CN1224066A - 生物化学氧化系统及工艺 - Google Patents

Abstract

用于从金属矿石中去除不溶的硫化物的生物化学氧化系统及工艺。矿浆和液体的生物化学氧化介质的混合物流经多个串联连接的带盖的溢流罐。当将提纯氧气和提纯的二氧化碳气的混合物引入形成于罐内的通气室中时,该液体混合物在该室内用此气体混合物连续通气。基本上无硫化物的液体混合物从最后罐排入澄清器,在其中至少部分生物化学氧化介质与此液体混合物分离,以便再循环至罐中。

Description

生物化学氧化系统及工艺

一般来说，本发明涉及处理金属矿石浆料的系统，而特别是涉及用于从金属矿石中去除硫化物的生物化学氧化系统。金属矿石是一种无机矿石，而且一种涉及应理解为包括无机矿石的金属矿石。

近年来，在金属精炼行业中，为从含金属的矿石中去除不可溶的硫化物，开发了数种系统和工艺。在通过生物化学氧化或生物学氧化(下文称之为生物化学氧化工艺或系统)将硫化物转变为可溶的硫酸盐以去除硫化物方面已取得了特有的进步。随后可使此可溶的硫酸盐容易地与剩余的矿石分离，以便有效地进行后续的去除及对有价矿石金属，如金、铜或镍的回收。硫化物夹附着所需的金属(如Au)，并妨碍其用常规方法回收(如CN浸提)。硫化物的氧化使金属“自由”，从而可提高回收百分比。

在工业规模的生物化学氧化系统中，制备液体矿浆，然后与必需的生物化学氧化营养素及微生物的液态悬浮体或分散体，如选出来使硫化物被有效氧化的细菌微生物一起供入以适宜的尺寸制造的生物化学氧化反应容器中。这些微生物必须生长和发育到令人满意的浓度水平，以便于此液体在反应容器或反应罐中的滞留时间内去除不溶的硫化物达到所希望的高的程度。微生物氧化硫化物的效率主要取决于罐中的液体混合物中溶解氧的可获得性。生物化学氧化工艺对溶解氧的需求相当大，因为将不溶的金属硫化物氧化成相应的可溶的金属硫酸盐，按化学计量比的需氧量很高。高度的氧需要量的例子是将铁的硫化物生物氧化成硫酸铁及硫酸，如下所示：

4FeS₂+15O₂+2H₂O=2Fe₂(SO₄)₃+2H₂SO₄

因此，矿浆中的微生物可被提供的，供应溶解氧的速率决定了将硫化物氧化成可溶硫酸盐的速率。换言之，微生物可得到的溶解氧量降低，则导致生物化学氧化速度降低，因而，为进行硫化物向硫酸盐的充分的转变，需要增加矿浆在生物化学氧化系统中的滞留时间。

为在工业规模的生物化学氧化系统中控制氧的摄取速率，设计了多种通气系统和发明了多种通气方法。如，授予Reid等人的美国专利5,102,104公开了一种生物学转变设备，其中，将生物学转换介质与生物学转换组份，如空气，在置于圆柱形罐中的多个混合组件内充分混合，该罐有一开口的顶端，从此空气与生物学转换介质一起被抽入混合组件中。Reid等人的生物化学氧化系统提出矿浆和生物学转换介质在罐内的全部滞留时间为约60小时，以便达到浆料中所含金属的回收率约90％。在授予Reid等人的美国专利5,006,320中，公开了一种用于回收有价矿物的微生物氧化工艺。该工艺是生物学氧化含硫化物的矿石中的硫化物的工艺。该工艺也在生物氧化步骤中采用对矿浆通气，其中，从空气向基本上与授予Reid等人的在前面引用的专利中所述的系统相同的混合组件提供氧和二氧化碳。授予Hackl等人的美国专利4,987,081公开了一种氧化多金属硫化物矿石的化学/生物学工艺。Hackl等人的工艺提出在喷空气进行搅动的罐中浸提磨细的矿石时，用含在不同的工艺阶段或罐中的三种不同类型的细菌达到高达98％的硫化物氧化。

在上面列举的对比文献中，用空气向在生物化学氧化系统中进行的微生物氧化过程提供氧。鉴于在充分有效的生物化学氧化工艺中对氧的按化学计量比计算需要量很高，所以使生物化学氧化系统运行，以便将不可溶的硫化物转变为可溶的硫酸盐的主要费用是与向含微生物的液体混合物供应足够的溶解氧相关的费用。此外，经济地向微生物供应足够浓度的溶解氧的能力常限制了氧化速度，因而需要增加液体混合物在罐中的滞留时间，以便基本上将不溶的硫化物转变成硫酸盐。因此，即使用于向含生物化学氧化介质的矿浆中鼓气的有效的通气系统，其效用也受到从空气可向该系统供氧速率的限制。

