DE60015382T2

DE60015382T2 - Gewinnung von metallen aus erz durch bakterielle laugung mit schwefelzugabe

Info

Publication number: DE60015382T2
Application number: DE60015382T
Authority: DE
Inventors: P. Willem DUYVESTEYN; R. Julia BUDDEN; R. Manuel LASTRA
Original assignee: BHP Minerals International Inc
Current assignee: BHP Minerals International Inc
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2020-11-01
Also published as: DE60015382D1; WO2001036693B1; JP5172061B2; US6387239B1; AU774053B2; ATE280841T1; AU3638901A; BR0015666A; WO2001036693A2; CA2390361A1; EP1234062B1; CA2390361C; KR20020070281A; WO2001036693A3; ES2228662T3; JP2003514987A; EP1234062A2; ZA200203897B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Metall aus Erz durch Biolaugung. In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von Metallen wie Nickel, Kobalt, Zink und Kupfer aus Erz durch ein neues Biolaugungsverfahren. In einem weiteren Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung auch die Gewinnung von Edelmetallen und/oder Metallen der Platingruppe aus Erz, das einem Biolaugungsverfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung unterworfen wurde.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Wertvolle unedle Metalle wie Nickel, Kobalt, Zink, Kupfer und dgl. sind in Erzen verteilt. Im Allgemeinen kann eines oder mehrere dieser unedlen Metalle in den Erzen vorhanden sein, welche in Form von Oxid, Sulfid, Mischungen davon und anderen Formen vorliegen können. Darüber hinaus wird oft gefunden, dass Edelmetalle und/oder Metalle der Platingruppe mit den obigen unedlen Metallen assoziiert sind. Es wäre deshalb wünschenswert, nicht nur die unedlen Metalle, sondern auch die Edelmetalle und/oder Metalle der Platingruppe unter Anwendung eines einfachen wirtschaftlichen Verfahrens zu gewinnen.
Es gibt viele bekannte Verfahren zur Gewinnung von unedlen Metallen. Viele davon erfordern hohe Kapitalkosten und sind nicht umweltfreundlich. Beispielsweise ist ein Verfahren zur Gewinnung dieser unedlen Metalle eine hydrometallurgische Aufarbeitung unter Verwendung von Schwefelsäure, um die Metalle aus dem Erz zu laugen. Das Problem bei dieser Art von Verfahren besteht darin, dass es die Einrichtung und den Betrieb einer Schwefelsäureanlage erfordert, welche teuer ist.
Ein weiteres Problem bei der Gewinnung dieser Metallarten wird beispielsweise durch die Probleme illustriert, welche mit der Gewinnung von Zink aus gemischten Erzen (denjenigen Erzen, in denen das Erz in Oxid- und Sulfidform vorliegt) verbunden sind. Die Verwendung von Schwefelsäure zur Gewinnung von Zink erfordert eine sehr große Menge an Säure, um das Zinkoxid effektiv auszulaugen. Darüber hinaus erfordert das Auslaugen von Zinksulfid im Allgemeinen ein Auslaugen unter Druck.
Ein alternatives Verfahren zur Gewinnung dieser Metalle ist ein Flotationsverfahren. Es ist jedoch bekannt, dass das Flotationsverfahren im Allgemeinen nicht effektiv ist, wenn das Erz ein gemischtes Erz ist.
Ein weiteres Verfahren wird in der kanadischen Patentanmeldung Nr. 2 065 491 beschrieben. In dieser Anmeldung kann Nickel in Nickel-enthaltenden Erzen durch ein Biolaugungsverfahren gewonnen werden. Das beschriebene Biolaugungsverfahren kann mittels einer Haufenlaugung durchgeführt werden, wobei die Biolaugungslösung gravimetrisch durch den Haufen tröpfelt.
DE 2 557 008 zeigt ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure, welches die Verwendung der Kombination von Schwefel und Pyrit umfasst. Anscheinend erweist sich die Anwesenheit der Oxide von Eisen, verursacht durch den Einsatz von Pyrit, als sehr vorteilhaft für die Auslaugung spezifischer oxidischer Erze wie Uran.
JP 53042117 scheint einen neuen Mikroorganismus zu beschreiben, der aerob in einem Kulturmedium kultiviert wird, welches eine wässerige Lösung von Nickel und Kobalt und eine Schwefelkomponente enthält.
GB 1 382 357 zeigt ein zweistufiges Auslaugungsverfahren, welches das Kontaktieren von Kobalt und/oder Nickel aus hochwertigen Sulfiderzen, Konzentraten oder synthetischen Sulfiden mit einem wässerigen Nährmedium beinhaltet, das Schwefelsäure und Bakterien, die zur Oxidation der Schwefelgruppierung der Metallsulfide in der Lage sind, enthält.
Gleichermaßen zeigt EP 522 978 ein Verfahren zur Gewinnung von wertvollen Metallen aus schwefelhaltigen Erzmaterialien.
Ein weiteres ähnliches Verfahren wird im US-Patent Nr. 5 626 648 beschrieben. Dieses Patent lehrt ein Biolaugungsverfahren zur Gewinnung von Nickel aus Lateriterz und Nickelenthaltendem Sulfidmaterial. Wenn das Erz ein Nickelenthaltendes Lateriterz ist, lehrt dieses Patent die Verwendung von Mikroorganismen, welche systemisch eine organische Säure produzieren, die zur Bildung eines Komplexes mit Nickel geeignet ist. Die bevorzugten organischen Säuren werden als Oxalsäure, Brenztraubensäure, Citronensäure, Weinsäure, Malonsäure und andere Säuren angegeben. Wenn das Erz ein Nickelenthaltendes Sulfidmaterial ist, lehrt dieses Patent die Verwendung eines biologisch oxidierenden Bakteriums, welches selektiv für die Auslaugung des Sulfiderzes ist.
