CN117467852A - 微生物辅助堆浸 - Google Patents

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CN117467852A CN202310941990.8A CN202310941990A CN117467852A CN 117467852 A CN117467852 A CN 117467852A CN 202310941990 A CN202310941990 A CN 202310941990A CN 117467852 A CN117467852 A CN 117467852A
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拉尔夫·彼得·哈克尔
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Abstract

本申请涉及微生物辅助堆浸。公开了含铜的硫化物矿石诸如黄铜矿矿石和含铜的硫化物废料的碎片或碎片的团聚物的微生物辅助堆浸。堆浸方法包括控制浸提液中的硫酸盐浓度。当堆浸包括使用团聚物时，形成团聚物的方法包括在入口端处或靠近入口端添加进料材料，典型地在从团聚单元的入口端起不超过长度的40％，典型地不超过30％，更典型地不超过20％处添加进料材料。

Description

微生物辅助堆浸
技术领域
本发明涉及从含贱金属硫化物(base metal sulfide)的硫化物材料的碎片中微生物辅助堆浸贱金属(base metal)，诸如铜或镍或锌或钴，其中术语“材料”包括例如矿石和废料，诸如尾矿。
术语“矿石”在本文中被理解为意指包含一种或更多种有价值金属的天然岩石或沉积物，其可以被开采、回收、处理和出售以获利。
本发明特别地尽管不是排他性地涉及含铜的硫化物矿石的碎片的微生物辅助堆浸，所述含铜的硫化物矿石诸如包含铜矿物的硫化物矿石，所述铜矿物诸如黄铜矿(CuFeS2)、硫砷铜矿(Cu3AsS4)、黝铜矿(Cu,Fe,Zn,Ag12Sb4S13)、砷黝铜矿(Cu12As4S13)、斑铜矿(Cu5FeS4)、辉铜矿(Cu2S)和靛铜矿(CuS)或其任何组合，或者其他含铜硫化物矿物，并且注意碎片可以是(a)原矿(run-of-mine)(“ROM”)矿石或(b)已经经历中间加工的ROM矿石的碎片，如术语“ROM矿石”和“中间加工”在本文中被理解的。
本发明还特别地尽管不是排他性地涉及含铜的硫化物矿石的碎片的团聚物(agglomerate)的微生物辅助堆浸，所述含铜的硫化物矿石诸如先前段落中描述的那些，注意所述碎片可以是(a)ROM矿石或(b)已经经历中间加工的ROM矿石的碎片。
本发明还特别地尽管不是排他性地涉及包含上文提及的矿物的含铜的硫化物废料诸如尾矿的碎片的微生物辅助堆浸，注意所述碎片可以是(a)ROM废料或(b)已经经历中间加工的ROM废料的碎片。
本发明还特别地尽管不是排他性地涉及被配置成优化微生物活性的堆(和构建的堆)的构建。
背景技术
在含铜的硫化物矿石(包括黄铜矿矿石)的常规堆浸中，矿石被堆成堆，通过经由延伸到堆中的通气管直接注入空气和/或通过经由堆的暴露区域的自然对流进行通气，并且用酸溶液灌洗用于将铜提取到溶液中。浸提工艺需要酸和氧化剂以将铜溶解到溶液中。随后通过一系列回收选项从酸性溶液中回收铜，所述回收选项包括例如溶剂提取和电解提取(SX/EW)、胶结到更具活性的金属诸如铁上、氢还原和直接电解提取。酸溶液被再生并且再循环通过堆，以从堆中的矿石中浸提更多的铜。堆中的矿石可以包括矿石的碎片的团聚物。可以通过添加亚铁和硫氧化微生物来帮助浸提。
通常，堆浸(其在本文中被理解为包括倾倒浸提)提供了比用于从含铜矿石中回收铜的其他冶金工艺选项更低的金属回收率，所述其他冶金工艺选项诸如产生含铜精矿的碾磨和浮选，然后熔炼这些含铜精矿以产生铜金属。
因此，堆浸倾向于被保留用于较低级的矿石类型，这些矿石类型至少具有一定比例的容易回收的铜，但是其中每单位铜(或铜当量—即，当考虑到来自例如金和银的副产品信用时)的破碎/碾磨成本太高而不支持选矿厂方法，或者其中矿物释放和其他特性(例如，砷含量)将不支持直接可用的精矿或可销售的精矿的生产。
标准的最佳行业实践是使用开采的并随后粉碎的(例如破碎的)成堆的矿石碎片的团聚物。典型地，开采的矿石通过多个破碎步骤诸如初级破碎步骤和次级破碎步骤加工，并且在一些情况下通过三级破碎步骤和其他破碎步骤加工，并且破碎的矿石碎片在团聚步骤中团聚，典型地在使用酸的情况下团聚。以下描述集中于黄铜矿矿石。
术语“黄铜矿矿石”在本文被理解为意指包含黄铜矿的矿石。矿石还可能包含其他含铜矿物。矿石还可能包含黄铁矿。
该描述同样适用于矿石或废料中的其他含铜矿物，诸如在标题“技术领域”下提及的那些，并且不限于黄铜矿矿石。
已知通过堆浸从黄铜矿中浸提总铜的多于20wt.％-40wt.％是困难的。
低的铜回收率通常被认为与黄铜矿矿石中黄铜矿的表面上钝化膜的形成相关。
申请人对浸提黄铜矿矿石(以及其他含铜的硫化物矿石)进行了广泛的研究和开发工作，并且做出了一系列发明，包括以申请人名义在国际申请PCT/AU2016/051024、PCT/AU2018/050316、PCT/AU2019/050383、PCT/US2021/043869、PCT/AU2008/000928和PCT/US2021/43899中描述和要求保护的发明。
国际申请中的公开内容通过交叉引用并入本文。
本文的公开内容涉及解决在研究和开发工作中识别的至少一些技术问题。
以上描述不应被视为对澳大利亚或其他地方的公知常识的承认。
本公开内容的概述
在研究和开发工作中做出的发明
申请人已经在上文提及的研究和开发工作中确定了一系列进一步的发明。
本发明总体上涉及含贱金属硫化物的硫化物材料的微生物辅助堆浸，注意铜是申请人特别感兴趣的贱金属，尽管不是唯一的贱金属。
在申请人特别感兴趣的实施方案中，本发明涉及含铜的硫化物矿石(诸如黄铜矿矿石)和含铜的硫化物废料的碎片或碎片的团聚物的微生物辅助堆浸。
在申请人特别感兴趣的实施方案中，本发明涉及：
(a)在浸提液中具有高硫酸盐浓度的含铜的硫化物矿石和含铜的硫化物废料的碎片的微生物辅助堆浸；以及
(b)项目(a)碎片的团聚物的微生物辅助堆浸；以及
(c)向含铜的硫化物矿石和含铜的硫化物废料的碎片中添加微生物(microbe)(还被称为微生物(microorganism)、细菌或古细菌)。
术语“碎片”在本文被理解为意指开采的(即，原矿“ROM”)材料或中间加工的(诸如粉碎的，例如破碎的)ROM材料的一部分，其中术语“材料”包括矿石和废料，它们可以是堆放的矿石和已经回收的废料。
应当注意，如本文使用的术语“碎片”可以被本领域的一些技术人员理解为更好地描述为“颗粒”和“破碎的岩石”。意图是将这些术语用作同义词。
碎片可以是ROM材料的碎片，ROM材料可以是ROM矿石或ROM废料，它们从开采ROM材料的矿的位置：
i.直接转移至堆(heap)；或
ii.直接转移至料堆(stockpile)，并且然后在之后直接转移至堆；或
iii.转移用于如本文描述的中间加工，并且然后转移至堆；或
iv.转移用于如本文描述的中间加工，并且然后转移至料堆，并且然后在之后转移至堆；或
v.直接转移至料堆，并且然后转移用于如本文描述的中间加工，并且然后转移至堆；或
vi.前述选项iv.和v.的组合，其中在料堆之前和之后进行中间加工。
术语“中间加工”涉及ROM材料的任何类型的加工，包括落入“选矿”的一般描述下的加工，包括但不限于以下中的任何一种或更多种：粉碎、尺寸分离成不同尺寸级分、按目标贱金属的等级(例如，贱金属的浓度)分选成不同等级的级分、按ROM材料的其他矿物学组成(诸如污染物)分选、按ROM材料的其他性质分选以及团聚。
应当注意，ROM材料可以是从较大的碎片减小尺寸的碎片，这是开采ROM材料并且将ROM材料从矿转移至堆、料堆或中间加工设备(plant)的结果，而不是特定粉碎或其他中间加工步骤的结果。
例如，尺寸减小可以是在露天矿的钻孔和爆破采矿操作中，在坍塌到矿坑底部期间较大的碎片破碎，并且通过挖掘机和其他材料处理设备将坍塌的碎片转移至堆、料堆或中间加工设备的结果，而不是特定粉碎或其他中间加工步骤的结果。
作为另外的实例，尺寸减小可以是当碎片通过前端装载机或其他挖掘机从矿块崩落矿(block cave mine)的放矿点(draw point)移除并且被转移至堆、料堆或中间加工设备时碎片破碎的结果，而不是特定粉碎或其他中间加工步骤的结果。
