生物氧化方法及其装置的制作方法

专利名称：生物氧化方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于从矿物中提取金属，尤其是从含金属的硫化物提取它们的生物氧化方法及其反应器。
背景技术：
可以用特定类型的微生物，尤其是细菌，生物提取具体是生物氧化过程中对含金属的矿物尤其是金属硫化物进行氧化。硫化物矿物的氧化可用于从例如硫化铁、硫化铜、硫化锌、硫化镍和硫化钴将金属提取到溶液中，或将包裹在金属硫化物(尤其是难熔矿石)中的贵金属如金、银和铂分离出来。此方法被称为细菌氧化、生物提取、生物氧化、生物浸取或细菌浸取。在这方面，黄铁矿(一种硫化铁)和毒砂(一种含硫化砷铁)是所谓含金难熔矿石中最常见的含金矿物，用微生物处理这些物质可以有助于从含贵金属的难熔矿石中分离出这些贵金属。
已有文献报道在这些方法中用了某些类型的细菌包括中温微生物一氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌、铁氧化钩端螺菌，中等嗜热菌以及嗜热菌如硫化叶菌。
上述方法是许多文献和专利所广泛报道的主题。但常规的细菌氧化方法涉及在通入空气的搅拌罐中或在以细菌颗粒团聚的6mm或更大岩石堆积物中或由细颗粒造粒成的堆积物中进行细菌氧化。开发了一种含酸性细菌的液体，通常用于灌冲堆积物，便利于金属提取。堆浸已采用了许多年，Brierley等人还为一个方法获得了专利(美国专利No.524686)，该专利是采用两步聚集方法用于从堆积物(其中矿物颗粒尺寸很大，并没有打成浆液)中的硫化物矿物回收金。
Van Aswegen在“The Genmin Expericence”一文中描述了在装有精矿和水的浆液的不锈钢罐或其他带衬里的钢罐中进行细菌氧化。通常这些罐的高度为8米、直径为9米，并装有由大型电动机驱动的轴流式叶轮。将压缩空气通入，压缩空气被叶轮剪切成细分散的气泡，维持浆液中所需的溶解氧浓度。在这些叶轮装置中还可用各种其他类型的叶轮。
本发明申请人发现这些方法具有许多缺点。其中主要的缺点是制造用叶轮搅拌的细菌氧化反应器的基建成本高，且能耗也高。
虽然提出了一些建议用吹气装置来维持颗粒存在于悬浮液中，值得注意的是Envirotech的美国专利No.4728082、4732608、4968008、4974816和5007620一致认为需要某种机械装置，如耙式装置，确保大量的固体不致沉积在反应容器的底部而减少反应器的效率。
发明概述本发明的目的是提供进行细菌氧化金属硫化物矿石的改进方法及其装置。
由于这个目的，本发明一方面提供的是从含金属的物质中通过生物氧化提取金属的方法，包括在非机械搅拌的反应器中用能促进从含金属的物质中提取金属的细菌，来处理含金属物质的浆液；通过充气装置向反应器中的浆液引入含氧的气体，从而维持所述物质在悬浮液中悬浮并维持细菌的生命力。
充气装置可有利地以可控尺寸的气泡形式将气体引入反应器，通常是细小直径的气泡能提高氧向细菌的质量传递。可以理解，在这方面细菌的需氧量特别高，因此氧的扩散特性非常重要。气泡的尺寸不是用切向力来控制的。
适合的充气/搅拌装置有利地具体包括下述一些吹气器。吹气器是通过从细小气泡(较佳为控制的尺寸)到溶液或浆液的气体的扩散物质传递，将空气或气体引入浆液，并将固体维持成用于细菌氧化的悬浮液状态的装置。在本发明中适用的是半球状、管式、盘状或环状类型的吹气器。
充气装置可包括液压剪切装置。在这种装置中，是在剪切力的作用下籍对气体的错位形成非常细小的气泡，然后才完全形成。
可用表面充气装置如桨式充气装置，来破坏液体表面从而有助于在整个反应浆液中细小气泡的形成和夹带。
另外还可使用液体喷射，是将反应器中的液流泵送通过文氏管，文氏管则将空气抽取进入液体，这样来为液体充气。充了气的液体再回到反应器中。