Obwohl die obigen Verfahren zufriedenstellend sind, besteht ein Problem bei ihnen darin, dass sie spezifisch für den speziellen Erztyp sind, der ausgelaugt werden soll. Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem durch Bereitstellung eines wirtschaftlichen und effektiven Verfahrens zur Gewinnung von unedlen Metallen aus gemischten Erzen, sowie Oxid- und Sulfiderzen, ohne Rücksicht auf den Erzgehalt. Darüber hinaus berücksichtigen die obigen Verfahren nicht die weitere Gewinnung von Edelmetallen und/oder Metallen der Platingruppe.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur wirtschaftlichen Gewinnung von unedlen Metallen aus Erz bereit. Im Allgemeinen sind die unedlen Metalle aus der Gruppe, bestehend aus Nickel, Kobalt, Zink und Kupfer, ausgewählt. Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Gewinnung von Edelmetallen und/oder Metallen der Platingruppe bereit. Die Edelmetalle sind aus der Gruppe, bestehend aus Silber und Gold, ausgewählt. Die Metalle der Platingruppe sind aus der Gruppe ausgewählt, die aus Rhenium, Osmium, Iridium, Platin, Technetium, Ruthenium, Rhodium, Palladium und Mischungen davon besteht.
Allgemein ausgedrückt, beinhaltet das Verfahren die Schritte des Kontaktierens eines metallhaltigen Erzes mit einer wirksamen Menge mindestens eines Mikroorganismus, welcher selektiv für die Metabolisierung von Schwefel ist (schwefelselektiver Mikroorganismus), um systemisch Schwefelsäure in Mengen zu produzieren, welche wirksam sind, um unedle Metalle aus dem Erz auszulaugen, um einen an unedlem Metall reichen Auszug und einen Erzrückstand zu bilden. Eine schwefelhaltige Verbindung wird mit dem Mikroorganismus vor, während oder nach der Kontaktierung des Mikroorganismus mit dem Erz gemischt. Die Zugabe der schwefelhaltigen Verbindung erlaubt es, die Menge der systemisch produzierten Schwefelsäure in Abhängigkeit von dem speziellen Erztyp, der ausgelaugt werden soll, einzustellen.
Das Verfahren der Erfindung umfasst die folgenden Schritte: Formen des Erzes zu einem Haufen; Kontaktieren des Erzes mit einem Mikroorganismus, welcher selektiv für die Oxidation von Schwefel ist, für eine ausreichende Zeit, um das Metall in dem Erz auszulaugen, und bei einem pH-Wert zwischen 1 und 5, um einen metallreichen Auszug und einen Rückstand zu bilden; Mischen einer Menge von mindestens einer schwefelhaltigen Verbindung, welche ausreicht, um mindestens 75 % des im Erz vorliegenden Metalls auszulaugen, mit dem Mikroorganismus zu einem Zeitpunkt vor, während oder nach dem Kontaktieren des Mikroorganismus mit dem Erz; und Trennen des metallreichen Auszugs von dem Rückstand, wobei das metallhaltige Oxiderz ein oder mehrere Metalle enthält, das bzw. die aus der Gruppe, bestehend aus Nickel, Kobalt, Kupfer und Zink, ausgewählt ist/sind.
Der an unedlem Metall reiche Auszug wird von dem Erzrückstand getrennt. Der an unedlem Metall reiche Auszug kann weiterverarbeitet werden, um die unedlen Metalle zu gewinnen. Ferner kann der Erzrückstand einem Flotationsverfahren unterworfen werden, um die Edelmetalle und/oder Gruppe der Platinmetalle zu konzentrieren. Das Konzentrat kann in bekannter Weise aufgereichert werden, um (ein) hochwertige (s) Edelmetall e) und/oder Metalle) der Platingruppe zu produzieren.
Das metallhaltige Erz kann das unedle Metall in Form eines Oxids, eines Sulfids und/oder einer gemischten Form (d.h., in einer Form, in der das Erz sowohl die Oxid- als auch Sulfidform enthält) bereitstellen. Mit anderen Worten, das Erz kann eines oder mehrere von Nickel, Kobalt, Zink und Kupfer enthalten, wobei jedes in dem Erz im Wesentlichen nur als Oxidform, nur als Sulfidform oder als Mischung von sowohl Oxid- als auch Sulfidformen vorliegen kann. Das metallhaltige Erz kann auch ein oder mehrere Edelmetalle und/oder Metalle der Platingruppe enthalten.
Die schwefelhaltige Verbindung kann jede Verbindung sein, welche sich zur Bereitstellung einer Schwefelquelle eignet. Deshalb kann die schwefelhaltige Verbindung einschließen, ist jedoch nicht beschränkt auf, elementaren Schwefel, Eisensulfid, Nickelsulfid, Kobaltsulfid, Zinksulfid und Kupfersulfid.