ROM材料可以具有在任何合适范围内的粒度。
例如，ROM材料可以具有在30mm的P80和2000mm的P80之间的范围内的粒度。考虑到给定矿的特性，ROM材料的粒度范围可以是该宽范围内的任何合适的范围。例如，ROM材料的粒度范围可以是诸如在50mm的P80和1000mm的P80之间的宽的范围。例如，ROM材料的粒度范围可以是较窄的范围，诸如典型地在30mm的P80和60mm的P80之间的范围内。
ROM材料和中间加工的材料可以具有任何合适的颗粒形状，注意指定的粒度范围仅基于一个维度。
在其中ROM材料已经在中间加工步骤中被粉碎的情况下，仅作为实例，粉碎的ROM材料可以具有在5mm的P80和30mm的P80之间的范围内的粒度。
从含铜的硫化物材料中微生物辅助浸提
从呈含铜的硫化物矿石和含铜的硫化物废料的形式的材料中提取铜需要氧化剂和酸。在工业上，铁离子用作氧化剂，并且硫酸用作酸。在矿物溶解的工艺期间，铁离子被还原成亚铁离子，并且硫酸在与脉石矿物的反应期间被消耗。微生物将亚铁离子氧化，产生铁离子，以及将可用的固体和可溶性硫化合物氧化，产生硫酸。
维持足够的铁和硫氧化的速率以促进最佳的铜提取需要在可居住的环境中的微生物群体和任何所需要的营养素。
含铜的硫化物矿石和含铜的硫化物废料的矿物硫化物溶解的机制依赖于铁离子和酸的存在以分解矿物基质并溶解金属。铁离子和酸在矿物氧化期间被消耗，并且除非它们被补充，否则溶解速率将降低。
在有氧条件下，微生物(诸如嗜酸细菌和古细菌)通过亚铁离子和硫化合物(包括元素硫)的生物氧化再生铁离子和酸：
2Fe2++2H++0.5O2→2Fe3++H2O
2S+3O2+2H2O→2H2SO4
硫化合物可以来源于硫化物的氧化或作为添加物(addition)(诸如，元素硫)。硫化合物可以是含硫的无机化合物诸如硫代硫酸盐或多硫酸盐或多硫化物，或含硫的有机化合物诸如硫脲(thiourea)或其他硫脲(thiocarbamide)。
这些反应不仅确实保持铁离子和酸的浓度，它们还用于为形成另外的细胞产生能量，潜在地使该过程在微生物繁殖的理想条件下自动催化。
在含铜的硫化物矿石和含铜的硫化物废料的矿物溶解期间，改变溶液条件影响浸提环境中存在的微生物的活性。
申请人的研究和开发工作发现，亚铁离子和硫氧化的速率受高的金属硫酸盐浓度、溶液pH的波动和温度变化的影响。
申请人的研究和开发工作还发现，如果铁离子和酸不能通过微生物活性以足够的速率再生，则含铜的硫化物矿石和含铜的硫化物废料的硫化物矿物溶解(以及因此铜提取)受到负面影响。
堆的通气的影响
申请人在研究和开发工作中认识到，氧气影响堆的许多操作参数，包括进料材料的氧化速率、温度、微生物活性和堆中的群体。
例如，增加进入堆中的空气供应以及因此氧气供应增加了微生物活性，这又增加了堆的温度、亚铁离子氧化成铁离子以及硫化合物氧化成硫酸。
申请人在研究和开发工作中发现，控制浸提液中的硫酸盐浓度是对含铜的硫化物矿石和含铜的硫化物废料进行微生物辅助堆浸的方法中的重要考虑因素，并且在堆的通气期间的空气和/或氧气流量可以用作影响浸提液中硫酸盐浓度的一个选项。
在团聚期间添加微生物
申请人在研究和开发工作中还发现，在团聚物中存在微生物的情况下，含铜的硫化物矿石和含铜的硫化物废料的碎片的团聚物的形成需要仔细控制团聚单元，并且这可以通过确保在团聚单元的入口处或接近团聚单元的入口提供用于团聚的进料材料并且如本文所描述的沿着单元的长度在短距离内形成团聚物来实现。
应当注意，本发明不限于使材料的碎片团聚。
还应当注意，本发明扩展到其中微生物被添加至团聚物中并且在团聚物已经形成之后进行堆浸操作的实施方案。
发明1
本发明基于上文提及的发现，即控制浸提液中的硫酸盐浓度是微生物辅助堆浸含铜的硫化物矿石和含铜的硫化物废料的方法中的重要考虑因素。
本发明的实施方案还基于这样的发现，尽管本发明不限于该发现，即在超过45℃的温度具有活性的嗜热微生物比在20℃-40℃范围内的温度最具活性的嗜温微生物对高硫酸盐浓度更敏感。
这些发现导致申请人开发了一种高硫酸盐生成堆浸工艺，该工艺可以以高达85℃(例如，60℃-65℃)的升高的堆温度操作，具有高温操作的优点。
本发明提供了一种微生物辅助堆浸含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料的方法，该方法包括：向含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料的碎片或碎片的团聚物的堆供应包含硫酸盐的酸性浸提液，并且允许浸提液流过堆并且浸提铜，从堆中收集浸提液，以及加工所收集的浸提液并且从浸提液中回收铜，其中碎片、碎片的团聚物(当存在时)和浸提液中的任何一种或更多种包含微生物，并且该方法包括控制浸提液中的硫酸盐浓度，使得它不超过阈值浓度(下文进一步描述)。
本发明还提供了前述段落中描述的方法，该方法通常应用于含贱金属的硫化物矿石或含贱金属的硫化物废料。
重要的是，申请人已经发现，在具有或不具有如本文描述的中间加工的两种情况下，即使在浸提液中具有高硫酸盐浓度(诸如至少60g/L硫酸盐)，即高达阈值浓度的情况下，可以操作含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料的碎片或这样的碎片的团聚物的微生物辅助堆浸。
即使在使用高硫酸盐浓度的嗜热微生物时，申请人在研究和开发工作中也观察到铁离子和酸以商业上可行的速率的再生。观察到的铁离子和酸的产生又促进了矿石和废料的浸提。
这是令人惊讶的结果，因为文献中报告的研究表明，高的硫酸盐浓度对微生物活性具有不利影响，即，亚铁离子和硫化合物的生物氧化以再生铁离子和质子。
该方法可以包括通过稀释、化学中和、电化学中和、溶液渗出和包括纳米过滤的物理分离技术中的任何一种或多于一种来控制该方法，使得浸提液中的硫酸盐浓度不超过阈值硫酸盐浓度。
该方法可以包括监测从堆收集的浸提液中的硫酸盐浓度，并且根据需要控制该方法，使得浸提液中的硫酸盐浓度不超过阈值浓度。
该方法可以包括间接控制硫酸盐浓度。
作为实例，该方法可以包括间接控制影响硫酸盐生成速率的除硫酸盐之外的参数，使得改变该参数引起硫酸盐浓度的已知变化。
在一个实例中，该方法可以包括控制堆的通气速率。通气速率可以基于堆的预定氧气利用率来设定，例如基于进料组成来设定。
在另一个实例中，该方法可以包括将堆中的pH控制在诱导硫酸盐诸如黄钾铁矾沉淀的范围内。
该方法不限于监测从堆收集的浸提液中的硫酸盐浓度，并且扩展到用于监测硫酸盐浓度的其他选项。
在一个实例中，该方法可以包括监测微生物活性和群体中的任何一种或两者。
该方法可以包括测量或模拟堆的氧气利用率。
该方法可以包括基于测量的数据或模拟的数据来控制操作参数中的一个或更多个，以维持堆的预定的氧气利用率。
该方法可以包括基于期望的参数值来选择堆的通气速率。
操作参数值的实例包括堆的氧气浓度、堆的二氧化碳浓度、来自堆的浸提液的温度(即，富集的浸提液温度(pregnant leach liquor temperature))、待进料至堆的浸提液(萃余液)的温度、堆温度、富集的浸提液金属含量、富集的浸提液氧化电位、三价铁和亚铁的浓度、Eh值、堆氧气吸收率和堆二氧化碳吸收率。
该方法可以包括基于堆的期望的氧化速率来选择堆的通气速率。
该方法可以包括确定含铜的硫化物进料材料的氧化速率作为以下中的任何一种或更多种的函数：堆的氧气浓度、堆的二氧化碳浓度、从堆排出的浸提液的温度(即，富集的浸提液的温度)、萃余液进料温度、堆温度、富集的浸提液金属含量、富集的浸提液氧化电位、三价铁和亚铁的浓度、Eh值、堆氧气吸收率、堆二氧化碳吸收率，基于进料组成、硫化物矿物浸提率、堆几何形状、堆外部的环境条件和来自现有堆的历史数据中的至少一种的模拟。
基于期望的参数值来选择通气速率的一个优点是它提供了更好的操作控制。例如，它确保向微生物的充足的氧气供应以实现期望的参数值，并且避免过量供应氧气，过量供应氧气例如由于较高的泵送或压缩机(鼓风机)要求可能引起不必要的财务和能量费用。
该方法可以包括基于期望的微生物群体和/或活性来选择堆的通气速率。
该方法可以包括基于期望的堆温度来选择堆的通气速率。
该方法可以包括监测堆中不同位置处的堆的温度，注意在堆的不同区段处的堆温度可能存在变化。
