CN102099497A - 用于受控制的均匀酸浸提的方法 - Google Patents

Abstract

使用酸性浸提溶液浸提包含一种或多种目标金属的材料以提取所述一种或多种目标金属的方法，所述方法包括(I)通过下列方法根据经验确定用于所述酸性浸提溶液的最佳酸浓度范围，所述方法包括：(a)确定在所述浸提溶液中提取的一种或多种目标金属的浓度与和酸消耗量之间的关系，(b)使用所述关系来估计作为所述酸消耗量的函数的包含所述目标金属的材料的值参数，以及(c)确定所述最佳酸浓度范围，其是与最佳值参数相应的pH范围；以及(II)控制所述酸性浸提溶液的浓度以使在整个所述材料中，所述溶液的pH基本上在最佳酸浓度范围内。

Description

用于受控制的均匀酸浸提的方法

发明领域

本发明涉及用于包含一种或多种目标金属的材料的酸浸提的方法，其中所述浸提溶液的酸浓度是受控制的，处于预定的经济上最佳的水平。本发明特别涉及在整个堆中，通过将浸提溶液的酸浓度控制在经济上最佳和基本均匀的水平来堆浸高酸消耗材料的方法。

发明背景

堆浸是众所周知的通常用于从低级矿或尾矿中浸提金属的湿法冶金方法。

高酸消耗矿石是其中的目标金属需要酸性溶液以便被提取且其中的脉石矿物也以高速率消耗酸的矿石。

由于高酸消耗量和产生的影响，堆浸通常不用于高酸消耗的矿石，所述影响为对：(1)与酸相关的提取的湿法冶金成本，(2)与酸可溶的没有价值的金属相关的下游加工成本，以及(3)堆不稳定性产生的影响。

值得注意的例外是可提取的金属价值较高的情况。尽管高酸消耗量有技术和经济影响，但镍红土可具有较高的镍等级(例如＞0.5％)并存在钴，这足以引发将基于酸的堆浸应用于镍红土。

确定特定矿石的堆浸是否经济的主要因素为：

(1)总的酸消耗量，其为脉石矿物和矿石所处的酸浓度的函数，

(2)有价值的金属的提取程度，以及

(3)不需要元素的共提取程度，其影响下游加工成本。例如对于镍红土，在酸浸提过程中释放的镍和钴均为有价值的金属，而铁、锰、铝、铬和镁是影响下游加工成本的主要的共提取因素。

因为上述因素，在任何堆浸项目中酸消耗量是操作支出和资本支出二者的最重要的决定性因素。

对于给定的矿石矿物，酸消耗量及其相关影响受进行浸提处理时所处的酸浓度控制。

当在一般条件下操作时(即通过喷淋(irrigation)溶液来将酸应用于堆顶)，高酸消耗的矿石的堆浸导致作为堆的高度的函数的陡峭的酸浓度梯度变化。堆操作方法的这种一般方式是指将堆顶部分过分暴露在酸中以确保使最小浓度的酸最后到达整个层深。这样的引起酸浸提的梯度变化导致总的不必要的高酸消耗量和不需要的金属的高水平的共溶。除了与在下游加工循环中去除不需要的金属相关的高成本外，这反过来导致需要大的和昂贵的酸生产工厂。

高酸消耗量和脉石溶解也常导致堆稳定性和透水性问题。这是因为一般红土堆浸的总质量损失以重量计可以高达40％。

一种能够降低陡峭的pH梯度变化的可能方法为增加喷淋液流速率。然而，这样的策略受限于在克服梯度变化所需的高溶液使用速率(＞40L m^-2h^-1)下遇到了严重的液压问题的事实。

其他降低梯度变化的可能策略包括使用非常低(即＜4m高)的堆或以多个水平喷淋(即除了表面喷淋外以不同深度进行喷淋)堆。这两种策略也存在问题。非常低的堆是指需要非常大的堆表面积和扩展的堆防漏垫(containment pad)覆盖区。这对资金和操作成本具有重要影响。相反，由于在堆垛过程中这样的喷淋分散***倾向于损坏，并且在堆操作过程中其不能令人满意地被监测或维持的事实，所以多层(或多水平)喷淋***是不切实际的。这样的多层喷淋也导致随着堆深度的增加，液压流速增加，这可具有二次负面影响。

高酸消耗的矿石也可在堆浸之前进行预处理步骤，例如酸处理，以便至少部分地中和矿石。然而，这样的预处理严重地增加了处理矿石的成本和复杂性。

使用堆内原位酸生成解决了某些上面所列的限制。然而，目前还没有开发出严密的方法以测定和维持堆内的最佳浸提条件以最小化酸消耗量但允许足够的目标金属溶解。

因此亟需避免堆内的酸浓度梯度变化并使浸提能够在选定的酸浓度下进行的堆浸方法，在整个堆中能够基本均匀地保持所述选定的酸浓度。考虑到有价值金属的回收，酸消耗量和下游加工成本，这样的方法允许浸提在经济上的最佳条件下进行。