Mikroorganismen, welche sich zur Metabolisierung des Schwefels eignen, schließen diejenigen ein, welche den Schwefel oxidieren, um Schwefelsäure zu ergeben. Der oxidierende Mikroorganismus metabolisiert (oxidiert) den Schwefel, der in dem Erz und/oder der schwefelhaltigen Verbindung vorliegt, um systemisch Schwefelsäure zu produzieren, welche wiederum das Metall aus dem metallhaltigen Erz auslaugen wird. Die geeigneten Mikroorganismen unterscheiden sich von den im US-Patent Nr. 5 626 648 beschriebenen, welche organischen Säuren – nicht Schwefelsäure – produzieren. Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die systemisch produzierte Schwefelsäure die einzige Schwefelsäure, die zur Auslaugung des Erzes verwendet wird, und keine zusätzliche Schwefelsäure ist erforderlich oder nötig.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Bioauslaugung eines ein unedles Metall enthaltenden Erzes, um das Metall in einer verwendbaren Form zu gewinnen. Das Verfahren der Erfindung beinhaltet die Haufen-Biolaugung von metallhaltigem Erz durch Kontaktieren des Erzes, welches das unedle Metall enthält, mit einer wirksamen Menge von mindestens einem Mikroorganismus, welcher selektiv für die Metabolisierung von Schwefel ist, und Mischen einer schwefelhaltigen Verbindung mit dem Mikroorganismus bevor, während oder nachdem der Mikroorganismus das Erz kontaktiert, um systemisch Schwefelsäure in Mengen zu produzieren, welche zur Auslaugung des unedlen Metalls aus dem Erz wirksam sind.
Im Allgemeinen wird das metallhaltige Erz zu einem Haufen geformt, der eine Oberseite und eine Unterseite aufweist. Der für Schwefel selektive Mikroorganismus wird in innigen Kon takt mit einem wesentlichen Anteil des metallhaltigen Erzes gebracht. Vorzugsweise wird eine Lösung, welche den für Schwefel selektiven Mikroorganismus enthält, über einen Zeitraum veranlasst, gravimetrisch von der Oberseite zum Boden durch die Hohlräume des Haufens zu tröpfeln.
Wünschenswerterweise wird eine schwefelhaltige Verbindung mit dem für Schwefel selektiven Mikroorganismus gemischt, bevor die Lösung auf den Haufen aufgebracht wird, mit dem Mikroorganismus während der Aufbringung des Mikroorganismus auf den Haufen gemischt oder mit dem Erz vor der Aufbringung des Mikroorganismus auf den Haufen gemischt. Bevorzugter wird die schwefelhaltige Verbindung mit dem für Schwefel selektiven Mikroorganismus und etwaigen anderen Bestandteilen gemischt, um eine Lösung zu bilden. Es versteht sich, dass die schwefelhaltige Verbindung zu jedem Zeitpunkt während des Verfahrens zugegeben werden kann, so lange zu irgendeinem Zeitpunkt ein inniger Kontakt mit dem für Schwefel selektiven Mikroorganismus besteht, so dass der Mikroorganismus den Schwefel oxidieren kann, um systemisch Schwefelsäure zu bilden.
Der Erzrückstand, der aus dem oben beschriebenen Auslaugungsprozess verbleibt, kann dann weiter aufgearbeitet werden, um Edelmetalle und/oder Metalle der Platingruppe in einer geeigneten Form für den kommerziellen Absatz bereitzustellen. Beispielsweise kann der Erzrückstand von dem Haufen abgetrennt und auf eine geeignete Größe für eine Flotationsverarbeitung gemahlen werden. Der gemahlene Erzrückstand wird dann Mineralflotationskollektoren unterworfen, um die Edelmetalle und/oder Metalle der Platingruppe zu konzentrieren. Das Konzentrat kann dann angereichert werden, um einen geeigneten hohen Grad an Edelmetallen und/oder Metallen der Platingruppe für den Handel oder für die Raffinierung zu ergeben.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Verfahren eine Haufenlaugung nach den oben beschriebenen Verfahren und die Abtrennung der Lösung vom Rückstand. Die Lösung wird mit einem Mikroorganismus behandelt, um gleichzeitig ein Sulfidkonzentrat zu ergeben, wobei der Rückstand in einem gröberen Flotationsverfahren behandelt wird, um ein gröberes Konzentrat und Rückstände zu ergeben. Das Sulfidkonzentrat und das gröbere Konzentrat werden in einem feineren Flotationsverfahren kombiniert, um ein Endkonzentrat zu ergeben, aus dem unedle Metalle und/oder Edelmetalle gewonnen werden können.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Größe der Schwefelsäureanlage stark reduziert werden kann. Als Folge davon sind die Investitions- und Betriebskosten der Verfahren der vorliegenden Erfindung wesentlich geringer als wenn eine Schwefelsäureanlage erforderlich wäre.
Wie in der Patentbeschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet, schließt der Begriff Mikroorganismus sowohl den Singular als auch den Plural ein. Darüber hinaus sind alle in der Patentbeschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendeten Prozentsätze auf das Gewicht bezogen, soweit nicht anders angegeben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt die Menge an Nickel, die aus einem Saproliterz unter Zusatz von entweder 0,5 Gramm elementarem Schwefel oder 2 Gramm elementarem Schwefel zu einer Mischung von Erz und einem für die Oxidation von Schwefel selektiven Mikroorganismus gewonnen wurde.
2 zeigt eine Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur wirtschaftlichen Gewinnung von Metall aus metallhaltigen Erzen bereit. Allgemein ausgedrückt, beinhaltet das Verfahren die Schritte des Formens des Erzes zu einem Haufen und Kontaktierens des metallhaltigen Erzes mit einer wirksamen Menge von mindestens einem Mikroorganismus, welcher selektiv für die Metabolisierung von Schwefel ist (schwefelselektiver Mikroorganismus), um systemisch Schwefelsäure in wirksamen Mengen zu produzieren, um die unedlen Metalle aus dem Erz auszulaugen, um einen an unedlem Metall reichen Auszug und einen Erzrückstand zu bilden. Eine schwefelhaltige Verbindung wird mit dem Mikroorganismus vor, während oder nach dem Kontaktieren des Mikroorganismus mit dem Erz gemischt.