在一优选实施方案中，适用于维持细菌生命力的气体包括含氧的气体，如空气、富氧空气、或氧气；有时可添加二氧化碳，如富含二氧化碳的空气，通过充气装置(尤其是吹气器)将这些气体引入水溶液。
当使用生物氧化过程时，可选用各种化学无机营养菌。在这种过程中可用各种类别的细菌。这些类别如下1)中温细菌，适用于10℃—45℃的氧化；2)中等嗜热菌，在40℃—60℃范围硫化物矿石的氧化；3)嗜热菌，在50℃以上—90℃氧化。
进行这个过程可用任何一种或多种这些微生物(尤其是细菌品种)，通常分别称为单培养物或混合培养物，在所需的温度范围内对硫化物或其他矿物或含金属的物质进行氧化。用于细菌氧化的中温细菌优选的是氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌、铁氧化钩端螺菌。大部分中等嗜热菌没有具体名称，但有些被称为热氧化硫化杆菌。较佳的，嗜热菌是布氏硫化叶菌、BC硫化叶菌和嗜酸热硫化叶菌。虽然本文用的是这些名称的品种，类似的在0℃—90℃整个温度范围中已鉴定能促使铁和硫氧化的细菌虽无名称，但也归入本发明的范围中。通常在上述细菌能耐受的温度范围中能有利地进行的过程将在下面叙述。可在中温细菌、中等嗜热菌或极端嗜热菌适合的温度范围下进行反应。
虽然在金属提取中可用这种方法，如果需要，也可用其他冶金操作进行预处理或后处理，如可用CIP或CIL方法来回收贵金属。生物氧化以后通常进行固体/液体分离，分离下来的液体进一步处理来回收金属。
可在任何合适的反应器中(包括那些本领域通常已知的反应器类型)使用这个方法，较佳地是连续操作。充气可通过在这些反应器中的适合充气装置(即使在大容量系统中)实现。
但希望在反应器中不使用机械装置，而将引入气体作为将颗粒维持在悬浮状态，不致有含金属物质的矿物颗粒明显沉积在反应器底部的唯一手段。可以说这种反应器是无耙式的。
在一优选实施方案中，含金属的物质是例如非铁基金属硫化物矿石，如含铜、镍、锌、铅或钴的矿石，包括混合的或多金属的矿石，或是包含有可由细菌作用溶解的包裹硫化物的含金难熔矿石。这一类别的其他金属包括浮选精矿、重选精矿、尾矿、沉淀物、冰铜和硫化物的烟尘。但上述方法也适用于对非硫化物矿石和其他通常以经济可利用浓度含金属的无机物质的细菌氧化和生物浸取，为此有适合的细菌可用。例如用本发明的方法可生物浸取稀土矿石、氧化锰矿石和磷酸盐岩石，但不限于此。
在本发明的另一个实施方案中，提供了用于生物氧化处理含金属物质的反应器系统，它包括至少一个无耙式反应器，其反应空间中备有引入含氧气体的充气装置，将所述的含金属物质维持在悬浮状态并维持细菌的生命力。
反应器虽然不带搅拌的机械装置，但可以是各种形状，例如是罐或槽的形式。在这情况下，反应器可用适合的材料制成，钢、金属合金或混凝土，有时具有耐酸介质作衬里。其他结造材料包括木材、塑料、玻璃纤维。可用本领域已知的任何充气装置。
另外，可将反应器制成在地上或地下挖掘形成的储器结构。在这种情况中，储器可带有不透液体的屏障衬里，如粘土或塑料膜，用以防止溶液进入周围的土壤或岩石。可在周围地面的上方用从岩石或其他的合适材料制成反应器。
虽然下述形式可应用于其他类型的合适反应器，就储器结构而言，较佳的反应器，其平面截面为矩形。反应器可朝任何一端呈锥形。从一端看时，反应器的截面可以也呈矩形，当然也可用其他形状。反应器的壁可是基本垂直或有斜度的。反应器的深度通常在4—8米之间，宽度通常在5—20米之间，当然深和宽这两个尺寸都可以大些或小些。可用尺寸非常大的反应器(长度可以大于100米)，且可用许多反应器。这些反应器系统可串联使用或平行使用。