因而，提供从金属矿石中去除不溶的硫化物的生物化学氧化系统是必要的，就该系统而言，可以经济地向其提供高速率的溶解氧并将高速率的溶解氧有效地引入盛有由金属矿石的液态浆料和液态生物化学氧化介质构成的液体混合物的生物化学氧化反应器中。

本发明的目的在于提供一种用于从金属矿石中去除不溶的硫化物的液基生物化学氧化系统，其中将提纯的氧气经济而有效地用作一种通气介质，以便按测定的溶解氧的速率将其供入由金属矿石的液体浆料和液体生物化学氧化介质组成的液体混合物中。

本发明的另一目的在于提供一种液基的生物化学氧化系统，其中经提纯的氧气和经提纯的二氧化碳的混合物被供往流经多个串联连接的带盖的罐的液体混合物中。

本发明的又一目的在于提供一种液基的生物化学氧化系统，它是由多个串联连接的带盖的罐构成的，其中，使至少一部份含于排自最后的罐的液体混合物中的生物化学氧化介质与该液体混合物分离，然后经第一罐再循环到这些罐中。

本发明的所有目的都是以用于从金属矿石中去除不溶的硫化物的生物化学氧化系统和工艺完成的，其中，使矿浆和液态生物化学氧化介质的液体混合物流过数个串联连接的带盖的溢流罐。这液体混合物由设在形成于罐中的通气室内的表面鼓气器连续通气。引入通气室中的通气气体是经提纯的氧气和提纯的二氧化碳气的混合物。通气气体中的氧含量范围可从空气(21％的O₂)到大致为纯氧(99+％)的含量范围，而且供入的气体可为“纯”O₂或O₂加空气。但，取决于矿物学和总的工艺要求，处理结果的范围可从“无硫化物”至不到100％的硫化物氧化。所要求的硫化物氧化的百分比随所采用的矿物工艺而变化，并且为该工艺与所要求的硫化物氧化百分比的相关性，而且它可取决于进一步的或可选择的下步处理。可将基本上无硫化物的液体混合物从最后的罐排入澄清器中，在其中至少部分生物化学氧化介质与液体混合物分离，以便再循环到生物化学氧化罐中。

图1是根据本发明的一个目的，用于从金属矿石中去除不溶的硫化物的生物化学氧化系统的示意性侧视图，其中矿浆和生物化学氧化介质的液体混合物流过多个串联连接的带盖的罐，该液体混合物由设于罐内的通气室内的表面鼓气器通气；

图2是图1中所示的生物化学氧化系统的示意性侧视图，其中基本上无硫化物的液体混合物被排入澄清器，以便按本发明另一目的将至少一部分生物化学氧化介质回收及再循环至各罐中。

图1描绘了用于从金属矿石去除不可溶的硫化物的生物化学氧化系统的示意性侧视图。标号为10的生物化学氧化系统具有几个液体相通的罐22、24和26，第一罐22与第二罐24用溢流档板23隔开，第二罐24与最后罐26用溢流挡板25隔开。这些罐被盖子28盖住，在图1中盖28是按支撑着中心地设在罐22上的表面鼓气器52，中心地设在罐24上的表面鼓气器54和中心地设在罐26上的表面鼓气器56被描绘的，与各个鼓气器相连的驱动电机M装在盖28的外表面上。

在罐中标号为36的液体混合物有一共同的上水平面37，共同的上水平面由溢流挡板23和25限定。液体混合物36由经浆料输入口32连续供入第一罐22的液体浆料33和经生物化学氧化介质输入口34连续供入的液体生物化学氧化介质35组成。含金属的液体矿浆33和生物化学氧化介质35由本技术领域内公知的上游处理系统制备，为使图面清楚，图中未展示此系统。液体浆料33可含适当的营养素，而液体的生物化学氧化介质含有经适当选择的微生物，如适当选择的细菌的悬浮物或分散体，而且液体浆料33和液体的生物化学氧化介质35以适当控制的流量供入第一罐22，以确保在罐中的液体混合物36达到和保持浆料中的所需的生物化学氧化介质的浓度。

