專利名稱：生物氧化方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于從礦物中提取金屬，尤其是從含金屬的硫化物提取它們的生物氧化方法及其反應器。
背景技術：
可以用特定類型的微生物，尤其是細菌，生物提取具體是生物氧化過程中對含金屬的礦物尤其是金屬硫化物進行氧化。硫化物礦物的氧化可用于從例如硫化鐵、硫化銅、硫化鋅、硫化鎳和硫化鈷將金屬提取到溶液中，或將包裹在金屬硫化物(尤其是難熔礦石)中的貴金屬如金、銀和鉑分離出來。此方法被稱為細菌氧化、生物提取、生物氧化、生物浸取或細菌浸取。在這方面，黃鐵礦(一種硫化鐵)和毒砂(一種含硫化砷鐵)是所謂含金難熔礦石中最常見的含金礦物，用微生物處理這些物質可以有助于從含貴金屬的難熔礦石中分離出這些貴金屬。
已有文獻報道在這些方法中用了某些類型的細菌包括中溫微生物一氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌、鐵氧化鉤端螺菌，中等嗜熱菌以及嗜熱菌如硫化葉菌。
上述方法是許多文獻和專利所廣泛報道的主題。但常規的細菌氧化方法涉及在通入空氣的攪拌罐中或在以細菌顆粒團聚的6mm或更大巖石堆積物中或由細顆粒造粒成的堆積物中進行細菌氧化。開發了一種含酸性細菌的液體，通常用于灌沖堆積物，便利于金屬提取。堆浸已采用了許多年，Brierley等人還為一個方法獲得了專利(美國專利No.524686)，該專利是采用兩步聚集方法用于從堆積物(其中礦物顆粒尺寸很大，并沒有打成漿液)中的硫化物礦物回收金。
Van Aswegen在“The Genmin Expericence”一文中描述了在裝有精礦和水的漿液的不銹鋼罐或其他帶襯里的鋼罐中進行細菌氧化。通常這些罐的高度為8米、直徑為9米，并裝有由大型電動機驅動的軸流式葉輪。將壓縮空氣通入，壓縮空氣被葉輪剪切成細分散的氣泡，維持漿液中所需的溶解氧濃度。在這些葉輪裝置中還可用各種其他類型的葉輪。
本發明申請人發現這些方法具有許多缺點。其中主要的缺點是制造用葉輪攪拌的細菌氧化反應器的基建成本高，且能耗也高。
雖然提出了一些建議用吹氣裝置來維持顆粒存在于懸浮液中，值得注意的是Envirotech的美國專利No.4728082、4732608、4968008、4974816和5007620一致認為需要某種機械裝置，如耙式裝置，確保大量的固體不致沉積在反應容器的底部而減少反應器的效率。
發明概述本發明的目的是提供進行細菌氧化金屬硫化物礦石的改進方法及其裝置。
由于這個目的，本發明一方面提供的是從含金屬的物質中通過生物氧化提取金屬的方法，包括在非機械攪拌的反應器中用能促進從含金屬的物質中提取金屬的細菌，來處理含金屬物質的漿液；通過充氣裝置向反應器中的漿液引入含氧的氣體，從而維持所述物質在懸浮液中懸浮并維持細菌的生命力。
充氣裝置可有利地以可控尺寸的氣泡形式將氣體引入反應器，通常是細小直徑的氣泡能提高氧向細菌的質量傳遞。可以理解，在這方面細菌的需氧量特別高，因此氧的擴散特性非常重要。氣泡的尺寸不是用切向力來控制的。
適合的充氣/攪拌裝置有利地具體包括下述一些吹氣器。吹氣器是通過從細小氣泡(較佳為控制的尺寸)到溶液或漿液的氣體的擴散物質傳遞，將空氣或氣體引入漿液，并將固體維持成用于細菌氧化的懸浮液狀態的裝置。在本發明中適用的是半球狀、管式、盤狀或環狀類型的吹氣器。
充氣裝置可包括液壓剪切裝置。在這種裝置中，是在剪切力的作用下籍對氣體的錯位形成非常細小的氣泡，然后才完全形成。
可用表面充氣裝置如槳式充氣裝置，來破壞液體表面從而有助于在整個反應漿液中細小氣泡的形成和夾帶。
另外還可使用液體噴射，是將反應器中的液流泵送通過文氏管，文氏管則將空氣抽取進入液體，這樣來為液體充氣。充了氣的液體再回到反應器中。
