细小颗粒工业固体废物的筑堆工艺及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于微生物湿法冶金领域，尤其涉及一种细颗粒工业固体废物的高效生物堆浸工艺。
【背景技术】
[0002]矿产资源是人类社会发展和国民经济建设的重要物质基础。经济的快速增长与矿产资源的大量消耗密切相关，现阶段我国70%以上的农业生产原料、80%以上工业原料和90%以上的能源来自于矿产资源。然而，我国矿产资源品位极低、多矿伴生或共生、复杂难处理，且中小型矿居多，传统选矿冶金工艺不能有效处理这些矿产资源，存在资源可利用率低、生产流程长、经济效益差等问题。这使得我国金属矿产资源供给处于严重短缺的状况，成为制约我国社会和经济发展的主要因素之一。另外，由于长期以来我国对矿业采用粗放式经营，采富弃贫、采易弃难、优矿劣用，人们缺乏对我国矿产资源匮乏状况的正确认识，综合利用意识薄弱，矿山企业盲目开采，对共/伴生矿石、低品位矿石、尾矿和表外矿等直接丢弃或利用率很低。如:2011?2013年我国的尾矿产生量分别为15.81、16.21和16.49亿吨，呈现出持续增长的趋势，但是利用率只有18.9%。
[0003]堆浸技术是生物冶金技术中处理低品位矿石应用较为广泛的一种技术，适宜处理尾矿、废石和有色金属冶炼渣等工业固体废物资源，但存在浸出周期长、金属回收效率低等难题，在我国表现的尤为突出。其中关键问题之一就是由于大部分此类资源粒度较小，有时含泥量较高，导致浸堆渗透性极差。堆浸技术决定着浸出液在矿堆中的渗透性以及均匀性，进而决定堆浸的浸出率及浸出速率。矿堆渗透性差及渗流不均匀必然导致堆浸工艺的失败。在细小粒度矿石的综合利用方面，申请号为201110116090.7的中国发明专利公开了一种红土镍矿堆浸方法，将红土镍矿破碎至I?1mm进行堆浸，然后进行四级串联堆浸，但是需要进行预先洗矿去掉细小颗粒的泥质成分，而且没有对筑堆工艺本身进行优化；申请号为201210161604.5的中国发明专利公开了一种低品位混合铜矿石分阶段堆浸工艺，将矿石破碎至O?15_，采用可复用堆场和永久性堆场串联浸出，但同样没有对筑堆工艺本身进行优化；申请号为201180060170.3的中国发明专利公开了一种含锰矿石的堆浸方法，将小于6mm的矿石与硫化物矿石按5:1的比例混合后，加入自石灰、水泥或聚合物等粘合剂进行制粒，最后进行堆浸，硫化物矿石的作用是与氧化锰反应获得Mn'申请号为201410250889.9的中国发明专利公开了一种铜熔铸浮渣生物堆浸回收铜工艺，将铜熔铸浮渣破碎至20mm以下，再按1: 5?5:1的比例加入1mm以下的硫化矿，制粒后进行堆浸，硫化矿的作用是提供Fe'当矿堆中各种粒径的矿石分配不合理时，渗透性过大容易造成溶液渗流不均匀，易出现紊流、优势流等渗流状态，最终造成浸出率和浸出效率不理想；渗透性过小容易当导致溶浸液在其间的渗流速度很慢，同样会造成浸出率和浸出效率不理想。
[0004]在提高堆浸体系渗透性方面，科研人员也进行了研究，如筑堆前将细质泥矿或者粉状矿与粒度大的矿石分开，提高入堆的矿石粒度来提高渗透性(Ghorbani etal.Minerals Engineering, 2011，11:1172-1184 ;武彪等.金属矿山，2010，12:54-57 ;王洪江等.黄金，2011，2:46-50 ;姚高辉等.矿业工程，2011，8:1_5 ;吴爱祥.矿业研究与开发，2011，5:22-26;刘美林等.有色金属(冶炼部分)，2012，7:1-5);采用形状类球、尺寸相近的材料提高堆底部垫层通透性(吴爱祥等.矿业工程，2006，6:5-8);添加高分子聚合物等表面活性剂或者水泥石灰等无机造粒剂制粒(参见樊保团等.湿法冶金，2004，4:211-214 ;Lewandowski 和 Kawatra.1nternat1nal Journal of MineralProcessing, 2009, 3-4:88-93 ；Dhawan et al.Minerals Engineering, 2013，41:53-70)、添加氧化钙作为疏松剂(参见申请号为200310118916.9的中国专利)、堆中布液和机械松动等(参见王贻明等.金属矿山，2007，8:16-18)。
