生物浸矿方法和设备与流程

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。

技术实现要素：

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。

使所述金属难以直接处理的金属矿经由生物浸出所释放的金属，可(部分地或全部地)为溶解形式，因此存在于在生物浸矿结束时回收产物的溶液中。释放的金属也可(部分或全部地)为固态形式(即，非溶解的)，因此存在于回收产物的固态残留中。

当所述温度保证微生物菌群的充分活性且因此保证有效的生物动力学时，悬浮液的温度被认为适合生物浸矿。

在实践中，热调控不仅与微生物活性有关，也与生物浸矿器皿的几何结构有关，尤其跟体积与面积比、以及与环境条件和所述条件的变化有关。

因此，根据本发明，悬浮液的温度可以不使用外部热调控系统如热交换器或其他加热和/或冷却元件进行控制。

通过不需要加热或冷却元件可将悬浮液的温度维持在适合生物浸矿的最佳范围，本发明不仅可以节约能量，也可以在大尺寸池或甚至露天器皿中允许最佳生物浸矿动力学。

矿

本发明方法中用作基质的金属矿可以，例如，来源于开矿废料或待回收的具有低金属含量的矿。

本发明尤其适合用于硫化矿和/或具有复杂组分的矿，例如，多金属矿或含碳矿(例如碳酸盐)。本发明的一个优点是允许，在低于可接受的经济条件下，处理感兴趣的金属含量相对低的金属矿。所使用的硫化矿的类型包括，例如，黄铁矿、硫化铜矿、方铅矿或闪锌矿。例如，含铜黑页岩的铜页岩为具有复杂组分可用作基质的矿。待处理的金属矿也可包含高比例碳，例如5％碳酸盐。

使用的矿物被研磨。相应的颗粒可以具有从10μm至300μm的颗粒尺寸(对应于D90)，优选从10μm至200μm，且典型地为约50μm；D90表示按重量计90％的颗粒被认为具有小于D90的尺寸，剩余按重量计10％的颗粒具有至少D90的尺寸。

菌群和营养介质

本发明的方法中使用的微生物菌群优选包括自养的和嗜酸的微生物。在一个有用的方式中，微生物菌群为嗜温的和/或适度嗜热的。

嗜温菌群为生长在从20℃至40℃温度的菌群。适度嗜热菌群为生长在从40℃至60℃温度的菌群。

菌群有利地包括以下种类：嗜铁钩端螺旋菌(Leptospirillum ferriphilum)、喜温嗜酸硫杆菌(Acidithiobacillus caldus)和/或杆菌属benefaciens类(Sulfobacillus benefaciens)，这些种类可以在DSMZ(德国微生物菌种保藏中心)菌株收集处找到。菌群可以，例如，为BRGM-KCC微生物菌群，其描述在文章Morin，D.，d’Hugues，P.(2007)“Bioleaching of a cobalt-containing pyrite in stirred reactors：a case study from laboratory scale to industrial application(在搅拌反应器中生物浸出含钴黄铁矿：从实验室规模至工业应用的案例研究)”书目：Rawlings，D.E.，Johnson，D.B.(Eds)，Biomining(生物采矿)，第二章，Springer-Verlag出版社，柏林，pp.35-55。

菌群的具体组分可根据待浸出金属矿变化。适合于菌群的营养介质有利地插入介质中以允许微生物生长，因此促进生物浸出。该介质可有利地来源于被Silverman和Lundgren描述在文章“Studies on the chemoautotrophic iron bacterium Ferrobacillus ferrooxidans.I.An improved medium and harvesting procedure for securing high cell yields.(关于化学自养的铁杆菌属氧化铁杆菌的研究：一、用于保证高细胞产率的改进介质和获得方法)”，Silverman，M.P.和Lundgren，D.G.，J.Bacteriol.(细菌学期刊)，77：642-647.(1959)中的“9K”介质且适应于具体菌群。这样，当矿物基质为含钴黄铁矿时，具有3.70g.L^-1的(NH₄)₂SO₄、0.80g.L^-1的H₃PO₄、0.52g.L^-1的MgSO₄·7H₂O、0.48g.L^-1的KOH组分的介质尤其适合上述微生物菌群的生长。营养介质的具体组成可根据存在于微生物菌群中的种类和根据待处理的矿物变化。