在一優選實施方案中，適用于維持細菌生命力的氣體包括含氧的氣體，如空氣、富氧空氣、或氧氣；有時可添加二氧化碳，如富含二氧化碳的空氣，通過充氣裝置(尤其是吹氣器)將這些氣體引入水溶液。
當使用生物氧化過程時，可選用各種化學無機營養菌。在這種過程中可用各種類別的細菌。這些類別如下1)中溫細菌，適用于10℃—45℃的氧化；2)中等嗜熱菌，在40℃—60℃范圍硫化物礦石的氧化；3)嗜熱菌，在50℃以上—90℃氧化。
進行這個過程可用任何一種或多種這些微生物(尤其是細菌品種)，通常分別稱為單培養物或混合培養物，在所需的溫度范圍內對硫化物或其他礦物或含金屬的物質進行氧化。用于細菌氧化的中溫細菌優選的是氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌、鐵氧化鉤端螺菌。大部分中等嗜熱菌沒有具體名稱，但有些被稱為熱氧化硫化桿菌。較佳的，嗜熱菌是布氏硫化葉菌、BC硫化葉菌和嗜酸熱硫化葉菌。雖然本文用的是這些名稱的品種，類似的在0℃—90℃整個溫度范圍中已鑒定能促使鐵和硫氧化的細菌雖無名稱，但也歸入本發明的范圍中。通常在上述細菌能耐受的溫度范圍中能有利地進行的過程將在下面敘述。可在中溫細菌、中等嗜熱菌或極端嗜熱菌適合的溫度范圍下進行反應。
雖然在金屬提取中可用這種方法，如果需要，也可用其他冶金操作進行預處理或后處理，如可用CIP或CIL方法來回收貴金屬。生物氧化以后通常進行固體/液體分離，分離下來的液體進一步處理來回收金屬。
可在任何合適的反應器中(包括那些本領域通常已知的反應器類型)使用這個方法，較佳地是連續操作。充氣可通過在這些反應器中的適合充氣裝置(即使在大容量系統中)實現。
但希望在反應器中不使用機械裝置，而將引入氣體作為將顆粒維持在懸浮狀態，不致有含金屬物質的礦物顆粒明顯沉積在反應器底部的唯一手段。可以說這種反應器是無耙式的。
在一優選實施方案中，含金屬的物質是例如非鐵基金屬硫化物礦石，如含銅、鎳、鋅、鉛或鈷的礦石，包括混合的或多金屬的礦石，或是包含有可由細菌作用溶解的包裹硫化物的含金難熔礦石。這一類別的其他金屬包括浮選精礦、重選精礦、尾礦、沉淀物、冰銅和硫化物的煙塵。但上述方法也適用于對非硫化物礦石和其他通常以經濟可利用濃度含金屬的無機物質的細菌氧化和生物浸取，為此有適合的細菌可用。例如用本發明的方法可生物浸取稀土礦石、氧化錳礦石和磷酸鹽巖石，但不限于此。
在本發明的另一個實施方案中，提供了用于生物氧化處理含金屬物質的反應器系統，它包括至少一個無耙式反應器，其反應空間中備有引入含氧氣體的充氣裝置，將所述的含金屬物質維持在懸浮狀態并維持細菌的生命力。
反應器雖然不帶攪拌的機械裝置，但可以是各種形狀，例如是罐或槽的形式。在這情況下，反應器可用適合的材料制成，鋼、金屬合金或混凝土，有時具有耐酸介質作襯里。其他結造材料包括木材、塑料、玻璃纖維。可用本領域已知的任何充氣裝置。
另外，可將反應器制成在地上或地下挖掘形成的儲器結構。在這種情況中，儲器可帶有不透液體的屏障襯里，如粘土或塑料膜，用以防止溶液進入周圍的土壤或巖石。可在周圍地面的上方用從巖石或其他的合適材料制成反應器。
雖然下述形式可應用于其他類型的合適反應器，就儲器結構而言，較佳的反應器，其平面截面為矩形。反應器可朝任何一端呈錐形。從一端看時，反應器的截面可以也呈矩形，當然也可用其他形狀。反應器的壁可是基本垂直或有斜度的。反應器的深度通常在4—8米之間，寬度通常在5—20米之間，當然深和寬這兩個尺寸都可以大些或小些。可用尺寸非常大的反應器(長度可以大于100米)，且可用許多反應器。這些反應器系統可串聯使用或平行使用。
