高温浸出方法
阅读：390发布：2020-05-12
专利汇可以提供高温浸出方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种实施 生物 浸出 方法的方法包括步骤：形成主矿堆，培养至少一种在预定的 温度 范围内展现出 生物浸出 活性的 微生物 ，监视主矿堆的温度，该温度至少是微生物浸出活性的结果，和至少在温度达到预定温度范围之前向矿堆接种已培养的微生物。，下面是高温浸出方法专利的具体信息内容。
1.实施生物浸出方法以从黄铜矿中回收铜成分的方法，该方法包括步骤：
由矿石形成主矿堆，
通过使用复数个用于接种体建立的反应器，每个反应器用于在特定温度范围内展现出生物浸出活性的分别的微生物，其中的温度范围选自包含如下温度值的温度：25℃、35℃、
50℃、55℃和65℃，培养复数种微生物，
监视主矿堆的温度，该温度至少是主矿堆中微生物浸出活性的结果，和
至少在矿堆温度达到预定温度范围之前向主矿堆接种来自反应器的至少一种氧化铁和硫的培养的微生物，其中所述培养的微生物是下述的至少一种：
a)中等嗜热微生物，至少当矿堆温度处于最高至40℃的中温范围时将其加入到主矿堆中，和
b)嗜热微生物，至少当矿堆温度处于50℃至60℃的中等高温范围时将其加入到主矿堆中，
因此提高矿堆中热量的产生速度，从而使矿堆温度提升至60℃至70℃的高温区。
2.根据权利要求1所述的方法，其中连续地使用接种体对主矿堆接种，其中接种体具
7 10
有10 个细胞/ml-10 个细胞/ml的细胞数量，实施接种从而保持主矿堆中的细胞数量处
6 12
于10-10 个细胞/吨矿石的数值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中来自每个反应器中的接种体被导入至充气的池中，在该池中存储并保持接种体，并在必要时将池中的接种体加入到矿堆中。
4.根据权利要求1所述的方法，其中来自至少一个反应器中的接种体，根据需要与酸一起，被加入到粉碎的矿石中，并将接种过的矿石加入到主矿堆中，从而将接种体引入到主矿堆。
5.根据权利要求1所述的方法，其中使用来自至少一个反应器中的接种体灌溉辅助堆，该辅助堆作为接种体产生器工作，将辅助堆的自身上附着有活性微生物的矿石中加入到主矿堆中，从而将活性微生物引入到主矿堆。
6.根据权利要求1所述的方法，其中将中间浸出液和使从主矿堆排出的富集浸出溶液经过铜回收过程而产生的残液回流至主矿堆，从而提高主矿堆中活性细胞的数量。
高温浸出方法
技术领域
[0003] 如果矿堆的温度在高温区，即高于60℃，并优选65℃至70℃，含有黄铜矿的矿堆可得到有效地浸出。
[0004] 当生物浸出方法在矿堆中开始启动时，矿堆的温度为初始的环境温度。适宜的微生物的活性所产生的能量使矿堆的温度渐渐升高，其中微生物是引入到矿堆中的或是在矿堆中自然产生的。但是微生物的浸出活动在50℃至60℃的温度范围内急剧减弱，使得矿堆的温度难以升高至60℃以上，这是高温培养激活的温度水平。这种现象严重降低了对黄铜矿实施生物浸出方法的效率。
[0005] 附图的图1显示了在不同温度区域运转的微生物群的相对于时间的温度背景。在正常的中温条件下，黄铜矿的溶解性非常差。特定的微生物能在更高温的区域生长，而这些微生物对于在高温下保持高的Eh环境以便黄铜矿浸出至关重要。
