CN114107658A - 一种用于难浸金矿预处理的生物-化学两级循环反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于难浸金矿预处理的生物‑化学两级循环反应器，一种同时使用电化学和生物浸出两种方法强化对难浸金矿进行预处理，用于提高难浸金矿的提金率，包括一个双头气泵、两个恒流蠕动泵、一个电化学反应器和一个电刺激生物反应器、两个电加热系统和两个外加电场、两个pH和氧化还原电位计、两个温度计、一个搅拌器和一个过滤器。利用本装置将浸矿过程中的生物反应和化学反应分开进行，通过直流电刺激对菌体繁殖和生物浸出采取强化措施，缩短浸出周期，并且降低成本，又利用了电场电位强化化学反应器的微生物浸出，可以显著提高难浸金矿的氧化率，提高金的浸出率。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，特别是一种用于难浸金矿预处理的生物-化学两级循环反应器。
背景技术
随着金矿的不断开采，高品位、易处理的金矿日益枯竭，因此不得不把眼光投向对低品位、难处理金矿，目前世界上低品位、难处理金矿占总金矿资源的2/3，这将会成为未来的主要黄金资源，其中具有代表性的就是硫化金矿。
传统的难处理金矿的提取办法污染大、能耗高、浸出率较低，不符合当前对环境保护和低成本的需要，因此需要寻找提金效率更高、更环保的、且更加适用于传统工艺难以利用的低品位矿石的提金方法。而微生物浸矿技术具有投资成本低、工艺流程短、操作简单、污染小、能耗低等优点；而且在生物冶金过程中不排放SO2等有害气体，液体可循环利用，环境友好。微生物浸矿能较经济地处理常规工艺难以利用的低品位矿石，提高资源利用率，特别适合处理低品位、难选冶、尾矿以及废弃老矿山残留的矿产资源。
难处理金矿等硫化矿生物氧化浸出的工业应用中，构建出高效的反应器是提高生产效率的关键。目前，有关微生物冶金生物反应器的研究较少，一般实验室中应用最多的还是三角瓶，其次是柱式反应器及带或不带搅拌装置的槽式反应器，工业生产中常用带或不带搅拌装置的反应器。生物浸出工业应用的生物反应器普遍存在剪切力大、细菌磨损严重等缺点，因此，生物浸出技术欲在投资和生产成本上与其他湿法冶金方法相比而取得竞争优势，迫切需要解决过程工程问题，开发具有柔和搅拌条件、高效的生物浸出反应器，缩短浸出周期，降低生产成本。本研究将传统的矿物生物浸出过程分为细菌生长、Fe2+的细菌氧化的生物反应过程和细菌氧化产物与矿物间的高温电化学反应过程，旨在建立一种经济、高效、较具有普遍性的矿物浸出新工艺。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，本发明提供了一种能够提高微生物的培养速率，缩短氧化周期，提高难浸金矿提金率的新型生物-化学两级循环反应器。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种用于难浸金矿预处理的生物-化学两级循环反应器，包括化学反应器和生物反应器，化学反应器与生物反应器通过管道循环连通，该管道上具有恒流泵，化学反应器和生物反应器上分别安装有一个直流稳压电源，直流稳压电源通过耐腐蚀正负电极连接至化学反应器和生物反应器内部，化学反应器和生物反应器分别外接一个气泵。
在生物反应器中，通过细菌的作用不断的将Fe2+氧化为Fe3+，然后通过恒流泵的作用生物反应器中含有大量Fe3+的培养液进入化学反应器中；在化学反应器中，矿石在菌体的协助下与Fe3+反应，Fe3+又被还原生成了Fe2+，含有Fe2+的浸出液通过过滤器再流入生物反应器中，从而使反应连续进行。由于整个循环反应过程中，浸出液的流速较慢，所以即使小部分菌体从生物反应器进入到化学反应器，但由于生物反应器中温度和营养成分适宜菌体的生长繁殖，所以生物反应器中始终会保持大量的菌体。