反应器的底部可以从进料端开始呈坡度，由此矿石或其他含金属的材料加入到反应器中直至出料端。该坡度可以是下降的。反应器的坡度可以是可变的。就便于让颗粒从进料端送到出料端。可按要处理的含金属物质或矿石的处理速率计算反应器的体积。
可将充气装置或吹气器在反应器底部以均匀间隔安装。吹气器的安装密集程度根据反应器的需氧量确定之。
在反应器一端的宽度上许多个部位，可将进料送入反应器中。通过一个环状主管或常规类型的分流器将浆液分配给这些部位。
但反应器的设计不限制于上述这些结构，可用其他结构。
附图简述以下是本发明一些优选实施方案的描述。描述是参考以下附图进行的，其中

图1是用于本发明方法第一个实施方案的充气装置的侧视截面图；图2是图1以侧视截面图所示充气装置的俯视图；图3是用于本发明方法第二个实施方案的充气装置的侧视截面图；图4是图3以侧视截面图所示充气装置的俯视图；图5是显示反应器中环流的示意图，该反应器包括管状充气装置，如本发明方法第三个实施例中所操作的反应器；图6是显示一反应器中环流的示意图，该反应器包括一管状充气装置，该反应器是本发明方法第四个实施例中所操作的反应器；图7是本发明反应器另一实施方案的侧视示意图；图8是图7反应器的俯视示意图。
优选实施例详述图1—4中，气体通过一些吹气器传送，吹气器是将气体送到浆液或溶液的液体部分的装置。通常，压缩空气(虽然上述的其他气体也是适用的)由供气管线10吹入吹气器单元1，通过多孔壁11形成气泡，这些气泡的作用是将氧气和二氧化碳送至反应器(没有显示)中的浆液2，供细菌呼吸和矿物氧化。供气管线10可对若干个反应器供气。引入反应器的空气或气体若是栓流，难以控制引入反应器的气泡尺寸，这是不适宜的，最好避免。
壁11上孔13的直径或尺寸以所需的可控方式支配气泡的尺寸。气泡的尺寸越小，单位体积气泡的表面积越大，因而气体和液体接触的效率越大，从而使氧气传递的值高，这是高效细菌氧化所必需的。气泡的尺寸要维持在平均直径为7.5mm或更小，较佳的平均直径是5mm或更小。
可用盘状、环状或管状的设计，图1—4显示了前两种类型。
图1所示侧视截面图和图2所示俯视图中的盘状吹气器，是由柔性膜15制成的，当不输送空气时它是封闭的。这能确保在处理过程中浆液不会进入供气管线10。用一固定装置如锁紧圈16，将膜15固定在位，即膜的位置15固定在供气管线10的出口20附近。当膜15因气流而膨胀时，膜上的孔隙就打开，让气流通过。较佳的孔隙13是微细的，直径为1—5μ左右。所以，无需叶轮作用来将气栓剪切成适当的气泡尺寸分布，从而优化氧到浆液的输送。另外，可以容易控制的方式进行质量传递，通过选择所需孔隙尺寸的膜或其他材料(下述)可以控制气泡的尺寸。
图3的侧视截面图和图4的俯视图显示一个环状吹气器。所用的膜同样具有上述的特征。但是供气管线10还对供气管线23供气，而后者是向环状管24供气，由于供气管线23也是用膜15形成的，结果使膜15与溶液或浆液接触的面积更大。
膜15的特征可包括柔韧性、较低的成本、耐用性和容易更换。可用耐酸橡胶或其他聚合物制成膜15，其孔径分布应符合本方法的要求。可用膜技术领域已知的方法制造膜。
另一种类型的吹气器为通常的半球状，用塑料或陶瓷制成。在这些材料上冲出与上述相同直径的孔，这些孔径是固定的，且所有时间都敞开让空气流过，在反应器的浆液中形成气泡群。
一种特别高效类型的吹气器是管状的，管体上具有一些出气的孔，较佳为U形结构。管状体可与供气管线相连，且可由膜或合适的塑料或陶瓷材料制成。
适用于本申请的吹气器的尺寸通常能让足够体积的气体送入浆液，使得在浆液中达到0.5-15mg/l溶解氧浓度(取决于用于生物氧化方法细菌的需氧量)。为将固体维持在悬浮状态并为氧化提供足够的气体，可使用若干所需要的吹气器。