仅出于说明的目的，该第一罐22中的液体浆料33中所含的不溶的硫化物的相对高的浓度用相对密集的带点图形标在液体混合物36上。当液体混合物36从第一罐22经第二罐24流到最后罐26时，不溶的硫化物的浓度，如这些罐中的点的密度逐渐下降那样逐步下降。利用液体浆料33和液体的生物化学氧化介质35的供应速度、溢流挡板25和23中的尺寸适当的开口(在图1中无特殊标号)，及设在最后罐26上的尺寸适当的排放口38，建立起从第一罐22流经最后罐26的稳定而连续的液体混合物36流。经排放口38排出的基本上无硫化物的液体混合物排放物39离开该系统，以便进一步处理(未示)。

形成一个通气室46，它沿垂直方向在液体混合物36的上水平面37和盖子28之间延伸，并沿横向从第一罐22延伸至最后罐26。由经提纯的氧气和1-5％(体积)提纯二氧化碳气组成的提纯气体的混合物41在第一罐22处，经压力传感器和控制阀组件42及气体入口44被引入通气室46中。提纯气体的混合物41以适当选择的气体流量在通气室46中，从第一罐22连续流过最后罐26。其余量的提纯气体混合物41及在此生物化学氧化系统10中产生的其它的气态产物作为废气49经设在最后罐26中的废气排放口48从此系统排出。

虽然气体入口44及废气排放口48是按设在盖28上那样展示的，但很容易理解，可将这些气体口设在第一和最后罐22和26的侧壁上(未特别标明)，分别设在各罐浆料输入口32和排放口38的上方，以便进入和离开通气室46。在任何情况下，提纯气体的混合物41的流和液体混合物36的流在沿从多个罐中的第一罐22经过最后罐26的方向行进时，此气体流和液体混合物流为一股合流是适宜的。

各个相同的表面鼓气器52、54和56经通气室46伸入各相应罐中的液体混合物36的共同上水平面37内。由于驱动电机M的驱动，表面鼓气器从各罐中抽取部分的液体混合物36，然后分别产生液体混合物36的液滴流股53、55和57。这些液滴流在各罐22、24和26中经通气室46射出，从而将由提纯气体的混合物41供于通气室中的提纯的氧气和提纯的二氧化碳气夹带和吸附在液滴表面上。具有被吸入此液滴内的气体的液滴流又进入液体混合物36的共同上表面中，从而向液体混合物36中的液体生物化学氧化介质35供以溶解氧及溶解的二氧化碳。适用的表面鼓气器的叶轮可以是带斜度的叶片涡轮机的叶轮，或是径向流动型的，可购自LIGHTNIN(General SignalCorporation的一个单位)(Rochester,N.Y.,U.S.)的A200和R335型的叶轮。这种用于喷射提纯氧气和1-5％(体积)的提纯CO₂气体的提纯气体的混合物的鼓气系统明显地提高了它向单位体积被处理矿浆传质(气体)的能力，以及降低了向罐中的生物化学氧化介质供应溶解氧和溶解的CO₂的总费用。换言之，本发明的系统可向此液体混合物提供大致为化学计算量的溶解氧(使硫化物基本上完全氧化(硫化物向硫酸盐的转变)的量，同时还为细菌的生长和呼吸提供了增多的溶解的CO₂)，从而达到了提高从流体混合物36中去除硫化物的速率的目的，其运行费用比只用空气作供应气体的现有技术系统的相关运行费用低。

除采用提纯氧进行通气外，气体混合物41还含1-5％(体积)的提纯的CO₂气体。CO₂是碳的来源，它通过形成新细胞质的另一种营养素促进或加强生物化学氧化介质中的微生物的生长，并按以下化学反应提供另外的氧：

向液相传递CO₂控制了该系统中的微生物的生长速度，由于CO₂传递的增加导致了细菌微生物生长速度的增大，因而，将导致硫化物氧化和去除速度的增加。举例来说，在提纯氧供入气体中仅3％(体积)的CO₂浓度使得向该液体混合物36中的生物化学氧化介质的传递CO₂的速率，与常规的仅提供约0.03％(体积)的CO₂浓度的空气鼓气相比，提高了约100倍。因此，由于在通气室46中通过表面鼓气器52、54和56鼓入了提纯气体的混合物41而向液体混合物36提供了有效的通气，这就增加了该生物化学氧化介质中的微生物的生长速度及该系统中不溶的硫化物被氧化成可溶的硫酸盐的总的氧化速度，从而可将处理时间和/或反应罐尺寸降低而达到所期望的去除硫化物的程度。