发明详述

根据本发明，提供了：

使用酸性浸提溶液浸提包含一种或多种目标金属的材料以提取所述一种或多种目标金属的方法，所述方法包括：

(I)通过下列方法根据经验确定所述酸性浸提溶液的最佳酸浓度范围，所述方法包括：

(a)确定在所述浸提溶液中提取的一种或多种目标金属的浓度与酸消耗量之间的关系，

(b)使用所述关系来估计作为所述酸消耗量的函数的包含所述目标金属的材料的值参数，以及

(c)确定所述最佳酸浓度范围，其是与最佳值参数相应的pH范围；以及

(II)控制所述酸性浸提溶液的浓度以使在整个所述材料中，所述溶液的pH基本上在所述最佳酸浓度范围内。

术语“值参数”是指将预定的成本因素考虑进去来测定包含金属材料的总的经济价值的参数。通常，所述值参数为涉及堆浸包含金属材料的项目的净现值，或NPV。术语“净现值”(NPV)是本领域的术语且能被技术人员所理解。

本发明的方法特别适用于堆浸材料，所以下列描述将集中于该应用。然而，应当理解，本发明不限于堆浸，例如，其可以扩展到诸如搅拌槽的槽浸，或在其他容器中的浸提。

因此，在一定条件下进行所述浸提方法使得浸提溶液具有基本均匀受控制的酸浓度，所述酸浓度被预定为要浸提的特定金属的经济上最佳的浓度。

所述目标金属可为钴、镍、铜、锌和铀中的一种或多种。

通常，包含一种或多种目标金属的材料选自矿石，精矿和包含金属的废料，及其组合。更通常地，所述材料为矿石，且下列描述将集中于这种应用，尽管应该清楚地理解本发明也适用于除矿石外的其他材料。更通常地，所述材料为酸消耗矿石，例如红土矿石或含硫化物的矿石，优选地为包含镍和钴的矿石。所述包含镍和钴的矿石可为红土矿石、腐泥土矿石、囊脱石、褐铁矿、部分氧化的和硫化的矿石或精矿或中间体的一种或多种。

优选地，使所述包含目标金属的材料形成烧结块。

优选地，所述酸性浸提溶液为硫酸。

本发明优选的特征是在堆内原位生成所述酸性浸提溶液。尽管下列描述将集中于这样的实施方案，但应清楚地理解本发明不限于该实施方案且可以扩展到应用浸提溶液的常规方法，例如通过向堆顶添加或在堆内喷淋。

优选地，可通过含硫材料的微生物氧化，或通过引入包含SO₂和含氧气体的气体混合物来原位生成所述酸性浸提溶液。然而，由于有瞬间的SO₂排放的可能，优选通过含硫材料的微生物氧化在堆内原位生成所述酸性浸提溶液。

优选地，通过硫选择性微生物实现所述微生物氧化，所述硫选择性微生物选自能够氧化硫的氧化细菌。合适的细菌或古细菌的非限制性实例包括选自氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans)、氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferroxidans)、钩端螺旋菌属的种类(Leptospirillumspecies)、硫化杆菌属(Sulfobacillus)、嗜热硫氧化硫化杆菌(Thermosulfidooxidans)、布氏硫化叶菌(Sulfolobus brierleyi)、嗜酸热硫化叶菌(Sulfolobus acidocaldarius)、Sulfolobus BC、硫磺矿硫化叶菌(Sulfolobus solfataricus)、金属硫化叶菌(Sulfolobus metallicus)、Thiomicrospora sp.、无色菌(Achromatium sp.)、大单胞菌(Macromonassp.)、硫细菌(Thiobacterium sp.)、Thiospora sp.、卵硫细菌(Thiovulumsp.)、嗜酸硫杆菌属(Acidithiobacillus)、酸微菌属(Acidimicrobium)、硫化杆菌属(Sulfobacillus)；Ferrimicrobium、嗜酸菌属(Acidiphilum)、脂环酸芽孢杆菌属(Alicyclobacillus)、酸菌属(Acidianus)、生金球形菌属(Metallosphaera)、热原体属(Thermoplasma)及其混合物的那些。