可选择反应器的结构实现最佳充气。一个或多个吹气器24可装在反应器的底部或稍距底部(如果可以的话)，这多个吹气器相距的距离，并且是可以不同流量引入气体，使得向要处理的材料产生适合的气泡分布。吹气器是固定在位的。在不同情况下，将固体维持在悬浮状态所需的吹气器数目可能比氧化所需的大，而其他情况下前者所需的数目可能比后者所需的数目要小。在反应器底部均匀分布可能是优选的。便利地，反应器单位面积中充气装置或吹气器的数目在不同部位可以不同，在反应器的进料端比出料端有更多数目的充气装置，因为预料在进料端有较高的细菌氧化速率。
图5和6表示(对本发明无任何限制)，在反应器100中装有若干管状和盘状吹气器情况下可能的气体循环情况。可以理解，各种排列均应能起有效混合和细菌/固体接触的效果，虽然可能只用一个盘状吹气器即可。
图7和8显示一个具有斜底204的矩形反应器200。底204的斜度是从进料端208(此处将浆液引入)斜到出料端212(从此处排出经浸取过的颗粒)。溢满的液流218则排出去金属回收装置(没有显示)。
有若干个管状吹气器224均匀分布在反应器200的底部上。
由管路232对吹气器224供给空气，用的是鼓风机230。还通过管路226将添加的二氧化碳通入管路232。合适的吹气器224是可从澳大利亚MRE，Adelaide(Enviroquip管状吹气器的经销商)购得的产生细小气泡的管状膜类型。这些吹气器特别适合于连接通常用作管路232的PVC管。
管状吹气器224是由主管或集合管225对其供给含氧的气体，各个管状吹气器224则从主管225向两边横向延伸分布，覆盖着反应器200的底部，如图8所示。当各吹气器224的管心装满水时，将躺在反应器200的底部上。
也可在与反应器连接的管路上安装吹气器，例如在那些将一反应器与反应器系统其他反应器相连的管路上安装吹气器。另外，也可用其他合适的装置将气体引入这些部位。这一点特别适用于堆浸法，因为在此方法中矿石颗粒不是呈在浸取液中悬浮状态的。
可用本发明的方法和反应器系统处理的材料，包括矿石、从矿石获得的精矿、尾矿、废渣和其他含足够金属量的材料，只要从这些处理获取金属有经济效益，或者是从这些材料除去金属或除去对环境或其他处理过程有害的金属。可以理解，本发明并不限制于处理硫化物。
含金属的材料可能需要预处理，例如将其粉碎到足够小尺寸，使其在常规研磨装置如球磨机中能进行研磨。
通常，将要氧化的固体研磨成足够细的颗粒尺寸，使气体能将其有效地维持在悬浮状态，而在反应器的底部没有明显沉积。需要研磨至合适的颗粒尺寸分布来满足这个要求。研磨后产品的粒度最好是90％为50μm或更小。在本发明的另一实施例中，较佳地是用超细研磨机对矿物或其他含金属的材料进行研磨，使其粒度有80％小于2μm至80％小于30μm。颗粒的最小粒度是用研磨实际可达到的粒度。颗粒粒度应选择至最佳，使固体维持在悬浮状态并适于进行细菌氧化。
通常，在粉碎和/或研磨以后，可以用重力选矿、浮选或其他选矿方法来对材料进行精选，用以增加产物中硫化物或其他所需矿物的比例。但这种方法也同样适用于处理其他过程产生的残留物精矿，此时不一定需要磨碎预处理。
将经过研磨的含金属矿石或精矿最好用水性溶液(尤其水)混合打成浆液。来自研磨的浆液可添加水稀释，泵送到要进行生物氧化过程的反应区。引入本发明反应器浆液的矿浆密度对达到本发明的目的非常重要，选择范围为5—15％或以上。矿浆密度较低(如上述)，能实现有效的细菌活性，因为离子浓度太高有毒性效应，并且细菌也会受到机械研磨。剪切力很低离子浓度低有助于促进浸取。较佳地，是预先和矿物一起将细菌以培养物的形式加入到反应器中，培养物中细菌已生长到足够数量使每升矿浆中有105—109个细菌为佳。可按实用的做法或制动方法将细菌保持在反应器中。