pH

悬浮液通常为水性悬浮液。

在器皿中，优选悬浮液维持在pH高于0.8。优选地，介质的pH维持在从0.8至2.5的范围内；有利地，pH维持在1和1.5之间。

为了降低或提高pH至优选值，例如硫酸或方解石、碳酸钙、生石灰或熟石灰，可分别地添加到悬浮液中。

pH范围可根据存在于微生物菌群中的种类和根据待处理矿物的组分变化。

固体含量

本发明具有特别的好处，不仅可以处理具有低固体颗粒含量的悬浮液，而且可以处理具有高金属矿固体颗粒含量的悬浮液。

确实，在搅拌反应器中生物浸矿的传统方法中，使用空气来提供氧气需要注入很大体积的气体，其分散需要分散系统具有高功率，这相应地降低了经搅拌器将固体颗粒置于悬浮液中的可用功率使用高氧气含量的气体能够以较低的总气体流量提供更多氧，同时也促进氧气溶解在液体中。另外，可能使用多个气体分散系统以允许在每个系统中注入气体的流量相应地降低。

因此，用于搅拌介质，尤其是为了放置和维持固态颗粒在均匀悬浮液中的可用功率增加了，因为分散气体所需的功率降低了。

如果搅拌系统由搅拌器组成，池的几何结构为搅拌系统转动组件的直径与池的直径的比值通常低于已知生物浸矿方法中使用的搅拌反应器的事实应添加进去。该比值越低，越容易造成和维持悬浮液。换言之，将颗粒送回至或维持颗粒在悬浮液中所需的搅拌速度在大空间中低于在狭窄的空间中。因此，当本发明的方法在一个或多个大尺寸器皿中实施时，用于将固体颗粒置于悬浮液中所需的功率会降低。

根据本发明，相对于悬浮液的总重量，悬浮液中的固体含量按重量计有利地为从15％至40％，优选地从22％至38％，更优选地从25％至35％，例如约30％。

磨碎的金属矿可在插入器皿中之前分散在液体中。

搅拌系统

根据本发明，搅拌系统可以包括悬浮液的循环器或搅拌器，甚至两者的组合。优选地，搅拌系统包括至少一个搅拌器。搅拌系统有利地包括至少一个且优选地多个浮式搅拌器。

浮式搅拌器的使用显著地增加了本发明方法的灵活性，对非圆形和/或具有高表面积和/或露天的器皿尤其有用。事实上，浮式搅拌器在器皿中的位置和浮式搅拌器在器皿中的数量可以容易地改变。

搅拌器的转速在从40至500rpm的范围内可选择，优选地200至350rpm。但是，在实验室规模，转速可达到1500rpm。

悬浮液循环器可以，例如，具有以下形式：生物浸矿悬浮液经适合这种类型液体的泵吸进器皿外的管子里。气体注入(例如，简单注入或使用文氏管或使用多孔组件)进该管子，与悬浮液混合(例如经静态混合器)。气体注入的下游，管子的足够线路长度保证了好的转移效率。这样，“富含”气体的悬浮液然后再注入器皿中，理想地，注在池底部的几个位置以保证贯穿器皿的气体均匀转移。泵有利地可以为旋涡泵，已知不会对微生物造成“外伤”。

气体注入

根据本发明，含氧气体注入到悬浮中以提供微生物菌群生长和微生物细胞溶解反应所需的氧。如果金属矿不包含足够的碳来给微生物菌群新陈代谢以保证所述菌群生长，CO₂有利地也注入进悬浮液中，优选地以与氧气的气体混合物的形式。因此在后一种情况中，含氧气体也含CO₂。

通常，实施的方法中，器皿周围的环境温度低于适合微生物菌群活性和其生长的温度。在缺乏换热系统和对气体管子的特别限制(压缩后隔热，管子长度短等)情况下，注入的气体通常接近环境温度。因此，尽管反应为放热性，大量气体流的注入可以导致悬浮液冷却至无法使微生物活性维持在适当水平的温度。

根据本发明，这种情况通过调整注入的气体流量以维持悬浮液的温度在适合生物浸矿的预定温度范围内而得到避免。然后反应所需氧的供应通过调整气体的组成来保证，尤其是气体中氧气的浓度。

尤其地，如果不可能维持气体流量同时允许温度维持在预定范围内和供应反应所需氧气，也能对注入进器皿中的金属矿的量施加作用，例如通过添加液体稀释悬浮液，或相反地，通过添加金属矿至悬浮液中增加金属矿的浓度。

