大多数沥滤条件，无论沥滤溶液的盐度如何，沥滤基本在大约100天至150天之后完成。相比之下，图14示出铜溶解速率显著更慢，并且需要最少200天达到最大溶解。对于许多柱观察到的速率增加是由于盐的添加将沥滤溶液的盐度从25g/L(盐水)提高至100g/L(高盐度水)。显然，盐度的增加导致铜溶解的增加。
图15和16示出了溶剂萃取期间溶液氧化还原电位和盐度对将铀萃取到溶剂相中的影响。在相对低的氧化还原电位(约2g/L至5g/L的三价铁)下，图15示出铀的提取在相对低的氯化物浓度下是有利的，并且随着氯化物浓度的增加而稳定地劣化。图16示出，在相对高的溶液氧化还原条件(约10g/L至18g/L的三价铁)下，对于除了最低盐度(25g/L)以外的任何情况铀溶剂萃取都较差。因此，这些图表明高盐度和/或高溶液氧化还原不利地影响铀溶剂萃取。在以下实施方案中，铀的沥滤在降低的溶液氧化还原或降低的盐度下进行。
图11以框图形式示出了用于铜和铀矿石的堆浸的流程图的第三实施方案210，该实施方案是包括低氧化还原预处理步骤的所公开方法的第一修改方案。该实施方案与先前的实施方案的主要不同之处在于，由通气堆浸产生的中间沥滤溶液(ILS)216通向没有强制通气的包含酸和三价铁消耗材料的“预沥滤”堆214b。预沥滤堆的矿物学类似于其他(通气)堆214a的矿物学，主要包含金属硫化物和铀矿石矿物。ILS接触预沥滤堆中的金属硫化物和酸消耗矿物以降低溶液中的三价铁离子浓度和酸。已经发现降低溶液氧化还原电位有利于随后通过溶剂萃取来提取铀。已经发现酸消耗(中和)有助于随后通过溶剂萃取来提取铜。
然后对经预处理的沥滤富液进行溶剂萃取以回收一种或更多种目标金属。
图12是示出在两种溶液氧化还原电位：475mV(方形)和410mV(菱形)下从沥滤富液中萃取到溶剂中的U3O8浓度(mg/L)的图。该图示出了在对沥滤富液进行铀溶剂萃取之前降低溶液氧化还原的优点。可以看出，在410mV下负载到有机相中的铀量是在475mV下负载的多于3倍。认为显著的差异是由于在较低的氧化还原下，PLS中存在的三价铁低得多—因为铀和三价铁离子倾向于共同负载到有机相中，溶液中三价铁越少，可以负载的铀越多。对于PLS中给定的铀浓度，有机相中较高的铀负载的实际结果是所需有机相的体积以及因此所需的溶剂萃取装置的尺寸可以相应地较小，节省资本支出。
图17是用于铜和铀矿石的堆浸的流程图的第四实施方案310。与第三实施方案类似，在第四实施方案中，部分堆浸在较低的溶液氧化还原下进行。由通气堆浸阶段314a产生的中间沥滤溶液(316)通向多个其他堆浸阶段，包括预处理阶段314b。预处理阶段314b包括用ILS处理矿石材料，在此期间不对堆进行强制通气。因此，预处理在与随后的沥滤阶段相比降低的溶液氧化还原下进行。因为预处理阶段发生在接近沥滤循环开始时，所以存在大量未反应的硫化物矿物，其与ILS中的三价铁反应，将三价铁转化为亚铁。缺乏通气产生了氧限制，因此随后亚铁离子转化回三价铁离子减少。由预处理阶段314b产生的PLS 318主要包含溶解的铀和一些铜。对PLS进行USX和CuSX 320、322。
由于澳大利亚Stuart Shelf矿石矿床的酸需求相当高(40kg/T至80kg/T)，这意味着由酸脉石反应产生的高浓度的溶解盐。该实施方案可导致由酸脉石反应产生的过程溶液中的溶解盐(例如钠铁硫酸盐，如准纤钠铁矾(Na4Fe2(SO4)4(OH)2·3H2O))过饱和，这可进而导致堆中沉淀物积累和渗透性差。为了解决这个问题，可向过程溶液中添加另外的盐340以迫使过饱和的盐沉淀，然后可以将其除去。此外，需要清洗过程液以使过程液的整体盐度保持在可接受的限度内。
图18示出了用于铜和铀矿石的堆浸的流程图的第五实施方案410。第五实施方案涉及包括较低盐度预处理步骤的所公开方法的第二修改方案。该堆包括预处理阶段414b，包括在氧化剂(即空气)的存在下用与高氯化物酸性沥滤液相比具有相对低的氯化物含量的预沥滤溶液处理矿石材料。氯化物含量可多至35g/L。预处理可进行一段足以使至少大部分铀在该步骤期间被沥滤的时间。例如，预处理阶段414b可进行约150天的整体堆浸。此外，矿石材料中的大部分脉石与预沥滤溶液中的酸反应，产生诸如铁和钙的元素耗尽的沥渣。在预处理步骤期间，还会存在贱金属(例如铜)的部分沥滤。然后使来自预处理步骤的沥渣经历一个或更多个高氯化物沥滤阶段414a，在此期间沥滤溶液中的氯化物浓度增加。高氯化物沥滤阶段可进行一段足以使至少大部分铜在这些阶段期间被沥滤的时间(例如，约300天)。这些阶段是通气的。沥渣预处理中脉石的耗尽意指存在较少的可用于形成盐沉淀物(如准纤钠铁矾)的亚铁，因此降低了堆阻塞的风险。对来自预处理阶段414b的PLS 418进行CuSX和USX420、422。如有必要，用额外的盐440处理提余液424以在其转移至过程的高氯化物沥滤阶段414a之前引起沉淀并除去有害盐442。尽管图18示出了预处理和高氯化物沥滤阶段作为分开的阶段，但是在两个阶段之间不一定存在沥滤的沥渣的物理迁移。