反應器的底部可以從進料端開始呈坡度，由此礦石或其他含金屬的材料加入到反應器中直至出料端。該坡度可以是下降的。反應器的坡度可以是可變的。就便于讓顆粒從進料端送到出料端。可按要處理的含金屬物質或礦石的處理速率計算反應器的體積。
可將充氣裝置或吹氣器在反應器底部以均勻間隔安裝。吹氣器的安裝密集程度根據反應器的需氧量確定之。
在反應器一端的寬度上許多個部位，可將進料送入反應器中。通過一個環狀主管或常規類型的分流器將漿液分配給這些部位。
但反應器的設計不限制于上述這些結構，可用其他結構。
附圖簡述以下是本發明一些優選實施方案的描述。描述是參考以下附圖進行的，其中

圖1是用于本發明方法第一個實施方案的充氣裝置的側視截面圖；圖2是圖1以側視截面圖所示充氣裝置的俯視圖；圖3是用于本發明方法第二個實施方案的充氣裝置的側視截面圖；圖4是圖3以側視截面圖所示充氣裝置的俯視圖；圖5是顯示反應器中環流的示意圖，該反應器包括管狀充氣裝置，如本發明方法第三個實施例中所操作的反應器；圖6是顯示一反應器中環流的示意圖，該反應器包括一管狀充氣裝置，該反應器是本發明方法第四個實施例中所操作的反應器；圖7是本發明反應器另一實施方案的側視示意圖；圖8是圖7反應器的俯視示意圖。
優選實施例詳述圖1—4中，氣體通過一些吹氣器傳送，吹氣器是將氣體送到漿液或溶液的液體部分的裝置。通常，壓縮空氣(雖然上述的其他氣體也是適用的)由供氣管線10吹入吹氣器單元1，通過多孔壁11形成氣泡，這些氣泡的作用是將氧氣和二氧化碳送至反應器(沒有顯示)中的漿液2，供細菌呼吸和礦物氧化。供氣管線10可對若干個反應器供氣。引入反應器的空氣或氣體若是栓流，難以控制引入反應器的氣泡尺寸，這是不適宜的，最好避免。
壁11上孔13的直徑或尺寸以所需的可控方式支配氣泡的尺寸。氣泡的尺寸越小，單位體積氣泡的表面積越大，因而氣體和液體接觸的效率越大，從而使氧氣傳遞的值高，這是高效細菌氧化所必需的。氣泡的尺寸要維持在平均直徑為7.5mm或更小，較佳的平均直徑是5mm或更小。
可用盤狀、環狀或管狀的設計，圖1—4顯示了前兩種類型。
圖1所示側視截面圖和圖2所示俯視圖中的盤狀吹氣器，是由柔性膜15制成的，當不輸送空氣時它是封閉的。這能確保在處理過程中漿液不會進入供氣管線10。用一固定裝置如鎖緊圈16，將膜15固定在位，即膜的位置15固定在供氣管線10的出口20附近。當膜15因氣流而膨脹時，膜上的孔隙就打開，讓氣流通過。較佳的孔隙13是微細的，直徑為1—5μ左右。所以，無需葉輪作用來將氣栓剪切成適當的氣泡尺寸分布，從而優化氧到漿液的輸送。另外，可以容易控制的方式進行質量傳遞，通過選擇所需孔隙尺寸的膜或其他材料(下述)可以控制氣泡的尺寸。
圖3的側視截面圖和圖4的俯視圖顯示一個環狀吹氣器。所用的膜同樣具有上述的特征。但是供氣管線10還對供氣管線23供氣，而后者是向環狀管24供氣，由于供氣管線23也是用膜15形成的，結果使膜15與溶液或漿液接觸的面積更大。
膜15的特征可包括柔韌性、較低的成本、耐用性和容易更換。可用耐酸橡膠或其他聚合物制成膜15，其孔徑分布應符合本方法的要求。可用膜技術領域已知的方法制造膜。
另一種類型的吹氣器為通常的半球狀，用塑料或陶瓷制成。在這些材料上沖出與上述相同直徑的孔，這些孔徑是固定的，且所有時間都敞開讓空氣流過，在反應器的漿液中形成氣泡群。
一種特別高效類型的吹氣器是管狀的，管體上具有一些出氣的孔，較佳為U形結構。管狀體可與供氣管線相連，且可由膜或合適的塑料或陶瓷材料制成。
適用于本申請的吹氣器的尺寸通常能讓足夠體積的氣體送入漿液，使得在漿液中達到0.5-15mg/l溶解氧濃度(取決于用于生物氧化方法細菌的需氧量)。為將固體維持在懸浮狀態并為氧化提供足夠的氣體，可使用若干所需要的吹氣器。