硫选择性微生物可包括耐盐的微生物，例如新种Thiobacillusprosperus(Thiobacillus prosperus sp.nov)。

含硫的材料通常选自元素硫、硫化合物及其组合。

所述硫化合物可包括黄铁矿和磁黄铁矿，在某些矿区可以有利地大量得到它们。元素硫可包括较粗糙的硫颗粒、薄片或小球。能够使用粗糙的硫颗粒、薄片或小球来提供较慢的和持续的酸生成速率。在一个实施方案中，元素硫为生物学上生成的。这样的硫常为高活性的并且可具有亲水表面性质，当矿石的酸消耗量高时，其在浸提开始时能够为有利的。生物硫自然包含能够使硫在中性pH条件下氧化的微生物物种的事实，表示这种形式的硫提供了为菌剂有效来源的另外的优势，又特别是在浸提早期中当溶液的pH较高时其提供了所述优势。

优选地，使包含目标金属的材料形成包括含硫化合物的烧结块。所述烧结块可另外包括硫选择性微生物。在烧结之前或烧结过程中，将所述含硫的化合物和硫选择性微生物涂敷至所述包含金属的材料。或者，可在烧结之后将所述含硫的化合物和硫选择性微生物涂敷至所述包含金属的材料。

如前所述，术语“净现值”，或NPV，是本领域熟知的术语且是指长期项目的财务评价。其作为经济工具被广泛用于项目评价。

计算NPV的通式为：

$\mathrm{NPV}=-C_0+\underset{t=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{C_t}{{(1+r)}^t}$

其中：

t-现金流转的时间

N-项目的总时间

r-折现率(在金融市场上具有相似风险的投资上将获得的收益率)

C_t-在时间t的净现金流量(现金量)。

在项目涉及矿石浸提的情况下，NPV考虑加权平均资金成本，财务风险溢价，税收制度，操作成本，资金成本，要处理的矿石储备和未来金属价格的预测。因此作为高酸消耗矿石堆浸的最重要变量的函数，即酸消耗量的函数的NPV将全部相关项目和具体公司因素结合以计算最佳的经济利润。酸消耗量的重要作用是因为酸需求的突出影响及其相关技术对这样的项目的资金和操作成本结构的影响。

在本发明的方法中，步骤(I)(a)通常包括：

(i)用具有一系列pH值的一种或多种浸提溶液浸提所述材料以制备一种或多种浸出液；

(ii)测定所述浸出液或每种浸出液中的提取的金属的浓度；

(iii)计算与每个pH值相应的酸消耗量值；

(iv)确定每个酸消耗量值的提取的金属的浓度；以及

(v)确定酸消耗量与提取的金属的浓度之间的关系。

优选地，进行实验性测试，其中使感兴趣的材料(通常为矿石)处于受控制的和不断保持的pH溶液中。暴露于这样的溶液中导致包含金属材料的溶解，并由此导致提取目标金属以及任何共提取元素，以及随后在选定的浸提周期中，在选定的最佳粒径下的酸消耗量。多次进行这些测试，在不同的可控pH(或酸浓度)水平下进行的每个测试提供了作为总的酸消耗量的函数的目标金属(和任何共提取元素)的总的提取数据，以能够确定它们之间的关系。可以通过用多个浸提溶液处理来发生pH变化，每个浸提溶液具有不同的可控pH。或者，pH的变化可发生在单一的浸提溶液中，其中pH被逐渐地降低。

步骤(I)(b)使用目标金属浓度和酸消耗量之间的关系来估计值参数。这通常通过使用上述实验数据，和对下游加工以及酸生产设备和它们各自的项目成本推算的了解来完成，其确定了堆浸项目的净现值(NPV)。因此，能够以酸消耗量和用于具体项目的目标金属和任何共提取元素的提取的函数的形式计算NPV。

步骤(I)(c)确定与最佳的值参数的浸提相应的最佳溶液pH范围，其通常为最大的NPV。

能够测定用于具体的项目及其冶金提取行为的最大NPV。从较早描述的实验性测试系列中，能够测确(持续使用的)酸浓度，或pH，其导致酸消耗量与最大的NPV相当。应该注意，如随后将讨论的，最大的NPV不必需与最大目标金属提取点一致。

给定矿石的酸消耗速率主要受矿石所处的主要的溶液pH控制，如图1所描述的，该酸消耗速率通常在较低的pH水平增加。相反地，在本发明的优选实施方案中通过硫的微生物氧化的酸生成速率受主要的溶液pH条件的影响非常不同。通常，在中性pH下，硫氧化速率较慢，然后在适度的酸性pH(通常为1.5-3)下增加到最大速率，接着迅速下降以再次具有较高的酸性(例如pH低于1)。这是概述，并且最佳的酸生成范围受包含微生物群体的具体微生物物种的影响。概念上的酸生成速率和酸消耗速率如图2所示。重要的是要注意在具备足量的可用于氧化的硫和足够的微生物活性的情况下，能够在溶液pH水平高于平衡点时，使酸的生成速率超过酸的消耗速率。因此，溶液pH将持续下降直到达到pH的平衡点。在这点上，酸的生成速率等于酸的消耗速率并且溶液的pH不立即发生变化。