Das metallhaltige Erz kann das Metall in Oxidform, Sulfidform und/oder einer gemischten Form (d.h., einer Form, in der das Erz sowohl Oxid- als auch Sulfidformen enthält) bereitstellen. Mit anderen Worten, das Erz kann eines oder mehrere von Nickel, Kobalt, Zink und Kupfer enthalten, wobei jedes in dem Erz im Wesentlichen nur in der Oxidform, nur in der Sulfidform oder als Mischung von sowohl Oxid- als auch Sulfidformen vorliegt.
Darüber hinaus kann das metallhaltige Erz (und der Erzrückstand) ein oder mehrere Metall e) enthalten, das/die aus der Gruppe, bestehend aus Edelmetallen und Metallen der Platingruppe, ausgewählt ist/sind. Die Edelmetalle sind aus der Gruppe, bestehend aus Silber und Gold, ausgewählt. Die Metalle der Platingruppe sind aus der Gruppe ausgewählt, die aus Rhenium, Osmium, Iridium, Platin, Technetium, Ruthenium, Rhodium, Palladium und Mischungen davon besteht.
Mikroorganismen, die zur Metabolisierung des Schwefels geeignet sind, schließen diejenigen ein, welche den Schwefel oxidieren, um Schwefelsäure zu ergeben. Der oxidierende Mikroorganismus metabolisiert (oxidiert) den in dem Erz und/oder der schwefelhaltigen Verbindung vorliegenden Schwefel, um systemisch Schwefelsäure zu produzieren, welche wiederum das Metall aus dem metallhaltigen Erz auslaugen wird. Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die systemisch produzierte Schwefelsäure die einzige Schwefelsäure, welche zum Auslaugen des Erzes verwendet wird, und keine zusätzliche Schwefelsäure ist erforderlich oder nötig.
Die schwefelhaltige Verbindung schließt im Allgemeinen jede Verbindung ein, die eine geeignete Menge an Schwefel enthält. Die schwefelhaltige Verbindung ist ausgewählt aus der Gruppe, die aus elementarem Schwefel, Eisensulfid, Nickelsulfid, Kobaltsulfid, Zinksulfid, Kupfersulfid und Mischungen davon besteht. Die Menge an zuzusetzender schwefelhaltiger Verbindung hängt notwendigerweise von der Menge und der Art des auszulaugenden Erzes ab sowie der Menge an Schwefel, welche in der schwefelhaltigen Verbindung vorliegt. Im allgemeinen ist eine wirksame Menge an Schwefel diejenige Menge, welche erforderlich ist, um mindestens etwa 75 Gew.-%, vorzugsweise etwa 90 Gew.-% und bevorzugter etwa 100 Gew.-% des im Erz vorliegenden ursprünglichen Metalls auszulaugen. Ein Verfahren zur Bestimmung der wirksamen Menge der schwefelhaltigen Verbindung, die zugesetzt werden soll, ist die Feststellung der Säureanforderung des Erzes. Die Säureanforderung kann bestimmt werden, indem dem Erz Säure zugesetzt wird, bis der pH-Wert auf dem erforderlichen Niveau gehalten wird.
Gleichermaßen wird eine wirksame Menge des für Schwefel selektiven Mikroorganismus im Allgemeinen diejenige Menge sein, welche ausreicht, um die erforderliche oder wirksame Menge an Schwefel zu metabolisieren (oxidieren). Allgemein beträgt eine minimale Menge an Mikroorganismus etwa 1 × 10⁸ aktive Zellen/ml.
Vorzugsweise ist der für Schwefel selektive Mikroorganismus ein oxidierendes Bakterium, welches zur Oxidation von Schwefel in der Lage ist. Nicht beschränkende Beispiele geeigneter Bakterien schließen diejenigen ein, welche ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Thiobacillus thiooxidans, Thiobacillus ferroxidans, Leptospirillum-Spezies, Sulfobacillus, Thermosulfidooxidans, Sulfolobus brierleyi, Sulfolobus acidocaldarius, Sulfolobus BC, Sulfolobus sulfataricus, Thiomicrospora sp., Achromatium sp., Macromonas sp., Thiobacterium sp., Thiospora sp. und Thiovulum sp. und Mischungen davon.
Der für Schwefel selektive Mikroorganismus kann mit einer wässerigen Lösung oder einer wässerigen Nährlösung gemischt werden. Die Nährstoffe schließen die herkömmlichen Nährstoffe ein, die Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind.
Im Allgemeinen wird die bakterielle Aktivität die Oxidationsrate beeinflussen und deren Aktivität wird durch pH, Temperatur und Belüftungsgrad beeinflusst. Wie oben angegeben, wird der pH-Wert auf einem Niveau zwischen etwa 1 und etwa 5, vorzugsweise etwa 1,5 bis etwa 3, gehalten, um eine wirksame Rate der Nickelauslaugung aus dem Erz zu ergeben. Der pH-Wert kann durch die Zugabe einer schwefelhaltigen Verbindung, von für Schwefel selektiven Mikroorganismen oder durch die Variation der Temperatur oder Belüftung, um die Aktivität der für Schwefel selektiven Mikroorganismen zu erhöhen, kontrolliert werden. In dieser Hinsicht kann es wünschenswert sein, eine Sauerstoffquelle, beispielsweise von Luft, während der Kontaktierung bereitzustellen.
Bei der Kontaktierung wird eine Haufenlaugung eingesetzt, um einen ausreichenden Kontakt der Mikroorganismen mit der schwefelhaltigen Verbindung des Erzes sicherzustellen. Die Kontaktierung erfolgt bei einer Temperatur von mindestens etwa der Umgebungstemperatur und für eine ausreichende Zeit, um substantielle Mengen an Metall aus dem metallhaltigen Erz zu lösen (auszulaugen), um einen metallreichen Auszug oder eine Lösung bereitzustellen.