合适地，该方法包括监测跨过堆的高度的一个或更多个点处的温度，更合适地，在堆表面以下的堆高度的从1％-95％的范围内处的温度。
合适地，该方法包括监测跨过堆的宽度的一个或更多个点处的温度，更合适地，在堆表面以下的堆宽度的从1％-95％的范围内处的温度。
堆的温度可以类似于富集的浸提液的温度。因此，该方法可以包括测量富集的浸提液温度以间接测量堆温度。
通气速率可以通过控制灌洗速率来控制。合适地，灌洗速率可以使用静止-冲洗循环(rest-rinse cycle)或改变灌洗剂(例如酸)的流量而是可控制的。
静止-冲洗循环的冲洗步骤涉及使浸提液流过堆。冲洗步骤可以涉及用新鲜的浸提液替换富集的浸提液。
静止-冲洗循环的静止步骤涉及停止浸提液流过堆。静止步骤可以允许微生物与浸提液中的其他组分平衡。这可以增强铜在浸提液中的溶解，并且改善整个浸提工艺。静止步骤的持续时间可以小于冲洗步骤的持续时间。静止步骤的持续时间可以与冲洗步骤的持续时间相同或者比冲洗步骤的持续时间更长。
该方法可以包括对堆的一个或更多个提升(lift)进行通气。合适地，该方法包括对堆的每次提升进行通气。
对堆的每次提升进行通气使氧气在整个堆中分布不均匀的风险最小化。如果通气仅在堆的底部进行，则认为当空气向上行进时，氧气将在更靠近堆的底部被消耗。这将引起更少的氧气可到达堆的更高处的提升，并且可能使这些提升中的微生物缺氧。
在任何给定的情况下，阈值硫酸盐浓度可以取决于所使用的微生物培养物。在一些情况下，嗜温菌比中度和极端嗜热菌可以耐受更高的硫酸盐水平。在该上下文中提及了以下阈值浓度。
阈值硫酸盐浓度可以是从堆收集的浸提液中的170g/L硫酸盐。
阈值硫酸盐浓度可以是从堆收集的浸提液中的150g/L硫酸盐。
阈值硫酸盐浓度可以是从堆收集的浸提液中的120g/L硫酸盐。
阈值硫酸盐浓度可以是从堆收集的浸提液中的60g/L硫酸盐。
在方法的启动阶段，阈值硫酸盐浓度可以是至少2g/L。
在方法的启动阶段，阈值硫酸盐浓度可以是至少20g/L。
在方法的启动后的稍后浸提阶段(later post-start-up leaching stage)中，阈值硫酸盐浓度可以是50g/L-100g/L。
在方法的启动后浸提阶段期间，阈值硫酸盐浓度可以是60g/L-130g/L。
在方法的启动后浸提阶段期间，阈值硫酸盐浓度可以是100g/L-130g/L的浓度范围。
在方法的启动后浸提阶段期间，阈值硫酸盐浓度可以是110g/L-120g/L的浓度范围。
可以将阈值硫酸盐浓度增加到先前描述的阈值浓度限值。
微生物可以在团聚期间添加。
微生物可以被添加到浸提液中。
微生物可以在团聚期间和在浸提液中添加。
微生物可以是任何合适的微生物。
微生物可以是可以使亚铁和/或硫化合物氧化的任何微生物，并且包括但不限于细菌属酸硫杆状菌属(Acidithiobacillus)、钩端螺菌属(Leptospirillum)、硫杆菌属(Sulfobacillus)和亚铁微生物(Ferrimicrobium)以及古细菌属酸菌属(Acidianus)、酸原体属(Acidiplasma)、铁原体属(Ferroplasma)、金属球菌属(Metallosphaera)以及热原体属(Thermoplasma)的成员。
通常，微生物是不同的群体，包括选自嗜温菌(mesophiles)、中度嗜热菌和嗜热菌，耐寒或嗜温或嗜热(中度或极端)细菌或古细菌的微生物。微生物可以是嗜酸细菌或古细菌。微生物可以是嗜热嗜酸菌。不同的群体允许在一系列操作条件下的活性，所述操作条件包括高硫酸盐浓度。
堆浸可以包括将浸提液的pH控制为小于3.2、典型地小于3.0、典型地小于2.5、典型地小于2.0、典型地小于1.8和典型地小于1.5。
堆浸可以包括将浸提液的pH控制为大于0.5，典型地大于1.0。
堆浸可以包括将堆的温度控制为低于85℃、典型地低于75℃、典型地低于65℃、典型地低于60℃、典型地低于55℃并且更典型地低于50℃。在优选的实施方案中，堆浸包括将温度控制为低于65℃。
堆浸可以包括将浸提溶液的温度控制为高于浸提溶液的冰点，典型地高于0℃、典型地至少10℃、典型地至少20℃、典型地至少30℃、典型地至少40℃并且更典型地至少50℃。
堆浸可以包括将堆的通气速率控制在从0.01Nm3/h/t矿石至0.1Nm3/h/t矿石的范围(其中t是公吨或吨，并且N是在海平面的常温和常压)。典型的速率可以接近该范围的下限。
堆浸可以包括将堆的通气速率控制为每次提升至少0.25kg/m2/h，典型地每次提升至少0.25kg/m2/h，典型地每次提升至少0.75kg/m2/h，典型地每次提升至少1kg/m2/h，典型地每次提升至少2kg/m2/h，更典型地范围为每次提升从0.25kg/m2/h至1.0kg/m2/h，并且典型地0.25kg/m2/h至2.5kg/m2/h。合适地，每次提升的高度是约10m。
灌洗速率可以在从1L/h/m2-50L/h/m2的范围内，合适地在从1L/h/m2-20L/h/m2的范围内。部署喷头(sprinkler)或摆动器通常导致灌洗速率在范围的较高端，而部署滴头通常导致灌洗速率在范围的较低端。
在一个实例中，堆浸包括将平均通气速率和平均灌洗速率维持在0.125:1至5:1的范围内，典型地在0.15:1至2:1的范围内，典型地在0.175:1至1.5:1的范围内，并且更典型地在约0.2:1的范围内的比。
在另一个实例中，堆浸包括将瞬时通气速率和瞬时灌洗速率维持在0:1至5:1的范围内，典型地在0:1至2:1的范围内，典型地在0:1至1.5:1的范围内，并且更典型地约0.2:1的比。
通气速率可以被设定为维持堆的预定的氧气利用率(predetermined oxygenutilisation)。
在一个实例中，堆浸包括控制通气速率以维持堆的氧气利用率在1％至99％的范围内，典型地在15％至90％的范围内，更典型地在20％至85％的范围内。
堆浸可以包括在活性浸提阶段期间将浸提液的氧化电位控制为小于1000mV，典型地小于900mV，典型地小于850mV，典型地小于800mV，典型地500mV至750mV，更典型地在600mV至750mV的范围内，所有电位都是相对于标准氢电极。
氧化电位在浸提期间将改变，并且当大部分铜已经被浸提时，氧化电位可能更高，并且提及“活性浸提阶段”是意图承认这种电位变化。所达到的氧化电位也取决于温度，并且通常在较低的温度将更高。
该方法可以包括团聚步骤，用于形成含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料的碎片的团聚物，所述团聚物在该方法中用于后续的堆浸。
团聚步骤可以包括同时将含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料的碎片混合并使所述碎片团聚。
团聚步骤可以包括在一个步骤中混合碎片，并且然后在随后的步骤中使混合的碎片团聚。
在混合步骤和团聚步骤之间可能存在重叠。
团聚步骤可以包括在团聚单元中使含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料的碎片团聚，并且还可以包括以下进料材料的多种组合，这些进料材料通常在单元的入口处或紧邻单元的入口引入。
团聚步骤可以包括在团聚单元中使含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料的碎片团聚，并且还可以包括以下进料材料的多种组合，这些进料材料通常在单元的入口处或紧邻单元的入口引入：
(a)硫酸，
(b)微生物，其氧化亚铁离子并且氧化固体和可溶性硫化合物，从而再生铁离子和酸，
(c)银，具有催化剂性质，以增强铜从含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料中的浸提，
(d)任选地，使银活化的活化剂，其选自硫脲、氯化物、溴化物和碘化物，
(e)任选地，络合剂添加剂，其通过在(i)源自矿石中的铜矿物的硫和(ii)添加剂之间形成络合物来增强铜从含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料中的铜矿物中的溶解，
(f)黄铁矿(或包括元素硫的任何其他适合的材料)，其在黄铁矿的情况下提供亚铁离子和热量的来源(并且在元素硫的情况下仅提供热量)，以及
(g)水和/或其他水源和/或来自堆浸操作的富集的浸提溶液或在对富集的浸提溶液的溶剂提取操作中形成的萃余液。