作为进一步的优选方案，化学反应器和生物反应器均为管状结构，化学反应器和生物反应器的两端分别为进液口和出液口，生物反应器的出液口与化学反应器的进液口之间具有一根循环管道，化学反应器的出液口与生物反应器的进液口之间具有一根循环管道，恒流泵位于该循环管道上，两根循环管道上分别设有一个恒流泵。
作为进一步的优选方案，气泵通过管道连接于化学反应器和生物反应器的端部，化学反应器和生物反应器与气泵连接的端部内置空气分布器。
作为进一步的优选方案，化学反应器的进液口内置过滤器。
作为进一步的优选方案，化学反应器内设有搅拌棒以及温度计，生物反应器内设有温度计。
作为进一步的优选方案，化学反应器和生物反应器内设有pH和ORP计。
作为进一步的优选方案，化学反应器和生物反应器外设有电加热系统，电加热系统包裹于化学反应器和生物反应器外围。
作为进一步的优选方案，化学反应器和生物反应器由耐酸材料制成。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.传统的浸矿工艺往往使用的单级反应，而在本发明中将生物反应器和化学反应器同时使用，通过直流电刺激对菌体繁殖和采取外加电位强化生物浸出措施，缩短浸出周期，并且降低成本，有效克服了单级反应器的不足，大大提高了矿石浸出的效率，为工业应用提供技术支撑。
2.微生物生长环境稳定，电加热系统能够保证提供微生物合适的生长环境温度，同时由于生物-化学两级循环，使得生物反应器中温度能够保持相对稳定，有利于微生物生长繁殖。
3.恒流泵的存在能够为浸出液的循环提供推动力，能够使浸出液循环在两个反应器中得到更充分的反应。
4.气泵能为微生物提供充足的氧气和二氧化碳，并且气体的进入能适当提高微生物的停留时间，使反应更充分。同时在生物反应器中相对于机械搅拌，使用气泵通入空气能使搅拌更加柔和，降低细菌磨损。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
其中，图中标号分别为：1、气泵，2、恒流泵，3、化学反应器，4、生物反应器，5、电加热系统，6、温度计，7、搅拌棒，8、过滤器，9、直流稳压电源，10、pH和ORP电位计，11、空气分布器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方法更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所活动的所有其他实施例，都属于本发明所保护的范围。
图1所示，本发明的一种用于难浸金矿预处理的生物-化学两级循环反应器，用于难浸金矿生物冶金预处理，把难浸金矿的生物浸出过程和微生物的生长过程分开，同时又通过恒流泵相连，能够提高微生物的培养速率，缩短氧化周期，提高难浸金矿提金率，结构上主要由以下部件构成：
矿液循环装置由两个恒流泵2以及一个化学反应器3和生物反应器4组成，化学反应器3和生物反应器4通过带有恒流泵2的循环管道，形成液体循环，化学反应器3和生物反应器4的尺寸根据实际需要可以进行调整，化学反应器3和生物反应器4采用耐酸材料，包括但不限于玻璃、有机玻璃和不锈钢等材料，化学反应器3和生物反应器4的盖口处为非密封的，从气泵1供入气体后，内部气压变化可自行调节。
生物反应器4由耐酸玻璃制成，内管的规格为50cm×15cm，顶端有四孔的聚四氟乙烯的塞子，分别插置有直流稳压电源9的两个铂电极(正负极)、pH和ORP计10以及与化学反应器3连接的循环管道，生物反应器4的两端分别设有一个进液口和一个出液口，进液口处设有一空气分布器11。
化学反应器3由耐酸玻璃制成，内管的规格为50cm×15cm，顶端有五孔的聚四氟乙烯的塞子，分别插置有直流稳压电源9的两个铂电极(正负极)、聚四氯乙烯包裹的不锈钢的搅拌棒7以及一个温度计6和pH和ORP计10，化学反应器3两端分别设有一个进液口和一个出液口，其中进液口设置有过滤器8，出液口处设有一空气分布器11。
生物反应器4和化学反应器3分别设置有一个外接的直流稳压电源9，直流稳压电源9用于对反应器内部溶液电位进行调控，直流稳压电源9在化学反应器和生物反应器中施加不同电压和电流。