Darüber hinaus ist es erforderlich, den pH-Wert in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 5, vorzugsweise etwa 1, 5 bis etwa 3, zu halten, um eine wirksame Auslaugungsrate des Metalls zu ergeben. Gleichermaßen kann das Verfahren die Bereitstellung einer Sauerstoffquelle während des Kontaktierens einschließen.
Die Metalle können aus dem Auszug gewonnen und voneinander nach irgendeinem geeigneten Verfahren getrennt werden. Bei einem Verfahren wird der metallreiche Auszug mit einem Ionenaustauschharz kontaktiert, welches selektiv für die Absorption des Metalls oder der Metalle ist, um das Metall oder die Metalle aus dem metallreichen Auszug zu entfernen. Der Innenaustausch kann nach irgendeinem geeigneten Verfahren (Festbett-Innenaustausch) kontinuierlicher Gegenstromionenaustausch, Kurzschicht-Wechselstrom, Rundlaufverfahren oder Harz-in-Aufschlämmung) erfolgen. Beschreibungen geeigneter Methoden sind in der PCT-Veröffentlichung WO 96/20291 und WO 97/04139 angegeben, deren relevante Teile jeweils durch die Bezugnahme mit eingeschlossen sind.
Das Ionenaustauschverfahren kann einschließen, ist jedoch nicht beschränkt auf, ein einziges Harzfestbett, zwei oder mehr Festbetten parallel oder in Reihe, oder eine Vielzahl von Harzsäulen, welche sich im Gegenstrom zum Fluss der Zu fuhrlösung bewegen. Beispielsweise kann ein kontinuierlicher ISEP-Kontaktor, hergestellt von Advanced Separation Technologies, Inc. von Lakeland, Florida, oder ein Recoflo-Ionenaustauschsystem, hergestellt von Eco-Tec von Pickering, Ontario, Kanada, verwendet werden.
Es versteht sich, dass jede Anordnung eines Ionenaustauschharzes, welche zur selektiven Absorption der Metalle in dem Auszug geeignet ist, eingesetzt werden kann. In einer Ausführungsform wird das Ionenaustauschharz in zwei Schritten in Reihe bereitgestellt. Der Auszug wird durch zwei Ionenaustauschschritte geführt, so dass das Raffinat des ersten Schrittes, nach Neutralisation, die Beschickung des zweiten Schrittes bildet. Durch Verwendung von zwei Schritten wird die Absorption von Metallen an das Harz erhöht, was zu einer im Wesentlichen vollständigen Entfernung von Metallen aus dem Auszug führt. Es versteht sich, dass mehr als zwei Schritte für eine vollständige Metallentfernung aus dem Auszug verwendet werden könnten.
Das auf das Harz aufgebrachte Metall kann danach von dem Ionenaustauschharz extrahiert werden durch Kontaktieren des Harzes mit einer Säure, um ein metallhaltiges Eluat zu bilden, von dem das Metall oder die Metalle abgetrennt und in bekannter Weise gewonnen werden kann bzw. können. Die Menge oder das Volumen an Säure, welches zum Entfernen des Metalls verwendet wird, ist im Allgemeinen so, dass sie ausreicht, um eine Metallkonzentration zu ergeben, die etwa 10 g/l bis etwa 25 g/l entspricht.
Alternativ kann ein Harz-in-Aufschlämmung-Verfahren eingesetzt werden. Bei dem Harz-in-Aufschlämmung-Verfahren wird das Erz mit einer schwefelhaltigen Verbindung, dem für Schwefel selektiven Mikroorganismus (vorzugsweise in Lösung) und dem Harz gemischt. Die gemischten Materialien werden für einen Zeitraum und bei einem geeigneten pH-Wert in Suspension gehalten, um die Auslaugung des Metalls bzw. der Metalle aus dem Erz und die Beladung des Harzes zu erlauben. Das Harz wird dann aus der Suspension gesiebt und das Metall oder die Metalle gewonnen.
In einer anderen Ausführungsform kann das Metall oder können die Metalle aus dem Auszug extrahiert werden durch Zugabe einer wirksamen Menge eines Mikroorganismus, welcher selektiv für die Metabolisierung von Sulfat ist (Sulfat-selektiver Mikroorganismus). Geeignete, für Sulfat selektive Mikroorganismen schließen ein, sind jedoch nicht beschränkt auf, Desulfovibro sp., Desulfotomaculum sp., Desulfomonas sp. und Mischungen davon. Der für Sulfat selektive Mikroorganismus wird das in dem Auszug vorhandene Sulfat metabolisieren (reduzieren), um systemisch H₂S-Gas zu produzieren, welches mit den in dem Auszug vorliegenden Metallionen reagieren wird, um diese als Metallsulfide auszufällen. Danach können die ausgefällten Metallsulfide von dem Auszug getrennt und das Metall kann in einer geeigneten Weise, wie z.B. Schmelzen, gewonnen werden. Ein Vorteil bei diesem Teil des Prozesses besteht darin, dass die Investitionskosten von Behandlungssystemen, Ionenaustausch und Hilfsausrüstung wegfallen.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Auszug einer flüssigen Extraktion unterworfen werden, um ein Metall von dem anderen zu trennen, beispielsweise um Kobalt von Nickel zu trennen. Beispielsweise kann in diesem Aspekt, falls das metallhaltige Erz Nickel, Kobalt und andere Metalle enthält, das Nickel und Kobalt selektiv aus dem Auszug entfernt werden, indem zuerst der Auszug mit einem selektiven Ionenaustauschharz kontaktiert wird, um selektiv das Nickel und Kobalt von den anderen Metallen zu trennen. Das Nickel und Ko balt können von dem Harz eluiert und voneinander durch flüssige Extraktion getrennt werden.
