专利名称：生物浸出含金属的硫化物材料的方法
技术领域：
本发明涉及连续生物浸出含金属的硫化物材料的方法。
背景技术：
已早就知道在氧和微生物的存在下，浸出硫化物材料，例如矿石 和矿石浓缩物，目的为获得材料中的有价值的金属内容物，所述微生
物的形式为各种类型的细菌及其他类似微生物，所述微生物能够有利 地氧化材料中的硫和铁及其他金属。这种浸出类型被称为生物浸出。
例如，有价值的金属通过生物浸出可以被浸出且被带进溶液中， 而所形成的溶液随后可以被处理以选择性获得有价值的金属，例如 铜、镍、钴、铀和锌。然而，不能通过这种浸出方式直接回收的责或 贵重金属内容物，例如高熔点材料例如黄铁矿和砷黄铁矿中的责重金 属或贵金属内容物，也可通过以下方法进行回收，首先溶解任何周围 的金属硫化物以释放贵重或贵金属，随后以常规方式湿法冶金处理生 物浸出残渣，以浸出贵重或贵金属。
由于细菌有利于将硫化物硫以及元素硫两者氧化形成硫酸盐的 事实，生物浸出法提供了超过其他可能的加工金属硫化物材料的湿法
冶金法(例如加压浸出)的某些优点。Fe(II)到Fe(III)以及As(III)到 As(V)的氧化也是有利的。因此细菌浸出的材料最好可以在后续阶段 中被进一步浸出，例如在贵重金属回收法中，没有任何由于元素硫存 在引起的问题的危险。然而，已经发现同样少量的任何元素疏，如同 经常存在于生物浸出的材料中一样，在为了获得贵重金属的后续氛化 物浸出法中是不利的，因为此类硫将消耗氰化物以形成硫氛酸盐，所 述硫氰酸盐将消极地影响该方法的经济性。
生物浸出可以通过所谓的堆浸出来完成，所述堆浸出可以是原位 地或成堆地，其中浸出液体被带着向下经过材料堆，或者也可通过所 谓的槽浸出来完成，其中浸出液体和材料通常在升高的温度下以泥浆 或矿浆的形式进入反应器，例如槽。槽浸出更通常作为连续过程进 行，特别是在商业设备中，其中进入物质被带着流过所述反应器，但
也可分批地进行，特别是以较小规模。
我们较早的公开物US - A - 5，397，380中描述了利用各种类型的 微生物生物浸出不同类型的硫化物材料，并且本领域的基本背景技术 可以在例如AU - A - 11201/92、 CA-A- 1 023 947和US - A-4,571,387中找到。
生物浸出的一个严重缺陷是在室温下需要非常长的浸出时间以 便获得足够高的金属产量。
在堆浸出时，其中材料在室外占优势的温度下以堆(矿床)的形式 浸出，浸出时间非常长，将近约一年，但如果部分材料在槽中浸出且 将槽浸出的浸出残渣与待浸出的材料混合，则浸出时间可以少量地减 少。通过这个程序，富含微生物的浸出残渣可以用作起始培养物，所 述起始培养物被接种入矿床中。这样直至获得矿床中完全浸出的总时
间可以被加速。因此，目的是为了获得尽可能快的氧化。在US-A -6，207，443、 WO- 00/50651和US - A - 5，688，304中描述了此类方 法，其中槽浸出法与堆浸出相结合。在所有方法中将堆浸出用于贫矿 或含易浸出的金属硫化物的矿石。对于其他类型的矿石，槽浸出是更 适合的方法，且在这种情况下，由于良好搅拌且，因此，更好动力学 的可能性并且还有在升高的温度下易获得浸出且因此更快的浸出程 序的可能性，是更大大小的连续浸出的形式。在下文中只讨论连续浸 出法，以及由此特别是与此类方法相关的麻烦。
根据其最佳生长温度将微生物培养物分为几组。生物浸出领域中
最常见的培养物是嗜温培养物，例如氧化亚铁硫杆菌(rA/Mfl"7/"s
