CN105779324B - 高效硫氧化菌及用于高寒地区低硫铜矿浸出过程快速升温的工艺 - Google Patents

高效硫氧化菌及用于高寒地区低硫铜矿浸出过程快速升温的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效硫氧化菌，菌种名称为：硫氧化酸硫杆状菌(Acidithiobacillus thiooxidans)Retech DW‑Ⅱ，保藏单位为：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，保藏日期为：2014年9月10日，保藏编号为：CGMCCNo.9625。本发明还提供了一种高寒地区低硫铜矿浸出过程快速升温的方法，包括：将矿石破碎至‑50mm，混入黄铁矿矿粉，通过硫酸熟化和制粒，改善了矿堆渗透性，并为细菌提供充足的能源；最后添加高效硫氧化菌CGMCC No.9625，加快黄铁矿的初始氧化速率，为矿堆提供了充足的热源，使矿堆温度快速升高至40℃以上。

Description

高效硫氧化菌及用于高寒地区低硫铜矿浸出过程快速升温的 工艺
技术领域
本发明属于低品位铜矿生物堆浸工艺，具体涉及一种高效硫氧化菌及用于高寒地区低硫铜矿浸出过程快速升温的工艺。
背景技术
生物冶金技术具有成本低、流程短、环境友好等特点，已广泛应用于金、铀、铜、镍、钴等低品位资源的开发，逐步取代了能耗较高的火法冶金技术。但浸出周期较长，一直是制约生物冶金技术大规模工程化应用的瓶颈技术难题。生物冶金技术的核心是高效浸矿菌的快速繁殖及微生物和氧化剂与有价金属矿物的氧化溶解，为微生物提供充足的能源和创造适宜的生存环境是影响浸矿性能的关键因素。现有国内外应用最广的是嗜温嗜酸类细菌，最适宜的温度范围为20-60℃，最适宜的pH值范围为1.2-2.0，其中温度对对细菌活性影响最大，当温度低于20℃以下，严重抑制了细菌的浸矿性能。
我国已探明铜矿床大多位于西部边远山区，环境条件差，常年气温都在20℃以下，冬季气温一般在零下10℃以下，开发难度较大。而且随着矿产资源的不断开发，有价金属铜品位不断降低，矿石中硫品位低于0.5％以下，无法为细菌提供充足的能源，而且氧化过程产热较低，对矿堆温度影响有限，导致浸出率较低。特别是大型铜矿体开发过程中，中间过渡带具有硫含量低、含泥量高等特点，采用传统浮选和浸出工艺有价金属回收率都较低，经济效益较差。
因此，在高寒地区或深冬季节，如何有效提高矿堆温度和改善渗透性，是提高低硫铜矿中铜浸出效率瓶颈技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效硫氧化菌，在低温条件仍具有较高活性，可以在高寒地区有效提高矿堆温度。
本发明的另一目的是提供一种低硫铜矿浸出过程快速升温的方法，解决高寒地区铜矿堆浸过程中渗透性差、温度低、浸出速率慢等相关技术难题，确保生物堆浸工程高效、稳定运行。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种高效硫氧化菌，其菌种分类名称为：硫氧化酸硫杆状菌(Acidithiobacillus thiooxidans)Retech DW-Ⅱ。保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，保藏日期：2014年9月10日，保藏编号：CGMCC No.9625。
本发明还提供一种低硫铜矿浸出过程快速升温的方法，该方法包括以下步骤：
a、将矿石破碎，再经过添加硫酸和黄铁矿粉进行熟化和制粒；
b、采用皮带运输至堆场进行筑堆；
c、接入培养好的专属硫氧化菌进行滴淋，使矿堆温度快速升高至40℃；
其中该专属硫氧化菌为所述的高效硫氧化菌CGMCC No.9625。
更进一步地，在步骤c接入专属硫氧化菌前先滴淋pH值为1.5-1.8的稀硫酸溶液到矿堆中，进行酸平衡，直到从矿堆中流出来的浸出液pH值稳定到2.0以下。
更进一步地，步骤a将矿石破碎至-50mm。
更进一步地，步骤a中添加10％的稀硫酸溶液润湿和熟化，溶液量占矿石总重1-2wt％。
更进一步地，步骤a中混入含硫30-40％的黄铁矿矿粉，粒度为-0.074mm以下的部分占65-80％。
更进一步地，步骤a中在制粒机的滚动3-5min。
更进一步地，步骤b采用后退式筑堆方式，堆的层高为6-8m。
更进一步地，步骤c专属硫氧化菌，驯化培养的转接次数为4-5次，菌浓度为107-109个/mL，生长温度为10-40℃，pH在1.5-1.8之间，滴淋强度为10-15L/(m2·h)。
更进一步地，步骤c后进一步包括：浸出液经过萃取-反萃-电积工序，得到高纯阴极铜。
本发明的有益效果为：
本发明的工艺通过制粒有效的改善矿堆的渗透性，并添加黄铁矿矿粉，为细菌提供了充足的能源，同时为矿堆提供热源，实现矿堆放热的人为可控。选育与驯化出的高效硫氧化菌，在低温10℃时仍能保持较高氧化活性，能将堆内温度快速升高至40℃以上，加快了黄铁矿的氧化速率，提高了矿堆温度，促进有价金属铜的溶出速率，形成了强化堆浸技术原型。解决了高寒地区或深冬季节低硫铜矿浸出率低的难题。结果表明，矿堆的温度可快速升高至40℃以上，有价金属溶解速率较快，铜浸出率达85％以上，浸出周期缩短1/5。
本发明的强化生物堆浸工艺具有流程短、设备简单、成本低，能耗低，环境温和，生产规模可大可小等优点，能够处理传统选冶工艺难以经济回收的低硫铜矿，可扩大资源利用范围，提高低品位铜矿资源的综合回收水平，具有相当广阔的应用前景。同时，该高效硫氧化菌以及该升温方法也可以应用于常温地区。
附图说明
图1为本发明实施例的工艺流程框图。
具体实施方式
本发明的工艺包括筑堆、细菌培养、引种和浸出等操作，见图1所示，具体说明如下：