可選擇反應器的結構實現最佳充氣。一個或多個吹氣器24可裝在反應器的底部或稍距底部(如果可以的話)，這多個吹氣器相距的距離，并且是可以不同流量引入氣體，使得向要處理的材料產生適合的氣泡分布。吹氣器是固定在位的。在不同情況下，將固體維持在懸浮狀態所需的吹氣器數目可能比氧化所需的大，而其他情況下前者所需的數目可能比后者所需的數目要小。在反應器底部均勻分布可能是優選的。便利地，反應器單位面積中充氣裝置或吹氣器的數目在不同部位可以不同，在反應器的進料端比出料端有更多數目的充氣裝置，因為預料在進料端有較高的細菌氧化速率。
圖5和6表示(對本發明無任何限制)，在反應器100中裝有若干管狀和盤狀吹氣器情況下可能的氣體循環情況。可以理解，各種排列均應能起有效混合和細菌/固體接觸的效果，雖然可能只用一個盤狀吹氣器即可。
圖7和8顯示一個具有斜底204的矩形反應器200。底204的斜度是從進料端208(此處將漿液引入)斜到出料端212(從此處排出經浸取過的顆粒)。溢滿的液流218則排出去金屬回收裝置(沒有顯示)。
有若干個管狀吹氣器224均勻分布在反應器200的底部上。
由管路232對吹氣器224供給空氣，用的是鼓風機230。還通過管路226將添加的二氧化碳通入管路232。合適的吹氣器224是可從澳大利亞MRE，Adelaide(Enviroquip管狀吹氣器的經銷商)購得的產生細小氣泡的管狀膜類型。這些吹氣器特別適合于連接通常用作管路232的PVC管。
管狀吹氣器224是由主管或集合管225對其供給含氧的氣體，各個管狀吹氣器224則從主管225向兩邊橫向延伸分布，覆蓋著反應器200的底部，如圖8所示。當各吹氣器224的管心裝滿水時，將躺在反應器200的底部上。
也可在與反應器連接的管路上安裝吹氣器，例如在那些將一反應器與反應器系統其他反應器相連的管路上安裝吹氣器。另外，也可用其他合適的裝置將氣體引入這些部位。這一點特別適用于堆浸法，因為在此方法中礦石顆粒不是呈在浸取液中懸浮狀態的。
可用本發明的方法和反應器系統處理的材料，包括礦石、從礦石獲得的精礦、尾礦、廢渣和其他含足夠金屬量的材料，只要從這些處理獲取金屬有經濟效益，或者是從這些材料除去金屬或除去對環境或其他處理過程有害的金屬。可以理解，本發明并不限制于處理硫化物。
含金屬的材料可能需要預處理，例如將其粉碎到足夠小尺寸，使其在常規研磨裝置如球磨機中能進行研磨。
通常，將要氧化的固體研磨成足夠細的顆粒尺寸，使氣體能將其有效地維持在懸浮狀態，而在反應器的底部沒有明顯沉積。需要研磨至合適的顆粒尺寸分布來滿足這個要求。研磨后產品的粒度最好是90％為50μm或更小。在本發明的另一實施例中，較佳地是用超細研磨機對礦物或其他含金屬的材料進行研磨，使其粒度有80％小于2μm至80％小于30μm。顆粒的最小粒度是用研磨實際可達到的粒度。顆粒粒度應選擇至最佳，使固體維持在懸浮狀態并適于進行細菌氧化。
通常，在粉碎和/或研磨以后，可以用重力選礦、浮選或其他選礦方法來對材料進行精選，用以增加產物中硫化物或其他所需礦物的比例。但這種方法也同樣適用于處理其他過程產生的殘留物精礦，此時不一定需要磨碎預處理。
將經過研磨的含金屬礦石或精礦最好用水性溶液(尤其水)混合打成漿液。來自研磨的漿液可添加水稀釋，泵送到要進行生物氧化過程的反應區。引入本發明反應器漿液的礦漿密度對達到本發明的目的非常重要，選擇范圍為5—15％或以上。礦漿密度較低(如上述)，能實現有效的細菌活性，因為離子濃度太高有毒性效應，并且細菌也會受到機械研磨。剪切力很低離子濃度低有助于促進浸取。較佳地，是預先和礦物一起將細菌以培養物的形式加入到反應器中，培養物中細菌已生長到足夠數量使每升礦漿中有105—109個細菌為佳。可按實用的做法或制動方法將細菌保持在反應器中。
