堆浸的制作方法

本申请是申请日为2013年11月15日，申请号为201380069497.6，发明名称为“堆浸”的申请的分案申请。

本发明涉及浸提含有有价值金属的材料。

本发明具体地，虽然决不排他地，涉及浸提呈含有价值金属的硫化矿石形式的原料。

本发明具体地，虽然决不排他地，涉及浸提包括含铜矿物(例如黄铜矿)的含硫化铜矿石。

背景技术：

在含硫化铜的矿物的常规堆积浸取中，将采出的矿石堆积成堆，通过经由延伸进入堆中的曝气管直接注入空气和/或通过堆的暴露侧的自然对流曝气，使用酸性溶液冲洗以将铜提取进入溶液中，并且随后通过包括溶剂萃取和电解提取(sx/ew)、置换沉淀到更有活性的金属(如铁)上、氢还原、以及直接电解提取的一系列回收选项从溶液中回收铜。可以通过使用微生物(例如在堆中的矿石碎块的表面上和裂缝中生长的嗜酸细菌)加强浸提。

通常，堆积浸取(以下称为“堆浸”)提供比从含铜矿石中回收铜的其他冶金工艺选择(例如研磨和浮选)更低的金属回收率，该研磨和浮选生成含铜精矿，然后对该含铜精矿进行熔炼以生成金属铜。因此，堆浸趋向于被保留用于具有至少一定比例的容易回收的铜的低等级矿石类型(典型地，按重量计0.5％-2％)，但其中每单位铜的粉碎/研磨成本太高而不能支持浓缩器的途径，或其中矿物解离和其他特征(例如砷含量)将不能支持生产直接可用的或可销售的精矿。

以上讨论并不旨在认可以上是澳大利亚及其他地方的公知常识。

发明概述

本申请人通过集团公司和研究伙伴已对堆浸含铜矿石进行了研发工作，并且在堆浸工作的过程和有关其他技术项目的工作过程中有了很多发现。本发明是这些发现的一个成果。

从以可接受的速率使浸提反应发生的角度来看，堆中的温度控制是一个重要的问题。在起始阶段及堆浸操作的过程期间，温度控制可能是一个问题。由于堆内的反应及外界条件(如外界温度)，所以在堆浸操作过程期间温度要求可能会发生变化。举例而言，堆浸操作的挑战之一是，特别是在等级较低且气候寒冷时，使堆的内部温度达到使反应在可接受速率下自维持的点。此外，在堆内的规模下难以进行温度控制，特别是在较冷的条件下，并且经常导致常规堆浸提操作在实现高的提取率方面受限。

本发明基于在研发工作过程中达到的认识：电磁辐射，特别是射频辐射，可以选择性地加热浸提液和/或含铜矿常见的硫化物矿化物(取决于矿物学)而不加热主岩(即脉石)，且在此基础上是有用的。

一般情况下，本发明提供一种待浸提以从原料中回收有价值金属的原料堆，该堆包括一种在堆中原位产生热量的电磁加热系统。

术语“电磁加热系统”在此应理解成是指基于使用电磁场以在原料堆中直接或间接地产生热量的任何系统。

本发明可提供一种待浸提以从原料中回收有价值金属的原料堆，该堆包括一种电磁加热系统，该电磁加热系统呈一种用于使该堆暴露于电磁辐射以在该堆内原位产生热量的系统的形式。

该将堆暴露于电磁辐射的系统可以是可操作的以选择性地加热与在堆中非有价值脉石原料相比含有价值金属的矿物。

该将堆暴露于电磁辐射的系统可以是可操作以将该堆的至少大部分，典型地至少90％中的含有价值金属的矿物加热至均匀的温度范围。

该将堆暴露于电磁辐射的系统可以是可操作的以选择性加热与在堆中非有价值脉石原料相比的浸提液。研发工作发现选择性加热与非有价值脉石原料相比的浸提液是将整个堆加热至均匀温度范围的有效途径。典型地，浸提液贯穿该堆很好地分布并通过从浸提液到周围堆原料的传导存在热传输。