根据本发明的另一个有益处的方面，搅拌系统包括至少一个用于注入/分散气体的设备，尤其是含氧气和/或二氧化碳的气体。这样一个整合了气体注射器的悬浮液循环器前文已经描述。同样地，当搅拌系统包括搅拌器，尤其是浮式搅拌器时，所述搅拌器有利地带有气体注射器。

适合本发明方法的气体混合物可以包含，例如按体积计1％二氧化碳、49％氮气和50％氧气。

有利地，通过充氧气体和稀释气体混合得到的气体注入至悬浮液中。充氧气体具有比空气中O₂含量高的O₂浓度，典型地50％至100％体积的O₂浓度，优选至少75％体积，更优选至少85％。稀释气体有利地包括按体积计0和21％之间的O₂。稀释气体可以为对生物浸矿反应惰性的气体，如氮气，不包含任何氧气。但是，也可能使用具有相对低含量(在任何情况下低于充氧气体的氧含量)的气体作为稀释气体，即，例如空气。注入至悬浮液的气体任选地包含可以新陈代谢的碳，优选地以CO₂形式。

器皿

尽管本发明适合用在小规模上，或甚至在实验室规模上，如上文指出的，本发明在大规模上处理金属矿上尤其有用。

因此，本发明方法中使用的器皿或多个器皿有利地具有适于矿物的工业处理的尺寸，如池。尺寸取决于，例如供应的悬浮液/浆的流量和浸出矿所需的停留时间。例如，这些器皿具有可以达到6m的深度，且具有高达1500m²的总表面积。

浸出金属矿所需的停留时间根据反应条件和使用的初始材料变化。停留时间通常为大约4至8天，例如6天。

通过本发明，使用器皿减少了停留时间，能够达到足够的生物浸矿产率，不需要使用传统的加热和/或冷却系统，如热交换器。

根据本发明，金属矿的生物浸出可具体在单一器皿中实施或在多个串联的器皿中实施。

设备和使用

本发明也涉及包含生物浸矿器皿的池设备，优选露天的，所述器皿包括液体相，典型地水相、磨碎的金属矿、生物浸矿微生物菌群、用于微生物菌群的微生物的营养介质。设备还包括用于放置和/或维持金属矿在液相悬浮液中的搅拌系统。设备的搅拌系统包括多个浮式搅拌器。设备还包括至少一个用于将气体注入金属矿悬浮液中的注射器。

根据本发明，所述至少一个气体注射器连接至充氧气体源和稀释气体源。充氧气体具有比空气中O₂含量高的O₂浓度。充氧气体典型地具有50％至100％体积分数的O₂含量，优选至少75％，更优选至少85％。因此充氧气体源可为用于分离空气中气体的单元、充氧气体管道(例如工业氧气)，或液化充氧气体罐。

稀释气体有利地包括按体积计0至21％之间的O₂。

稀释气体可为对生物浸矿反应惰性的气体，如氮气，不包含任何氧。

但是，也可能使用具有相对低含量(在任何情况下低于充氧气体的氧含量)的气体作为稀释气体，即，比如空气。

在第一种情况中，稀释气体的源可以是制备惰性气体的设备，即，比如用于分离空气中的气体的单元，其不仅可以制备用作充氧气体的氧气，还可以制备氮气。稀释气体源也可为稀释气体罐，如果需要的话为液化的。

在第二种情况中，稀释气体源有利地为空气压缩机。

所述设备还包括充氧气体调节器和稀释气体调节器。充氧气体调节器调节至所述至少一个注射器的充氧气体的流量。稀释气体调节器调节至所述至少一个注射器的稀释气体的流量。

设备的所述(至少)一个注射器任选地也连接至可被新陈代谢的碳气体源。可被新陈代谢的碳气体典型地包含按体积计从50％至100％的CO₂，优选至少75％，更优选至少85％。这种可被新陈代谢的碳气体源，例如，可以是液化CO₂罐。这种情况下，系统有利地还包括用于调节至所述至少一个注射器的可被新陈代谢的碳气体的流量的调节器。

在一个有用方式中，气体调节器为调节阀。当稀释气体源为空气压缩机时，稀释气体调节器可以形成为整合至所述压缩机的部分，尤其在压缩机具有可调节流量的情况下。

因此，根据本发明的设备允许注入器皿中的O₂的流量和任选地注入器皿中的CO₂的流量均根据生物浸矿反应的需要进行调节，允许注入器皿中的气体总流量分别被调节。根据本发明的一个有利方面，它允许设备在不含传统的对器皿中的悬浮液进行温度调节的系统被使用，尤其例如热交换器的设备。