在反应器中的保持时间较佳为2—8天。保持时间可以长些用来处理磨得不很细的材料(需要更长处理时间)，或者为了实现更高程度的氧化和金属溶解。可按保持时间改变引入矿浆的气体量，但并非必需。
通常在适合所用的具体细菌(如硫杆菌)生长的酸性溶液中进行细菌氧化处理。预料的pH范围为0.5-3.0，0.8-2.5较佳。在开始处理时需要起始就加酸，为的是中和消耗酸的矿物，并将pH维持在所需范围。硫化物矿物氧化时会产生酸性副产物，因而在处理过程中pH可能有所下降。如果需要，可以有控制地添加碱或碱性试剂(如石灰、石灰石或任何其他合适的碱)，从而将pH维持在所需范围。
当要处理的材料不是硫化物时，可在碱性条件下进行反应。此时应将pH保持在适合具体浸取条件的水平。
维持细菌可以需要添加营养物来保持其生长。通常加到反应区的营养物是含氮、硫和磷的材料，如硫酸铵、二硫代磷酸钾和硫酸镁。另外，对具体的矿石和精矿还需要其他营养物，这是本领域已知的。
另外，硫化物矿物的氧化是放热过程，在细菌促使矿物氧化的过程中要释放热量。当处理矿石时这可能是个问题，尤其是处理富含硫化物的精矿时。在这种情况下，释放的热量会使反应器中矿浆的温度上升到高于细菌(尤其是硫杆菌)能承受的温度。硫化叶菌的耐热性较好。所以反应器通常具备冷却系统。水是合适的冷却剂，冷却系统可以是直接冷却的，将冷却剂水引入反应器的底部。也可以用常规的热交换设备进行间接冷却。例如，可由冷却塔产生冷水，将其通入冷却盘管、管束或适合装在反应器中的类似装置。管束和盘管在没有由叶片搅拌或混合所产生的强烈涡流情况下是很适用的。在反应储器深度较小并液体表面积较大的情况下，可使用蒸发冷凝剂。冷却剂可以足够的速率引入，用以有助于将固体维持在悬浮状态，而补充水抵消蒸发损失。
更通常使用的是具有加热/冷却功能的控温系统。控温系统的位置和特性，是内部还是外部的、直接还是间接的均可变，借以实现反应器所需的温度控制。例如，当使用嗜热菌时，可能需要加热到60℃。
以下例举一些此方法的其他用途，但无限制作用产生铁离子本发明的方法适用于将溶液中的二价铁离子转化成三价铁离子，三价铁离子会与矿物(如铀矿物)起反应，从而析出有经济价值的金属。
处理含锰矿石可以与硫化金属混合进行锰矿石的处理，所用的细菌氧化参数如上所述。
另外，可将pH控制于4—8之间，用肠杆菌微生物浸取锰矿石。
脱除煤中的硫磺黄铁矿矿物常与煤一起共同存在，人们已用化学无机营养菌的细菌氧化来除去黄铁矿，减少煤中硫磺含量。可用本发明的方法来除硫，所用的细菌氧化参数如上所述。
由于用本发明的方法和反应器系统投资和操作成本预计较低，所以所用矿石、精矿或其他含金属材料的级别可以比用于搅拌槽与类似的反应器系统低一些。
可从以下一些实施例的描述更完全地理解本发明。
实施例A 惰性材料用一种惰性材料进行试验来模拟硫化物矿石和精矿的情况。
将10％重量百分数的浆液(其中颗粒粒度90％小于16μm)用密集排列的许多EPOM合成橡胶(从Nopol＇s购得的商品名为PIK300)制成的盘状膜式吹气器注入细空气泡，使得在槽中维持均匀的悬浮液。吹气器盘的直径为304毫米，置于直径为1.4米高为4米的槽的底部。槽的高度与工业使用的相似。
为防止固体沉淀所需的空气流量至少为2.4Nm3/h/吹气器。此所需的空气流量在制造商推荐的操作范围内。
因气流减速或受到破坏而沉淀下来的固体，当流量重新设置到2.4Nm3/h/吹气器或更高时，就重新重悬浮起来。
这些结果表明在相同的操作条件下，90％上颗粒小于12μm的典型经研磨硫化物精矿的浆液也会保持悬浮状态。
空气流量的操作条件设置到对应于每立方米1.5千克需氧量，这相当于硫化物矿物进行细菌氧化的需氧量。
实施例B含金难熔硫化物精矿的浸取将含毒砂和黄铁矿的金精矿样品研磨至80％颗粒的直径小于15微米。