该将堆暴露于电磁辐射的系统可以是可操作的以将在该堆的至少大部分，典型地至少90％中的浸提液加热至均匀的温度范围。

当堆中原料包括含硫化铜矿其中黄铜矿作为在矿中的含铜矿物时，该将堆暴露于电磁辐射的系统可以是可操作的以将堆浸液加热到至少50℃，优选地在45℃与65℃之间的范围内，且典型地约为55℃。

当堆中原料包括含硫化铜矿其中黄铜矿作为在矿中的含铜矿物时，该将堆暴露于电磁辐射的系统可以是可操作以将堆浸液加热到小于85℃。

在原料包括含有价值金属的硫化矿并且针对堆的浸提操作采用了酸性浸提液的情形下，电磁辐射系统加热金属硫化物和浸提液并产生热量以引发并维持堆中的反应。

电磁辐射可以是任何适合的辐射。

电磁辐射可以是射频辐射。

电磁辐射可以是在辐射的射频辐射带的低频端。

辐射的射频辐射带的低频端可以为1-100mhz。

射频辐射可以优选地选择为在5mhz至45mhz之间。

在电磁辐射为射频辐射的情形下，该将堆暴露于电磁辐射的系统可包括射频发生器、将射频能量辐射进入堆中的电极阵列，以及将射频发生器与电极互连的传输线。说明书中对电极的引用包括对天线的引用。

举例而言，该将堆暴露于电磁辐射的系统可包括一系列位于该堆中的间隔开的电极以及连接于这些电极的电源，该电源是可操作的以产生具有在射频带中的频率的电磁波。

这些电极可以安排为竖直地延伸进入该堆中。

这些电极可以安排为水平地延伸进入该堆中。

这些电极可以呈伸长的中心导体和外部同轴导体的形式，其中在这些导体之间有环形间隙。

这些电极可以为任何适合的形式和任何适合的安排。这些电极的大小和间距以及定向可根据需要进行选择。

举例而言，各电极可包括伸长的中心导体和外部同轴导体，其中在这些导体之间有环形间隙。

该堆可包括延伸进入该堆中的套筒阵列，并且这些电极可以是可更换地位于这些套筒中。

这些套筒可由电磁辐射可穿透的材料制成。

该将堆暴露于电磁辐射的系统可包括将将电磁辐射限制于堆中的屏蔽物。

该屏蔽物可以是呈位于该堆的外侧上的金属网的形式，该金属网用作防止电磁辐射被传输到该堆的外部的法拉第笼。

该堆可以具有任何适合的尺寸和形状。举例而言，该堆可以是长形的，具有一对平行的较长侧和一对平行的较短侧(也可描述为“端部”)。

原料可以是含有有价值金属的硫化矿。

硫化矿可以是含硫化铜的矿石，该矿石包括含铜矿物。

含铜矿物可包括黄铜矿。

该堆可包括一种曝气系统，该曝气系统用于在自然对流或强制空气流动的条件下将空气供给至该堆。

该堆可以包括一种用于将浸提液供给到该堆以从该堆中的原料浸提有价值金属的系统。

该浸提液可以是典型地ph1.5-2的酸性溶液。

该酸性溶液可以包括硫酸。

可预加热该浸提液。

该堆可以包括一种用于从堆中排出浸提母液的系统，该浸提母液含有从堆中原料浸提的有价值金属。

一般情况下，本发明还提供了一种从原料中堆浸提有价值金属的方法，该方法包括如下步骤：(a)将浸提液供应到原料堆以从原料中浸取出有价值金属，以及(b)通过电磁加热来控制该堆中温度，在该方法过程中电磁加热在堆中原位产生热量。

本发明可提供一种从原料中堆浸提有价值金属的方法，该方法包括如下步骤：(a)将浸提液供应到原料堆以从原料中浸取出有价值金属，以及(b)在该方法的过程期间通过将该堆暴露于电磁辐射来电磁加热以在该堆中原位产生热量来控制该堆中温度。

术语“电磁加热”在此应理解成是指使用电磁场以在原料堆中直接或间接地产生热量。

步骤(b)可以包括通过将该堆暴露于电磁辐射并且选择性地加热与堆中非有价值脉石原料相比的含有价值金属的矿物来控制堆中温度。

步骤(b)可以包括通过将该堆暴露于电磁辐射并且选择性地加热与堆中非有价值脉石原料相比的浸提液来控制堆中温度。

步骤(b)可以包括当该堆中原料包括含硫化铜矿其中黄铜矿作为在矿中的含铜矿物时，通过将该堆暴露于电磁辐射并且选择性地将浸提液加热到50℃，优选地在45℃与65℃之间的范围内，且典型地约55℃来控制该堆中温度。