[0005]总体来看，现有的堆浸技术一般不能充分利用细小粒度(小于1mm)的矿石及工业固废物，且需要添加额外的材料，存在工艺复杂、成本高、浸出效率低等问题，且不能保证渗流效果。可见，目前我国在细小颗粒工业固体废物的综合利用和金属元素回收方面还存在很多不足。对于我国堆浸技术而言，筑堆技术、高效堆浸体系建立和如何提高堆浸体系的渗透性等方面的研究极度匮乏，特别是在细小粒度的尾矿和废矿等细小颗粒工业固体废物筑堆技术方面已经远落后于实践应用需求，这在某种程度上限制了我国堆浸技术的进一步发展和推广应用。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是，克服以上【背景技术】中提到的不足和缺陷，提供一种能够显著提高堆浸体系的渗透性、保证渗流均匀、且有利于微生物生长的细小颗粒工业固体废物的筑堆工艺，还相应提供该筑堆工艺在生物堆浸中的应用。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种细小颗粒工业固体废物的筑堆工艺，包括以下步骤:
[0008](I)将细小颗粒工业固体废物筛分成若干个粒级；
[0009](2)将分级后的不同粒度大小的工业固体废物根据设定的不均匀系数和曲率系数进行级配并混匀，然后进行熟化，得到级配散体；
[0010](3)采用上述级配散体进行薄层筑堆。
[0011]上述的筑堆工艺中，优选的，所述细小颗粒工业固体废物包含硫化矿尾矿、废石或有色金属冶炼渣。
[0012]上述的筑堆工艺中，优选的，将所述细小颗粒工业固体废物筛分成6?8个粒级。
[0013]上述的筑堆工艺中，优选的，经所述步骤(I)筛分后的细小颗粒工业固体废物的粒度小于10mm。所述步骤(2)中级配散体的含水率为8%?10% (w/w) 0
[0014]上述的筑堆工艺中，优选的，对所述级配散体设定的不均匀系数为15?34。不均匀系数是指在级配曲线上累计百分含量达到60%所对应的有效粒径与累计百分含量达到1 %所对应的有效粒径比值。
[0015]上述的筑堆工艺中，优选的，对所述级配散体设定的曲率系数为1.5?3.5。曲率系数Ce是指在级配曲线上累计百分含量达到30%所对应的有效粒径二次方与累计百分含量达到60%和10%所对应的有效粒径之积的比值。
[0016]当级配散体的不均匀系数为15?34，曲率系数为1.5?3.5时，能够显著提高细粒度的矿石的渗透性，达到了生物堆浸的要求。
[0017]上述的筑堆工艺中，优选的，所述级配散体的Cl1。控制为0.1?0.3mm。
[0018]上述的筑堆工艺中，优选的，所述级配散体的d3。控制为0.4?1.6mm。
[0019]上述的筑堆工艺中，优选的，所述级配散体的d6。控制为1.1?5.0mm。
[0020]上述的筑堆工艺中，优选的，所述细小颗粒工业固体废物为硫化矿尾矿、废石或有色金属冶炼渣。
[0021]作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述本发明的筑堆工艺在生物堆浸中的应用，包括以下步骤:
[0022]在铺设好最底层和防渗层后，再铺设一层粗砂(1mm左右)作为底层，在该底层上分别以粒径为10?15mm和5?1mm的矿石作为一级缓冲层和二级缓冲层，然后以上述的筑堆工艺进行筑堆，筑好堆后采用pH为1.0?2.0的稀硫酸溶液进行预先喷淋，待喷淋渗出液PH稳定到1.0?2.0后接入微生物，开始进行生物浸出。
[0023]经过我们反复的研究发现:生物浸出液对固体废物的溶解能力一定时，生物堆浸技术能否成功将更多取决于生物浸出液在固体废物堆中的渗流效果一一即渗透性；生物浸出属于化学过程，而生物浸出液的渗流属于物理过程，后者为前者提供实现所必需的条件。随着粒径的增加，单位体积内的孔隙体积和平均孔隙直径随之增大，使得流体能够流经的面积增大，单位时间内的渗流量随着粒径的增加而增加。从流体力学角度出发，只有渗透性达到一定的范围时才不会成为浸出效率的限制因素，渗透性越好，越有利于溶质运移和浸出效率提高；但是从化学反应角度出发粒度越小越好，粒度越小比表面积越大，浸出液与颗粒接触面积越大，越有利于溶解反应。因此，两者之间存在一定的不可调和性。但我们长期的研究和大量、反复的实验分析表明，这两个限制因素之间的平衡控制并不能通过简单的实验来确定，因为这涉及到多种粒径的矿石，在某个或者几个粒径的矿石所设定的配比一定时，矿石散体的级配却并不固定，具有很大的不确定性，即使预先设定好矿石粒径或者几个的矿石的比例，也可以画出无数条级配曲线。更需要强调的是