在反應器中的保持時間較佳為2—8天。保持時間可以長些用來處理磨得不很細的材料(需要更長處理時間)，或者為了實現更高程度的氧化和金屬溶解。可按保持時間改變引入礦漿的氣體量，但并非必需。
通常在適合所用的具體細菌(如硫桿菌)生長的酸性溶液中進行細菌氧化處理。預料的pH范圍為0.5-3.0，0.8-2.5較佳。在開始處理時需要起始就加酸，為的是中和消耗酸的礦物，并將pH維持在所需范圍。硫化物礦物氧化時會產生酸性副產物，因而在處理過程中pH可能有所下降。如果需要，可以有控制地添加堿或堿性試劑(如石灰、石灰石或任何其他合適的堿)，從而將pH維持在所需范圍。
當要處理的材料不是硫化物時，可在堿性條件下進行反應。此時應將pH保持在適合具體浸取條件的水平。
維持細菌可以需要添加營養物來保持其生長。通常加到反應區的營養物是含氮、硫和磷的材料，如硫酸銨、二硫代磷酸鉀和硫酸鎂。另外，對具體的礦石和精礦還需要其他營養物，這是本領域已知的。
另外，硫化物礦物的氧化是放熱過程，在細菌促使礦物氧化的過程中要釋放熱量。當處理礦石時這可能是個問題，尤其是處理富含硫化物的精礦時。在這種情況下，釋放的熱量會使反應器中礦漿的溫度上升到高于細菌(尤其是硫桿菌)能承受的溫度。硫化葉菌的耐熱性較好。所以反應器通常具備冷卻系統。水是合適的冷卻劑，冷卻系統可以是直接冷卻的，將冷卻劑水引入反應器的底部。也可以用常規的熱交換設備進行間接冷卻。例如，可由冷卻塔產生冷水，將其通入冷卻盤管、管束或適合裝在反應器中的類似裝置。管束和盤管在沒有由葉片攪拌或混合所產生的強烈渦流情況下是很適用的。在反應儲器深度較小并液體表面積較大的情況下，可使用蒸發冷凝劑。冷卻劑可以足夠的速率引入，用以有助于將固體維持在懸浮狀態，而補充水抵消蒸發損失。
更通常使用的是具有加熱/冷卻功能的控溫系統。控溫系統的位置和特性，是內部還是外部的、直接還是間接的均可變，借以實現反應器所需的溫度控制。例如，當使用嗜熱菌時，可能需要加熱到60℃。
以下例舉一些此方法的其他用途，但無限制作用產生鐵離子本發明的方法適用于將溶液中的二價鐵離子轉化成三價鐵離子，三價鐵離子會與礦物(如鈾礦物)起反應，從而析出有經濟價值的金屬。
處理含錳礦石可以與硫化金屬混合進行錳礦石的處理，所用的細菌氧化參數如上所述。
另外，可將pH控制于4—8之間，用腸桿菌微生物浸取錳礦石。
脫除煤中的硫磺黃鐵礦礦物常與煤一起共同存在，人們已用化學無機營養菌的細菌氧化來除去黃鐵礦，減少煤中硫磺含量。可用本發明的方法來除硫，所用的細菌氧化參數如上所述。
由于用本發明的方法和反應器系統投資和操作成本預計較低，所以所用礦石、精礦或其他含金屬材料的級別可以比用于攪拌槽與類似的反應器系統低一些。
可從以下一些實施例的描述更完全地理解本發明。
實施例A 惰性材料用一種惰性材料進行試驗來模擬硫化物礦石和精礦的情況。
將10％重量百分數的漿液(其中顆粒粒度90％小于16μm)用密集排列的許多EPOM合成橡膠(從Nopol＇s購得的商品名為PIK300)制成的盤狀膜式吹氣器注入細空氣泡，使得在槽中維持均勻的懸浮液。吹氣器盤的直徑為304毫米，置于直徑為1.4米高為4米的槽的底部。槽的高度與工業使用的相似。
為防止固體沉淀所需的空氣流量至少為2.4Nm3/h/吹氣器。此所需的空氣流量在制造商推薦的操作范圍內。
因氣流減速或受到破壞而沉淀下來的固體，當流量重新設置到2.4Nm3/h/吹氣器或更高時，就重新重懸浮起來。
這些結果表明在相同的操作條件下，90％上顆粒小于12μm的典型經研磨硫化物精礦的漿液也會保持懸浮狀態。
空氣流量的操作條件設置到對應于每立方米1.5千克需氧量，這相當于硫化物礦物進行細菌氧化的需氧量。