[0006] 图2包括表示作为温度的函数的这些微生物的生长率或活性的曲线，曲线上标记有AT、AC、AF和SM，分别表示嗜酸氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillusthiooxidans)、喜温嗜酸硫杆菌(Acidithiobacillus caldus)、嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)和金属硫化叶菌(Sulfolobus metallicus)。当温度升高到中高温(50℃至60℃)时，能够在中温(最高至40℃)生长的微生物将会死亡。相似地，中等嗜热微生物不能在高温下(高于60℃)生存，只有嗜热微生物才能在该温度区域内生长。因此，随着矿堆内部温度的升高，使矿堆浸出环境发生从嗜中温微生物活跃向中等嗜热微生物活跃再向嗜热微生物活跃的转变十分重要。如果微生物群体中的一个没有出现，微生物的演替将不能成功发生，也就不能实现高温条件。
[0007] 图3显示了大量作为时间函数的热或温度波动曲线，它是在模拟矿堆浸出环境过程中得到的。空气流AS被导入矿堆中，为微生物提供了氧气和二氧化碳。虽然要求空气流对矿堆产生冷却效果，但为了保存热量，必须降低空气的流速。
[0008] 残液(raffinate)的液体流LS从矿堆中排出。通过残液排出的热量随残液的流速而增加，再一次为了在高反应速度的情况下保存热量，必须降低残液的流速。
[0009] 由氧化微生物产生的热量(HG)随反应速度的升高而增加。
[0010] 曲线AH反映了矿堆中积聚的热量，而标记有AT的曲线反映了矿堆中的平均温度。
[0011] 图3中标记了4个时间区域1-4。在区域2矿堆的温度具有一个明显的下降。尽管此后温度升高(区域3)，但在区域4温度再次明显降低。在区域1，其中热量的产生HG超过了热量的损失AH，矿堆温度快速升高。这就导致了矿堆温度随黄铁矿氧化的增加的升高。
[0012] 由上述内容可知，在黄铁矿矿石堆的生物浸出中显然存在一个重要问题，即必须小心地过渡矿堆中50℃-60℃的温度间隙，以保证矿堆温度达到高温区，进而黄铜矿易于有效的生物浸出。
[0013] 本发明的目的是提供一种操作矿堆生物浸出方法的方法，其至少部分针对上述方面。
发明内容
[0014] 首先，本发明提供了一种实施生物浸出方法从含有金属的矿石中回收金属成分的方法，该方法包括步骤：由矿石形成主矿堆，培养至少一种在预定的温度范围内展现出生物浸出活性的微生物，监视主矿堆的温度，该温度至少是主矿堆中微生物浸出活性的结果，和至少在矿堆温度达到预定温度范围之前向主矿堆接种至少一种培养的微生物。
[0015] 培养的微生物可以是中等嗜热微生物或嗜热微生物，且可至少当矿堆温度处于中温范围或中等高温范围时将其加入到主矿堆中。
[0016] 培养的微生物可以被以任何适合的方式加入到主矿堆中。在本发明的一个优选实施方式中通过灌溉的方式将微生物加入。
[0017] 至少一种微生物可被在一个或更多个建立的反应器中培养。优选使用复数个反应器，其中的每个用于建立单独的在特定的温度范围内具有活性的微生物接种体。对于黄铜矿的生物浸出，上述温度范围选自这样的温度，该温度以下述温度值为中心或包含该温度值：25℃、35℃、50℃、55℃、65℃。
[0018] 可将单个菌株接种到主矿堆中，或将特定菌株的混合物接种到矿堆中。
[0019] 可以批量即不连续地，或连续地实施接种。
[0020] 当以连续的原则实施接种时，接种体可具有107个细胞/ml-1010个细胞/ml的细8 9
胞数量。通常，细胞浓度为10 个细胞/ml-10 个细胞/ml的水平。
胞数量。通常，细胞浓度为10 个细胞/ml-10 个细胞/ml的水平。
[0021] 建立的(build-up)反应器可在靠近矿堆的位置工作。可向每个反应器中喷射空气，并且可向空气中补充二氧化碳。二氧化碳的补充量可在0.1％-5％v/v的范围内。
[0022] 可实施接种以保持主矿堆中的细胞量处于106-1012个细胞/吨矿石的数值。
[0023] 在本发明的一个变化中，代替直接从反应器进入矿堆，每个反应器中的接种体被导入至充气的池中，在该池中存储并保持接种体。然后在必要时将池中的接种体加入到主矿堆中。