元素硫可以是硫酸和/或黄铁矿的部分或完全替代品。
元素硫具有许多益处，包括：
(a)比黄铁矿更易于转移和处理；
(b)容易获得；以及
(c)通常比黄铁矿和硫酸便宜。
申请人已经发现，部署元素硫可以允许加工低黄铁矿浓度的含贱金属硫化物的硫化物材料，特别是含铜的硫化物材料。
收集的浸提液可以通过任何合适的加工选项进行加工，以从浸提液中回收铜。
本发明还提供了一种材料的堆，其中该材料包括上文描述的含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料的碎片或者含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料的碎片的团聚物。
材料的堆可以被配置成用于微生物辅助堆浸操作。
本发明还提供了一种用于含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料的碎片的微生物辅助堆浸操作，所述堆浸操作包括：
(a)含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料的碎片(通常呈碎片的团聚物形式)和微生物以及任选地其他添加剂的堆；以及
(b)系统，所述系统(i)向堆供应包含硫酸盐的酸性浸提液，使得浸提液向下流过堆，并且从含硫化铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料中浸提铜，(ii)从堆中收集在溶液中包含铜的富集的浸提液，其中微生物将亚铁氧化为三价铁，以及(iii)控制浸提液中的硫酸盐浓度，使得硫酸盐浓度不超过阈值浓度。
本发明还提供了前述段落中描述的堆浸操作，该堆浸操作通常应用于含贱金属的硫化物矿石或含贱金属的硫化物废料。
碎片可以呈碎片的团聚物的形式，并且团聚物可以包含上文描述的添加剂中的任何一种或多于一种，包括银、硫酸、黄铁矿、银的活化剂、元素硫和络合添加剂。
团聚物可以包含其他添加剂，诸如表面活性剂，以促进添加剂与固体的接触。
当存在时，黄铁矿在堆中产生酸和热量，这有助于从含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料中浸提金属。
应当注意，热量和酸的产生不限于黄铁矿，并且其他硫化物(诸如磁黄铁矿，如果存在的话)也可以作为副产物产生热量和酸。
含铜的硫化物矿石、黄铁矿的碎片的团聚物和微生物可以如上文描述。
通常，堆浸操作以低硫酸盐浓度(典型地5g/L)开始，并且随着时间的推移而增加。
阈值浓度可以如上文描述。
堆浸操作的系统可以被配置成测量或模拟堆的氧气利用率。
系统可以被配置成基于测量的数据或模拟的数据来控制操作参数中的一个或更多个，以维持堆的预定氧气利用率。
系统可以被配置成基于期望的参数值来选择堆的通气速率。
系统可以被配置成基于堆的期望的氧化速率来选择堆的通气速率。
系统可以被配置成确定含铜的硫化物进料材料的氧化速率作为以下中的任何一种或更多种的函数：堆中气体的氧气含量、富集的浸提温度、堆温度、富集的浸提金属含量、富集的浸提流氧化电位、富集的浸提氧气浓度、堆氧气吸收率、堆二氧化碳吸收率，以及基于进料组成、硫化物矿物浸提速率、堆几何形状、堆外部的环境条件和先前浸提的堆的历史值中的至少一个的模拟。
系统可以被配置成基于期望的微生物群体和/或活性来选择堆的通气速率。
系统可以被配置成基于期望的微生物群体和/或活性来选择溶液中的阈值硫酸盐浓度。
系统可以被配置成基于期望的堆温度来选择堆的通气速率。
系统可以被配置成监测堆中不同位置处的温度。
合适地，系统被配置成监测沿着堆高度的任何地点处的温度，更合适地，在堆表面以下的堆高度的从1％-95％的范围内处的温度。
系统可以被配置成测量富集的浸提液温度。
系统可以被配置成控制堆的灌洗速率。
系统可以被配置成对堆的一个或更多个提升进行通气。合适地，系统可以被配置成对堆的每次提升进行通气。
堆浸操作可以包括用于加工所收集的富集的浸提液和从浸提液中回收铜的单元。
本发明还提供了一种含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料的堆，所述堆被配置成用于微生物辅助堆浸操作，所述堆包括：
支撑表面，
粒状材料层(layer of granular material)，其位于支撑表面上，
含铜的硫化物矿石层或含铜的硫化物废料层，其位于粒状材料层上，
灌洗系统，其被配置成供应溶液通过粒状材料层，所述溶液通常是热溶液，
收集系统，其被配置成从堆收集在溶液中包含铜的富集的浸提液，
通气系统，其被配置成向堆供应空气以与含铜的硫化物矿石层或含铜的硫化物废料层反应，以及
控制系统，其监测和改变一个或更多个操作参数以维持预定的硫酸盐浓度。
本发明还提供了前述段落中描述的堆，该堆通常应用于含贱金属的硫化物矿石或含贱金属的硫化物废料。
粒状材料可以包括破碎的岩石、砂或砾石。
由通气系统吹出的空气可以是环境空气。
在一些实施方案中，由通气系统吹出的空气被加热。
通气系统可以位于支撑表面上。
支撑表面可以包括衬垫(liner)。
操作参数可以是以下中的任何一种或更多种：堆的氧气浓度、堆的二氧化碳浓度、富集的浸提液温度、堆温度、富集的浸提液金属含量、富集的浸提液氧化电位、堆氧气吸收率、堆二氧化碳吸收率、堆外部的环境条件和硫酸盐浓度。
堆可以包含用于支持细胞生长的碳源。合适的碳源可以包括无机碳源诸如二氧化碳和碳酸盐和/或有机碳源诸如酵母。二氧化碳可以被溶解在溶液中。
堆可以包括在支撑表面上的排水系统。堆的充分排水对于使潜水积聚(phreaticbuild up)最小化或避免潜水积聚是非常重要的。当浸提液不能流过堆，或者低效流过堆时，发生潜水积聚。这引起堆从下向上饱和，并且影响微生物活性。
粒状岩石层可以具有在从0.5cm至1m的范围内，典型地在从0.5cm-50cm的范围内，并且典型地在从0.5cm-20cm的范围内的P80粒度。
堆可以包含含硫化物的添加剂。
合适的含硫化物的添加剂可以包括黄铁矿或合适的硫化物精矿。添加剂可以产生热量和酸以促进浸提工艺。
堆可以被配置成至少两个工艺区，即提升区(lift)，其中浸提工艺至少部分地被独立地控制。
通气系统可以被配置成对堆的一个或更多个提升进行通气。合适地，通气系统被配置成对堆的每次提升进行通气。
堆可以包括覆盖物(cover)。覆盖物可以由塑料例如聚乙烯制成。覆盖物可以包括生物膜(更多地是为了保温而不是其他原因)。覆盖物可以应用在堆的顶部。覆盖物可以应用在堆中。覆盖物可以减少空气和热量损失。这可以有助于使跨过堆的温度梯度最小化。
收集系统可以是本领域已知的任何合适的系统。例如，收集系统可以包括池塘、罐或桶及其相关的管道，适当地带有泵，以从堆中转移富集的浸提液，用于进一步加工以从富集的浸提液中回收铜。
本发明还提供了一种构建含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料的堆的方法，所述堆被配置成维持预定的硫酸盐浓度，所述方法包括：
为堆提供支撑表面，
在支撑表面上形成粒状材料层，
在粒状材料层上形成含铜的硫化物矿石层或含铜的硫化物废料层，
安装灌洗系统，该灌洗系统被配置成供应溶液通过粒状材料层，所述溶液通常是热溶液，
安装收集系统，该收集系统被配置成从堆收集在溶液中包含铜的富集的浸提液，
安装通气系统，该通气系统被配置成吹出空气以与含铜的硫化物矿石层或含铜的硫化物废料层反应；以及
安装控制系统以监测堆的硫酸盐浓度并且改变一个或更多个操作参数以维持预定的硫酸盐浓度。
本发明还提供了前述段落中描述的方法，该方法通常应用于含贱金属的硫化物矿石或含贱金属的硫化物废料。
该方法可以包括将碳源包埋在堆中的步骤。
碳源可以被添加至浸提液和/或气流中。
该方法可以包括在支撑表面上安装排水系统。
该方法可以包括在支撑表面上形成粒状岩石层。
该方法可以包括向堆中添加元素硫或含硫化物的添加剂。
该方法可以包括将堆配置成至少两个工艺区，其中浸提工艺至少部分地被独立地控制。
该方法可以包括对堆的一个或更多个提升进行通气。
该方法可以包括对堆的每次提升进行通气。
该方法可以包括在堆上安装覆盖物。
覆盖物可以包括塑料片材。
覆盖物可以是生物膜。
覆盖物可以应用在堆的顶部。
覆盖物可以应用在堆中。
在本说明书中：
·措辞“热溶液”指的是处于高于环境温度的温度的溶液。合适地，热溶液处于在从30℃-85℃的范围内的温度。合适地，热溶液处于40℃。