步骤(b)可以包括当该堆中原料包括含硫化铜矿其中黄铜矿作为在矿中的含铜矿物时，通过将该堆暴露于电磁辐射并且选择性地将浸提液加热到小于85℃来控制该堆中温度。

该方法可以包括按照需要操作该电磁辐射系统使得该堆的温度在目标温度范围内。

该方法可以包括监测该堆温度并考虑到监测到的温度按照需要将该堆暴露于电磁辐射，从而使得该堆温度在目标温度范围之内。

目标温度范围可以是贯穿整个堆上施加的范围。

可替代地，目标温度范围可以是该堆的不同区段中的不同范围。例如，该堆的外部区段的目标温度可比该堆的内部区段的目标温度更高。

该方法可以包括对该堆进行曝气。

该方法可以包括将浸提液供应到该堆以便从该堆中原料浸取出有价值金属。

该方法可以包括收集含有从原料中浸提的有价值金属的浸提母液并且从该浸提母液中回收有价值金属。

原料可以是含有有价值金属的硫化矿石。

该硫化矿石可以是含有包括含铜矿物(例如，黄铜矿)的含硫化铜矿石。

在包括含铜矿物的含硫化铜矿石的情况下，步骤(b)可以包括将该堆中温度控制在至少50℃。

附图简要说明

参照附图对本发明进行进一步描述，其中：

图1是概括地示出了根据本发明待浸提的含有有价值金属的原料堆的图；

图2是浸提含铜矿石的不同浓度的标准硫酸浸提液的损耗因子(ε”)相对于ism频段中频率的曲线图；

图3是含铜矿石中发现的一些常见矿物的损耗因子(ε”)相对于ism频段中频率的曲线图；

图4是根据本发明含有待浸提的有价值金属的原料堆的一个实施例的立体图；

图5是图3中示出的该堆部分的竖直截面图，其以非常概略的方式示出该堆的这个区段中堆中电极的安排；

图6是图4和图5中示出的堆中多个电极之一的一部分的示意图；

图7是根据本发明含有待浸提的有价值金属的原料堆的另一实施例的侧视图，包括用作将电磁辐射限定在堆内的屏蔽物的外网；

图8是根据本发明含有待浸提的有价值金属的原料堆的另一实施例的顶视图；以及

图9是沿图8中线9-9的截面图。

实施例的详细说明

在堆浸含硫化铜矿石的情况下中进行下列说明。所强调的是本发明并不限于这种类型的矿石并且更通常地延及到包括有价值金属的任何原料。

使用堆浸系统进行铜的回收是一种成熟的技术并且已成功地使用。这些系统的性能主要由堆内温度控制，并且这已经在实验室和实地研究中进行了报导。用于此类系统的众多细菌菌株具有特定的温度窗口，其中细菌菌株进行增殖并且促进将可溶性铜提取进入浸提溶液中。如果不能到达这些温度区域，那么铜的回收率可能变差。

特别是在寒冷的环境条件下，有必要控制依靠细菌活性的堆浸系统内的温度，从而使得嗜酸细菌生长。然而，大量复杂且依赖性的化学步骤，以及改变温度的工艺条件(例如空气流动、冲洗率和蒸发)的影响使得使用当前的现有技术难以实现温度控制(如果并非不可能的话)。

申请人已发现如上所述的电磁加热使得能够选择性地加热浸提溶液和/或主岩(即脉石)上含铜矿石常见的硫化物矿化物。其结果是，附着在表面硫化物矿化物的嗜酸性微生物周围环境的局部温度因此可进行优化以提高速率和整体铜回收率二者。

具体地，上述研发工作发现将电磁能施加到堆浸中含硫化铜矿石能够对堆中浸提溶液产生几乎瞬时地、原位地、大体积地及相选择性的加热。该工作发现与非有价值脉石原料相比，选择性加热浸提液是将整个堆加热至均匀温度范围的有效途径。典型地，浸提液贯穿该堆很好地分布并通过从浸提液到周围堆原料的传导存在热传输。