[0024] 在本发明的第二个变化中，例如源自一个或更多个建立的反应器的接种体，根据需要与酸一起，被加入到粉碎的矿石中，将接种过的矿石加入到主矿堆中，从而将接种体引入到主矿堆。
[0025] 在本发明的另一形式中，在封闭的圆形结构中运行辅助堆，该辅助堆与主矿堆相比规模较小。使用源自一个或更多个建立的反应器的或源自所谓的接种体池的接种体灌溉所述辅助堆。将从辅助堆排出的浸出液回流于该辅助堆。因此该辅助堆充当为接种体产生器，将该矿堆中其自身上附着有活性微生物的矿石加入到主矿堆中，从而将活性微生物引入到主矿堆。
[0026] 在本发明的一个变形中，将中间浸出液，即从主矿堆中提取的且未被用于金属回收过程的溶液，和使从主矿堆排出的富集浸出溶液经过金属回收过程而产生的残液回流至6 8
主矿堆，从而提高主矿堆中活性细胞的数量。中间浸出液可具有10 个细胞/ml-10 个细胞/ml的细胞数量。残液可具有相似的细胞数量。根据需要可向残液中加入酸。
主矿堆，从而提高主矿堆中活性细胞的数量。中间浸出液可具有10 个细胞/ml-10 个细胞/ml的细胞数量。残液可具有相似的细胞数量。根据需要可向残液中加入酸。
[0027] 可向主矿堆喷射补充有二氧化碳的空气，例如含0.1％v/v的CO2。
[0028] 根据本发明的不同方面，在此提供了一种矿堆生物浸出方法，其包括当矿堆的温度为中温温度时，向矿堆加入氧化铁和硫的中等嗜热菌和嗜热菌的步骤，因此提高矿堆中热量的产生速度，从而使矿堆温度升高至高温区。
[0029] 本发明还提供了一种用于至少从黄铜矿矿石中回收铜的矿堆生物浸出方法，其包括由矿石形成矿堆，和此后在矿堆温度达到高温区之前，向矿堆中加入至少氧化铁和硫的嗜热菌的步骤。
附图说明
[0030] 参照附图以举例方式对本发明进行了进一步描述，在附图中：
[0031] 图1、2和3在此之前已被引用，因此不再说明；
[0032] 图4所示为与时间相对应的温度曲线，其表明矿堆再接种的效果；
[0033] 图5图示了在进行接种工作时加入到矿堆的活性微生物的积累量，该积累量是时间的函数；
[0034] 图6和7图示了刚接种和团块的矿石以及已接种并已经团块后的矿石分别在25℃、35℃、50℃、55℃和65℃保持90天后的矿石中微生物的摇瓶微生物活性测试(shake flask microbial activity tests)的结果；
[0035] 图8为矿石样品中细胞浓度水平的条形图，其中细胞浓度为由RT PCR技术测定的，分别对于低温温菌、高温温菌、中等嗜热菌、中等嗜热古菌和嗜热菌在初始接种、每吨矿石添加2kg酸后0天和初始接种后90天的细胞浓度；
[0036] 图9所示为矿堆再接种后，参照图8的微生物菌株的比较的细胞浓度水平或在矿堆的不同水平选取的样品；
[0037] 图10为作为时间的函数的平均矿堆温度的曲线，其与图1所示曲线相似，同时也表明不同微生物集团具有活性的温度区域；
[0038] 图11图示了在启动后，向矿堆添加CO2对矿堆温度的有益效果；而[0039] 图12代表具有依据本发明的原则在此可实施的可能变形的高温矿堆生物浸出工艺的框图。
[0040] 优选实施方式
[0041] 在典型的生物浸出工艺中，通过团块矿石形成矿堆，其中的矿石被预先接种合适的氧化微生物。本发明基于这样的发现，在矿堆建立的过程中，嗜热微生物不能在团块过程和随之而来的保持期中存活下来。
[0042] 图6和7图示了刚团块接种的矿石和分别在25℃、35℃、50℃和65℃保持大约90天的接种和团块的矿石试样的摇瓶微生物活性测试结果；
[0043] 图6图示了在每个前述温度下观察到的微生物活性。但是对于在90天保持的材料，在65℃没有观察到微生物活性，尽管在更低的温度25℃、35℃和50℃下存在活性(参见图7)。