根据本发明，当悬浮液的温度以这种方式被控制以致悬浮液的温度维持在预定范围内时，这种控制通过调节注入气体的流量和组分，以及任选地悬浮液中固体的含量进行实施，稀释气体不包含或包含很少量O₂，注入气体的氧含量一方面由充氧气体的流量与稀释气体流量的比值决定，或另一方面由充氧气体的流量与稀释气体流量和可新陈代谢的碳气体流量之和的比值来决定。当稀释气体和/或含CO₂气体具有不可忽视的O₂含量时，由稀释气体和/或含CO₂气体供应的O₂在调节注入至悬浮液的气体的的组分尤其是O₂含量过程中被考虑。

注入气体的组分和流量的调节可以是手动的或自动的，连续的或打断的(间隔的)。

这样，根据本发明的设备可包括用于控制充氧气体调节器和稀释气体调节器以及任选地还有可被新陈代谢的碳气体调节器的控制单元，以调节所述气体的流量，还有总流量和组分，尤其是供给至气体注射器并注入悬浮液的气体的O₂和CO₂浓度。

所述设备有利地包括至少一个测量温度的系统，以测试器皿中的悬浮液的温度。这种情况下，控制单元有利地连接到所述测量温度的系统，以允许根据测定的温度通过控制单元调节总气体流量和注入气体的氧含量。

器皿可以为不包括加热或冷却组件的器皿。本发明的设备可以包括单一器皿或多个器皿，例如串联的多个生物浸矿器皿。

微生物菌群典型地为自养的菌群。所述菌群优选为嗜温的至适度嗜热的。

设备的元件可有利地参考本发明的方法中所描述的，例如关于搅拌系统。同样，设备的描述中包括的组件也适用于本发明的方法。

回收

生物浸矿过程中，金属矿中存在的金属逐步地释放。释放金属典型地以溶解形式存在。在这种情况下，介质的液态相逐步地充有溶解的释放金属。如上文所述，释放金属也可部分地或全部地以固态形式存在。在生物浸矿末尾获得的悬浮液可以经液态/固态分离(例如经倾析和/或过滤)，从而被分离成为液态相和固态残余。这样，获得的液态相也称溶液。当释放金属的至少一部分以溶解形式存在时，溶解的释放金属以液态相存在，该液态相可经已知的方法被精炼以允许回收溶解的有价值的金属。当释放的贵重金属的至少部分以固态形式存在时，该部分也可经已知的方法回收。固态残余，例如，可在其他情况下被回收以经历新的生物浸矿步骤，例如，为了使得另一种可再利用金属(贵重金属)被回收。所述残余也可作为废料存储或用于其他目的。

本发明也涉及调节包括金属矿、生物浸矿微生物菌群和菌群微生物的营养介质的生物浸矿悬浮液的温度的方法。根据该方法，悬浮液的温度通过调节注入所述悬浮液的含氧以及任选的含二氧化碳的气体的流量和组分，以及任选地通过调节悬浮液中的固体含量维持在预定的范围内。

本发明还涉及磨碎的金属矿、生物浸矿微生物菌群，具体地，该微生物菌群为自养的且从嗜温至适度嗜热的、菌群微生物的营养介质和搅拌系统的使用，用于制作设备或用在经池生物浸矿方法中。

最后，从前文描述的方法和/或设备得到的产物也是本发明的一部分，尤其是悬浮液、包括经生物浸矿释放的液态产物、含经生物浸矿溶解金属的溶液、固态残余，其可包括经生物浸矿从金属矿释放的未溶解金属、以及从悬浮液/从溶液回收的金属，如铜、锌、钼、锑、镍、金、银和钴。

附图说明

通过阅读后文的实施例和附图可以更好地理解本发明，实施例和附图不以任何方式进行限制，其中：

图1为表示本发明方法实施方式第一实施例中氧化/还原电位(氧化还原反应)和浆状物质中微生物数量随时间变化的图。

图2表示本发明方法实施方式第一实施例中获得的经生物浸矿的金属的溶解速率。

图3为根据本发明实施例2的方法中使用的反应介质中的温度变化图。

图4为根据实施例3用于在器皿中生物浸矿设备的方法图。

图5为使用悬浮液循环器的生物浸矿设备的俯视示意图。

具体实施方式

实施例1

在容易外推至工业规模的条件下，在实验室规模上制作了一个试用设备。

被处理的矿为来自欧洲矿藏的含钴开矿废料，含约60％(按重量计)黄铁矿(二硫化铁)。该矿的钴含量大约为800ppm，以及1ppm的金含量和1900ppm的铜含量。

将713千克量的矿物添加至2m³罐中的1318千克的营养介质和226千克培养液中以获得浆。该罐为隔热的，以使获得的结果可以容易地外推至池工业应用。

实际上，该罐的面积与体积比比池来说高很多，因此，这样的罐中经边缘的热损失相比于按等比例的悬浮液的体积来算要高很多，因此，罐边缘的隔热使得其热条件接近于池体积的情况。