實施例B含金難熔硫化物精礦的浸取將含毒砂和黃鐵礦的金精礦樣品研磨至80％顆粒的直徑小于15微米。
常規耐酸材料制成的一個生物氧化反應器，其容積為200升，在其底部安裝了實施例A所述的膜式吹氣器。以能將被研磨固體維持在懸浮狀態的流量向吹氣器供應空氣。不使用其他攪拌器。
用水混合精礦粉末，產生10％(以重量對體積計)的礦漿。向礦漿中加入硫酸維持酸度為pH1.2。向反應器中的礦漿加入約5升含精礦與中等嗜熱菌混合物的接種礦漿。隨后將包含水合硫酸鎂、正磷酸鉀和硫酸銨的營養混合物加到礦漿中。
然后加熱反應器，使礦漿的溫度維持在48℃(中等嗜熱菌的范圍)。
用一標準壓縮機通過帶閥的一個流量表以及與吹氣器相通的管道，向反應器通入空氣。
控制空氣的流量，使得吹氣器放出穩定的氣泡流。空氣用于將顆粒維持在懸浮狀態，同時對細菌培養物供氧。反應器中不使用其他攪拌器。每天采取礦漿樣品，測定毒砂/黃鐵礦精礦的氧化量。
實驗進行32天后，分析槽中的最終殘留物。
S2-是存在的硫化物硫的量，它決定著發生的整個氧化量。基于對殘留物的分析，得出氧化量。
然后用常規的氰化物浸取來提取殘留物中的金。殘留物分析為67g金/噸，表明其中99％的金已用氰化法提取。
實施例C銅精礦的浸取將含黃銅礦的銅精礦樣品(標為“CP1”)研磨至80％顆粒的直徑小于10微米。
同樣，在最大容積為200升的生物氧化反應器，底部安裝實施例A所述的膜式吹氣器。以能將被研磨固體維持在懸浮狀態并維持細菌需氧量的流量供應空氣。不使用其他攪拌器。
用水混合精礦粉末，產生5％(重量對體積計)的礦漿。向礦漿中加入硫酸維持酸度在pH1.2。向反應器中的礦漿加入約5升含精礦與中等嗜熱菌混合物的接種礦漿。隨后將包含水合硫酸鎂、正磷酸鉀和硫酸銨的營養混合物加到礦漿中。
然后將反應器置于一加熱的房間中，使礦漿的溫度維持在48℃。
用一標準壓縮機通過帶閥的流量表以及與吹氣器相通的管道，向反應器通入空氣。
控制空氣的流量，使得吹氣器放出穩定的氣泡流。空氣用于將顆粒維持在懸浮狀態，同時對細菌培養物供氧。反應器中不使用其他攪拌器。每天采取礦漿樣品，測定毒砂/黃鐵礦精礦的氧化量。
實施例D多金屬精礦D.1用中溫細菌浸取在本實施例中，所用的反應器直徑125mm，高1.7m。將實施例A所述的吹氣器安裝于反應器的底部。
對含有硫化物礦物混合物的混合多金屬精礦(標名為“M1”)樣品進行生物氧化，提取鋅、鎳、銅和鈷。精礦含有鎳礦物鎳黃銅礦，在礦物磁黃銅礦的結構中也含有鎳。銅主要以黃銅礦的形式存在，但也存在輝銅礦和斑銅礦。鋅以閃鋅礦存在。金屬鈷與鎳礦物結合，且也作為鎳礦物存在。將精礦研磨至80％顆粒的直徑小于15微米。
用水混合精礦粉末，產生10％(重量對體積計)的礦漿。向礦漿中加入硫酸維持酸度在pH1.2。向反應器中的礦漿加入約半升精礦與中溫細菌(氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌)混合物的接種礦漿。隨后將包含水合硫酸鎂、正磷酸鉀和硫酸銨的營養混合物加到礦漿中。
然后將反應器置于一加熱的房間中，使礦漿的溫度維持在35℃。
用一標準壓縮機通過帶閥的流量表以及與吹氣器相通的管道向反應器通入空氣。
控制空氣的流量，使得吹氣器放出穩定的氣泡流。空氣用于將顆粒維持在懸浮狀態，同時對細菌培養物供氧。反應器中不使用其他攪拌器。精礦被氧化，金屬進入到溶液中。分析礦漿的一部分來測定金屬提取量。當反應完成后，分離固相和液相，并分析溶液和固體。
D.2用中等嗜熱菌浸取在本實施例中，所用的反應器直徑125mm，高1.7m。將實施例A所述的吹氣器安裝于反應器的底部。