·术语“起飞(take-off)”意指在堆中产生的功率在相对短的时间段内从相当低的速率上升至较高速率的点；它是系统分歧点。
·措辞“平均灌洗速率”意指在浸提循环的总持续时间内应用于堆的总灌洗量，其被表示为每单位面积的平均每小时灌洗速率。
·措辞“平均通气速率”意指在浸提循环的总持续时间内通过堆的总气体量。速率可以以每单位质量表示(例如，Nm3/h/t(公吨))。
·措辞“瞬时灌洗速率”意指在短于浸提循环的总持续时间的任何时间段内应用于堆的瞬时灌洗速率，其被表示为每单位面积的瞬时每小时灌洗速率。
·措辞“瞬时通气速率”意指在短于浸提循环的总持续时间的任何时间段内应用的瞬时气体流量，其被表示为每单位面积的瞬时每小时通气速率。
·除非另外说明，否则术语“灌洗速率”和“通气速率”分别指瞬时灌洗速率和瞬时通气速率。
·术语“堆的氧气利用率”意指在堆内消耗的总氧气，其被表示为通过堆的总氧气的百分比。
发明2
本发明基于以下发现：在团聚物中存在微生物的情况下，含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料的碎片的团聚物的形成需要对团聚单元进行仔细控制。
本发明提供了一种形成团聚物的方法，所述团聚物用于堆浸含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料，该方法包括在团聚单元中使含铜的硫化物矿石或废料和其他进料材料的碎片团聚，所述团聚单元具有入口端和出口端，该入口端和出口端被配置为使材料沿着团聚单元的长度从入口端移动至出口端，其中该方法包括在入口端处或靠近入口端添加进料材料，典型地从团聚单元的入口端起不超过长度的40％，典型地不多于30％，更典型地不多于20％添加进料材料。
本发明还提供了前述段落中描述的方法，所述方法通常应用于含贱金属的硫化物矿石或含贱金属的硫化物废料。
该方法可以包括在从团聚单元的入口端起的短距离(典型地从团聚单元的入口端起不超过长度的40％)内基本上完成团聚物的形成。
申请人已经发现，附着至固体的微生物比溶液中的微生物更耐受高浓度的硫酸盐。
重要的是，申请人已经发现大多数微生物附着至固体。
在一种实施方案中，发现大约90％的微生物附着至固体，并且10％的微生物悬浮在溶液中。
因此，早期形成团聚物为微生物附着至固体(即团聚物)以及当在团聚单元中时在团聚物内均匀分布提供了更长的时间。微生物的均匀分布为减少“滞后期”和在堆启动期间更快速地开始浸提提供了机会—堆浸操作的加速期更短。通过使用适应的微生物(adaptedmicrobe)也可以实现减少的滞后期。
申请人在研究和开发工作中还发现，特别是当贱金属是铜时，除了含铜的硫化物矿石和/或含铜的硫化物废料的碎片(“矿石/废料碎片”)以外，优选的是在团聚单元中添加以下进料材料：
(a)银，具有催化剂性质，以增强铜从含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料中的浸提，
(b)硫酸，
(c)微生物，其氧化亚铁离子并且氧化固体和可溶性硫化合物，从而再生铁离子和酸，
(d)任选地，使银活化的活化剂，其选自硫脲、氯化物、溴化物和碘化物，
(e)任选地，络合添加剂，其通过在(i)源自所述矿石或废料中的铜矿物的硫与(ii)所述添加剂之间形成络合物来增强铜从所述矿石或废料中的所述铜矿物中的溶解，
(f)黄铁矿(或任何其他适合的材料，诸如元素硫)，其在黄铁矿的情况下提供亚铁离子和热量的来源(并且在元素硫的情况下，仅提供热量)；以及
(g)水和/或来自堆浸操作的富集的浸提溶液或在对富集的浸提溶液的溶剂提取操作中形成的萃余液。
元素硫可以是硫酸和/或黄铁矿的部分或完全替代品。
进料材料可以在沿着团聚单元的长度的相同的位置处或不同的位置处添加。
例如，典型地，在团聚单元的入口处添加矿石/废料碎片。
作为另外的实例，典型地，在沿着团聚单元长度的一段的多个位置处添加酸。
作为另外的实例，典型地，在一个位置处添加酸，并且在进一步沿着团聚单元的长度的另一个位置处添加微生物，以使酸对微生物的影响最小化。
作为另外的实例，靠近短距离的末端，即典型地从团聚单元的入口端起不超过长度的40％处添加黄铁矿(如果用作进料材料)，使得黄铁矿更有可能在团聚物的暴露的表面上形成。
一些进料材料可以在预处理步骤中一起添加并混合，然后将混合物添加到团聚单元中，以确保这些进料材料在团聚之前充分混合。例如，矿石/废料碎片和银(诸如硝酸银溶液)可以在将混合物添加到团聚单元中之前被预混合，以使银与矿石/废料碎片中的含铜矿物的接触最大化。例如，来自浓缩机的黄铁矿精矿浆料底流可以在被引导团聚之前与矿石/废料碎片预混合。
预处理步骤可以在任何合适的单元诸如团聚单元中进行。
合适地，最后添加微生物。
在一种实施方案中，沿着团聚单元的长度的一段的添加顺序如下：
-矿石/废料碎片和硝酸银(或其他合适形式的银)的混合物，
-然后水，典型地是萃余液中的水，
-然后酸，任选地在多个位置处，
-然后黄铁矿或元素硫，
-然后微生物。
应当注意，添加顺序可以根据需要改变。例如，黄铁矿和微生物可以一起添加到团聚单元中。
含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料可以包括天然存在的银，其可以具有用于铜浸提的催化剂性质。天然存在的银可以以多种形式中的一种或更多种形式存在于含铜矿石或含铜的硫化物废料中，包括但不限于天然银、辉银矿(Ag2S)、氯银矿(AgCl)，作为铜矿物和黄铁矿中天然银的内含物，以及作为硫代银盐诸如黝铜矿(Cu,Fe,Zn,Ag12Sb4S13)、硫锑银矿(pyrargyrite)(Ag3SbS3)和硫砷银矿(proustite)(Ag3AsS3)。
添加的银可以以任何合适的形式诸如以固体形式或溶液形式被添加到团聚步骤中。
添加的银可以在团聚步骤中以固体形式添加，其在用浸提液溶解时变得可移动。
添加的银可以沉淀或以其他方式沉积在含铜的硫化物矿石的碎片的表面上。
添加的银可以分散在含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料的碎片的表面上。
添加的银可以分散在含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料的碎片中。
添加的银可以在团聚物中呈可溶性形式。
添加的银可以在团聚物中呈不溶性形式或略可溶性形式。
团聚物可以具有低的总银浓度，即添加的银和天然存在的银。
团聚物中添加的银浓度可以是少于5g银/kg在团聚物中的矿石中的铜，典型地少于3g银/kg在团聚物中的矿石中的铜，更典型地少于1g银/kg在团聚物中的矿石中的铜。
酸定量供应率(acid dose rate)可以少于100kg H2SO4/干t矿石，典型地少于50kgH2SO4/干t矿石，更典型地少于30kg H2SO4/干t矿石，并且可以少于10kg H2SO4/干t矿石或少于5kg H2SO4/干t矿石。通常，酸定量供应率是0.5-30kg H2SO4/干t矿石。
微生物可以是任何合适的微生物。
微生物可以是具有使亚铁和/或硫化合物氧化的能力的任何微生物，并且包括但不限于细菌属酸硫杆状菌属、钩端螺旋菌属、硫杆菌属和亚铁微生物以及古细菌属酸菌属、酸原体属、铁原体属、金属球菌属以及热源体属的成员。
通常，微生物是不同的群体，包括选自嗜温菌、中度嗜温菌和嗜热、耐寒或嗜温或嗜热(中度或极端)细菌或古细菌的微生物。微生物可以是嗜酸细菌或古细菌。微生物可以是嗜热嗜酸菌。不同的群体允许跨越一系列温度的活动。
络合添加剂可以是任何合适的剂。
作为实例，络合添加剂可以是含氮的剂，其包括被两个碳原子间隔开的至少两个氮原子以允许添加剂在源自矿石中的铜矿物的硫与所述剂之间形成络合物。
黄铁矿可以呈任何合适的形式，诸如呈固体形式或浆料形式。
黄铁矿可以是团聚物的总质量的1wt.％-25wt.％。
黄铁矿可以是团聚物的总质量的1wt.％-20wt.％。
黄铁矿可以是团聚物的总质量的1wt.％-10wt.％。
黄铁矿可以从任何合适的来源获得。它可能已经包含在矿石或废料中。
例如，黄铁矿可以在来自矿山的尾矿坝或矿石加工设备的尾矿，即含黄铁矿的浆料中，其中浆料被直接用于团聚步骤。此外，例如，黄铁矿可以在由尾矿产生的浮选精矿中。
术语“矿石加工设备”在本文中被理解为意指用于从开采的矿石中回收金属的任何合适的设备。
黄铁矿颗粒可以是任何合适的尺寸。
