Series N o .374
A ugust 2007
金 属 矿 山M ETA L M I NE
总第374期
2007年第8期
王中海(1981 ),男,江西理工大学资源与环境工程学院,硕士研究生,341000江西省赣州市红旗大道。
微生物浸矿技术发展现状
王中海 周 源 钟洪鸣 田树国
(江西理工大学)
摘 要 概述了微生物浸矿技术在国内外的应用现状,总结了目前所提出的微生物在浸矿过程中的主要作用机理,介绍了微生物浸矿的4种工艺和一般流程,对微生物浸矿技术的前景进行了展望。
关键词 微生物浸矿技术 应用现状 机理 工艺 流程 展望
D eve l o pm ent St at us Quo of f M icrobial Leachi n g Technology W ang Zhonghai Zhou Yuan Zhong H ong m ing T ian Shuguo
(J i angx i University of Science and T echnology )
Abstrac t T he paper outli nes the status quo of t he domestic and f o re i gn appli cation o fm i crob ial l eachi ng techno l ogy ,su mm ar i es the m a i n m echan is m o f the m icrobe in t he l eachi ng process ,presents fou r processes and the genera l flowsheet o f m i crobial leach i ng and looks to the future o f the m icrobia l leach i ng technology .
K eywords M icrob i a l l eachi ng techno l ogy ,S tatus quo of app licati on ,M echanis m,Process ,F l ow shee t ,Prospect
近年来,微生物浸矿技术越来越受国内外矿物加工界的普遍关注。所谓微生物浸矿技术是指用存在有微生物的溶液将有价金属元素(如铜、镍、铀等)从矿石中溶解出来加以回收利用的方法。这种技术应用范围宽,过程相对简单,易于管理,排放的废料符合环境要求,能处理低品位矿石和采用传统选矿工艺时只能被抛弃的尾矿,是一种综合利用矿产资源的有效方法。
1 微生物浸矿技术的应用现状
工业上,微生物浸矿技术的一个重要应用
[1]
是
利用微生物对铜进行堆浸,其机理是嗜酸性氧化亚铁硫杆菌将硫化铜矿氧化,使铜溶解;另一个重要应用是对难处理金矿进行生物氧化预处理。
在我国,德兴铜矿于1979年就开始致力于研究利用含细菌的酸性矿井水从低品位铜矿石中回收铜的生物堆浸技术。上个世纪90年代以后,中国科学院化工冶金研究所、吉林省黄金研究院、武汉化工学院等单位也相继开展了微生物方面的研究工作。2000年12月,烟台黄金冶炼公司率先采用生物预氧化技术处理金精矿,使金的回收率达96%。2001年4月,由澳大利亚某公司设计的生物氧化厂在莱州投产。2003年7月,辽宁天利金业有限责任公司生物氧化提金厂竣工投产。
在国外,智利的Lo A gu irre 矿从1980至1996年采用微生物对铜矿石进行堆浸,处理量为16000t/d [2]
。加拿大的E lliot Lake 矿采用含Fe 2(SO 4)3的
细菌溶液对低品位铀矿进行堆浸,从中提取铀,取得了较好的经济效益。南非从1986年就开始采用充气式机械搅拌生物反应器处理难处理金(精)矿,该工艺也用于从尾矿回收钴。美国的Ne wm on t 矿业公司在氰化提金前采用生物氧化堆浸预先除杂工艺
[3]
。
2 微生物浸矿机理
微生物浸矿的实质是用微生物氧化难溶的金属硫化物,使其中的金属阳离子进入溶液。浸出过程是硫化物中S 2-
的氧化过程。微生物在浸矿过程中的作用可概括为3种:直接作用、间接作用及对电转
换的促进作用[4]
。