虽然已经描述了多个具体实施方案，但是应理解，方法和设备可以以许多其他形式实施。
本文对背景技术的引用不构成对所述技术形成本领域技术人员的公知常识的一部分的承认。这些引用也不旨在限制本文公开的方法的应用。
在随后的权利要求书和前述说明书中，除了上下文因语言表达或必要暗示而另有要求之外，词语“包括(comprise)”和变体(诸如“comprises”或“comprising”)以包容性的意义使用，即，用于指定所述特征的存在，但是不排除在本文公开的方法和设备的各种实施方案中存在或添加另一些特征。

Claims (41)

1.一种用于从矿石材料中回收铜、铀和贵金属中的一者或更多者的方法，包括：
(a)形成所述矿石材料的堆；
(b)在强制通气下在活性堆灌洗期间，在含氧气体的存在下使所述矿石材料的堆接触具有高氯化物含量的含铁酸性沥滤液，并产生沥滤富液；以及
(c)从所述沥滤富液中回收铜、铀和贵金属中的一者或更多者；
其中，在使所述矿石接触所述酸性沥滤液的步骤(b)之前，所述方法包括以下步骤：
i.用与步骤(b)的具有高氯化物含量的酸性沥滤液相比不具有或具有相对低的氯化物含量的预沥滤溶液处理所述矿石，以溶解所述矿石中的至少一些铀和脉石矿物并产生沥滤物，并消耗所述矿石中能够用于形成盐沉淀物的有害元素；以及
ii.处理所述沥滤物以回收铀并除去所述有害元素。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述矿石材料包含铜硫化物和/或铀矿物，并且可以另外包含选自金和/或银的一种或更多种贵金属。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤(b)的所述酸性沥滤液中的氯化物含量最小为15g/L。
4.根据权利要求3所述的方法，其中步骤(b)的所述酸性沥滤液中的氯化物含量最小为30g/L。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤(b)的所述酸性沥滤液中的氯化物含量最小为100g/L。
6.根据权利要求5所述的方法，其中步骤(b)的所述酸性沥滤液中的氯化物含量最小为150g/L。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述酸性沥滤液包含三价铁离子，所述三价铁离子氧化所述矿物材料并被还原成亚铁离子，所述亚铁离子随后通过与所述含氧气体反应而被再氧化为三价铁离子。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述酸性沥滤液还包含催化亚铁离子至三价铁离子的反应的铜离子。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述酸性沥滤液中的氯化物含量至少部分地源自天然包含盐的水或源自脱盐过程期间作为副产物产生的盐水。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中在不存在生物沥滤微生物的情况下，所述酸性沥滤液的氧化还原电位超过420mV Ag/AgCl。
11.根据前述权利要求10所述的方法，其中在不存在生物沥滤微生物的情况下，所述酸性沥滤液的氧化还原电位超过450mV Ag/AgCl。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述酸性沥滤液的总铁浓度>0.1g/L。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述酸性沥滤液的总铁浓度为至少5g/L。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述酸性沥滤液的总铁浓度为至少20g/L。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述酸性沥滤液的总铁浓度为至少25g/L。
16.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述酸性沥滤液的酸度为使得接触所述矿石的溶液的pH不超过pH 3.5。
