[发明专利]生物浸矿方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种可以提取金属和再利用这些提取的金属资源的生物浸矿方法和设备。

背景技术

由于金属化合物的需求不断地增加，以前被视为不是很容易实现的资源再利用现在日渐形成经济利益。这些资源可以为含残量金属的开矿废料的旧矿床或具有低金属含量和/或更复杂属性的矿石，包括各种金属和/或包括高含量杂质。另外，这些金属通常呈硫化物的形态，其处理技术上复杂，需要很高的投资。

最频繁地用来处理这些矿物的方法之一为高温冶金。经矿石的物理-化学处理浓缩硫化物之后，该方法包括热处理，热处理使得硫化物经氧化反应“燃烧”并产生富铁煅烧物和具有高浓度有价值金属(冰铜)的固态产品。这种方法涉及排放有毒气体，有毒气体的处理可能非常不便，仅对处理包括高含量碳酸盐的矿物稍微有效。

相对于高温冶金，湿法冶金方法通常需要较少投资，且特别适合于具有复杂组分和/或具有低浓度感兴趣金属的金属资源的处理。在湿法冶金法中，从环境和经济角度，有种方案通常很令人满意，称作生物湿法冶金，包括通过使用微生物提取金属。具体地，这种方案可以处理开矿废料和低浓度硫化矿。

通过微生物降解硫化矿的过程形成了用于生物湿法冶金中的生物浸矿方法的基础。这些微生物在铁和硫的高酸性介质中从氧化反应吸取它们新陈代谢功能所需的能量，铁和硫为含大量高经济价值金属(铜、镍、钴、锌、金、钼、银…)硫矿的主要成分。生物浸矿也允许将某些微生物如金属硫化叶菌、嗜酸氧化亚铁硫杆菌、嗜酸氧化硫硫杆菌、氧化亚铁钩端螺旋菌的极端新陈代谢能力用于提取这些感兴趣的金属。

生物堆浸是一个具体技术，包括待处理矿物的粗粉碎，然后在不渗透性垫上成堆存储它们。这些堆可以达到超过100m高度。然后，含微生物和合适营养介质的溶液散播在堆顶。当溶液穿过堆渗透，溶液逐渐地富含金属。浸透堆之后，浓缩溶液在堆的底部被回收。生物堆浸具有缓慢的或甚至非常缓慢的动力学(有时经年的持续处理)，产量可变(在30％和90％之间)，因此有时低，难以用于对多金属矿和/或含碳矿实施处理。这种方法的缓慢的动力学与在堆内部均一地施加和维持最佳条件(营养介质的温度、浓度和分散性、氧的浓度和分散性)的难度尤其有关。

为了获得高产率和更具吸引力的操作时间，生物浸矿可在机械搅拌和热调控的反应器中实施。在研磨待处理矿物、经物理-化学方法浓缩硫化物相之后，矿物在反应器中与含微生物和营养介质的水相混合，因此获得悬浮液。反应器由不可氧化材料制作，包括搅拌、空气注入和热交换装置，分别允许矿物维持在悬浮液中且气体分散在悬浮液中，为反应和微生物提供氧气，控制悬浮的温度以维持尽可能最快的生物浸矿动力学。

因此，这些反应器必需限制尺寸，仅允许处理具有有限矿物浓度(相比于悬浮液的总质量约15％至20％固体质量)的悬浮液。尽管具有这些优点，在实施这些设备所需能量方面，设备和经营成本上的投资仅适合处理具有高价值的金属矿，如含金矿。

发明内容

因此，本发明涉及生物浸出金属矿的方法，其投资成本和环境限制有限，以及适合实施所述方法的生物浸矿设备。

本发明的方法尤其适合处理具有低价值和/或复杂组分的金属矿，但也有利于处理昂贵的、具有高价值和/或具有简单组分的金属矿。

在本发明描述中，金属矿指：从矿、开矿废料、或从矿物和/或开矿废料的矿物冶炼处理得到的浓缩物。

这种金属矿可包括经生物浸矿从矿基释放的一种或多种金属。因此，后文提到的存在金属矿中或经生物浸矿释放的单数形式的“金属”，可以指单一金属或几种金属(的组合)。

本申请中，悬浮液理解为：包括分散在液体相中的固体相的任何液体连续相。

本发明第一个目的为生物浸出金属矿的方法，例如经“池”，所述方法包括以下步骤：

a)将磨碎的金属矿、包括生物浸矿微生物菌群的介质、和用于微生物菌群微生物的营养介质添加入器皿中；

b)经至少一个搅拌系统在器皿中获得悬浮液，所述搅拌系统用于将金属矿置于和/或维持在液相悬浮液中；

c)将含氧气和任选地可由微生物新陈代谢的二氧化碳的气体注入到悬浮液中；

d)金属矿通过微生物菌群以获得释放金属的方式生物浸出；

e)回收含释放金属且由a)溶液及b)固体残渣组成的液态产物。

根据本发明，悬浮液的温度通过调节气体的流量和组分，以及任选地悬浮液中固体的浓度来控制。更具体地，悬浮液的温度以这种方式控制以维持在预定的适合生物浸矿的范围。