达到这样的平衡条件首先依赖于矿石的酸消耗性质，所述酸消耗性质反过来依赖于经过的浸提时间和浸提溶液的化学组成。平衡条件其次依赖于酸生成速率和影响它的因素。通常，在这种情况下，酸生成速率比酸消耗速率性质更可控，并由此其是用于使浸提条件最优化的主要手段。在通过硫的微生物氧化生成酸的情况下，酸生成主要依赖于：

·可用于微生物氧化的足量的硫。

·硫的物理特性。粗糙的硫能够用于提供较慢的酸生成的速率。或者，生物硫通常提供高酸生成。

·有助于硫氧化细菌的生长速率的充分的微生物活性和辅助条件，其包括氧气，二氧化碳，和其他营养需求。本领域公知，可以在烧结、矿石堆垛过程中，在堆垛后以气雾剂的形式添加或通过喷淋溶液添加包括细菌和古细菌二者的合适的硫氧化微生物物种。

·存在或引进的微生物物种。不同的微生物物种是在不同的最佳pH下有活性的。例如某些细菌和古细菌的最佳pH为0至1。

·微生物硫氧化活性也受抑制物质或缓冲剂的存在或缺乏的影响。

能够从图2中例示出，如果溶液主要的pH降低到低于浸提的最佳pH，应该优选抑制酸生成，特别是在微生物生长的指数阶段的酸生成。过高的酸生成速率可具有若干负面影响。首先可导致过低的溶液pH从而可导致较早突出的负面影响。其次，过高的初始酸生成速率可留下过少的剩余硫以便维持用于整个浸提周期的目标平衡pH条件。

图2中的酸消耗速率曲线表示脉石矿物在其最活泼时的早期条件。然而，随着持续的酸浸提，矿石的活性和随之而来的酸消耗速率将不可避免地下降。优选地，随着酸消耗速率的下降，酸生成速率也应减小以便防止溶液pH下降的过低。

当成功的可控均匀酸浸提实现了以上述方法在目标pH平衡点的浸提时，金属提取能够进行并提供最佳的经济项目利益。

在本发明方法的步骤(II)中，控制酸性浸提溶液的浓度以使其pH基本上在最佳的酸浓度范围内。通常通过控制堆内酸的原位生成和/或通过使用pH缓冲剂来控制所述酸性浸提溶液的浓度。优选地，步骤(II)包括在整个堆的高度控制酸性浸提溶液的基本均匀的浓度。

在酸性浸提溶液为已经原位生成的硫酸的情况下，优选地，通过一种或多种下列机理控制硫酸的原位生成：

(i)通过调节所述堆内氧化剂的分散速率控制硫的氧化；

(ii)控制所述浸提过程中内在产生的抑制性盐的浓度；

(iii)控制所述堆内的喷淋液液流速率率；以及

(iv)添加pH缓冲剂。

在机理(i)的情况下，可以通过调节整个堆内氧化气体的流速来控制硫的氧化。通常，所述氧化气体为空气。针对所述堆内所述氧化气体的测定值和/或所述浸提溶液的pH，调节整个所述堆内氧化气体的流速。一般地，通过空气分散***在堆内或堆底给堆通气。因为硫的氧化是耗氧过程，空气流速的限制对酸生成具有直接的和迅速可控影响。如果需要，可以调节空气经过线的流速。除了溶液pH测定外，能够使用堆内氧气浓度的测定以便监测受限的空气流速的影响。

在机理(ii)的情况下，若干物种可在浸提循环内自然积累并且可允许达到成为抑制微生物硫氧化的水平。该抑制性盐优选地包括镁、铝、铁、硫酸盐及氯化物的一种或多种。

在该背景下这些抑制性盐最普遍的为硫酸盐。硫酸盐在该方面特别有用，因为它不是无毒的或本身直接抑制的而是由渗透和水活性影响导致逐步的抑制。在抑制性盐为硫酸盐的情况下，优选地，步骤(ii)包括调节硫酸盐的浓度至100g/L至180g/L。这些抑制范围依赖于平衡阳离子的组成，与二价阳离子(例如镁)相比，单价阳离子(例如钠)通常导致轻微增加的抑制。能够通过管控浸提溶液的化学和再循环参数调节抑制性盐的浓度，例如当浸出液在堆内再循环时，通过控制添加到浸出液中的新鲜浸提溶液的量来调节抑制性盐的浓度。