/mw;^"""，其应用范围最多最高达401C，中等嗜热培养物(热耐受 的)，例如，极端嗜酸性喜温石克杆菌04c/rfi7/i/oZuic/〃":y cflW"s)，其应用 范围最高达约50 - 55"C，以及极端嗜热培养物，例如金属硫化叶菌
(5W/o/M"s/M""〃/c"^，其中某些可用于最高达约9ox:的温度，尽管
大部分在65- 70lC的温度使用有效。
在连续的两阶段法中，其中有价值的金属从砷矿物中获得，第一 阶段使用嗜温和/或中等嗜热型培养物来浸出主要部分的砷内容物， 且第二阶段在升高的、超过5sx:的温度下使用极端嗜热型培养物来
浸出任何剩余的金属和硫内容物。这种方法在本领域Bolden的较早 专利之一 US - A - 6，461，577中被阐述，且在一篇较晚的文章Hydrometallurgy 71(2003)p.21 — 30中被进一步讨论。
被生物浸出的矿石或浓缩物通常为几种矿物，主要以及次要硫化 物的混合物，例如黄铜矿和辉铜矿、砷黄铁矿和黄铁矿。在那些情况 下，贵重金属内容物以包裹(包埋)于例如砷黄铁矿或黄铁矿中的形式 存在(所谓的高熔点贵重金属)，生物浸出后暴露的责重金属颗粒可以 通过下列方法获得，例如通过氰化法或任何常规方法，例如CIL(碳 浸法)、CIP(碳浆法)、Merrill - Crowe或RIP(矿浆树脂交换法)。
在生物浸出中，各种材料的氧化和浸出将在非常长的浸出时间， 即所谓的停留时间内发生。许多矿物要求的停留时间如此之长以致于 必须在升高的温度下进行，如前文所述适合此类条件的微生物所显示 的。从这点，看来在后续贵重金属获得方法中高浸出温度也有利于试 剂的消耗。此外，浸出时存在的微生物类型的有效性以及矿浆密度， 即每单位矿浆的矿物量，将受到影响。
在常规的、连续的商业生物浸出法，例如PC van Aswegen和J van Niekirk论文中所述方法中(Bac - Min Conference Bendigo Vic. 8-20 November 2004， p.181 - 189)，材料在多个并联和串联连接的反应器 中连续浸出。第一个浸出阶段通常为并联连接的两个或更多个反应 器。随后串联连接回路中的其他反应器。第一阶段通常包含回路中大 部分总浸出时间。通常情况，当进入的矿浆无菌时，即没有任何活性 微生物量时，第一阶段中可用于所谓"稳定状态"的可能最短停留时 间由微生物的最大生长因子决定。这个因子又随着微生物的类型、限 制底物的类型以及矿浆环境而改变。
在给定的最小停留时间，其对应于所谓的"临界稀释率"，其为 1/停留时间，在所有连续的生物浸出方法中将发生通常被称为培养物 "洗出"的事件，这意味着微生物没有时间生长为相同的速度，因为 其与矿浆一起被冲洗出来。这使得连续的生物浸出不再可能，因为回 路在稳定状态将完全耗尽微生物。
在很多情况下，停留时间比对应于得到"洗出"的临界时间的停 留时间短很多的浸出是很重要的，即，是有利的或适合的。此类情况 的一个实例是根据我们专利US-A- 6,461,577的上述两阶段法，其 中硫化物的浓缩物是在两个阶段中在不同温度下且使用不同培养物 进行生物氧化的。已经显示在较高的温度下利用极端嗜热培养物浸出
高熔点的贵重金属浓缩物将产生一种浸出残渣，所述浸出残渣在后续 氰化物浸出法中消耗相当更少量的氛化物，如果与利用嗜温和/或中 等嗜热培养物的氧化法所得的浸出残渣相比的话。迄今为止原因还不