常规耐酸材料制成的一个生物氧化反应器，其容积为200升，在其底部安装了实施例A所述的膜式吹气器。以能将被研磨固体维持在悬浮状态的流量向吹气器供应空气。不使用其他搅拌器。
用水混合精矿粉末，产生10％(以重量对体积计)的矿浆。向矿浆中加入硫酸维持酸度为pH1.2。向反应器中的矿浆加入约5升含精矿与中等嗜热菌混合物的接种矿浆。随后将包含水合硫酸镁、正磷酸钾和硫酸铵的营养混合物加到矿浆中。
然后加热反应器，使矿浆的温度维持在48℃(中等嗜热菌的范围)。
用一标准压缩机通过带阀的一个流量表以及与吹气器相通的管道，向反应器通入空气。
控制空气的流量，使得吹气器放出稳定的气泡流。空气用于将颗粒维持在悬浮状态，同时对细菌培养物供氧。反应器中不使用其他搅拌器。每天采取矿浆样品，测定毒砂/黄铁矿精矿的氧化量。
实验进行32天后，分析槽中的最终残留物。
S2-是存在的硫化物硫的量，它决定着发生的整个氧化量。基于对残留物的分析，得出氧化量。
然后用常规的氰化物浸取来提取残留物中的金。残留物分析为67g金/吨，表明其中99％的金已用氰化法提取。
实施例C铜精矿的浸取将含黄铜矿的铜精矿样品(标为“CP1”)研磨至80％颗粒的直径小于10微米。
同样，在最大容积为200升的生物氧化反应器，底部安装实施例A所述的膜式吹气器。以能将被研磨固体维持在悬浮状态并维持细菌需氧量的流量供应空气。不使用其他搅拌器。
用水混合精矿粉末，产生5％(重量对体积计)的矿浆。向矿浆中加入硫酸维持酸度在pH1.2。向反应器中的矿浆加入约5升含精矿与中等嗜热菌混合物的接种矿浆。随后将包含水合硫酸镁、正磷酸钾和硫酸铵的营养混合物加到矿浆中。
然后将反应器置于一加热的房间中，使矿浆的温度维持在48℃。
用一标准压缩机通过带阀的流量表以及与吹气器相通的管道，向反应器通入空气。
控制空气的流量，使得吹气器放出稳定的气泡流。空气用于将颗粒维持在悬浮状态，同时对细菌培养物供氧。反应器中不使用其他搅拌器。每天采取矿浆样品，测定毒砂/黄铁矿精矿的氧化量。
实施例D多金属精矿D.1用中温细菌浸取在本实施例中，所用的反应器直径125mm，高1.7m。将实施例A所述的吹气器安装于反应器的底部。
对含有硫化物矿物混合物的混合多金属精矿(标名为“M1”)样品进行生物氧化，提取锌、镍、铜和钴。精矿含有镍矿物镍黄铜矿，在矿物磁黄铜矿的结构中也含有镍。铜主要以黄铜矿的形式存在，但也存在辉铜矿和斑铜矿。锌以闪锌矿存在。金属钴与镍矿物结合，且也作为镍矿物存在。将精矿研磨至80％颗粒的直径小于15微米。
用水混合精矿粉末，产生10％(重量对体积计)的矿浆。向矿浆中加入硫酸维持酸度在pH1.2。向反应器中的矿浆加入约半升精矿与中温细菌(氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌)混合物的接种矿浆。随后将包含水合硫酸镁、正磷酸钾和硫酸铵的营养混合物加到矿浆中。
然后将反应器置于一加热的房间中，使矿浆的温度维持在35℃。
用一标准压缩机通过带阀的流量表以及与吹气器相通的管道向反应器通入空气。
控制空气的流量，使得吹气器放出稳定的气泡流。空气用于将颗粒维持在悬浮状态，同时对细菌培养物供氧。反应器中不使用其他搅拌器。精矿被氧化，金属进入到溶液中。分析矿浆的一部分来测定金属提取量。当反应完成后，分离固相和液相，并分析溶液和固体。
D.2用中等嗜热菌浸取在本实施例中，所用的反应器直径125mm，高1.7m。将实施例A所述的吹气器安装于反应器的底部。
对含硫化物矿物混合物的混合多金属精矿(标名为“M2”)样品进行生物氧化，提取锌、镍、铜和钴。精矿含有镍矿物镍黄铜矿，在矿物磁黄铜矿的结构中也含有镍。铜主要以黄铜矿的形式存在，但也存在辉铜矿和斑铜矿。锌以闪锌矿存在。金属钴与镍矿物结合，且也作为镍矿物存在。将精矿研磨至80％颗粒的直径小于15微米。