优选使用电磁辐射波谱的射频范围中的能量，因为穿透深度与所施加的电磁能的波长成比例并且这在射频范围中达到(如果没有数百米)数十米的数量级。因此，辐射电极之间的距离也可以具有相同数量级，允许射频加热系统的经济型设计。此外，还在较长波长下选择性地加强该加热。

图2是浸提含铜矿石的不同浓度的标准硫酸浸提液的损耗因子(ε”)相对于ism频段中频率的曲线图。图3是含铜矿石中发现的一些常见矿物的损耗因子(ε”)相对于ism频段中频率的曲线图。

图3的曲线图显示出在低频处所关注的矿化物(例如黄铜矿)和脉石之间更大的分离。石英经常是常见的含铜矿中的主要的矿物并且，考虑到其低介质损耗(ε”)，是射频率能量实质上可穿透的。但是，主要铜矿物(黄铜矿)具有相对很高的介电损耗。因此它展现出在相同射频场中大得多的加热程度。然后它遵循矿石碎块的矿物学组成限定其加热响应。高黄铜矿含量的这些碎块将比具有相对较少黄铜矿的碎块更好地加热。

从图2可以看出(a)随着所施加电磁能的频率的增加，每种酸浓度的损耗因子降低，并且(b)给定频率处的损耗因子随着浸提液的酸浓度增加。从图3可以看出随着所施加电磁能的频率降低，所选矿物的测量损耗因子的分散增大。从图2和图3的比较还可以看出，在所施加电磁能的较低频率下整个浓度范围的浸提液的损耗因子比所选矿物(包括具有高损耗因子的黄铜矿)的损耗因子明显更高。例如，在20mhz下，10％硫酸浸提液的损耗因子是大约400并且黄铜矿的损耗因子是大约70。考虑到损耗因子实质上是响应于所施加场而加热的量度，可从这些结果推断出，在较低频率(典型地低于100mhz)下，有可能对浸提液进行显著的加热并且可实现对矿物进行更大程度上的选择性加热。射频辐射优选地被选择为在5-45mhz之间，更具体地使用在25米的范围内的波长。

正是浸提液的上述选择性加热以及有价值矿物(如黄铜矿)和非有价值矿物(如石英)的相选择性加热强化了本发明的矿物加工技术。

考虑到大规模的堆浸操作，将矿石堆的本体团聚体加热到微生物活化所要求的温度将会要求巨大的能量输入，并且是过于不经济的。通过递送针对性的射频能量以选择性地加热浸提溶液和/或硫化物矿化物(其上附着有嗜酸性微生物)，可以实现嗜酸性微生物增殖的最佳温度而不将能量浪费在加热在回收铜方面得不到任何益处的本体矿石上。

在堆浸系统中，使矿物矿石经受一系列的破碎和筛选过程以制备出随后被放置在浸垫上的团聚体或精矿。这种浸垫包括在其上铺设一系列的空气管和收集线的不可渗透的土工布。然后将滴液线放置跨过矿石床的顶部，通过该滴液线将酸性浸提溶液施加到矿石堆的顶部。典型地，浸提溶液的组成是ph为1.5-2的相对稀的硫酸溶液以及氧化剂。但是在生物浸提的情况下，细菌接种物可用来代替化学氧化剂。当溶液流经团聚矿石时，金属作为可溶盐被提取到溶液中。然后通过溶剂提取将这些金属从浸提母液中提取出来。随后通过电解提取将所关注的金属从电解质溶液提取出来以产生高纯度阴极金属。然后，将浸提溶液再循环到冲洗系统中。

图4、图5以及图7-9中所示的堆在这些堆的基本形状与尺寸方面以及在这些堆包括开采过的矿石的情况下是标准形式，已经根据形成堆的标准惯例例如通过粉碎和筛选对该开采过的矿石进行了处理。更具体地，本发明不扩展至堆的特定形状和尺寸，并且不扩展至矿石的物理特征。此外，更具体地，本发明还扩展到开采作业中先前废弃的原料的堆。