在含黄铁矿的材料中的黄铁矿颗粒可以具有1mm或<1mm的值的P80的粒度。
在含黄铁矿的材料中的黄铁矿颗粒可以具有250μm或<250μm的值的P80的粒度。
本发明还提供了一种材料的堆，其中该材料包括上述含铜的硫化物矿石的团聚物或含铜的硫化物废料的碎片。
本发明还提供了一种用于含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料的微生物辅助堆浸操作，所述堆浸操作包括：
(a)上述含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料的团聚物的堆；以及
(b)系统，所述系统(i)向堆供应酸性浸提液，使得浸提液向下流过堆，并且从含硫化铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料中浸提铜，以及(ii)从堆收集包含在溶液中的铜的富集的浸提液，其中微生物将亚铁氧化为三价铁。
本发明还提供了前述段落中描述的操作，所述操作通常应用于含贱金属的硫化物矿石或含贱金属的硫化物废料。
总论
含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料可以来源于任何合适的开采的ROM材料。
术语“开采的ROM材料”在本文中被理解为包括ROM材料的碎片，ROM材料可以是ROM矿石或ROM废料，它们从开采ROM材料的矿的位置：
i.直接转移至堆；或
ii.直接转移至料堆，并且然后在之后直接转移至堆；或
iii.转移用于如本文描述的中间加工，并且然后转移至堆；或
iv.转移用于如本文描述的中间加工，并且然后转移至料堆，并且然后在之后转移至堆；或
v.直接转移至料堆，并且然后转移用于如本文描述的中间加工，并且然后转移至堆；或
vi.前述选项iv.和v.的组合，其中在料堆之前和之后进行中间加工。
如上文所述，ROM材料可以是由于开采ROM材料并将ROM材料从矿山转移至堆、料堆或中间加设备而不是由于特定粉碎步骤而尺寸减少的碎片。
含铜的硫化物矿石的一个实例是包含低浓度的铜的岩石。
含铜的硫化物矿石可以呈原样开采的材料(as-mined material)或含铜的硫化物矿石的料堆的形式，所述含铜的硫化物矿石在该材料中具有低品位即低浓度的铜。
如关于上文提及的“含铜的硫化物矿石”使用的术语“低品位”在本文中被理解为取决于当前可用的技术和铜的当前价格的术语，并且取决于技术发展和铜的未来价格，当前被认为“低品位”的材料可能在未来被认为是有价值的材料。
在前述段落的上下文中，术语“低浓度的铜”被理解为意指平均铜浓度按重量计≤1.5％，典型地≤1.2wt.％，更典型地≤1.0wt.％，甚至更典型地≤0.7wt.％，甚至更典型地≤0.5wt.％，甚至更典型地≤0.3wt.％，甚至更典型地≤0.1wt.％。
该方法可以包括在团聚之前减少原样开采的或堆放的含铜的硫化物矿石的尺寸。
该方法可以包括粉碎原样开采的或堆放的含铜的硫化物矿石，并且产生用于团聚步骤的合适的粒度分布。
粉碎步骤可以包括在一个或多于一个粉碎回路中破碎原样开采的或堆放的含铜的硫化物矿石，所述粉碎回路减小了材料的尺寸。
粉碎步骤可以包括在初级粉碎回路、次级粉碎回路和第三粉碎回路中连续地破碎原样开采的或料堆的含铜的硫化物矿石，因为这些术语是铜矿行业人员所理解的。
粉碎步骤可以包括单个或多个破碎步骤，所述破碎步骤输送经破碎的原样开采的或堆放的含铜的硫化物矿石，以生产具有用于团聚步骤的所需粒度分布的材料。
作为实例，术语“初级破碎”在本文中被理解为意指将含铜的硫化物矿石破碎至300mm的上限尺寸。应当注意，对于含有不同有价金属的矿石，上限尺寸可能不同。
在标题“一般”下关于含铜的硫化物矿石的以上描述同样适用于含铜的硫化物废料及ROM矿石。
附图说明
参考附图进一步描述本发明，在附图中：
图1图示出了用根据本发明的实施方案的浸提液对含铜的硫化物矿石的碎片的团聚物进行微生物辅助堆浸的方法的步骤，所述含铜的硫化物矿石包含黄铜矿(CuFeS2)、硫砷铜矿(Cu3AsS4)、黝铜矿(Cu,Fe,Zn,Ag12Sb4S13)、砷黝铜矿(Cu12As4S13)、辉铜矿(Cu2S)、靛铜矿(covellite)(CuS)、斑铜矿(Cu5FeS4)或其任何组合，或其他包含铜的硫化物矿物，
图2是根据本发明的实施方案的用于产生含铜的硫化物矿石的碎片的团聚物的团聚单元的示意图，
图3是富集的浸提液中和固体上微生物的微生物计数相对于硫酸盐浓度的图，该图示出了对于50℃中度嗜热微生物，溶液硫酸盐浓度对溶液中和矿石固体上的细胞群体的影响，
图4是微生物的微生物计数相对于硫酸盐浓度的图，该图示出了对于60℃极端嗜热微生物的最大细菌细胞浓度相对于硫酸盐浓度，
图5是具有不同硫酸盐浓度的浸提溶液的铜提取相对于时间的图，该图示出了起始溶液硫酸盐浓度(图例中的第一个值)和最大硫酸盐操作水平(第二个值)对在60℃操作的柱测试中从初级硫化铜占优势的矿石中提取铜的影响，
图6是用适应的接种物溶液(C218)和在团聚期间适应的接种物浆料(C227)接种的柱的铁与亚铁的比率相对于时间的图；以及
图7是用适应的接种物溶液(C221)和在团聚期间适应的接种物浆料(C226)接种的柱的铁与亚铁的比率的图。
实施方案的描述
以下描述是在以矿石形式的含铜的硫化物ROM材料的碎片的堆浸团聚物的上下文中。
以下描述是在用浸提液对含铜的硫化物矿石进行微生物辅助堆浸的上下文中。
图1的流程图示出了用浸提液对包含黄铜矿和/或硫砷铜矿的含铜的硫化物矿石的碎片的团聚物进行微生物辅助堆浸的方法的一种实施方案中的步骤。
参考图1，在破碎机7中破碎来自矿3的含铜的硫化物ROM矿石5，诸如包含黄铜矿和/或硫砷铜矿的矿石。矿石被破碎为具有合适粒度分布的碎片，用于碎片的下游加工。破碎的矿石碎片9被转移至团聚单元11并且被形成为包含破碎的铜的矿石的碎片的团聚物25。团聚物25被转移至堆27。浸提液39被供应至堆27的上表面，并且允许渗透通过堆27并且将铜带入溶液中。从堆中收集在溶液中包含铜的富集的浸提液29并且在铜回收回路31中加工。回路31可以是溶剂提取和电解提取回路。在回路31中产生铜产物33。废的浸提液35，即在回路31是SX回路的情况下的萃余液，被转移至再生回路37。根据需要添加水、酸、微生物和其他添加剂中的任何一种或更多种，以产生返回至堆27的再生的浸提液39。
参考图1和图2，在该实施方案中，以下进料材料被转移至团聚单元11并且混合在一起并且在单元11中形成团聚物，其中进料材料在单元11的入口处或靠近单元11的入口添加，并且在沿着单元的长度的短距离(典型地在单元11的长度的40％中)形成团聚物：
(a)以上提及的含铜的硫化物矿石的破碎的碎片9，
(b)具有催化剂性质以增强从含铜的硫化物矿石中浸提铜的银13，在该实施方案中作为银溶液(但可以呈固体形式)提供，其典型地具有这样的添加的浓度的银，其少于5g银/kg在团聚物中的矿石中的铜，其中添加的浓度意指除了矿石中天然存在的银的浓度以外的银的浓度，
(c)酸15，典型地任何合适浓度的硫酸，
(d)任何合适的类型和任何合适的浓度的微生物17，其氧化亚铁离子并且氧化固体和可溶性硫化合物，从而再生铁离子和质子，
(e)银的活化剂19，典型地硫脲、氯化物、溴化物或碘化物，
(f)添加剂21，其通过在(a)源自矿石中的铜矿物的硫与(b)添加剂之间形成络合物来增强铜从矿石中的铜矿物的溶解，
(g)用于提供亚铁离子和热量来源的黄铁矿23(或任何其他合适的材料)，在该实施方案中，是尾矿来源的含黄铁矿的精矿-典型地在团聚物25中1％-20％黄铁矿的浓度范围，以及
(h)来自任何合适的水源(未示出)的水。
如下文进一步描述的，进料材料可以同时添加或以任何合适的顺序添加。
通常，最后添加微生物。
在一些实施方案中，最后添加微生物，并且距离团聚单元11的入口最远。
应当注意，本发明不局限于所有以上添加剂的使用。
此外，应当注意，本发明扩展至其他添加剂的使用。
例如，任选的添加剂是表面活性剂，以促进添加剂与固体的接触。
团聚单元11可以是任何合适的团聚单元，诸如具有入口端和出口端的滚筒，所述入口端和出口端以倾斜角度安装，用于绕滚筒的细长轴线旋转，其中入口位于比出口更高的水平，使得添加到滚筒中的材料倾向于沿着滚筒向下移动至出口。