用水混合精矿粉末，产生10％(重量对体积计)的矿浆。向矿浆中加入硫酸维持酸度在pH1.2。向反应器中的矿浆加入约半升含矿石精矿与中等嗜热菌(氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌)混合物的接种矿浆。随后将包括水合硫酸镁、正磷酸钾和硫酸铵的营养混合物加到矿浆中。
然后将反应器置于一加热的房间中，使矿浆的温度维持在47℃。
用一标准压缩机通过带阀的流量表以及与吹气器相通的管道向反应器通入空气。
控制空气的流量，使得吹气器放出稳定的气泡流。空气用于将颗粒维持在悬浮状态，同时对细菌培养物供氧。反应器中不使用其他搅拌器。精矿被氧化，金属进入到溶液中。分析矿浆的一部分来测定金属提取量。当反应完成后，分离固相和液相，并分析溶液和固体。
D.3用嗜热菌浸取在本实施例中，所用的反应器直径40mm，高1.0m。将可购得的烧结聚合物吹气器安装于反应器的底部。
对含硫化物矿物混合物的混合多金属精矿(命名为“M3”)样品进行生物氧化，以提取锌、镍、铜和钴。精矿含有镍矿物镍黄铜矿，在矿物磁黄铜矿的结构中也含有镍。铜主要以黄铜矿的形式存在，但也存在辉铜矿和斑铜矿。锌以闪锌矿存在。金属钴与镍矿物结合，且也作为镍矿物存在。将精矿研磨至80％颗粒的直径小于15微米。
用水混合精矿粉末，产生3％(重量对体积计)的矿浆。向矿浆中加入硫酸维持酸度在pH1.2。向反应器中的矿浆加入约100ml含矿石精矿与嗜热菌(硫化叶菌)混合物的接种矿浆。随后将包含水合硫酸镁、正磷酸钾和硫酸铵的营养混合物加到矿浆中。
然后将反应器置于一加热的房间中，使矿浆的温度维持在70℃。
用一标准压缩机通过带阀的流量表以及与吹气器相通的管道向反应器通入空气。
控制空气的流量，使得吹气器放出稳定的气泡流。空气用于将颗粒维持在悬浮状态，同时对细菌培养物供氧。反应器中不使用其他搅拌器。精矿被氧化，金属进入到溶液中。分析矿浆的一部分来测定金属提取量。当反应完成后，分离固相和液相，并分析溶液和固体。
实施例E锌精矿在本实施例中，所用的生物氧化反应器的直径40mm，高1.0m。将实施例D.3所用的烧结聚合物吹气器装于反应器的底部。
处理含硫化物矿物混合物的锌精矿(命名为“Z1”)样品提取锌。精矿所含的锌以闪锌矿存在。样品中也含有呈方铅岩的硫化铅。将精矿研磨至80％颗粒的直径小于15微米。
用水混合精矿粉末，产生5％(重量对体积计)的矿浆。向矿浆中加入硫酸维持酸度在pH1.2。向反应器中的矿浆加入约半升精矿与中等嗜热菌(氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌)混合物的接种矿浆。随后将包含水合硫酸镁、正磷酸钾和硫酸铵的营养混合物加到矿浆中。
然后加热反应器，使矿浆的温度维持在48℃。
用一标准压缩机通过带阀的流量表以及与吹气器相通的管道向反应器通入空气。
控制空气的流量，使得吹气器放出稳定的气泡流。空气用于将颗粒维持在悬浮状态，同时对细菌培养物供氧。反应器中不使用其他搅拌器。精矿被氧化，锌进入到溶液中。分析矿浆的一部分液体来测定锌的提取量。
实施例F将二价铁转化成三价铁在直径25mm高1.0m的反应器中进行另一个实验。将实施例D.3和E中所用的烧结聚合物吹气器装于反应器的底部。
将硫酸亚铁样品加到反应器中，用水稀释，得到铁的浓度为9g/l。向反应器中的浆液加入硫酸维持酸度在pH1.2。向反应器中的矿浆加入非常噬热的细菌(硫化叶菌)，该细菌是先提取在滤纸上将它们与其他残留的溶液分开。随后将包含水合硫酸镁、正磷酸钾和硫酸铵的营养混合物加到浆液中。
然后加热反应器，使矿浆的温度维持在70℃。
用一标准压缩机通过带阀的流量表以及与吹气器相通的管道向反应器通入空气。