图4和图5所示的堆的实施例是基本上长形的，具有围绕该堆的整个周边延伸的一对平行的较长侧和一对平行的较短侧(可描述为“端部”)，还具有大致平坦的顶部。

参考图4，含硫化铜矿石的堆包括：

(a)通常由数字3标记的系统，该系统用于使该堆暴露于射频辐射形式的电磁辐射以选择性地在该堆中产生热量；

(b)呈多个预制板5的形式的不透气层，这些预制板放置在堆的侧面上以通过这些侧面排出空气流；

(c)曝气系统，该曝气系统允许在堆浸提操作过程中按照需要使受控空气流进入该堆中，该曝气系统包括通过该板5中的开口水平地延伸进入该堆中的多个曝气管11，并且该曝气系统被安排为在自然对流或强制空气流条件下将空气供应到该堆；

(d)通常由数字15标记的系统，该系统用于将浸提液供应到该堆的顶部，从而使得该浸提液可以向下流过该堆并从矿石中浸提出铜；以及(e)用于排出浸提母液的系统(未示出)，该浸提母液在溶液中含有已经以防止空气流经由该排气系统进入该堆的方式从该堆中从矿石中浸提出的铜。

电磁辐射系统3使得能够实质上在整个堆中将该堆内浸提液的温度控制到目标温度范围，或在该堆的不同区段将其控制在不同的目标温度范围。该系统3适合用于大尺寸的堆。

更具体地说，当电磁辐射被选择为朝向射频带的较低端(例如1-100mhz)的射频辐射时，矿石渗透可以是数十米并且最高达数百米并且因此提供了用于较大堆的有效加热选项。然而，通常优选的是具有最小的电场值，该电场值将远离电极呈指数衰减，从而使得一个电极能够实际加热的距离将是10米而不是数百米。

此外，在微观尺度上，射频辐射可以非常迅速地加热含铜矿物和浸提液，这提供了在有价值金属的位置选择性加热和浸提，并且特别地，在固液界面进行加热的机会。这对于浸提率和回收率而言是很重要的。

在图4和图5中所示的电磁辐射系统3包括(i)多个间隔开的电极13，这些电极安排成竖直地(或在任何其他适合的定向)延伸进入该堆；(ii)连接到这些电极且可操作以产生在射频带中的频率的电磁波的电源(未示出)，由此在使用中，从电极13发射射频辐射；(iii)用于在所选位置处测量该堆(以及堆的外部)的温度的多个温度传感器17；以及(iv)控制器(未示出)，该控制器用于接收和处理所检测到的温度数据并且控制电源的操作以根据需要响应于所检测的温度来改变电源的操作，从而在该堆内达到目标温度范围或在该堆中不同区段达到不同的目标温度范围。

图1是概括地示出含有待根据本发明的方法浸提的有价值金属的原料堆的图。图1中示出的该堆与如图4和图5中示出的堆的类型相同。

图1示出堆3，该堆3包括延伸进入该堆的一系列电极13以及通过传输线连接到电极13的射频发生器41。该图也显示了供给到该堆的浸提液，在这种情况下该浸提液含有细菌。该图的一个重要特征，从该堆的颜色编码以及参考该图的左手侧的温度/颜色标度可看出的，是从电极13发射的射频能量在基本上整个堆中将该堆加热到50℃的温度，这有利于浸提率和回收率。此整个堆3的加热是几乎瞬时地、原位地、大体积地及相选择性加热该堆的浸提液以及经由从浸提液到周围的堆原料的传导的热传递而产生的电磁能的结果。

参考图6，图4和图5中所示的堆中的每一个电极13是呈长形的中心导体21和外部同轴导体23的形式，其中这些导体21、23之间具有环形间隙25。

进一步参考图6，显示电极13位于例如由射频辐射可穿透的塑料材料形成的外套筒27中。该电极可拆卸地位于该套筒27中。外套筒27构成图4和图5中示出的该堆的一部分。外套筒27是用于电极13的便捷壳体。

在图4和图5中所示的实施例中，每一个套筒27中存在一个电极13。在本发明的其他实施例中，可有意地使套筒27多于电极13，且可以单个地或成组地移动电极13以对该堆的不同区段进行选择性加热。电极彼此的间距是在4米与8米之间，并且最高达约射频的波长距离。