Alternativ kann, wenn der Auszug Zink enthält, das Zink in einer für den kommerziellen Absatz geeigneten Form gewonnen werden (entweder als Zinkoxid oder als Zinkmetallkathoden). Beispielsweise kann der Zinkauszug einer Lösungsmittelextraktion unter Verwendung eines organischen Extraktionsmittels unterworfen werden, um eine organische Phase zu bilden, welche das Zink und ein Raffinat enthält. Im Allgemeinen ist das Extraktionsmittel ein Ester von Phosphorsäure. Insbesondere wird das Extraktionsmittel aus der Gruppe, bestehend aus Di-2-ethylhexylphosphorsäure (D2EHPA) und Di-2-ethylhexylthiophosphorsäure (D2EHTPA), ausgewählt.
Die organische Phase und das Raffinat werden getrennt und die mit Zink beladene organische Lösungsphase wird mit einer Entmetallisierungslösung entmetallisiert, so dass das Zink gewonnen werden kann. In einer Ausführungsform wird die zinkbeladene organische Lösung mit einer Schwefelsäure-Entmetallisierungslösung entmetallisiert, um eine Zinksulfatlösung zu bilden, welche weiter durch Elektrogewinnung aufgearbeitet werden kann, um das Zink als Zinkkathoden zu gewinnen. Der an Zink verarmte Elektrolyt kann dann rückgeführt und als gesamte Entmetallisierungslösung oder Teil davon eingesetzt werden.
Alternativ wird die mit Zink beladene organische Lösung mit einer Salpetersäurelösung entmetallisiert, um eine Zinklösung zu bilden, welche weiter aufgearbeitet werden kann, um das Zink als Zinkoxid zu gewinnen. Beispielsweise kann das Zinknitrat einer Hochtemperaturbehandlung zur Oxidation des Zinknitrats unterworfen werden, um Zinkoxid und Salpetersäure zu bilden. Die Salpetersäure kann gewonnen, rückgeführt und als gesamte Entmetallisierungslösung oder Teil davon eingesetzt werden.
Nachdem das Metall oder die Metalle aus dem Auszug extrahiert wurde(n), kann/können das Metall oder die Metalle in im Wesentlichen reiner Form durch Elektrolyse, Elektrogewinnung oder andere bekannte und geeignete Verfahren gewonnen werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung bleibt nach dem Auslaugen zur Bildung eines metallreichen Auszugs ein Erzrückstand. Der Erzrückstand wird von dem Auszug getrennt und kann weiter aufgearbeitet werden, um ein oder mehrere Metalle, ausgewählt aus der Gruppe aus Edelmetallen und Metallen der Platingruppe, in einer für den kommerziellen Absatz geeigneten Form zu gewinnen. Beispielsweise kann der Erzrückstand von dem Haufen abgetrennt und auf eine geeignete Größe für eine Flotationsverarbeitung gemahlen werden. Der gemahlene Erzrückstand wird dann Mineralflotationskollektoren unterworfen, um die Edelmetalle und/oder Metalle der Platingruppe zu konzentrieren. Das Konzentrat kann dann angereichert werden, um einen ausreichend hohen Grad an Edelmetall(en) und/oder Metall(en) der Platingruppe für den Handel oder die Raffinierung zu produzieren.
Das metallhaltige Erz wird zu einem Haufen geformt und gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung wird eine Lösung, die einen Mikroorganismus enthält, welcher selektiv für die Oxidation von Schwefel ist, für einen Zeitraum veranlasst, gravimetrisch durch die Zwischenräume des Haufens zu tröpfeln. Der Ausfluss kann gewünschtenfalls zum Haufen rückgeführt werden. Wie bei dem obigen Aspekt, kann eine schwefelhaltige Verbindung mit dem für Schwefel selektiven Mikroorganismus vor dem Aufbringen der Lösung auf den Haufen gemischt, mit der Lösung des für Schwefel selektiven Mikroorganismus während der Aufbringung der Lösung auf den Haufen gemischt oder mit dem Erz vor dem Aufbringen der Lösung auf den Haufen gemischt werden. Es versteht sich, dass die schwefelhaltige Verbindung zu jedem Zeitpunkt während des Verfahrens zugegeben werden kann, so lange ein inniger Kontakt mit den für Schwefel selektiven Mikroorganismen besteht, so dass die Mikrorganismen den Schwefel oxidieren können, um systemisch Schwefelsäure zu produzieren.
Die Mikroorganismen (Lösung oder andere Form) können am Boden gesammelt und zur Oberseite rückgeführt werden. Darüber hinaus können frische Mikroorganismen (Lösung oder anderweitig) kontinuierlich oder intermittierend auf der Oberseite des Haufens aufgebracht werden. Das verbleibende Erz im Haufen kann weiter wie oben beschrieben aufgearbeitet werden, um ein oder mehrere Edelmetalle oder Metalle der Platingruppe, welche vorhanden sein können, zu gewinnen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das metallhaltige Erz zu einer Partikelgröße von mehr als etwa 3,3 mm (6 Mesh) und weniger als etwa 25,4 mm (1 Zoll) agglomeriert und zu einem selbsttragenden Haufen geformt. Eine Lösung, die einen für die Oxidation von Schwefel selektiven Mikroorganismus enthält, wird auf die Oberseite des Haufens aufgebracht und ihr gestattet, durch die Zwischenräume des Erzes bis zum Boden zu perkolieren. Eine schwefelhaltige Verbindung wird vorzugsweise der Mikroorganismus-Lösung vor der Aufbringung der Lösung auf den Haufen zugegeben.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine schwefelhaltige Verbindung mit dem für Schwefel selektiven Mikroorganismus gemischt, um eine Lösung zu bilden, welche auf ein metallhaltiges Erz aufgebracht wird, um das Erz zu Agglomeraten mit einer mittleren Größe von mehr als etwa 3,3 mm (6 Mesh) und weniger als etwa 25,4 mm (1 Zoll) zu agglomerieren. Das agglomerierte Erz wird zu einem selbsttragenden Haufen geformt, auf den Wasser oder eine Nährlösung (eine wässerige Lösung) aufgetragen und dieser gestattet wird, durch die Zwischenräume des Erzes von der Oberseite des Haufens bis zum Boden zu perkolieren.