是很清楚，但很可能是由于可以以元素硫(s。)或任何还原的硫化合物 例如硫代硫酸盐等形式存在的某些较少量的反应性疏，如前文所述， 所述反应性硫将消耗氰化物形成硫氛酸盐。在将导致浸出残渣也包含 较少量反应性硫的此类方法中，因此需要通过选择适当的微生物和限 制于在正常临界时间所需的停留时间之下的停留时间来氧化此类硫量。
能够"控制"氧化从而使得选择性氧化不同类型的矿物成为可 能，即，砷黄铁矿相对于黄铁矿相对于元素硫，这也具有很高的价值。 尤其让人感兴趣的情况是高熔点金主要作为夹杂物存在于砷黄铁矿
中。生物浸出法的生产费用主要与总氧和中和需求相关。
在上述堆浸出法中，此类控制基本上不在预期之内，这是由于实 际浸出的更简单和贫乏的矿石类型以及，因此，此类浸出通常进行地 非常彻底。
然而，惊奇地发现，含金属的硫化物材料的连续生物浸出可以在 比其他方式更短的停留时间内进行，所述其他方式在关于上述"洗 出"问题的常规方法中是可能的，这使得选择性浸出成为可能并，因
此，使该方法更经济。
本发明通过下述权利要求中阐明的步骤表征。 发明概述
根据本发明，将此类硫化物材料以矿浆或泥浆的形式供给主回 路，其中在一个或多个阶段利用适合于所进入材料的微生物培养物进 行生物浸出。将具有促进且维持微生物生长能力，即在其中有活性的 材料供给侧回路，以产生此类微生物，所述微生物适合主回路中的生 物浸出。将由侧回路流出的矿浆以预定流的形式供给主回路，从而甚 至在比临界停留时间更短的停留时间，这个回路中也获得了足够高活 性的培养物，所述临界停留时间在没有所述添加时应是占优势的。主 回路浸出程序中的氧化度和温度因此允许受到控制，从而可能选择性 氧化不同的进入材料以及在由主回路流出的材料中获得预定氧化
率。取回这种材料的分离的浸出残渣，所述浸出残渣具有适合后续金 属获得法的氧化率。该浸出物随后可被进一步引向适合获得金属的后 续方法。
生长维持材料可以是外部材料，例如含有元素硫的材料或亚铁溶 液，但作为此类适合的材料，将计划用于主回路(主流)中生物浸出的 一部分材料流取回并供给侧回路。因此，硫化物材料可以在供给主回
路前全部或部分地首先供给预回路(pre - circuit)以通过利用适当 的培养物生物浸出来部分氧化。由预回路流出的部分材料也可以供给 侧回路。至少由预回路中流出的内容物分离的部分浸出残渣也可以有 利地供给侧回路。对每个回路可选择适合后续回路的预定停留时间， 在所述回路选择适当的停留时间从而在由回路流出的材料中获得预
定氧化率。
在不同的回路和阶段可以利用具有不同特性的微生物，例如嗜温
或中等嗜热培养物可以用于预回路而极端嗜热培养物可以用于主回 路和側回路。这种方法也使得灵活利用纯硫或铁氧化培养物成为可能。
换句话说，本发明意味着浸出方法除了在主回路中进行之外还在 单独(侧)回路中进行， 一部分实际材料流引向所述单独回路。可替代 地， 一个完全不同的、"外部的"可氧化材料可以全部或部分供给回 路，即，该外部材料可以与一部分实际材料流或不与任何该类部分流 一起供给。在这个側回路中产生了生物量，即，包含存在的活性培养 物内容物的矿浆，所述培养物适合主回路，以便能够获得受控制的氧 化，这就是该回路又被称为"生物发生器"的原因。
通过由生物发生器供给的生物量，在主回路第一阶段的可能最短 停留时间的选择不受"临界稀释率"限制，所述临界稀释率在如果只 供应无菌材料，即缺乏任何活性培养物的材料时将占优势，因为微生 物以活性培养物的形式由外部来源(生物发生器)供给回路。根据主回 路中生物量培养物活性的产生，选择且规划材料流、停留时间以及其 他方法参数。选择生物发生器中的条件，从而使得将相同培养物供给 主回路时，生物量中的培养物遇到尽可能小的"沖击"，从而存在于 其中的培养物获得最大活性。