對含硫化物礦物混合物的混合多金屬精礦(標名為“M2”)樣品進行生物氧化，提取鋅、鎳、銅和鈷。精礦含有鎳礦物鎳黃銅礦，在礦物磁黃銅礦的結構中也含有鎳。銅主要以黃銅礦的形式存在，但也存在輝銅礦和斑銅礦。鋅以閃鋅礦存在。金屬鈷與鎳礦物結合，且也作為鎳礦物存在。將精礦研磨至80％顆粒的直徑小于15微米。
用水混合精礦粉末，產生10％(重量對體積計)的礦漿。向礦漿中加入硫酸維持酸度在pH1.2。向反應器中的礦漿加入約半升含礦石精礦與中等嗜熱菌(氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌)混合物的接種礦漿。隨后將包括水合硫酸鎂、正磷酸鉀和硫酸銨的營養混合物加到礦漿中。
然后將反應器置于一加熱的房間中，使礦漿的溫度維持在47℃。
用一標準壓縮機通過帶閥的流量表以及與吹氣器相通的管道向反應器通入空氣。
控制空氣的流量，使得吹氣器放出穩定的氣泡流。空氣用于將顆粒維持在懸浮狀態，同時對細菌培養物供氧。反應器中不使用其他攪拌器。精礦被氧化，金屬進入到溶液中。分析礦漿的一部分來測定金屬提取量。當反應完成后，分離固相和液相，并分析溶液和固體。
D.3用嗜熱菌浸取在本實施例中，所用的反應器直徑40mm，高1.0m。將可購得的燒結聚合物吹氣器安裝于反應器的底部。
對含硫化物礦物混合物的混合多金屬精礦(命名為“M3”)樣品進行生物氧化，以提取鋅、鎳、銅和鈷。精礦含有鎳礦物鎳黃銅礦，在礦物磁黃銅礦的結構中也含有鎳。銅主要以黃銅礦的形式存在，但也存在輝銅礦和斑銅礦。鋅以閃鋅礦存在。金屬鈷與鎳礦物結合，且也作為鎳礦物存在。將精礦研磨至80％顆粒的直徑小于15微米。
用水混合精礦粉末，產生3％(重量對體積計)的礦漿。向礦漿中加入硫酸維持酸度在pH1.2。向反應器中的礦漿加入約100ml含礦石精礦與嗜熱菌(硫化葉菌)混合物的接種礦漿。隨后將包含水合硫酸鎂、正磷酸鉀和硫酸銨的營養混合物加到礦漿中。
然后將反應器置于一加熱的房間中，使礦漿的溫度維持在70℃。
用一標準壓縮機通過帶閥的流量表以及與吹氣器相通的管道向反應器通入空氣。
控制空氣的流量，使得吹氣器放出穩定的氣泡流。空氣用于將顆粒維持在懸浮狀態，同時對細菌培養物供氧。反應器中不使用其他攪拌器。精礦被氧化，金屬進入到溶液中。分析礦漿的一部分來測定金屬提取量。當反應完成后，分離固相和液相，并分析溶液和固體。
實施例E鋅精礦在本實施例中，所用的生物氧化反應器的直徑40mm，高1.0m。將實施例D.3所用的燒結聚合物吹氣器裝于反應器的底部。
處理含硫化物礦物混合物的鋅精礦(命名為“Z1”)樣品提取鋅。精礦所含的鋅以閃鋅礦存在。樣品中也含有呈方鉛巖的硫化鉛。將精礦研磨至80％顆粒的直徑小于15微米。
用水混合精礦粉末，產生5％(重量對體積計)的礦漿。向礦漿中加入硫酸維持酸度在pH1.2。向反應器中的礦漿加入約半升精礦與中等嗜熱菌(氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌)混合物的接種礦漿。隨后將包含水合硫酸鎂、正磷酸鉀和硫酸銨的營養混合物加到礦漿中。
然后加熱反應器，使礦漿的溫度維持在48℃。
用一標準壓縮機通過帶閥的流量表以及與吹氣器相通的管道向反應器通入空氣。
控制空氣的流量，使得吹氣器放出穩定的氣泡流。空氣用于將顆粒維持在懸浮狀態，同時對細菌培養物供氧。反應器中不使用其他攪拌器。精礦被氧化，鋅進入到溶液中。分析礦漿的一部分液體來測定鋅的提取量。
實施例F將二價鐵轉化成三價鐵在直徑25mm高1.0m的反應器中進行另一個實驗。將實施例D.3和E中所用的燒結聚合物吹氣器裝于反應器的底部。