该浆中灌入来自BRGM-KCC培养的微生物菌群，其主要微生物属于螺菌属(Leptospirillum)、硫杆菌属(Acidithiobacillus)和杆菌属(Sulfobacillus)。该培养菌以“批”模式移植若干次，同时逐步增加液体体积从2mL至200L。

使用的营养介质是称为“9Km”的介质。这是个改进和最优化以允许微生物在含钴黄铁矿上生长的“9K”介质。所述介质的组分如下：(NH4)₂SO₄，3.70g·L^-1；H₃PO₄，0.80g·L^-1；MgSO₄·7H₂O，0.52g·L^-1；KOH，0.48g·L^-1。

由米尔顿罗伊混合公司提供的品牌名的浮式搅拌器安装在浆的表面。搅拌速度为1300rpm。反应开始的pH通过添加浓硫酸调节至1.8。反应过程中，pH通过添加方解石控制，以使得pH一直不低于0.8。

在实验室规模的使用设备上使用单一浮式搅拌器。在工业规模的本发明设备的情况中，器皿包括多个这种浮式搅拌器。

图1显示了生物浸矿过程中测量到的溶液氧化还原电位(Eh)和微生物浓度的变化。观察到，氧化还原电位的增加，伴随着微生物浓度的增加(从2.6×10⁹至3.4×10¹⁰微生物/mL)。

溶液中达到的Eh值(接近900mV)显示溶液中全体铁为三价铁(Fe^III)的形式，它说明了良好的微生物氧化活性，这通过微生物浓度的增加得到证实。

因为强的微生物活性，获得了高的金属提取量。6天测试之后溶液中钴的含量为86％，这表明浆中含有的86％的黄铁矿被浸出(参见图2)。这个结果显示，令人惊奇的是，通过简单地使用高搅拌速度的浮式搅拌器，不损害微生物(无抑制效应、无不利微生物细胞溶解)和池条件下，有可能获得高的提取量。

实施例2

在可以容易地外推至串联的工业池情况的条件下，在实验室规模上制造了经串联排列的系列器皿的试用生物浸矿设备模仿池。

如实施例1中描述的，相同的硫化矿、相同的培养液和相同的搅拌条件用在包括50L初级器皿(R1)和20L二级器皿(R2和R3)的设备中。器皿按串联排列进料。在R1中，注入的气体混合物由50％O₂和1％CO₂组成，流量设定至316NL/h。在R2和R3中，O₂的流量和浓度降低，因为氧的需求在二级器皿中较低(74NL/h和40％O₂)。图3显示了不使用外部温度调控系统下，器皿中的温度变化。可以观察到在3个器皿中温度总高于35℃，这可以维持强生物活性。事实上，当温度低于35℃，螺菌属、硫杆菌属和杆菌属的氧化活性显著降低。生物浸矿的持续过程中，微生物浓度保持在接近2×10¹⁰微生物/mL，氧化/还原电位保持在接近900mV。在R3的出口，钴的提取量为80和85％之间。这组数据显示了系统在维持良好生物活性时的自调控温度的能力，从而有效地生物浸出硫化物。

这些条件(搅拌速度、气体中的氧含量)可在一定程度上根据材料的组成(硫化物和碳酸盐浓度、矿物种类性质…)变化。这些条件的调整是常规技术的一部分。

实施例3

带3个按序排列(串联排列)池的本发明方法的实施方式显示在图4中，示例如下。

在适合用来生物浸矿的微生物生长的营养介质2中，精细研磨的硫化矿1在理想的固体浓度(从15％至40％(按重量计)，例如30％(按重量计))置于浆中。浆的pH通过添加浓硫酸3调节以达到约1.8的值(且典型地从0.8至1.8)。然后将浆注入预先灌有自养的、嗜温的至适度嗜热的微生物菌群的器皿10、20、30中，微生物菌群由嗜铁钩端螺旋菌、喜温嗜酸硫杆菌和杆菌属benefaciens种微生物(例如来自培养中心BRGM-KCC的微生物菌群)结合得到。生物浸矿所需的3种类型的微生物(嗜铁钩端螺旋菌、喜温嗜酸硫杆菌和杆菌属benefaciens种)可从DSMZ菌种保藏中心获得。