[0044] 通过RT PCR分析确定了摇瓶微生物活性测试的结果，RT PCR分析表明嗜热菌不能在经历90天保持期后依然存活，参见图8。尽管随着时间增加细胞浓度降低，然而在较低温度下具有活性的微生物却能够在经历保持期后依然存活。
[0045] 图9图示了90天保持期后矿堆再接种的效果。对于每个样品所有微生物的细胞浓度因此被提高至相对高的水平，其中样品是由矿堆顶部起逐渐增加深度而选取的。嗜热微生物的细胞数量从90天保持期后获得的基本上为0的数值明显地被恢复，如图8所示。嗜热菌也向矿堆下部迁移，并存在于不同深度取出的样品中。
[0046] 图4具有标记为A的矿堆温度随时间变化的第一曲线，其中在团块过程中对矿堆接种，并在此后不对其接种，和标记为B的第二曲线，其中对矿堆实施频繁的或连续的再接种。
[0047] 图7和9所示为曲线A确认的结果，其中由于未出现嗜热微生物，由生物活性造成的最高矿堆温度仅略高于50℃。另一方面，曲线B展示了在批量或连续测试的情况下向矿堆频繁加入接种体而获得的改进。作为添加接种体的结果，微生物的总数量一直保持在活性水平。在高温的稍后阶段添加的微生物为中等嗜热菌和高温嗜热菌，这将补充在团块和随后的保持期过程中的微生物损失，有助于在高的黄铜矿浸出温度下增加微生物活性。在团块后不添加接种体，当矿堆温度开始升高时，嗜热菌的数量仅有很少，因此嗜热菌活性低。因此成功推进到高温作业条件是不可能的。
[0048] 图5图示了微生物的积累量，其是由在矿堆启动后的初始阶段添加温菌、中等嗜热菌和嗜热菌的混合接种体，并随后使用中等嗜热菌和嗜热菌的混合接种体而造成。
[0049] 使用中等嗜热菌和嗜热菌对矿堆再接种将补充在团块和备用过程中的微生物损失，因此对于实现高作业温度是必须的。
[0050] 然而提高低温下微生物的活性从而减少启动延迟时间也是十分重要的。图11中有标记为C的在向矿堆单独喷射空气的情况下温度随时间变化的曲线，和标记为D的在向矿堆喷射补充有0.1％-0.5％CO2v/v的空气的情况下的相似曲线。在矿堆启动及之后的阶段，当添加CO2时，矿堆温度明显以更快速度升高。
[0051] 由上述内容明显可知，在不添加优良的氧化铁和硫中等嗜热菌和嗜热菌的情况下，矿堆温度将不能达到高温值，且将停滞在大约55℃。这一情形在图10中以图形显示，图10与图1相似。由如下关系式说明添加氧化铁和硫中等嗜热菌和嗜热菌的作用：
[0052]
[0053]
[0054] ΔH0＝400MJ/kmol/O2
[0055] 2.0kg O2/kg S2-
[0056] 图12为代表高温生物浸出工艺的框图，该工艺使用本发明的原则在黄铜矿矿堆中实施，用于回收铜。
[0057] 一个目标是为了增加从矿石中回收的铜的量而最大化矿堆中热量的产生。如图10所示，在中温区域为了最大化微生物的生长而添加CO2。在未添加CO2的情况下，在启动后片刻矿堆的上部区域中CO2将枯竭，这对微生物的生长和热量产生将产生负面影响。
[0058] 除了添加CO2，在团块后向矿堆中接种嗜热菌，以保证当矿堆达到高温时，出现正确的嗜热微生物。
[0059] 参见图12，矿堆10由团块的矿石建造，所述团块的矿石可被至少使用嗜中温菌和中等嗜热菌预先接种。使用常规技术在台(pads)12和14建造矿堆。经管道18将气源16的空气喷射至矿堆的下部区域。以受控的速度向空气流中加入气源20中的二氧化碳，典型的量为0.1％CO2v/v。
[0060] 可选地将台12中收集的中间浸出液21回流至位于矿堆上方的灌溉系统22。
[0062] 在一个池或容器28中收集过程24产生的残液，且在必要时从来源30中添加硫6 8
酸。残液具有10-10 个细胞/ml细胞数量，被循环(31)至灌溉系统22。
酸。残液具有10-10 个细胞/ml细胞数量，被循环(31)至灌溉系统22。