以上提及的团聚单元进料材料，即破碎的矿石碎片9、银13、酸15、微生物17、活化剂19和络合添加剂21、黄铁矿23和水(根据需要-典型地是萃余液或淡水)沿着滚筒的长度在团聚单元11的入口端处或靠近入口端添加，典型地在不超过40％，典型地不超过30％，更典型地不超过20％处添加。
通常，以上进料材料的添加导致沿着滚筒长度的短距离(通常不超过40％)基本上完全形成团聚物。
在一种实施方案中，沿着团聚单元11的长度的一段的添加顺序如下：
-矿石/废料碎片和硝酸银(或其他合适形式的银)的混合物，
-然后水，典型地萃余液中的水，但可以是淡水，
-然后酸，任选地在多个位置处，
-然后黄铁矿或元素硫，
-然后微生物。
添加顺序可以根据需要改变。例如，可以在团聚单元11中一起添加黄铁矿和微生物。
团聚单元进料材料可以以任何合适的方式被添加到团聚单元11中。
例如，银13可以作为细雾或喷雾中的溶液或作为气溶胶中的固体颗粒添加。本申请人已经发现，这是实现银在矿石碎片上的期望分散的特别合适的方式—参见以本申请人的名义的国际公布WO2017/070747，并且公开内容通过交叉引用并入本文。选择雾/喷雾/气溶胶作为用于将银添加到黄铜矿矿石碎片中的介质使得可以使低浓度的银至基本上更大质量(和大的表面积)和相当大比例的黄铜矿(或其他硫化铜矿物)矿石碎片中的递送最大化。
考虑到一系列因素，包括例如矿石的矿物学、矿石碎片的粒度分布、尺寸(滚筒的长度和直径)、团聚单元3的目标通过量、滚筒中团聚物的预期磨损以及团聚物所需的机械性质，团聚单元进料材料可以以任何合适的浓度被添加到团聚单元11中。
例如，络合添加剂21可以以在浸提液中高达10g/L、高达5g/L、高达2.5g/L、高达1.5g/L、高达1.25g/L或高达1g/L的浓度添加到滚筒或浸提液39中。当添加剂是类似聚合物的添加剂，诸如较长链的有机物质，诸如聚乙烯亚胺(PEI)时，可以优选的是在团聚单元11中形成团聚物的同时添加添加剂，而不是将添加剂添加至浸提液中。
将用于团聚物25的进料材料混合并使该进料材料团聚可以同时发生。
可选择地，可以首先进行进料材料的混合，并且可以在混合已经完成至所需的程度之后进行团聚(例如通过添加酸15启动)。
此外，添加进料材料并且然后将进料材料混合并使进料材料团聚的时间可以被选择以满足团聚物25的最终用途要求。例如，在一些情况下，可能优选的是开始混合含黄铜矿的碎片，并且然后在团聚步骤中的不同开始和结束时间，以该顺序逐渐添加呈溶液形式的银或呈固体形式的银、酸和微生物。作为特定实例，在一些情况下，可能优选的是开始混合包含黄铜矿的碎片，并且然后一起添加溶液或固体形式的银和酸，并且然后在团聚步骤中的不同开始和结束时间添加微生物。
进料材料可以沿着团聚单元长度的短距离(典型地从团聚单元的入口端起不超过长度的40％)在相同的位置处或在不同的位置处添加。例如，通常在一个位置处添加酸15，并且在进一步沿着团聚单元的长度的另一个位置处添加微生物17，以使酸对微生物的影响最小化。作为另外的实例，靠近短距离的末端添加黄铁矿23，使得黄铁矿更有可能在团聚物25的暴露的表面上形成。此外，可以存在用于添加相同添加剂的部分的多个位置。
一些添加剂可以在即将团聚之前与矿石预混合。这提供了更彻底的混合。在一个实例中，矿石在团聚之前与黄铁矿精矿浓缩机底流浆料混合。
在团聚单元11中产生的团聚物25可以被直接转移至用于堆27的构建部位。可选择地，团聚物25可以根据堆27的需要被堆放和使用—例如，添加至堆27的连续提升中。团聚单元11和堆27通常紧密靠近。然而，这不是必要的，并且可能不是这种情况。
上文描述的使开采的矿石碎片团聚的方法适用于形成可以用于标准堆的团聚物。
本发明不局限于堆的特定形状和尺寸，并且不局限于从团聚物构建堆的特定方法，以及不局限于用于堆的堆浸工艺的特定操作步骤。
仅作为实例，堆27可以是以本申请人的名义在国际公布WO2012/031317中描述的类型的堆并且该国际公布中的堆构造和堆的浸提工艺的公开内容通过交叉引用并入本文。
堆27可以是任何合适的堆构造，并且设置有：
(a)浸提液储存和递送系统，其将浸提液39供应至堆的上表面；
(b)富集的浸提液收集系统，用于收集从堆27中的团聚物25中的含硫化铜的材料中提取的在溶液中包含铜的浸提液29；以及
(c)另外的微生物(诸如细菌或古细菌)或其他合适的氧化剂，其将亚铁氧化为三价铁，其中三价铁和质子分解矿物基质并溶解铜。
在一个实例中，堆27包含支撑表面、包含具有在从30mm至2000mm的范围内的P80粒度的破碎的岩石的粒状材料层和含黄铜矿的进料材料层。破碎的岩石的目的是允许浸提液排出。进料材料包括上文描述的团聚物。进料材料还可以包括通过在另一种铜回收方法中加工黄铜矿进料材料而产生的尾矿。
含黄铜矿的进料材料层形成待浸提的进料材料的初始提升区(lift)。
在使用中，当初始提升区的浸提达到选择的点时，新的进料材料层被添加到堆中以形成随后被浸提的新提升区(lift)，等等。
位于支撑表面上的曝气系统用于将环境空气吹送通过第一提升区的底部处或附近的每个提升区(lift)，并且任选地吹送通过随后提升区的底部处，以与进料材料反应。此外，位于堆的顶部的灌洗系统被配置为供应灌洗溶液，该灌洗溶液可以包括微生物的营养物和黄铁矿，以促进浸提工艺并且将堆维持在从40℃-70℃范围的温度。
控制系统监测和改变一个或更多个操作参数，以维持浸提液中的预定硫酸盐浓度。操作参数可以被控制以确保浸提液中的硫酸盐浓度在从堆收集的浸提液中不超过170g/L硫酸盐的阈值浓度。灌洗溶液可以被定量供应有碳源，诸如二氧化碳、碳酸盐或酵母。由塑料片材或生物膜组成的覆盖物可以被应用在堆的顶部，以减少空气和热量损失，并且使跨越堆的温度梯度最小化。
排水系统也安装在支撑表面上，以避免潜水积聚。
堆操作包括控制操作，使得浸提液中的硫酸盐浓度不超过阈值浓度。
如上所述，本申请人已经发现可以操作对在酸性浸提液中具有高硫酸盐浓度的含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料的碎片的团聚物的微生物辅助堆浸。
硫酸盐浓度可以以多种方式控制。
一种方式是控制堆的曝气速率。这样做调节进入堆中的氧气的量，并且因此调节供应至微生物的氧气的量。控制曝气速率以提供足以确保从堆中收集的浸提液不超过170g/L硫酸盐的阈值浓度的微生物群体。
以上发现通过图3至图7中总结的实验工作的结果来指示。
图3是富集的浸提液中和固体上的微生物的微生物计数相对于硫酸盐浓度的图，该图示出了对于50℃中度嗜热微生物培养物(通常包含高达20种不同种类的微生物)，溶液硫酸盐浓度对溶液中的细胞群体和对矿石固体的影响。注意到对数y轴的图示出了，随着固体上微生物的硫酸盐浓度的增加，这种培养物的细胞计数下降慢得多。对于富集的浸提液中微生物，存在细胞计数的幅度更大的下降。这表明附着至固体的微生物比溶液中的微生物更耐受硫酸盐。微生物在固体上的附着对于在较高的硫酸盐浓度维持足够高的细胞计数以使堆浸能够以商业上实际的速率进行是重要的。
图4是微生物的微生物计数相对于硫酸盐浓度的图，该图示出了对于60℃极端嗜热微生物培养物的最大细菌细胞浓度相对于硫酸盐浓度。与图3的培养物相比，图4的培养物在整个硫酸盐浓度范围内在溶液群体中具有更高的细胞。比较这些图，并且考虑到使用不同的样品和生长技术进行测试，表明图4的溶液中的细胞比图3的溶液中的50℃细胞更耐受硫酸盐。
图5是在60℃使用极端嗜热微生物培养物对黄铜矿占优势的铜矿石操作的柱测试中铜提取相对于时间的图，其中浸提溶液具有不同的起始(图例中的第一个值)硫酸盐浓度和最大操作水平(第二个值)硫酸盐浓度。对于所有三项测试都实现了相似的高铜提取率(86％-89％)。结果表明该培养物在宽硫酸盐操作范围和高硫酸盐阈值浓度内的优异的性能。
图6是对于在用适应的接种物溶液(C218)和在团聚期间添加的适应的接种物溶液加上浆料(C227)接种的铜矿石上操作的柱，铁与亚铁比率相对于时间的图。用含三价铁的起始溶液浸提柱。铁与亚铁比率最初由于铁与硫化物矿物的反应而下降，随后是滞后时间段，之后由于高微生物活性的开始，铁与亚铁比率快速增加。与用适应的接种物溶液接种的柱相比，用适应的接种物溶液加上浆料接种的柱表现出较短的滞后时间段，表明高微生物活性更快地发生。
图7是在不同的铜矿石上操作的在用适应的接种物溶液(C221)和在团聚期间适应的接种物浆料(C226)接种的另一组柱的铁与亚铁比率的图。获得的结果与图6中描绘的结果相似。
在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方案进行许多修改，如参考附图对如以上描述的。