还应当指出电磁辐射系统3可以是可操作的以按不同加热速率加热，从而在堆浸操作期间于堆的区段中实现给定的目标温度范围。例如，可能令人希望的是在堆浸操作的起始阶段期间以比该操作后期阶段更高的加热速率操作。

还应当指出电磁辐射系统3可响应于除该堆温度之外的其他输入，例如浸提液的ph和流速的变化。

还应当指出一旦确立了该堆中原料的矿物学和其他特征以及浸提液的ph和其他特征(如流速)以及对于给定堆的操作要求，可以根据需要很容易地确定包括电极11的结构和间距的安排。

图7中所示的堆的实施例包括与图4和图5中所示的堆相同的特征。

图7堆的附加特征是呈钢丝网25形式的屏蔽物，该钢丝网安排在该堆的外部，该屏蔽物构成法拉第笼以防止射频辐射从该堆发射出去。

图8和图9中所示的堆的实施例包括与图4和图5中所示的堆相同的基本特征。

两个堆之间的差异是图8和图9堆中的电极13被放置为从该堆的一侧水平延伸进入该堆中并且沿该堆的长度间隔安排，其中每一个电极13经由传输线31连接到分开的射频源29。

一种用于上述堆实施例中每一者的堆浸方法包括下列步骤：(a)将浸提液供给到该堆以从该堆中的含硫化铜矿石中浸提铜，以及(b)在该方法过程中通过使该堆暴露于电磁辐射来电磁加热以在该堆中原位产生热量来控制堆中温度。在任何给定情形下，在一天中并且在整个浸提程序中选择所需的对堆的加热(包括目标堆温度以及堆的温度范围)将考虑许多因素，例如像浸提液、浸提液流速、堆中原料的特征(例如铜浓度和铜的矿化)、堆中使用的细菌、以及外部温度。该方法还包括监测该堆(包括监测该堆内和堆外的温度)以及按需要控制加热以维持目标堆温度或温度范围。

本发明的优点包括：

(a)直接选择性加热该堆内的含铜矿物和浸提液，而不加热堆中的非有价值脉石原料；

(b)有机会通过在该浸提液和碎块界面处加热以强化浸提操作；

(c)通过rf发电机功率输入易于对加热进行控制；

(d)遍及整个堆的非常均匀的温度是可能的；

(e)容易增大规模以适合任何尺寸的堆；

(f)有机会通过在该浸提液和碎块界面处加热以强化浸提操作；

(g)证明射频发生器和传输电缆是稳健的处理技术部件；

(h)有机会以更高的速率浸提，包括在低外部温度时期过程中；

(i)有机会在堆中提供选择性加热，这可引起能够允许加快反应速率的氧化；

(j)向矿石碎块结构中的加热可能对生成有利于浸提液渗透和/或提高整体反应时间的裂缝具有有益的效果；

(k)有机会用较大碎块进行操作并且节省粉碎成本，因为电磁辐射对于较大尺寸的碎块的影响更大；

(l)有机会独立于外部温度条件对堆进行操作；

(m)适用于在大型堆上进行操作；以及

(k)对堆内的电磁辐射进行限制是一种简单直接的且廉价的选择。

已经发现在起始期间的初始堆温度对在堆中的长期反应速率有显著的影响。本发明的电磁加热系统适合于在起始期间加热该堆以提高初始和总提取率。

在不背离本发明的精神和范围的情况下可对上述本发明的实施例做出许多修改。

举例而言，虽然在堆浸含硫化铜矿的背景下对本发明的实施例进行说明，但本发明并不限于这种类型的矿石并且更一般地扩展至包括有价值金属的任何原料。

进一步举例而言，虽然在基于使堆暴露于射频辐射的电磁加热系统的背景下对本发明的实施例进行说明，但本发明并不受此限制并扩展至使堆暴露于电磁辐射光谱的其他频带。

进一步举例而言，虽然在基于使堆暴露于电磁辐射(特别是射频辐射)的电磁加热系统的背景下对本发明的实施例进行说明，但本发明并不受此限制并扩展至其他类型的电磁加热系统，该电磁加热系统是基于使用电磁场以在原料堆中直接或间接地产生热量。

进一步举例而言，虽然本发明的实施例包括特定形式的电极以及堆中这些电极的特定安排，但本发明并不受此限制并扩展至任何适合的电极配置和电极安排。