现参看图2，其中展示了图1中的生物化学氧化系统，其中同样的标号指代同样的部件或同样的功能。其鲜明的特点是标号为60的澄清器，它收纳来自生物化学氧化系统10的排出口38的液体混合物的排出物39。澄清器60可以是重力沉降型的澄清器，而且也可以是用于使固-液分离的不同类型的装置，如过滤型的或离心力型的澄清器，其中最好使液体生物化学氧化介质35的一部分65与此液体混合物分离。术语“澄清器”包括任何这种澄清器的不同类型。经过澄清的排出物69经澄清器排放口68被导向其它的处理装置(未示)。生物化学氧化介质的被分离的部分65从澄清器经生物化学氧化返回口62由泵66抽出，以便经导管64再循环至第一罐22的生物化学氧化介质输入口34。至少部分生物化学氧化介质的再循环又增加了各罐内的液体混合物36中的生物化学氧化介质的浓度，因而进一步加大了生物化学氧化系统10中的生物化学氧化速度。

很明显，在用空气鼓气的生物化学氧化系统中，使生物化学氧化介质再循环不是希望的或有益的，因为与罐中的生物化学氧化介质浓度的增加相匹配的增加传氧速度的需求不能用空气鼓气达到。就向供入的空气中添加CO₂而言，空气鼓气系统存在同样的限制。此外，空气鼓气系统中的CO₂利用效率很低，因而与加CO₂相关的费用很高。本发明的生物化学氧化系统克服空气鼓气系统中的这些制约因素，本发明的系统采用提纯的氧气和提纯的CO₂气向液体混合物通气，而且其中的被导向该系统的高纯度氧气和CO₂气达到了高的利用率。

虽然以特定的较佳实施方案陈述了本发明，但仍可向本领域中的普通技术人员推荐各种变更和改进。比如，可选择生物化学氧化系统中的罐的数目，以便根据特定矿石中的硫化物浓度达到从矿浆中去除最多的硫化物。还有，除表面鼓气器之外的气-液接触型的设备，也可用于该系统中的各罐中，而仍然能体现本发明的益处。因此上述的叙述应被理解为说明性的，而且不具限制性的含义。

Claims (16)

1．用于从金属矿石中去除不溶的硫化物的生物化学氧化系统，其中使用由金属矿石的液体浆料和液态的生物化学氧化介质组成的液体混合物，在连续通气的条件下，经多个连接的罐从第一罐流向最后罐，结果从最后罐的排放口提供一种基本上无硫化物的液体混合物，从而加强所述矿石的回收，该系统的特征在于：

多个罐被串联连接，并且液体相通地连通，从而限定液体介质的共同的上水平面；

将一个盖子与该液体介质的共同上表面上方空间相隔地置于各罐上面，

在该盖和液体混合物的共同上水平面之间形成通气室，而且该室从第一罐横向延伸至最后罐；

表面鼓气器在多个罐中的每一个上面的中心部位处，经通气室伸入此液体混合物的共同的上水平面，以便向其中的液体混合物通气；

在第一罐处设置将经充分提纯的气体引入通气室，以便对此液体混合物通气的装置；及

在最后罐处设置从通气室排放废气的装置。

2．权利要求1的生物化学氧化系统，其特征为：

用于引入提纯气体的装置包括连接在第一罐的气体入口和用于供应该提纯气体的气体供应系统间的压力传感器及控制阀；及

该提纯气体包括提纯的氧气和提纯的二氧化碳气的气体混合物。

3．权利要求2的生物化学氧化系统，其特征为，

在该气体混合物中的提纯氧气含1-5％(体积)的提纯的二氧化碳气。

4．权利要求1的生物化学氧化系统，其中的液体生物化学氧化介质含有分散在一种液体中的生物学微生物。

5．权利要求1的生物化学氧化系统，其中将液体矿浆供于设在第一罐处的浆料输入口处，将液体生物化学氧化介质供于设在第一罐处的生物化学氧化介质输入口处，被供于各自输入口的液体浆料及液体生物化学氧化介质充入多个被连接的罐中，结果达到该液体混合物的共同上水平面，并在该液体混合物流过多个罐时，保持罐中的此液体混合物的共同上水平面。