Bei der Vorbereitung des Erzes für das Auslaugen kann das Erz wie in der Mine gewonnen unter Verwendung eines Backenbrechers zerstoßen werden, wobei die Backen auf eine Lücke von etwa 25,4 mm (1 Zoll) bis etwa 19,0 mm (3/4 Zoll) eingestellt werden. Zur Herstellung des pelletierten Erzes kann ein Rotationspelletierer verwendet werden.
Das Wasser oder der Nährstoff unterstützt die Oxidation des Schwefels durch den für Schwefel selektiven Mikroorganismus, um systemisch Schwefelsäure zu bilden, welche das Metall oder die Metalle lösen wird, um einen metallreichen Auszug zu bilden, der aus dem Boden des Haufens austritt. Das Metall oder die Metalle in dem metallreichen Auszug kann bzw. können dann extrahiert, separiert und gewonnen werden. Gewünschtenfalls kann der Auszug vor der Extraktion des Metalls oder der Metalle neutralisiert werden.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Erz, das Edelmetalle und/oder Metalle der Platingruppe sowie unedle Metalle enthält, auf folgende Weise aufgearbeitet werden. Das Erz kann in eine Hauptfraktion (enthaltend etwa 60 bis etwa 80 % des gesamten Erzes) und eine Nebenfraktion aufgetrennt werden. Die Hauptfraktion wird einem Zerstoßen, Mahlen und Flotationsverfahren wie unten beschrieben unterworfen, während die Nebenfraktion einem Zerstoßen unterworfen wird, um ein Erz geeigneter Größe für die Haufenlaugung, wie oben beschrieben, zu ergeben.
Die Hauptfraktion wird einer Flotationsverarbeitung unterworfen, um niedrigkonzentriertes unedles Metall und ein Konzentrat, enthaltend die Edelmetalle und/oder Metalle der Platingruppe, zu produzieren. Das Konzentrat wird dann mit der Nebenfraktion gemischt, um ein Haufenlaugungsmaterial zu bilden, welches nach den oben beschriebenen Verfahren ausgelaugt wird, um einen metallreichen Auszug zu produzieren. Der metallreiche Auszug wird von dem Rückstand getrennt, welcher die Edelmetalle und/oder Metalle der Platingruppe enthält. Der Rückstand kann dann gemahlen und einer Flotationsverarbeitung unterworfen werden, um ein Konzentrat von Edelmetallen und Metallen der Platingruppe zu bilden, welches dann für den Handel angereichert werden kann.
Bezugnehmend auf 2 wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. In dieser Ausführungsform beinhaltet das Verfahren die Haufenlaugung gemäß den oben beschriebenen Verfahren und das Abtrennen der Lösung von dem Rückstand. Die Lösung wird mit einem Mikroorganismus behandelt, um gleichzeitig ein Sulfidkonzentrat zu ergeben, wobei der Rückstand in einem gröberen Flotationsverfahren behandelt wird, um ein gröberes Konzentrat und Rückstände zu ergeben. Das Sulfidkonzentrat und das gröbere Konzentrat werden in einem feineren Flotationsverfahren kombiniert, um ein Endkonzentrat zu ergeben, aus dem unedle Metalle und/oder Edelmetalle gewonnen werden können.
Die folgenden Beispiele erläutern die vorliegende Erfindung, beschränken diese jedoch nicht. Soweit nicht anders angegeben, beziehen sich alle Teile und Prozentsätze auf das Gewicht.
BEISPIEL 1
Die folgenden Tests wurden durchgeführt, um die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung festzustellen. Fünf Gramm Saproliterz, elementarer Schwefel und 90 Milliliter MKM wurden einem 250-Milliliter-Kolben mit 10 Milliliter Impfgut zugegeben, das auf elementarem Schwefel gezüchtet worden war. Der Kolben wurde in einen Rundschüttler platziert und die Temperatur des Inhalts bei 35°C gehalten. Proben wurden entnommen und hinsichtlich der Anwesenheit von Nickel analysiert. Das Probenvolumen wurde durch MKM ersetzt, um ein konstantes Volumen im Kolben aufrechtzuerhalten.
In einem Beispiel wurden 0,5 Gramm elementarer Schwefel eingesetzt. In einem weiteren Beispiel wurden 2 Gramm elementarer Schwefel eingesetzt. Zur Bestätigung der Ergebnisse bei der Verwendung von 2 Gramm elementarem Schwefel wurde ein weiterer Test durchgeführt.
Die Ergebnisse sind in 1 gezeigt. Es ist ersichtlich, dass die Zugabe von 0,5 Gramm elementarem Schwefel nicht dazu führte, dass eine nennenswerte Menge an Nickel aus dem Erz ausgelaugt wurde. Im Gegensatz dazu führte die Zugabe von 2 Gramm Schwefel zur Lösung von etwa 75 % des anfänglichen Nickelgehalts nach etwa 15 Tagen und zur Lösung von etwa 100 % des anfänglichen Nickelgehalts nach etwa 30 Tagen.