作为实例，虽然在通过在破碎机7破碎并且然后在团聚单元11中团聚来对含铜的硫化物ROM矿石5的碎片进行中间加工的上下文中描述了实施方案，但是本发明还扩展至其他中间加工步骤，诸如品位分选或尺寸分离(例如在筛上)。
作为实例，虽然在矿石形式的含铜的硫化物ROM材料的碎片的堆浸团聚物的上下文中描述了实施方案，但本发明还扩展至堆浸非团聚的矿石碎片。
作为实例，虽然在矿石形式的含铜的硫化物ROM材料的碎片的堆浸团聚物的上下文中描述了实施方案，但本发明还扩展至废料形式的ROM材料的团聚的碎片或非团聚的碎片的堆浸。
作为实例，虽然在含铜的硫化物ROM矿石5的碎片分别通过在破碎机7中破碎并且然后在团聚单元11中团聚而被直接转移用于中间加工的上下文中描述了实施方案，但是本发明还扩展至这样的实施方案，其中含铜的硫化物ROM矿石5的碎片首先被转移至料堆(未示出)并保持在料堆中直到(a)被直接转移至堆或(b)被转移至中间加工，诸如分别在破碎机7中破碎并且然后在团聚单元11中团聚，然后被转移至堆。
作为实例，本发明还扩展至这样的实施方案，其中(a)存在对含铜的硫化物ROM矿石5的碎片的中间加工(例如破碎)，(b)将中间加工的ROM矿石转移至料堆并储存在料堆中，(c)存在对堆放的中间加工的ROM矿石的中间加工(诸如团聚)，以及(d)将团聚物转移至堆中并在堆中浸提。

Claims (16)

1.一种含贱金属的硫化物矿石或含贱金属的硫化物废料的微生物辅助堆浸的方法，所述方法包括：向含贱金属的硫化物矿石或含贱金属的硫化物废料的碎片或碎片的团聚物的堆供应包含硫酸盐的酸性浸提液，并且允许所述浸提液流过所述堆并且从碎片中浸提贱金属，从所述堆中收集浸提液，以及加工所收集的浸提液并且从所述浸提液中回收贱金属，其中所述碎片、所述碎片的团聚物(当存在时)和所述浸提液中的任何一种或更多种包含微生物，并且所述方法控制所述浸提液中的硫酸盐浓度使得所述硫酸盐浓度不超过阈值硫酸盐浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，包括监测从所述堆收集的所述浸提液中的所述硫酸盐浓度，并且根据需要控制所述方法，使得所述浸提液中的所述硫酸盐浓度不超过阈值浓度。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，包括间接控制影响硫酸盐生成速率的除硫酸盐浓度之外的参数，使得改变所述参数引起所述硫酸盐浓度的已知变化。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在从所述堆收集的浸提液中，所述阈值硫酸盐浓度为170g/L硫酸盐。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述方法的启动阶段，在从所述堆收集的浸提液中，所述阈值硫酸盐浓度为至少20g/L。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述方法的启动后的稍后浸提阶段，在从所述堆收集的浸提液中，所述阈值硫酸盐浓度是50g/L-100g/L。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括将所述堆的温度控制为低于85℃。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括团聚步骤，用于形成含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料的碎片的团聚物，所述团聚物在所述方法中用于随后的堆浸。
9.一种形成团聚物的方法，所述团聚物用于堆浸含贱金属的硫化物矿石或含贱金属的硫化物废料，所述方法包括在团聚单元中使含贱金属的硫化物矿石或含贱金属的硫化物废料和其他进料材料的破碎的碎片团聚，所述团聚单元具有入口端和出口端，所述入口端和出口端被配置为使材料沿着所述团聚单元的长度从所述入口端移动至所述出口端，其中所述方法包括在所述入口端处或靠近所述入口端添加所述进料材料。
10.根据权利要求9所述的方法，包括沿着所述团聚单元的长度在短距离内添加所述进料材料，所述短距离典型地从所述团聚单元的所述入口端起不超过所述长度的40％，典型地不超过30％，更典型地不超过20％。
11.根据权利要求9所述的方法，包括沿着所述团聚单元的长度在短距离内基本上完成团聚物的形成，所述短距离典型地从所述团聚单元的入口端起不超过所述长度的40％。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中当所述贱金属是铜时，所述其他进料材料包括选自以下的组合：
(a)银，具有催化剂性质，以增强铜从含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料中的浸提，
(b)硫酸，
(c)微生物，其氧化亚铁离子并且氧化固体和可溶性硫化合物，从而再生铁离子和质子，
(d)任选地，使银活化的活化剂，其选自硫脲、氯化物、溴化物和碘化物，
(e)任选地，络合添加剂，其通过在(i)源自所述矿石中的铜矿物的硫与(ii)所述添加剂之间形成络合物来增强铜从所述矿石或废料中的铜矿物中的溶解，
(f)黄铁矿或元素硫，其提供亚铁离子(黄铁矿)、酸和热(黄铁矿和元素硫两者)的来源，以及
(g)水和/或其他水源、来自堆浸操作的富集的浸提溶液、在对富集的浸提溶液的溶剂提取操作中形成的萃余液中的一种或更多种。
13.一种用于含贱金属的硫化物矿石或含贱金属的硫化物废料的微生物辅助堆浸操作，所述堆浸操作包括：
(a)所述含贱金属的硫化物矿石或含贱金属的硫化物废料的碎片和微生物的堆；以及
(b)系统，所述系统(i)向所述堆供应包含硫酸盐的酸性浸提液，使得所述浸提液向下流过所述堆，并且从所述含贱金属的含硫化物的硫化物矿石或含贱金属的硫化物废料中浸提贱金属，(ii)从所述堆中收集富集的浸提液，所述富集的浸提液在溶液中包含贱金属，其中所述微生物将亚铁氧化为三价铁，以及(iii)控制所述方法，使得所述浸提液中的所述硫酸盐浓度不超过阈值浓度。
14.根据权利要求13所述的堆浸操作，其中当所述贱金属是铜并且所述碎片是呈碎片的团聚物的形式时，所述团聚物包含：
(a)银，具有催化剂性质，以增强铜从含铜的硫化物矿石或含铜的硫化物废料中的浸提，
(b)酸，
(c)任选地，使银活化的活化剂，其选自硫脲、氯化物、溴化物和碘化物，
(d)任选地，络合添加剂，其通过在(i)源自所述矿石或废料中的铜矿物的硫与(ii)所述添加剂之间形成络合物来增强铜从所述矿石或废料中的所述铜矿物中的溶解，
(e)黄铁矿或元素硫，其提供亚铁离子(黄铁矿)、酸和热(黄铁矿和元素硫)的来源；以及
(f)水和/或其他水源和/或来自堆浸操作的富集的浸提溶液或在对所述富集的浸提溶液的溶剂提取操作中形成的萃余液。
15.一种含贱金属的硫化物矿石或含贱金属的硫化物废料的堆，其被配置为用于微生物辅助堆浸操作，所述堆包括：
支撑表面，
粒状材料层，其位于所述支撑表面上，
含贱金属的硫化物矿石层或含贱金属的硫化物废料层，其位于所述粒状材料层上，
灌洗系统，其被配置为供应溶液通过所述粒状材料层，
收集系统，其被配置为从所述堆收集富集的浸提液，所述富集的浸提液在溶液中包含贱金属，
曝气系统，其被配置为吹送空气以与所述含贱金属的硫化物矿石层或含贱金属的硫化物废物层反应，以及
控制系统，其监控和改变一个或更多个操作参数以维持预定的硫酸盐浓度。
16.一种构建含贱金属的硫化物矿石或含贱金属的硫化物废料的堆的方法，所述堆被配置为维持预定的硫酸盐浓度，所述方法包括：
提供用于所述堆的支撑表面，
在所述支撑表面上形成粒状材料层，
在所述粒状材料层上形成含贱金属的硫化物矿石层或含贱金属的硫化物废料层，
安装灌洗系统，所述灌洗系统被配置为供应溶液通过所述粒状材料层以加热所述粒状材料层，
安装收集系统，所述收集系统被配置为从所述堆收集富集的浸提液，所述富集的浸提液在溶液中包含贱金属，
安装曝气系统，所述曝气系统被配置为向所述堆供应空气以与所述含贱金属的硫化物矿石层或含贱金属的硫化物废料层反应，以及
安装控制系统以监测所述堆的硫酸盐浓度并且改变一个或更多个操作参数以维持预定的硫酸盐浓度。
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