將硫酸亞鐵樣品加到反應器中，用水稀釋，得到鐵的濃度為9g/l。向反應器中的漿液加入硫酸維持酸度在pH1.2。向反應器中的礦漿加入非常噬熱的細菌(硫化葉菌)，該細菌是先提取在濾紙上將它們與其他殘留的溶液分開。隨后將包含水合硫酸鎂、正磷酸鉀和硫酸銨的營養混合物加到漿液中。
然后加熱反應器，使礦漿的溫度維持在70℃。
用一標準壓縮機通過帶閥的流量表以及與吹氣器相通的管道向反應器通入空氣。
控制空氣的流量，使得吹氣器放出穩定的氣泡流。空氣用于將顆粒維持在懸浮狀態，同時對細菌培養物供氧。反應器中不使用其他攪拌器。
結果溶液中的二價鐵被氧化轉化成三價鐵。用重鉻酸鉀滴定測定二價鐵的轉化量。
在不出本發明的范圍情況下，可對本發明的方法和反應器系統還可作一些改進和變化。
權利要求
1.一種用生物氧化從含金屬的材料回收金屬的方法，其特征在于，所述的方法包括在不用機械攪拌的反應器中，用能從所述含金屬的材料提取金屬的細菌，處理含該材料的漿液；通過充氣裝置將含氧的氣體引入反應器中的漿液，將所述的材料維持在懸浮狀態并維持細菌的生命力。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，以可控尺寸的氣泡將所述的氣體引入所述的漿液。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的充氣裝置包括至少一種選自以下的吹氣器管狀、半球狀、環狀和盤狀的吹氣器。
4.如前任一權利要求所述的方法，其特征在于，所述的反應器是無耙式的。
5.如前任一權利要求所述的方法，其特征在于，所述引入反應器的氣體還含有二氧化碳。
6.如前任一權利要求所述的方法，其特征在于，所述的細菌培養物包括至少一種選自以下的微生物氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌、鐵氧化鉤端螺菌、熱氧化硫化桿菌、布氏硫化葉菌、BC硫化葉菌和嗜酸熱硫化葉菌。
7.如前任一權利要求所述的方法，其特征在于，所述含金屬的材料含有至少一種以下金屬非二價鐵基金屬、貴金屬和稀土。
8.一種反應器，其特征在于，可按上述任一權利要求所述的方法進行操作。
9.一種生物氧化處理含金屬材料的反應器系統，其特征在于，所述的反應器系統包括至少一個無耙式反應器，反應器各有充氣裝置，用來將含氧的氣體引入反應器，從而將所述的含金屬的材料維持在懸浮狀態，并維持細菌的生命力。
10.如權利要求9所述的反應器系統，其特征在于，所述的至少一個反應器是槽或罐。
11.如權利要求9所述的反應器系統，其特征在于，所述的至少一個反應器包括具有不透液體屏障襯里的儲器。
12.如權利要求10或11任一所述的反應器系統，其特征在于，所述的至少一個反應器具有進料端和出料端，且反應器的底部朝出料端有一向下斜的底部。
13.如權利要求9—12任一所述的反應器系統，其特征在于，所述的充氣裝置包括至少一個吹氣器。
14.如權利要求13所述的反應器系統，其特征在于，所述的各吹氣器裝于反應器底部附近。
15.如權利要求13所述的反應器系統，其特征在于，所述的吹氣器是管狀、半球狀、環狀或盤狀的吹氣器。
16.如權利要求9—15任一所述的反應器系統，其特征在于，所述的充氣裝置位于與所述的至少一個反應器相通的管道上。
全文摘要
本發明公開了一種進行生物氧化加工,從含金屬的材料中提取金屬的方法及其裝置,在生物氧化反應器中采用充氣裝置,較佳是吹氣器裝置,將含氧的氣體引入該不用機械攪拌裝置的反應器,來維持細菌的生命力,并將含金屬的材料維持在懸浮狀態。
文檔編號C22B3/00GK1331759SQ99814694
公開日2002年1月16日 申請日期1999年10月22日 優先權日1998年11月18日
發明者M·羅茲, P·C·米勒, R·溫比 申請人:拜克泰克(澳大利亞)控股有限公司