3个池带有浮式搅拌器11、21、31，所述浮式搅拌器11、21、31实施悬浮液混合、微生物发挥功能和硫化矿氧化所需的氧和二氧化碳的注入和转移。这种搅拌器市场上可获得。因此，米尔顿罗伊混合公司销售的品牌名且描述于专利申请No.EP-A-2714256中的搅拌器可用来实施本发明的方法。

生物浸矿过程发生在池10、20、30中。

串联的池的使用使得溶液被浓缩。其操作如下：

-池10、20、30通过浮式搅拌器搅拌，

-池10、20、30串联排列以操作，

-系列池10、20、30的体积适应于悬浮液的流量以保证在整个设备中的6天最小停留时间，且

-池的进料，尤其是浆从一个池向另一个池的转移和浆从最后一个池30的提取，经泵(未显示)实施。池具有6m深度。

在池的出口32，获得了由富含释放的、溶解的金属33和含未浸出矿物相的固态残余34组成的浆，通过浸出释放的全体金属以溶解形式存在。固态/液态分离(经倾析或过滤)步骤之后，溶液拿去精炼以回收这些金属，而固态残余可回收以在其他条件下历经新的浸出步骤(例如为了回收贵重金属)或者作为废料储存。

池的深度可从2至10m变化，所述池的总体积取决于浆进料的流量和含在材料中的硫化物浸出所需的停留时间(大约4至8天，例如6天)。池的个数可以变化，例如从2至10。

搅拌速度主要取决于浆的浓度和所述浆的密度，所述速度典型地在从200至350rpm范围内变化。

经浮式搅拌器11、21、31注入到浆中的气体包括，按体积计，约1％体积分数(典型地从1％至3％体积分数)来自CO₂罐5的CO₂，小于78％体积分数氮气的可变浓度氮气，氮气来自从液化氮气罐6来的氮气，和高于21％体积分数的可变浓度氧气，氧气来自液化氧气罐4。这样，气体可包含例如49％体积分数氮气和50％体积分数氧气。氧气必须以足够量注入以保证氧气的溶解量足以允许硫化矿溶解(例如，溶解1千克硫化矿(FeS₂)必须提供1千克O₂)。

氧气可以以浓缩或非浓缩的方式注入。也经流量调节器(未显示)调节每个池10、20、30的注入气体的组分和所述气体的流量以主要抵消硫化矿氧化反应(放热反应)产生的热，还抵消环境对池中浆的温度的影响，维持系统在微生物菌群发挥功能所需的温度(35℃和48℃之间)。

实施例4

图5显示了含待处理金属矿悬浮、生物浸矿微生物菌群和相应的营养介质的生物浸矿器皿51。

器皿51带悬浮液循环器。

悬浮液中的部分通过穿孔的吸气管52经泵53从器皿51提取。

所述部分被排出进入再循坏回路56。

回路56带有用于将气体注入液相的系统54，例如文氏管或多孔注射器。具有控制氧气和任选地还有CO₂含量的气体混合物调节流从供应气体的设备55经气体注射器54与再循环回路56中的悬浮液混合。气体混合物被再循环回路中的悬浮液携载并在分布于器皿四周的再注点57注进有这种悬浮液的器皿51。这样一个带整合气体注入的悬浮再循环器可与其他搅拌系统如(浮式)搅拌器结合。

为了使方法适应矿物的变化、适应生物活性、适应器皿和适应环境条件这些影响方法的因素，应进行如下操作：

-增加或减少浆在器皿中的停留时间以达到想要的金属溶解度；

-增加或降低气体流量以分别降低或提高器皿的温度；

-增加气体中O₂的浓度(例如增加O₂/N₂比)以在不提高气体流量情况下增加氧气供应；和

-控制搅拌器的操作参数(尤其是转速、转动组件的直径等)以促进材料的悬浮并使浆均匀。

例如，当系统的温度不够高时，O₂/N₂比增加且流量下降。相反，当系统需要冷却时，O₂/N₂比减小且流量增加。

本发明不限于描述的具体实施方式，对本领域技术人员而言其他实施方式也是显而易见的。