将采集(流程1)好的矿石运送至破碎***(流程2)，按预设要求将矿石破碎至-50mm以下。
将破碎好的矿石采用皮带运送至制粒机(流程3)，添加占矿石总重1-2wt％的浓度为10％的稀硫酸溶液润湿和熟化，再混入黄铁矿粉，其粒度为-0.074mm以下占比60％以上，硫含量30％以上，占总矿石重量1-1.5wt％，配入黄铁矿后矿石总硫高于1％。随着在制粒机中滚动3-5min，将影响渗透性的细粉矿和黄铁矿包裹于大粒级矿石表面。
将制粒和包裹好的矿石用皮带运送至矿堆筑堆(流程4)，采用后退式筑堆方式，避免压实影响渗透性，矿堆底部具有3-5％的倾角，以便浸出液流出。
一切就绪后，先滴淋pH值为1.5-1.8的稀硫酸溶液到矿堆中(流程5)，进行酸平衡，直到从矿堆中流出来的浸出液pH值稳定到2.0以下，随后接入培养好的高效硫氧化菌(Acidithiobacillus thiooxidans)Retech DW-Ⅱ进行滴淋(流程5)。接菌后滴淋强度为10-15L/(m2·h)，滴淋液菌浓度为107-109个/mL，滴淋液的氧化还原电位大于720mV(SCE)，pH值为1.5-1.8，该菌能将黄铁矿在低温下快速氧化，产生大量的热，能使堆内温度快速达到40℃以上。
高效硫氧化菌菌液的培养方法为：采用的培养基为：(NH4)2SO40.3g，KH2PO43.0g，无水CaCl20.25g，MgSO4·7H2O 0.5g，FeSO4·7H2O 0.001g，蒸馏水1000mL和矿粉。在100mL不加矿粉的培养基中接种分离得到的高效硫氧化菌CGMCC NO.9625，在摇床中恒温水浴培养，控制温度为10-15℃。控制摇床转速为160转/分钟，定时测定液相中氧化还原电位(Eh)、pH值和细胞密度。向处于对数生长后期的硫氧化菌中滴加3.0mol/L H2SO4，使培养液保持pH1.5左右。然后加入粒度小于0.074mm的铜矿和黄铁矿矿粉，加入矿粉后形成的矿浆浓度为5％重量百分比，pH值为1.5，细菌浓度为107-109个/mL。在培养好的菌液中逐步加入矿粉，矿浆浓度不断升高最后矿浆浓度达到20％重量百分比，转接培养4-5次，最后得到耐受性较好、氧化活性高的细菌(流程6)。
含铜浸出液经管道进入萃取车间(流程7)，经萃取和反萃后得到铜离子浓度40-45g/L的富铜溶液，经过电积(流程8)，得到高纯阴极铜矿产品。
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不受实施例的限制。
实施例1：
采用的矿石来自西藏某铜矿，矿区温度较低，最高温度低于30℃，该铜矿主要元素分析见表1，含铜主要矿物组成见表2。
表1 多元素分析
元素名称 Cu Fe Mg Ca S SiO<sub>2</sub>
含量(％) 0.75 4.21 2.14 1.56 0.48 76.54
表2 铜矿物物相分析
氧化铜中铜 次生硫化铜中铜 原生硫化铜中铜 硅酸盐中铜
占有率/wt％ 53.67 15.49 29.58 1.26
该矿石有价金属元素为铜，是典型的氧硫混合矿，硫含量较低。采用传统浮选，回收率低，采用常规硫酸浸出，硫化铜矿部分难以浸出，铜浸出率较低。接入细菌后可提高铜的浸出率，但硫含量偏低，矿堆温度低，细菌活性较低，铜浸出速率慢，无法达到高效回收的目的，必须采取相应的强化浸出措施。
(1)制粒和包裹
将矿石破碎至-50mm以下，采用皮带运送至制粒机，添加10％的稀硫酸溶液润湿和熟化，溶液量占矿石总重1.5wt％。混入含硫30％的黄铁矿矿粉，使入堆矿石硫含量达到1.5wt％，矿粉粒度为-0.074mm以下占比70％，在制粒机的滚动5min，用皮带运输至矿堆筑堆。
(2)筑堆及铺底
矿石筑堆前，需要对堆场进行平整夯实和防渗底垫、管道铺设等操作；其中，防渗粘土层厚度不小于120mm，矿石缓冲层厚度不小于800mm。具体铺设程序为：防渗粘土层－HDPE防水层－细沙层－矿石缓冲层(同时埋设浸液收集管道)和充气管道，充气管道呈树枝状，每0.2m开一个孔。堆场底垫一般由地基、底垫层和保护层三部分构成。堆场底垫的功能主要是承载矿堆的压力，并收集所有的浸出液。地基宜选择在地层稳定，没有较大溶洞、断裂和裂隙不发育的平地或坡地上，以保证堆场底垫能承载矿堆的压力，不因地层滑动而引起矿堆坍塌、陷落。地基的表面要求平坦，防止底垫层从下面被刺破；地基应有3-5％的坡度，以便及时排除浸出液。
采用后退式筑堆方式，矿堆长度1000m，宽度400m，高度8m，以此保证矿堆的透气性、渗透性和保温性能，使得筑堆后温度即使在冬季也可维持在0℃以上。筑堆完成后在堆场表面铺设滴淋管道及自动滴淋装置。
(3)细菌的扩大培养
将培养好的高效硫氧化菌接种至现场100mL容量瓶中，加入培养基培养一周，然后转接至1L培养槽中培养，然后扩大培养到1m3，并放大至100m3。并根据菌液使用量进行定期培养。
(4)矿堆布液、滴淋和细菌引种
对筑好的矿堆先用pH为1.5左右的稀酸溶液进行滴淋，定时的补充硫酸，直到浸出液pH基本稳定到1.8左右后，滴淋培养好的高效硫氧化菌CGMCC NO.9625，滴淋强度为10L/(m2·h)，滴淋液中细菌浓度为107-109个/mL，氧化还原电位750-850mV(SCE)，pH值为1.8，采用滴淋12h休闲12h的滴淋制度，该菌能将黄铁矿在低温下快速氧化，能使堆内温度快速达到40℃以上。若矿种不同则滴淋时间进行相应调整。
(5)强化浸出效果
按如上工艺浸出3个月，矿堆渗透性良好，最低温度为42℃，铜浸出率达到88.76％，浸出周期为6个月。与常规生物浸出相比，铜浸出率提高了10-15个百分点，浸出周期缩短近1/5，大幅度提高了浸出速率，经济效益显著。
从上述实施例可以看出，高效硫氧化菌能在低温条件下将硫快速氧化，产生大量的热，将矿堆保持在40℃以上。在此温度下，有利于矿石中有价金属快速溶出。