6．用于从金属矿石中去除不溶的硫化物的生物化学氧化系统，它包括，

多个串联连接的溢流罐，这些罐适于使液体混合物以该液体混合物的被确定的共同上水平面经其间流动；

设在这些罐之上的，与该液体混合物的共同上水平面上方空间相隔的盖；

形成于该盖和罐中的该液体混合物的共同上水平面间的通气室，该室从多个罐中的第一罐横向延伸至最后罐；

在多个罐中的每一个上面的中心部位，经通气室伸入该液体混合物的上水平面的，用于连续对其中的该液体混合物通气的表面鼓气器；

在第一罐上的，用于将含金属硫化物的金属矿石的液体矿浆供入各罐，并保持这种浆料经各罐流动的浆料输入口；

在第一罐上的，用于将适于从该浆料中去除不溶的金属硫化物的液体生物化学氧化介质供入各罐中，并保持这种生物化学氧化介质经各罐流动的生物化学氧化介质输入口；

由该液体浆料和生物化学氧化介质组成的液体混合物；

在最后罐上的，用于排放基本上无硫化物的液体混合物的排放口；

与该排放口相连的，用于收纳该基本上无金属硫化物的液体混合物的澄清器，该澄清器适于将至少一部分该液体生物化学氧化介质与该液体混合物分离，被分出的部分被供于澄清器的生物化学氧化返回口处；

用于将生物化学氧化介质的被分出的部分从该澄清器的生物化学氧化返回口再循环至第一罐上的生物化学氧化介质输入口的装置；

用于将充分氧化矿石中的硫化物，以便进一步加强对矿石处理的提纯气体混合物引入通气室的，位于第一罐上的气体入口处的装置，该混合物包括：含基本上为纯氧的氧气和1-5％(体积)的提纯的二氧化碳气；及用于从通气室中排出废气的，位于最后罐上的气体排放口处的装置。

7．权利要求6的生物化学氧化系统，其中的液体生物化学氧化介质包含分布在一种液体内的生物学微生物。

8．用于从金属矿石中去除不溶的硫化物的生物化学氧化工艺，它包括的步骤为：

提供多个串联连接的，用于使液体混合物以其共同的上水平面经各罐流动的溢流罐；

在这些罐上面，与该液体混合物的共同上水平面上方空间相隔地设置一个盖；

在该盖和该液体混合物的共同上水平面之间形成一通气室，并使其从多个溢流罐中的第一罐横向向最后罐延伸；

将由含金属硫化物的金属矿石的液体浆料和液体的生物化学氧化介质组成的液体混合物充入各罐；

将经充分提纯的提纯气体的混合物引入通气室中，以加强硫化物的去除；

用该提纯气体的混合物对各罐中的液体混合物通气；

从最后罐将基本上无硫化物的液体混合物排入澄清器中；

在此澄清器中，将至少一部分液体生物化学氧化介质与该液体混合物分离；及

将此部分液体生物化学氧化介质再循环至多个罐中的第一罐。

9．权利要求8的工艺，其中该填充步骤包括的步骤为：

将金属矿石的液体浆料经浆料输入口供入第一罐；及保持该液体浆料经各罐的流动。

10．权利要求8的工艺，其中的填充步骤还包括的步骤是：

通过生物化学氧化介质输入口将液体的生物化学氧化介质供入第一罐中；

将再循环的液体生物化学氧化介质供入第一罐；

保持该液体生物化学氧化介质和再循环的液体生物化学氧化介质经过各罐的流动。

11．权利要求8的工艺，其中的引入步骤包括的步骤是：

在第一罐的气体入口处引入提纯的氧气和1-5％(体积)的提纯的二氧化碳气的混合物。

12．权利要求8的工艺，其中的通气步骤包括的步骤是：

在多个罐中的每一个上面，中心地设置一表面鼓气器，以便使其经过形成于该盖和液体混合物的共同的上水平面间的通气室延伸，然后伸入该液体混合物的共同的上水平面；及对此液体混合物进行表面通气。

13．权利要求8的工艺，其中的通气室形成步骤包括的步骤是，在多个罐中的最后罐处，从通气室中排出废气。

14．在具有盛放欲被处理的液体混合物的罐的生物化学氧化系统中的改进，它包括在该罐内的液体混合物表面上方的，含有欲与所述的液体混合物混合的气体的通气室，及设在所述室中的，用所述气体对所述液体混合物进行有效通气的表面鼓气器叶轮。

15．权利要求14的改进，其中所述的室由所述的罐和所述罐上的盖限定。

16．权利要求14的改进，其中所述的液体混合物由金属矿石的液体浆料和液体的生物化学氧化介质组成，而且所述的气体是氧气和二氧化碳气的混合物。

Images