在堆浸包含镍和钴的矿石的情况下，所述抑制性盐通常包括在堆循环内自然积累的硫酸镁和/或硫酸铁，或者能够来源于下游贫浸出液。例如，能够使用镁在溶液中的浓度来控制硫氧化的速率和由此产生的酸生成速率。在镁的可溶浓度高于约15g/L时，通常用硫酸盐作为主要的配对阴离子的镁的浓度，开始变为抑制硫氧化。这种抑制作用是逐步的并且仅在约30g/L下可以达到它的完全抑制效果。这为硫氧化提供了非常有用的控制机理。能够通过管控溶液再循环和用新鲜水稀释来控制溶液中的镁浓度。另外，可以通过膜过滤或反渗透技术进行控制。

可以类似方式使用的其他抑制盐包括氯化物，尽管在非常低的浓度下，与硫酸盐相比氯化物具有更严重的抑制影响，并由此在某些实施方案中可更难于用作控制机理。也可通过耐盐细菌能够耐受比通常使用的硫氧化微生物菌株更高数量级的氯化物浓度的事实使氯化物的使用复杂化。另外，在某些实例中，在使用诸如海水或高盐水的高氯化物处理水的情况下，可以慎重地引入这样的耐氯化物菌株作为微生物接种群体的主要构成要素。数个耐盐细菌也能氧化亚铁，导致其在堆内沉淀。这能有利地减少下游需要处理的铁的量。在氯化物富处理溶液中，三价铁可以矿物质四方纤铁矿[FeO(OH，Cl)]的形式沉淀。在期望的情况下，也可以将这种矿物质的沉淀用作从溶液中去除氯化物的途径。

来自使用富氯化物溶液(浓度含量为10g L^-1)另一益处在于氯化物影响元素硫的表面性质。更具体地，一般的克劳斯硫的疏水性似乎降低，使得硫更活泼并且更容易通过微生物方法氧化。这可用作克服可发生的硫的延长的滞后时间和慢氧化速率的方法。

氯化物也通常对矿物质的浸提性能具有有利的影响，并且通常为本领域已知的。氯化物的有利影响被认为是部分由于对增加的质子活性的影响，和由于其充当铁的络合剂。

在机理(iii)的情况下，可以单独使用或者连同控制通气流速来控制喷淋液流速率以管控堆的温度，所述堆的温度反过来影响微生物活性。增加一个或二者的液流速率降低堆温度。喷淋液流速率也影响堆内主要的盐含量并且也可以用作这种方式的控制机理。所述喷淋液流速率通常控制在6-20L m-² h^-1的范围内。通过增加堆温度，通常也增加浸提速率。另外，较高的温度导致堆内较高量的铁沉淀，这能够有利于将需要在下游加工中除去的铁的量最小化。

在机理(iv)的情况下，所述缓冲剂优选独自地，或与其他机理结合来控制pH溶液。pH缓冲剂通常能够缓冲pH的轻微波动。因此在酸需求低的情况下，缓冲剂可以独自地使用而不需要原位酸生成。这将应用于低酸消耗的情况或使用大量缓冲剂是经济的的情况。或者，在高酸消耗的环境中，pH缓冲剂能够与其他机理结合使用。

可以使用的缓冲剂的实例为草酸盐/草酸，含磷酸盐物质，或任何其他合适的缓冲剂，所述缓冲剂的pK_a值在浸提的目标pH范围内。

通过参照附图和非限制性实施例将更好地理解本发明。

附图简述

图1是显示矿石的总酸消耗量和浸提溶液的pH之间的整体关系的曲线图。

图2是显示作为pH的函数的概念上的酸生成速率和酸消耗速率的曲线图，并且其中酸生成是来自硫氧化的生物学生成。

图3是显示如实施例所述的镍和钴红土矿石的金属提取(％)对酸消耗量(kg/ton矿石)的曲线图。

图4是另外显示净现值对酸消耗量的与图3相同的曲线图。

图5是显示如实施例所述的包含镍和钴的矿石的作为pH的函数标绘的酸消耗量的曲线图。

实施例

本实施例关注涉及使用原位生成的酸堆浸红土矿石的项目。首先使用多种浸提溶液对感兴趣的包含镍和钴的红土矿石进行实验性的浸提，所述每一浸提溶液具有不同的恒定pH。浸提导致提取包括镍、铁、镁、锰和铝的金属。检测作为pH值的函数的通过每种浸提溶液提取的金属的量。在图5中也标绘了作为pH的函数的酸消耗量。然后在图3中标绘每种金属的金属提取百分数对酸消耗量。