Claims

Verfahren zur Gewinnung von Metall aus einem metallhaltigen Oxiderz, umfassend: a) Formen des Erzes zu einem Haufen; b) Kontaktieren des Erzes mit einem Mikroorganismus, welcher selektiv für die Oxidation von Schwefel zu einem Schwefelsäure-Auslaugemittel ist, für eine ausreichende Zeit, um das Metall in dem Erz auszulaugen, und Halten des pH-Werts bei einem Wert zwischen 1 und 5, um einen metallreichen Auszug und einen Rückstand zu bilden; c) Mischen einer Menge von mindestens einer schwefelhaltigen Verbindung, welche ausreicht, um mindestens 75 % des im Erz vorliegenden Metalls auszulaugen, mit dem Mikroorganismus zu einem Zeitpunkt vor, während oder nach dem Kontaktieren des Mikroorganismus mit dem Erz; und d) Trennen des metallreichen Auszugs von dem Rückstand, wobei das metallhaltige Oxiderz ein oder mehrere Metall e) enthält, das bzw. die aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kobalt, Kupfer und Zink ausgewählt ist/sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das metallhaltige Erz ferner ein oder mehrere Metall (e) enthält, das bzw. die aus der Gruppe bestehend aus Edelmetallen und Metallen der Platingruppe ausgewählt ist/sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Mikroorganismus ein Bakterium ist, der aus der Gruppe bestehend aus Thiobacillus thiooxidans, Thiobacillus ferroxidans, Leptospirillum-Spezies, Sulfobacillus, Thermosulfidooxidans, Sulfolobus brierleyi, Sulfolobus acidocaldarius, Sulfolobus BC, Sulfolobus sulfataricus, Thiomicrospora sp., Achromatium sp., Macro monas sp., Thiobacterium sp., Thiospora sp. und Thiovulum sp. und Mischungen davon ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der metallreiche Auszug ein Metall einschließt, das aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kobalt, Kupfer und Zink ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Rückstand ein oder mehrere Metall e) enthält, das bzw. die aus der Gruppe bestehend aus Edelmetallen und Metallen der Platingruppe ausgewählt ist/sind.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Edelmetalle oder Metalle der Platingruppe gewonnen werden.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend das Kontaktieren des metallreichen Auszugs mit einem Ionenaustauschharz, um ein metallbeladenes Harz zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend das Eluieren des absorbierten Metalls von dem metallbeladenen Harz durch Kontaktieren des Harzes mit einer Mineralsäurelösung.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Kontaktieren des metallreichen Auszugs mit einem Mikroorganismus, der für die Reduktion von Sulfat selektiv ist, für einen Zeitraum, um Metallsulfide zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Mikroorganismus, welcher für die Reduktion von Sulfat selektiv ist, aus der Gruppe bestehend aus Desulfovibro sp., Desulfotomaculum sp., Desulfomonas sp. und Mischungen davon ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Metallsulfide gewonnen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das metallreiche Auszug Zink enthält.
Verfahren nach Anspruch 12, umfassend ferner: a) Kontaktieren des Auszugs mit einem Lösungsmittel, das ein organisches Extraktionsmittel enthält, um eine zinkhaltige organische Phase und ein Raffinat zu bilden; b) Entmetallisieren der zinkhaltigen organischen Phase mit einer Entmetallisierungslösung, die eine Säure enthält, welche aus der Gruppe bestehend aus Salpetersäure und Schwefelsäure ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die zinkhaltige organische Phase mit einer Lösung entmetallisiert wird, die Salpetersäure enthält, um Zinknitrat zu bilden, welches eine Hochtemperaturbehandlung zur Bildung von Zinkoxid unterworfen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei nach der Hochtemperaturbehandlung Salpetersäure gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die gewonnene Salpetersäure mindestens einen Teil der Entmetallisierungslösung bildet.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die zinkhaltige organische Phase mit Schwefelsäure entmetallisiert wird, um Zinksulfat zu bilden, welches einer Elektrogewinnung zum Erhalt einer Zinkkathode unterworfen wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei während der Elektrogewinnung ein zinkarmer Sulfat-Elektrolyt gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der zinkarme Sulfat-Elektrolyt mindestens einen Teil der Entmetallisierungslösung bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kontaktieren erreicht wird, indem eine Lösung, welche den Mikroorganismus enthält, durch den Haufen geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: a) die schwefelhaltige Verbindung mit dem Mikroorganismus vor dem Kontaktieren des Erzes gemischt wird, um eine Mischung zu bilden; b) das metallhaltige Oxiderz mit der Mischung agglomeriert wird, um Agglomerate mit einer mittleren Größe von mehr als etwa 3,3 mm (6 Mesh) und weniger als etwa 25,4 mm (1 Zoll) zu bilden; c) die Agglomerate zu einem Haufen mit einer Oberseite und einer Unterseite geformt werden; und d) eine wässerige Lösung auf die Oberseite des Haufens, worin Schwefelsäure systematisch gebildet wird, aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei ein metallreicher Auszug an der Unterseite des Haufens gesammelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: a) Mahlen des Rückstands zu einer geeigneten Größe für eine Flotationsverarbeitung; b) Flotieren des gemahlenen Rückstands, um ein Konzentrat zu bilden, das an einem oder mehreren Metall(en), das bzw. die aus der Gruppe bestehend aus Edelmetallen und Metallen der Platingruppe ausgewählt ist/sind, reich ist; und c) Anreichern des Konzentrats, um ein hochangereichertes Produkt, geeignet für eine abschließende Raffinierung, zu bilden.