2.1 微生物在浸矿过程中的直接作用
[5]
所谓直接作用,是指细菌吸附于矿物表面,直接使硫化矿发生氧化分解的作用。该过程可用简单的反应方程式表示为
M S +2O 2=M SO 4,
(1)
4
式中,M代表Zn、Pb、Co、N i等金属。
2.2 微生物在浸矿过程中的间接作用
所谓间接作用,是指矿石在细菌代谢过程中所产生的硫酸高铁和硫酸的作用下发生氧化反应。在浸出体系中,细菌将Fe2+氧化为Fe3+;细菌氧化及矿物分解产生的Fe3+是氧化剂,可将硫化矿物进一步氧化分解。以黄铜矿为例[6],细菌在浸出过程中的间接作用可用以下反应式表示:
Fe2+T.f菌Fe3+,(2) 4FeS2+15O2+2H2O=2Fe2(SO4)3+2H2SO4,
(3) CuFeS2+2Fe2(SO4)3=CuSO4+5FeSO4+2S,
(4)其中式(2)、(3)代表产生Fe3+的过程;式(4)代表Fe3+作为氧化剂,将硫化矿物进一步氧化分解的过程。
2.3 微生物在浸矿过程中对电转换的促进作用
当两种静电位不同的矿物组分在浸出体系中互相接触时,会形成电对,其中静电位高的矿物充当阴极,静电位低的矿物充当阳极。细菌浸出过程中,两种起正负极作用的不同金属硫化矿与稀硫酸和硫酸铁溶液形成的电解液组成原电池,使硫化矿中的金属发生电转换,导致阳极矿物被氧化,细菌的存在则会加速这种电化学氧化过程。例如,对于由黄铁矿、黄铜矿组成的矿物体系,其阳极反应为
CuFeS2=Cu2++Fe2++2S0+4e,(5)其阴极反应为
O2+4H++4e=2H2O;(6)细菌的存在会加速阴极的氧得电子,从而强化阳极的黄铜矿的电化学氧化过程。
3 微生物浸矿工艺
微生物浸矿工艺有堆浸法、地浸法、槽浸法和搅拌浸出法4种。
3.1 微生物堆浸
微生物堆浸通常是将所处理的大块矿石(未经破碎或经过1段破碎)堆置在不透水的斜坡地基上,形成矿石堆,然后在矿堆表面设置喷淋管路,向矿堆中连续或间断地喷洒微生物浸出剂进行浸出,并在地势较低的一侧构筑积液池收集浸出液。另外,还可利用微生物浸出剂在矿山附近形成的废矿堆上直接进行浸出,或利用微生物浸出剂直接从尾矿堆中浸出其中残留的金属。
微生物堆浸的特点是规模大,浸出时间长。
3.2 微生物槽浸
微生物槽浸是将所处理的矿石放入浸出池或浸出槽中,加入微生物浸出剂进行浸出,最后渗滤出浸出液并富集金属。
微生物槽浸工艺通常有两种操作方式。一种是在喷洒(连续或间断)浸出剂的同时连续排放浸出液,在矿层中不存留多余的溶液;另一种是在喷洒浸出剂时不进行排液,使浸出剂浸没矿石层并存留一段时间,然后再排放浸出液。
3.3 微生物地浸
微生物地浸工艺也叫微生物溶浸采矿,该浸矿工艺通常是由地面钻孔至金属矿体,然后从地面将微生物浸出剂注入到矿体中,原地溶浸有用矿物,最后用泵将浸出液抽回地面,回收溶解出来的金属。
进行微生物地浸时,为了使微生物在地下能正常生长并完成浸矿作用,除了要在浸出剂中加入足够的微生物营养物质以外,还必须通过专用钻孔向矿体内鼓入压缩空气,为微生物提供所需的氧和二氧化碳。
3.4 微生物搅拌浸出
微生物搅拌浸出一般用于处理富矿或精矿,通常是在浸出前先将待处理矿石磨到-0.074mm占90%以上的细度,然后放入多个串联起来的搅拌槽,加入微生物浸出剂进行浸出作业。
此工艺中,搅拌的一个作用是使矿物颗粒与浸出剂充分混合,增加矿粒与微生物的接触机会,提高浸出过程的传质效率;另一个作用是增加矿浆中的空气含量,为微生物提供充足的氧和二氧化碳。
4 微生物浸矿流程
一般说来,微生物浸矿的工艺流程[7]包括原料准备、浸出、固液分离、金属回收和浸出剂再生等5个主要工序。如图1为利用氧化亚铁硫杆菌浸出金属硫化矿的通用流程。
4.1 原料准备
此工序是对矿石进行微生物浸出前的准备作业,其目的是制备出与后续的浸出作业相适应的矿石原料。在堆浸和槽浸中,该工序包括配矿、破碎、堆矿和装矿;在搅拌浸出中则包括配矿、破碎和磨矿。
4.2 浸出
浸出工序是微生物浸矿工艺流程中的核心部分。该工序包括微生物浸出剂的制备,粗矿块或细
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