侧回路生物发生器中的浸出使得许多优势成为可能，并且一般将
增加与停留时间以及不同氧化阶段的不同微生物培养物的任何组合 有关的自由度。如上所述，选择性氧化几种矿物和物质的可能性增 加。
本发明允许最优地利用在各种温度下且使用不同培养物进行浸 出步骤的优势的可能性，其中极端嗜热培养物可以与嗜温和/或中等 嗜热培养物组合使用，例如，通过在较低温度下进行整体氧化，因为 通常是氧转移率而不是温度限制最初的氧化率。较低的温度通常有利 于氧转移率，因为氧在水中的溶解性随着温度的增加而降低。随后可 以在较高温度下进行最终氧化，因为氧转移率不再限制氧化率。此类 两阶段法，其中可以通过生物发生器控制氧化，意味着在第二阶段只 需要较短的时间，且因此，只需极端嗜热培养物的有限使用，由此即， 任何反应器的成本将下降，因为材料量，例如属于控制温度、氧转移 等的反应器单元的热交换表面，将显著下降。
附图简述
现在参考附图更详细地描述本发明，其中图l是根据本发明一般
方法概念的流程图，图2是含黄铁矿的高熔点金-砷黄铁矿浓缩物处 理的优选方法的流程图，而图3是也具有砷内容物的铜浓缩物处理的 优选方法的流程图。
发明详述
图1中显示了一般方法的草图，其中浓缩物/矿石以主流的形式 首先供应给常规生物浸出回路，以利用适合这个目的的培养物进行部 分氧化(整体氧化)。这个部分氧化可以浸出更轻微氧化的组分，例如 锌或砷。可替代地主流可以直接或经脱水步骤供给后续主回路，即， 受控制的生物氧化的浸出回路。将部分主流引向制备型生物浸出回路 前或紧在其后，并引向侧回路，所述侧回路由一个产生生物量的生物 发生器组成，所述生物量适合主回路中受控制的生物氧化，即具有适 合的类型和量的微生物的量。可替代地，与主流中材料类型不同的外 部材料可以全部或部分地组成这个回路的进入流。在生物发生器中， 在培养物的存在下氧化材料，所述培养物能够供应给主回路。因此侧
回路的目的不是首先获得材料的任何所需氧化度而是以活性培养物
产生预定量的生物量以供应给主回路，从而甚至在其第一浸出阶段比 临界停留时间短的停留时间，该回路也获得足够高活性的培养物，如 果只供应给主流的话。主回路中的方法随后可能关于氧化度进行控 制，而不考虑停留时间、矿浆密度或温度。
根据图2中以流程图形式所述方法，将也含某些黄铁矿内容物的 含金砷黄铁矿浓缩物首先供应给常规浸出回路，以用于氧化且浸出砷 内容物。在分离阶段后，取回浸出液并将其引向用于沉淀砷酸铁的单 独回路。将通过分离阶段脱水的较早浸出材料的主流进一步引向主回 路，所述主回路为浸出回路，其中用极端嗜热培养物进行受控制的生 物氧化。为了避免伴随由砷黄铁矿及黄铁矿形成任何反应性硫的任何 问题，该氧化受控制地进行，从而只得到材料的部分氧化以用于任何 形成的反应性硫的选择性氧化。来自侧回路生物发生器的极端嗜热培 养物的供应控制着必需停留时间。将常规回路中浸出的部分材料流供 给这个侧回路。通过主回路中受控制的部分氧化可以进行氧化，从而 使得除任何剩余砷黄铁矿之外，只有反应性硫被氧化。在分离阶段 后，可以取回不含任何反应性硫量的浸出残渣，所述反应性硫不利于
后续氰化物浸出法获得任何贵重金属，而将含剩余量砷的浸出液与第 一个浸出回路的浸出液合并。