然后将酸消耗量数据以及包括加权平均资金成本，财务风险溢价，税收制度，操作成本，资金成本，矿石储备以及未来试剂和金属价格的预测的其他项目参数用于计算项目的净现值。然后在图4中标绘该NPV值对酸消耗量。

在图4中未显示用于NPV曲线的刻度值，因为它们依赖于关注该项目的具体公司所用的长期价格协议。曲线的形状和由此表示的规律比具体的NPV值本身更切题。

使用图4能够例示追求的最佳经济酸消耗量水平不必对应于最大量的可提取的感兴趣的目标金属。显然地，从图4中，对于特定的项目在镍提取量小于60％时达到最大的NPV，尽管存在最大可提取镍可超过70％的事实。没有以上述实验方法采集的数据和随后的技术经济模型，将不易明白使用原位酸生成技术达到哪种操作的溶液pH。

因此，图4显示项目的最佳NPV对应于矿石的约为380kg/ton的总的酸消耗量。相反，如图5所示，明显地，具体的酸消耗量是浸提溶液的持续使用的pH的结果，所述pH约为2。因此，用于该项目的最佳可操作堆浸溶液的pH＝2。

具有实验确定的最佳溶液pH，然后能将这种知识应用于具体的堆浸项目。然而，应该意识到，最佳溶液pH的知识仅在如果堆内的pH能够被控制在该最佳值时有价值。简单地向堆顶添加pH为2的浸提溶液是不够的，因为当溶液向堆下渗透时pH将迅速增加。

在烧结过程中，通常将所述红土矿石(100％合格的粒径为6mm或12.5mm)与浓度为100kg-130kg硫每吨的硫混合。硫氧化微生物通常也在烧结过程中添加。这些物质可以补充，如果需要，通过向喷淋浸提溶液进行随后的进一步添加来补充。所述堆也应包括通气分散***。然后能够针对pH读数修改空气流速。

通常通过测定离开堆的富集浸提溶液的pH来确定pH水平，将其与进入堆的喷淋浸提溶液的pH核对，并且在必要时调节该pH。

当pH水平下降到低于最佳值2时，能够降低空气流速，并当pH水平超过2时，能够增加空气流速。

通过以这种方式在堆内控制pH，能够将酸消耗量维持在约400kg/ton的最佳速率，允许要提取的镍为约60wt％。

本发明的方法不适用于所有的矿石类型。例如，如果矿石的酸消耗速率过高，使用本发明的方法将阻止达到合适地低平衡pH条件。或者，如果用于最佳的金属回收所需的溶液pH过低(即＜＜pH 1)，通过硫的微生物氧化是不可以完成的。总的酸消耗量也是重要的，例如对于特定的矿石所需的浸提时间可以很长以至于总的酸消耗量过高而不能通过预烧结的硫的量满足。通常，如果所需的总的酸消耗量超过450kg每吨将不可能将本发明的方法单独地成功应用于特定的矿石。这是因为超过450kg的硫酸需要烧结的硫含量超过150kg每吨矿石，并且因为出于烧结和堆稳定性原因，超过该烧结的硫的量通常可以是有问题的。

本发明方法的主要优势为：

·降低的总酸消耗量，其是由于在经济最佳的浸提pH条件下，在整个堆的高度中，维持持续受控制的pH而产生的，其对项目操作成本-堆浸项目的可提取的湿法冶金和下游加工要素二者具有重要影响。

·堆内酸的原位生成，其允许从堆浸项目成本中忽略掉酸生产工厂的主要资金成本。

·较不剧烈的酸浸提条件，与通过常规酸堆浸表明的条件相比，虽然存在硫的质量损失显然发生了的事实，其减少了堆内总的质量损失。减少的质量损失，反过来，降低了堆不稳定和透水性问题的风险。另外，能够使用较不剧烈的烧结技术-其允许在烧结过程中显著地减少酸需求量。烧结过程中的酸需求量需要根据具体情况进行测定，但是已经证明本发明的方法所需的稳定的烧结在烧结过程中使用低至2kg-5kg每吨矿石的酸添加量。

·本发明有助于增加堆稳定性，与常规的4-5米高的堆相比，其允许使用较高的堆用于高酸消耗的矿石。增加的堆的高度可显著地减小堆的覆盖区、浸提垫，从而也可减小诸如喷淋、通气和排水***的辅助资金成本项目。