Claims (10)

1.一种高效硫氧化菌，其特征在于，其菌种分类名称为：硫氧化酸硫杆状菌(Acidithiobacillus thiooxidans) Retech DW-Ⅱ，保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，保藏日期：2014年9月10日，保藏编号：CGMCC No.9625。
2.一种高寒地区低硫铜矿浸出过程快速升温的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
a、将矿石破碎，再经过添加硫酸和黄铁矿粉进行熟化和制粒；
b、采用皮带运输至堆场进行筑堆；
c、接入培养好的专属硫氧化菌进行滴淋，使矿堆温度快速升高至40℃；
其中该专属硫氧化菌为权利要求1所述的高效硫氧化菌CGMCC No.9625。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤c接入专属硫氧化菌前先滴淋pH值为1.5-1.8的稀硫酸溶液到矿堆中，进行酸平衡，直到从矿堆中流出来的浸出液pH值稳定到2.0以下。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，步骤a将矿石破碎至-50mm。
5.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，步骤a中添加10％的稀硫酸溶液润湿和熟化，溶液量占矿石总重1-2wt％。
6.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，步骤a中混入含硫30-40％的黄铁矿矿粉，使入堆矿石硫含量达到1-1.5wt％，矿粉粒度为-0.074mm以下的部分占65-80％。
7.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，步骤a中在制粒机的滚动3-5min。
8.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，步骤b采用后退式筑堆方式，堆的层高为6-8m。
9.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，步骤c高效硫氧化菌，驯化培养的转接次数为4-5次，菌浓度为107-109个/mL，生长温度为10-40℃，pH在1.5-1.8之间，滴淋强度为10-15L/(m2·h)。
10.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，步骤c后进一步包括：浸出液经过萃取-反萃-电积工序，得到高纯阴极铜。
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