图3阐述了适合处理尤其是浸出时有问题的材料的方法，其中在 长停留时间内经常发生钝化。即这涉及也含砷黄铁矿及贵重金属的此 类黄铜矿浓缩物。首先，利用中等嗜热培养物进行常规生物浸出以用 于预先氧化，从而最多获得一些有限的氧化，从而使任何黄铜矿表面 的钝化最小化，否则所述钝化将在较高氧化度发生。如同图2中的方 法，随后通过供应含有极端嗜热培养物的生物量进行受控制的生物氧 化，所述生物量在侧回路的生物发生器中产生，将常规浸出回路后一 部分流供给所述側回路。在这个受控制的部分氧化中，较早钝化的表 面恢复原状。分离阶段后，在常规浸出回路中用中等嗜热培养物进行 进一步氧化。为了避免钝化任何表面，此处的目的也在于有限的氧化 度。其后，发生进一步的部分受控制的氧化，这次的目的是使浸出残 渣中任何反应性硫的量最小化，将所述浸出残渣供给用于获得贵重金 属的氰化法。将所有被分离的浸出液合并起来用于砷酸盐沉淀和获得 铜的后续方法。 一部分浸出液流也可以供给使用常规浸出法的第二个 回路以用于重复氧化,
权利要求
1.一种连续生物浸出含金属的硫化物材料的方法，其特征在于将此类材料以矿浆或泥浆的形式供给主回路，其中在一个或多个阶段利用适合于所进入材料的微生物培养物进行生物浸出，将具有促进微生物生长能力的材料供给侧回路，以用于产生此类微生物，所述微生物适合主回路中的生物浸出，将来自侧回路的内容物以预定流的形式供给主回路，从而在比临界停留时间更短的停留时间，这个回路的培养物也获得了足够高的活性，所述临界停留时间在没有所述添加时应是占优势的，由此主回路中浸出的氧化度和温度允许受到控制，从而允许选择性氧化不同的进入材料以及在由主回路流出的材料中获得预定氧化率，且取回由这种材料分离的浸出残渣，所述浸出残渣具有适合后续金属获得法的氧化率。
2. 根据权利要求1的方法，其特征在于将计划用于主回路生物 浸出的一部分材料流取回并供给侧回路作为此类促进生长的材料。
3. 根据权利要求1和2中任何一项的方法，其特征在于所述硫 化物材料在其供给主回路前全部或部分地首先供给预回路以通过利 用适当的培养物生物浸出来部分氧化。
4. 根据权利要求3的方法，其特征在于将由预回路流出的部分 内容物供给侧回路。
5. 根据权利要求3和4中任何一项的方法，其特征在于将至少 由预回路中流出的内容物分离的部分浸出残渣供给側回路。
6. 根据权利要求1-5中任何一项的方法，其特征在于对每个回 路选择适合后续回路及反应器构型的预定停留时间。
7. 根据权利要求6的方法，其特征在于选择停留时间从而在由 回路流出的材料中获得预定氧化率。
8. 根据权利要求1-7中任何一项的方法，其特征在于将具有不 同特征的培养物用于不同回路和阶段。
9. 根据权利要求8的方法，其特征在于将嗜温或中等嗜热培养 物用于预回路而将极端嗜热培养物用于主回路和侧回路。
全文摘要
本发明涉及一种连续生物浸出含金属的硫化物材料的方法。将此类材料以矿浆或泥浆的形式供给主回路，其中在一个或多个阶段利用适合于所进入材料的微生物培养物进行生物浸出。将具有促进微生物生长能力的材料供给侧回路，以用于产生此类微生物，所述微生物适合主回路中的生物浸出。将来自侧回路的内容物以预定流的形式供给主回路，从而在比临界停留时间更短的停留时间，这个回路的培养物也获得了足够高的活性，所述临界停留时间在没有所述添加时应是占优势的，由此主回路中浸出的氧化度和温度允许受到控制，从而允许选择性氧化不同的进入材料以及在由主回路流出的材料中获得预定氧化率。取回由这种材料分离的浸出残渣，所述浸出残渣具有适合后续金属获得法的氧化率。
文档编号C22B3/18GK101177736SQ200610143700
公开日2008年5月14日 申请日期2006年11月8日 优先权日2005年11月9日
发明者J·-E·森德奎斯特 申请人:布利登矿物公司