[0063] 为了确保当矿堆温度达到高温时出现合适的嗜热微生物，可使用不同的技术。第一种可能是使用至少一个建立的反应器，该反应器中培养有接种体。图12所示的由虚线框36包围的部分说明了接种体建立过程，其中将精矿38引入多个接种体建立反应器40A-40E中，在其中培养合适的微生物，这些微生物分别在25℃、35℃、50℃、55℃和65℃具有活性。
每个反应器使用各自的叶轮42A-42E进行搅动，且空气44被导入到每个反应器的下部区域。二氧化碳46加入到空气中以最大化和控制每个反应器中接种体产生。存在的二氧化碳的范围为0.1％-5％v/v。
每个反应器使用各自的叶轮42A-42E进行搅动，且空气44被导入到每个反应器的下部区域。二氧化碳46加入到空气中以最大化和控制每个反应器中接种体产生。存在的二氧化碳的范围为0.1％-5％v/v。
[0064] 为了最大化矿堆10中热量的产生，根据需要将接种体48从每个反应器中抽出。例如，参见图5，在矿堆的初始启动和之后的阶段，包含嗜中温微生物、中等嗜热微生物和嗜热微生物的混合接种体被加入到灌溉系统中，随着矿堆温度的升高，中等嗜热微生物和嗜热微生物的混合接种体被加入矿堆中。接种体48可以以定期间隔的批量方式加入，但优选以受控且连续的速度加入。接种体的细胞数量依赖于每个反应器的机能和可能发生的任何稀7 10 8 9
释，但典型地处于10-10 个细胞/ml的范围，优选值在10-10 个细胞/ml的范围。这种
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关注的目的是将矿堆中的细胞数量保证在10-10 个细胞/吨矿石的范围内。
释，但典型地处于10-10 个细胞/ml的范围，优选值在10-10 个细胞/ml的范围。这种
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关注的目的是将矿堆中的细胞数量保证在10-10 个细胞/吨矿石的范围内。
[0065] 伴随着矿堆的以上述方式的接种和再接种，矿堆中的平均温度曲线紧密跟随图4中标记为B的曲线。
[0066] 图12中框36所描述的方法是提升矿堆作业温度的一种优选方式。然而其他技术也可代替用于此处或在此结合使用。
[0067] 框50说明了一个变形，其中来自一个或更多个反应器40的接种体52被导入到一个接种体池54中。所述池是充气的(53)，被用作存储和保持池，根据需要接种体56可被导5 8
入至灌溉系统22，接种体56典型地具有10-10 个细胞/ml的细胞数量。
入至灌溉系统22，接种体56典型地具有10-10 个细胞/ml的细胞数量。
[0068] 在另一精制(57)的接种体58，或者源自池54或源自任何反应器40，被导入一个小的分离的矿堆60中，该矿堆处于封闭循环条件。在一个池62中收集从该矿堆中抽出的溶液，并将该溶液或者直接回流至该矿堆，或者存储和保持在所述接种体池54中。
[0069] 从矿堆60中分离包括所需微生物的矿石64，然后使用该矿石在矿堆10中团块，从而帮助将矿堆中的所需微生物的数量保持在合适的水平。
[0070] 一个相似的方法(65)是使用源自一个或更多个反应器40的接种体66，并接种粉碎的矿石68，该矿石在过程70中团块。将硫酸72添加到团块矿堆中，并根据需要将接种和团块的矿石74导入至矿堆10。
[0071] 还可能的是从池28抽取残液31并从台12抽取中间浸出液21，并将所述液体中的一种或两种液体的混合物74导入灌溉系统，从而保持矿堆中的细胞数量。
[0072] 已经描述的多种技术具有向矿堆添加嗜热菌的作用，从而确保当矿堆达到高温时出现合适的嗜热微生物。这种技术，优选当矿堆启动后立刻添加CO2一起实施，使得矿堆中50℃-60℃的温度间隙能够顺利过渡。
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