·有利于微生物硫氧化的条件通常也有利于亚铁的氧化。另外，许多能够使硫氧化的微生物菌株也具有氧化亚铁的能力。对于许多原因，堆内的铁氧化是重要的益处。数个目标堆浸项目导致亚铁状态的铁大量释放。铁，并且特别是亚铁，对下游加工造成重大成本影响，最明显地是在红土项目的情况下。堆内亚铁的氧化提高了铁沉淀的程度并被留在堆内。这样的沉淀通常以像黄钾铁钒、施威特曼石或其他的三价铁羟基氧化物的形式发生。这减少了进入到浸提溶液和下游加工循环的铁的量。另外，也可在堆内生成的硫酸铁是如前所述的能够控制堆内pH的抑制性盐。

·另外，这种方法中的铁沉淀的重要益处在于其有助于使额外的酸进入溶液中，由此补充由硫氧化产生的酸。可通过诸如钠的阳离子的存在引发黄钾铁钒的沉淀。黄钾铁钒(和相关的沉淀)的总反应如下：

A⁺+3Fe³⁺+2SO₄ ^2-+6H₂O→AFe₃(SO₄)₂(OH)₆+6H⁺

(其中A表示阳离子，例如K⁺、Na⁺、NH₄ ⁺、或H₃O⁺)

·升高的堆温可在堆内实现，其取决于通过控制空气流速、喷淋速率和堆的高度的组合进行的所用的热损失策略。大量的热可从硫的氧化获得(即S⁰+1.5O₂+H₂O→SO₄ ^2-+2H⁺产生ΔH⁰ _j＝-606kJmol^-1)。增加温度可反过来增加堆浸的动力并减小浸提周期。预期的增加的堆温可以需要用适合于升高的温度条件的微生物菌株接种堆。

·增加的温度也显著地增加了黄钾铁钒、施威特曼石和类似矿物质的沉淀，从而进一步增加了来自这种来源的酸，并且有利于下游加工。

·本文所述的铁沉淀也导致进入下游加工循环的硫化物减少。这对高降雨量的环境是重要的益处，在该环境中硫化物的加工和/或处理不能通过蒸发的方法完成。

·增加离开堆的富集浸提溶液的温度也导致下游加工所需能量减少。例如，用于从富集浸提溶液中去除铁的常规方法是所谓的针铁矿沉淀方法，其中三价铁以针铁矿的形式沉淀。为了发生上述过程，在pH为4.5时，通常将溶液温度增加到约70℃。这种温度增加通常需要非常大的能量消耗，如果离开堆的富集浸提溶液温度已经处于升高的水平，则所述能量消耗降低。

·砷氧化常与亚铁氧化相关并且是生物浸提***的熟知特征，其中砷被氧化为砷酸盐并与三价铁羟基氧化物共沉淀，从而防止砷进入下游溶液加工循环。这是在高酸消耗的矿石中应用包含低级硫化物的砷矿物质的有利特征。

除了具体描述的那些外，本文所述的发明易被改变、修饰和/或添加，并且应当理解，本发明包括上面描述的精神和范围内的所有这样的改变、修饰和/或添加。

Claims (38)

1.使用酸性浸提溶液浸提包含一种或多种目标金属的材料以提取所述一种或多种目标金属的方法，所述方法包括：

(I)通过下列方法根据经验确定所述酸性浸提溶液的最佳酸浓度范围，所述方法包括：

(a)确定在所述浸提溶液中提取的一种或多种目标金属的浓度与酸消耗量之间的关系，

(b)使用所述关系来估计作为所述酸消耗量的函数的包含所述目标金属的材料的值参数，以及

(c)确定所述最佳酸浓度范围，其是与最佳值参数相应的pH范围；以及

(II)控制所述酸性浸提溶液的浓度以使在整个所述材料中，所述溶液的pH基本上在所述最佳酸浓度范围内。

2.如权利要求1所述的方法，其中通过堆浸方法浸提所述材料。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述包含金属的材料选自矿石、尾矿、精矿和包含金属的废料及其组合。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述包含金属的材料为高酸消耗矿石，例如红土矿石，优选地为包含镍和钴的红土矿石。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述包含金属的材料选自低级硫化矿石、过渡矿石和表生矿石。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述金属选自镍、钴、铜、锌和铀。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述酸性浸提溶液在堆内原位生成，优选通过含硫材料的微生物氧化生成。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述酸性浸提溶液为硫酸。