控制空气的流量，使得吹气器放出稳定的气泡流。空气用于将颗粒维持在悬浮状态，同时对细菌培养物供氧。反应器中不使用其他搅拌器。
结果溶液中的二价铁被氧化转化成三价铁。用重铬酸钾滴定测定二价铁的转化量。
在不出本发明的范围情况下，可对本发明的方法和反应器系统还可作一些改进和变化。
权利要求
1.一种用生物氧化从含金属的材料回收金属的方法，其特征在于，所述的方法包括在不用机械搅拌的反应器中，用能从所述含金属的材料提取金属的细菌，处理含该材料的浆液；通过充气装置将含氧的气体引入反应器中的浆液，将所述的材料维持在悬浮状态并维持细菌的生命力。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以可控尺寸的气泡将所述的气体引入所述的浆液。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的充气装置包括至少一种选自以下的吹气器管状、半球状、环状和盘状的吹气器。
4.如前任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述的反应器是无耙式的。
5.如前任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述引入反应器的气体还含有二氧化碳。
6.如前任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述的细菌培养物包括至少一种选自以下的微生物氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌、铁氧化钩端螺菌、热氧化硫化杆菌、布氏硫化叶菌、BC硫化叶菌和嗜酸热硫化叶菌。
7.如前任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述含金属的材料含有至少一种以下金属非二价铁基金属、贵金属和稀土。
8.一种反应器，其特征在于，可按上述任一权利要求所述的方法进行操作。
9.一种生物氧化处理含金属材料的反应器系统，其特征在于，所述的反应器系统包括至少一个无耙式反应器，反应器各有充气装置，用来将含氧的气体引入反应器，从而将所述的含金属的材料维持在悬浮状态，并维持细菌的生命力。
10.如权利要求9所述的反应器系统，其特征在于，所述的至少一个反应器是槽或罐。
11.如权利要求9所述的反应器系统，其特征在于，所述的至少一个反应器包括具有不透液体屏障衬里的储器。
12.如权利要求10或11任一所述的反应器系统，其特征在于，所述的至少一个反应器具有进料端和出料端，且反应器的底部朝出料端有一向下斜的底部。
13.如权利要求9—12任一所述的反应器系统，其特征在于，所述的充气装置包括至少一个吹气器。
14.如权利要求13所述的反应器系统，其特征在于，所述的各吹气器装于反应器底部附近。
15.如权利要求13所述的反应器系统，其特征在于，所述的吹气器是管状、半球状、环状或盘状的吹气器。
16.如权利要求9—15任一所述的反应器系统，其特征在于，所述的充气装置位于与所述的至少一个反应器相通的管道上。
全文摘要
本发明公开了一种进行生物氧化加工,从含金属的材料中提取金属的方法及其装置,在生物氧化反应器中采用充气装置,较佳是吹气器装置,将含氧的气体引入该不用机械搅拌装置的反应器,来维持细菌的生命力,并将含金属的材料维持在悬浮状态。
文档编号C22B3/00GK1331759SQ99814694
公开日2002年1月16日 申请日期1999年10月22日 优先权日1998年11月18日
发明者M·罗兹, P·C·米勒, R·温比 申请人:拜克泰克(澳大利亚)控股有限公司