生物反应器4和化学反应器3的电加热系统由一包覆反应器的电加热系统5，电加热系统5为电加热带，电加热带外面包裹有隔热保温层，用于控制两个反应器的反应温度，提高微生物的生长速度和金矿浸出效率。
本发明的空气分布器11为微米级的，从而使进入浸矿液的气体和液体充分混合。
搅拌棒7为不锈钢材质，外包裹聚四氯乙烯涂层。
生物反应器4和化学反应器3中均盛有液体培养液，生物反应器4的液体培养液中含有Fe2+和氧化硫杆菌，电加热系统5内装有颗粒状矿石，颗粒状矿石主要包含硫化矿粉。
在生物反应器中，通过微电流刺激细菌的作用不断的将Fe2+氧化为Fe3+，然后通过恒流泵的作用将生物反应器中含有大量细菌体和Fe3+的培养液进入化学反应器中；在化学反应器中，矿石与细菌、Fe3+反应，Fe3+又被还原生成了Fe2+，颗粒状矿石溶解，其中的金粒暴露，含有Fe2+的浸出液通过过滤器再流入生物反应器中，从而使反应连续进行。
本发明的新型生物-化学两级循环反应器，可以实现提高微生物培养速率，缩短微生物氧化周期，提高难浸金矿的提金率，克服了单级反应器的不足。由于浸矿微生物需要酸性环境，因此整个微生物浸出体系是酸性体系，所以在反应器材料上选择了耐酸材料，包括但不限于玻璃、有机玻璃和不锈钢，同时搅拌棒材料也选择了耐酸的聚四氟乙烯外膜的不锈钢。其电加热系统可以保证微生物有相对合适的环境温度；两个反应器外加的电源带有电位、电流监测系统，可以实时调控反应器内的电位和电流，能分别创造出适合化学反应的电位条件和生物反应的电位、电流条件；矿液循环系统可以进一步提高浸出率，并且可以通过反应器内浸出液的检测结果对相应的反应条件进行调节。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于难浸金矿预处理的生物-化学两级循环反应器，其特征在于：包括化学反应器(3)和生物反应器(4)，化学反应器(3)与生物反应器(4)通过管道循环连通，该管道上具有恒流泵(2)，化学反应器(3)和生物反应器(4)上分别安装有一个直流稳压电源(9)，直流稳压电源(9)通过耐腐蚀正负电极连接至化学反应器(3)和生物反应器(4)内部，化学反应器(3)和生物反应器(4)分别外接一个气泵(1)。
2.根据权利要求1所述的一种用于难浸金矿预处理的生物-化学两级循环反应器，其特征在于：所述化学反应器(3)和生物反应器(4)均为管状结构，化学反应器(3)和生物反应器(4)的两端分别为进液口和出液口，生物反应器(4)的出液口与化学反应器(3)的进液口之间具有一根循环管道，化学反应器(3)的出液口与生物反应器(4)的进液口之间也具有一根循环管道，两根循环管道上分别设有一个恒流泵(2)。
3.根据权利要求2所述的一种用于难浸金矿预处理的生物-化学两级循环反应器，其特征在于：所述气泵(1)通过管道连接于化学反应器(3)和生物反应器(4)的端部，化学反应器(3)和生物反应器(4)与气泵(1)连接的端部内置空气分布器(11)。
4.根据权利要求2所述的一种用于难浸金矿预处理的生物-化学两级循环反应器，其特征在于：所述化学反应器(3)的进液口内置过滤器(8)。
5.根据权利要求2所述的一种用于难浸金矿预处理的生物-化学两级循环反应器，其特征在于：所述化学反应器(3)内设有搅拌棒(7)以及温度计(6)，生物反应器(4)内设有温度计(6)。
6.根据权利要求1或5所述的一种用于难浸金矿预处理的生物-化学两级循环反应器，其特征在于：所述化学反应器(3)和生物反应器(4)内设有pH和ORP电位计(10)。
7.根据权利要求1或5所述的一种用于难浸金矿预处理的生物-化学两级循环反应器，其特征在于：所述化学反应器(3)和生物反应器(4)外设有电加热系统(5)，电加热系统(5)包裹于化学反应器(3)和生物反应器(4)外围。
8.根据权利要求1所述的一种用于难浸金矿预处理的生物-化学两级循环反应器，其特征在于：所述化学反应器(3)和生物反应器(4)由耐酸材料制成。
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