17.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述方法在环境温度和大气压条件下进行。
18.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述方法进行至少50天的时间。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述方法进行至少100天的时间。
20.根据权利要求1所述的方法，其中在从所述沥滤富液中回收铜、铀和贵金属中的一者或更多者之前对其进行预处理以调节溶液化学性质。
21.根据权利要求20所述的方法，其中步骤(a)中形成的所述沥滤富液的预处理包括降低溶液氧化还原电位。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其中所述预处理替代地或另外地包括消耗至少一些酸。
23.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(a)中形成堆之前，通过使所述矿石材料与酸性聚集溶液混合使所述矿石材料形成为聚集体，以给予所述聚集体期望的最终含水量。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述期望的最终含水量最多至25重量％。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述期望的最终含水量小于10重量％。
26.根据权利要求23所述的方法，其中所述期望的最终含水量小于8重量％。
27.根据权利要求23至26中任一项所述的方法，其中所述期望的最终含水量最小为3.5重量％。
28.根据权利要求23至26中任一项所述的方法，其中将所述酸性聚集溶液以多至20kg/吨矿石添加至所述矿石材料。
29.根据权利要求23至26中任一项所述的方法，其中将所述酸性聚集溶液以6kg/吨矿石至12kg/吨矿石添加至所述矿石材料。
30.根据权利要求23至26中任一项所述的方法，其中在聚集期间或之后将氯化物盐添加至所述矿石材料。
31.根据权利要求1所述的方法，其中所述预沥滤溶液中的氯化物含量为0g/L至50g/L。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述预沥滤溶液中的氯化物含量为0g/L至35g/L。
33.根据权利要求1或31所述的方法，其中步骤(i)在氧化剂的存在下进行。
34.根据权利要求33所述的方法，其中步骤(i)在空气的存在下进行。
35.根据权利要求1或31所述的方法，其中所述预沥滤溶液的溶液氧化还原电位小于450mV Ag/AgCl。
36.根据权利要求35所述的方法，其中所述预沥滤溶液的溶液氧化还原电位为390mVAg/AgCl至420mV Ag/AgCl。
37.根据权利要求1或31所述的方法，其中步骤(ii)包括通过溶剂萃取回收铀。
38.根据权利要求1或31所述的方法，其中步骤(ii)包括通过清洗除去所述有害元素。
39.根据权利要求1或2所述的方法，其中在使所述矿石接触所述酸性沥滤液的步骤(b)之前，所述方法包括以下步骤：
i.用与步骤(b)的具有高氯化物含量的酸性沥滤液相比具有较低的溶液氧化还原的预沥滤溶液处理所述矿石，以溶解所述矿石中的至少一些铀和脉石矿物并产生沥滤物；以及
ii.处理所述沥滤物以回收铀。
40.一种从矿石中回收贱金属、铀和贵金属中的一者或更多者的方法，其中使所述矿石在强制通风下经历活性沥滤循环，在所述活性沥滤循环中，在含氧气体的存在下使所述矿石接触具有高氯化物含量的含铁酸性沥滤液，其中：
a.任选地使所述矿石聚集；
b.在不存在微生物的情况下，所述沥滤液的溶液电位超过450mV Ag/AgCl；
c.所述沥滤液的总铁浓度>0.1g/L；
d.最终矿石含水量任选地为2重量％至25重量％；
e.所述沥滤液的pH不超过pH 3.0；以及
f.所述沥滤液的Cl离子浓度为20g/L至230g/L。
41.一种从矿石材料中提取贱金属、铀和贵金属中的一者或更多者的方法，所述方法通过强制通风下在活性沥滤循环中使用包含溶解铁的高氯化物含量的酸溶液接触所述矿石材料而在不存在任何微生物的情况下以超过450mV Ag/AgCl的溶液电位得到增强。
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