9.如权利要求7所述的方法，其中通过硫氧化微生物实现所述微生物氧化，所述硫氧化微生物选自氧化硫硫杆菌(Thiobacillusthiooxidans)、氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferroxidans)、钩端螺旋菌属的种类(Leptospirillum species)、硫化杆菌属(Sulfobacillus)、嗜热硫氧化硫化杆菌(Thermosulfidooxidans)、布氏硫化叶菌(Sulfolobusbrierleyi)、嗜酸热硫化叶菌(Sulfolobus acidocaldarius)、Sulfolobus BC、硫磺矿硫化叶菌(Sulfolobus solfataricus)、金属硫化叶菌(Sulfolobusmetallicus)、Thiomicrospora sp.、无色菌(Achromatium sp.)、大单胞菌(Macromonas sp.)、硫细菌(Thiobacterium sp.)、Thiospora sp.、卵硫细菌(Thiovulum sp.)、嗜酸硫杆菌属(Acidithiobacillus)、酸微菌属(Acidimicrobium)、硫化杆菌属(Sulfobacillus)；Ferrimicrobium、嗜酸菌属(Acidiphilum)、脂环酸芽孢杆菌属(Alicyclobacillus)、酸菌属(Acidianus)、生金球形菌属(Metallosphaera)、热原体属(Thermoplasma)及其混合物。

10.如权利要求7所述的方法，其中所述硫氧化微生物包括耐盐微生物。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述耐盐的硫氧化微生物包括新种Thiobacillus prosperus(Thiobacillus prosperus sp.nov)。

12.如权利要求7所述的方法，其中所述含硫的材料选自元素硫、硫化合物及其组合。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述硫化合物包括黄铁矿及磁黄铁矿。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述元素硫包括粗糙的硫颗粒、薄片或小球。

15.如权利要求12所述的方法，其中所述元素硫为生物学生成的。

16.如权利要求14所述的方法，其中所述元素硫为亲水的。

17.如权利要求1所述的方法，其中所述值参数为净现值(NPV)。

18.如权利要求1所述的方法，其中步骤(I)(a)包括：

(i)用具有一系列pH值的一种或多种浸提溶液浸提所述材料以制备一种或多种浸出液；

(ii)测定所述浸出液或每种浸出液中的提取的金属的浓度；

(iii)计算与每个pH值相应的酸消耗量值；

(iv)确定每个酸消耗量值的提取的金属的浓度；以及

(v)确定酸消耗量与提取的金属的浓度之间的关系。

19.如权利要求1所述的方法，其中所述包含金属的材料为低级矿石或尾矿。

20.如权利要求1所述的方法，其中使所述包含金属的材料形成烧结块。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述烧结块包括含硫的化合物。

22.如权利要求21所述的方法，其中所述烧结块进一步包括能使硫氧化的菌剂。

23.如权利要求22所述的方法，其中在烧结之前或烧结过程中，将所述含硫的化合物和所述菌剂涂敷至所述包含金属的材料。

24.如权利要求22所述的方法，其中在烧结之后，将所述含硫的化合物和所述菌剂涂敷至所述包含金属的材料。

25.如权利要求1所述的方法，其中所述最佳酸浓度范围是pH为0.5至2.5。

26.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(II)中，通过控制堆内酸的原位生成来控制所述酸性浸提溶液的浓度。

27.如权利要求1所述的方法，其中步骤(II)包括在整个堆的高度中，控制酸性浸提溶液的基本均匀的浓度。

28.如权利要求27所述的方法，其中通过一种或多种下列机理控制硫酸的所述原位生成：

(i)通过调节所述堆内氧化剂的分散速率控制硫的氧化；

(ii)控制所述浸提过程中内在产生的抑制性盐的浓度；

(iii)控制所述堆内的喷淋液流速率；以及

(iv)添加pH缓冲剂。

29.如权利要求28所述的方法，其中机理(i)包括调节整个所述堆内氧化气体的流速。

30.如权利要求29所述的方法，其中所述氧化气体为空气。

31.如权利要求28所述的方法，其中机理(i)包括针对所述堆内所述氧化气体的测定值和/或所述浸提溶液的pH，调节整个所述堆内氧化气体的流速。

32.如权利要求28所述的方法，其中在机理(ii)中，所述抑制性盐对微生物硫氧化不利，并且所述抑制性盐优选包括镁、硫酸盐和氯化物中的一种或多种。

33.如权利要求28所述的方法，其中在机理(ii)中包括调节硫酸盐的浓度至100g/L至180g/L。

34.如权利要求28所述的方法，其中机理(iii)包括调节所述喷淋液流速率以便控制堆温度。

35.如权利要求28所述的方法，其中机理(iii)包括调节所述喷淋液流速率至6L m^-2 h^-1至20L m^-2 h^-1。

36.如权利要求28所述的方法，其中机理(iv)包括添加pH缓冲剂，其优选地选自含草酸盐或磷酸盐的物质。

37.参照实施例基本如本文所述的用于堆浸含一种或多种目标金属的材料的方法。

38.参照附图基本如本文所述的用于堆浸含一种或多种目标金属的材料的方法。

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