一种低酸耗微生物浸出高镁型低品位硫化铜镍矿中镍铜的方法

本发明涉及生物湿法冶金，具体为一种低酸耗微生物高效浸出高镁型低品位硫化铜镍矿中镍铜的方法。

背景技术：

1、镍(ni)是我国重要的战略金属资源，在不锈钢、合成钢、防腐材料、催化剂、三元电池等生产中均扮演着重要角色，是新兴产业发展不可缺少的基础材料。近年来，新能源产业的高速发展使得镍的需求量激增。我国镍资源储量相对匮乏，总量仅占全球总储量的约3％，且主要以硫化矿型为主。随着冶炼工艺和开采强度的快速提高，优质镍矿资源逐渐枯竭，从低品位硫化铜镍矿中高效提取镍是保证我国军工业发展所需镍资源供应的迫切需要。

2、据统计，在我国已探明的339处各类镍矿矿床约合1000万吨资源总量中，ni-cu硫化矿占比达86％。甘肃金川镍矿拥有世界著名的多金属共生特性的大型硫化铜镍矿床，储量在全球硫化镍矿山中居第二位，仅次于俄罗斯的nornickel矿山。数据显示，金川镍矿中镍和铂族金属储量居全国之首，分别占国内已探明总储量的70％和80％，铜和钴金属的储量也均居全国第二位。但相比加拿大glencore等国外硫化镍矿特征，金川镍矿品位较低，只有约1％左右。因此，大力开发适用于低品位铜镍矿资源的提取工艺对我国工业的持续发展具有重大意义。

3、由于低品位铜镍矿存在多类型矿物嵌布粒度细微、共生关系复杂、碱性脉石含量高、硫含量较低等特点，大幅提高了传统选矿富集和火法冶金工艺的处理难度。相比而言，由嗜酸微生物铁硫氧化驱动的生物浸出技术具备能耗低、回收率高、设备和控制要求低等优势，在处理金川低品位铜镍硫化矿有良好的可行性和经济价值。硫化铜镍矿中镍通常以镍黄铁矿((nife)9s8)的形式存在，同时伴生的黄铁矿(fes2)、黄铜矿(cufes2)、雌黄铁矿(fe1-xs,x＝0～0.223)等硫化矿可以作为嗜酸浸矿菌的能源物质。但较高浓度的mg2+、脉石矿物(如蛇纹石、橄榄石、绿泥石等)溶解过程释放碱等因素导致的细菌适应性差以及产物钝化效应突出是降低高镁型低品位硫化铜镍矿中有价金属浸出率的关键因素。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明的目的在于提供一种低酸耗微生物高效浸出高镁型低品位硫化铜镍矿中镍铜的方法，在针对性驯化功能浸矿菌的基础上，系统研究ph、矿浆浓度等重要因素对浸出过程的影响行为，挖掘限制浸出率的关键调控环节，有效提高有价金属镍和铜的浸出率。所述生物浸出方法具备工艺流程简单、成本低、效率高、反应温和且环保等特点，对于低品位硫化铜镍矿的预处理具有重要的实用和推广价值。

2、一种低酸耗微生物浸出高镁型低品位硫化铜镍矿中镍铜的方法，其特征在于：使用经过mg2+耐受和ph升高驯化后的嗜酸浸矿菌浸出矿物中镍、铜元素。

3、高镁型低品位硫化铜镍矿中的硫化矿物主要包括镍黄铁矿、雌黄铁矿、黄铜矿和黄铁矿；所含的金属氧化物以磁铁矿为主；掺杂的脉石矿物主要有橄榄石、蛇纹石、绿泥石、云母等。矿石中镍含量为0.6％～1.5％、mgo含量为15％～35％、铜含量为0.3％～0.7％、硫含量为2％～5％、铁含量为9％～12％。

4、进一步地，在培养基中，以硫化矿为能源底物对嗜酸浸矿菌进行mg2+耐受驯化，得到在高镁型低品位硫化铜镍矿浸出体系中释放的镁离子浓度条件下仍保持铁硫氧化活性的菌种。

5、更进一步地，硫化矿的矿浆浓度为8～10g/l；mg2+浓度范围调定为0.5～2.0g/l，设置3-5个浓度梯度，每个mg2+浓度条件下驯化7～12天；优选以硫酸镁化合物形式溶入。

6、进一步地，将获得的mg2+耐受菌种接入含一定mg2+浓度和硫化矿矿浆浓度的培养体系，并逐渐升高浸出液ph值，获得ph升高条件下仍保持铁硫氧化活性的菌种。

7、更进一步地，在细菌从对数生长期至稳定期时间段内逐渐升高浸出液ph值。

8、更进一步地，ph升高驯化时所述mg2+浓度为1.5～2.0g/l，硫化矿矿浆浓度为8～10g/l，浸矿菌对数生长期至稳定期时间段为4-8天，ph调整梯度设置为2.0～6.0，设置4-6个梯度，每个ph梯度驯化7～12天。

9、本发明使用的硫化矿包括黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、砷黄铁矿中的至少一种。

10、本发明所述嗜酸浸矿菌包括嗜酸氧化亚铁硫杆菌(acidithiobacillusferrooxidans)、中度嗜热硫氧化硫化杆菌(sulfobacillus thermosulfidooxidans)、喜温嗜酸硫杆菌(acidithiobacillus caldus)、嗜酸氧化硫硫杆菌(acidithiobacillusthiooxidans)及万座嗜酸菌(acidianus manzaensis)中的至少一种。

11、本发明所述硫化矿和高镁型低品位硫化铜镍矿经研磨后过200～400目筛，最终筛选粒径在40-70微米范围内的矿物颗粒。

12、进一步地，本发明生物浸出体系中高镁型低品位硫化铜镍矿的矿浆浓度为6～12g/l；培养基初始ph设定为1.6～2.2；驯化后的浸矿菌初始接种浓度为0.6～2×108cells/ml。

13、进一步地，本发明高镁型低品位硫化铜镍矿生物浸出体系培养过程摇床转速控制为140～190rpm，培养温度为25～50℃，浸出周期为20～40天。

14、本发明将选定的嗜酸浸矿菌在硫化矿为能源底物的浸出环境中进行活化富集培养，随后进行mg2+耐受驯化，以适应高镁型硫化铜镍矿生物浸出过程形成的高mg2+浓度溶液环境；

15、本发明收集mg2+耐受驯化后的细菌，接入到较高ph适应性驯化体系，同样以硫化矿为能源底物，在矿物氧化过程逐步调高溶液ph，得到在ph约到达6.0条件下仍然具备铁硫氧化活性的菌种；

16、本发明将高镁低品位硫化铜镍矿经破碎和研磨后过筛，获得目标粒度范围内的矿物粉末，经干燥后对矿物的微观形貌特征以及物相和元素组成进行分析。

17、本发明将处理过的低品位硫化铜镍矿以适当矿浆浓度添加到培养基中，接入一定浓度经驯化收集到的细菌，使浸矿菌适应以高镁型硫化矿为能源底物的生长环境；

18、并将建立好的生物浸出体系置于恒温摇床中，在一定转速下进行震荡培养。同时研究不同培养基、矿浆浓度、初始ph以及浸矿菌类型对矿物溶解和铜镍浸出率的影响。对浸出过程中溶液化学变化特征和固体残渣组成进行分析。

19、本发明中所用高镁低品位硫化铜镍矿采自金川硫化铜镍矿床，经物相鉴定，该矿物主要由绿泥石、蛇纹石、云母、磁铁矿、镍黄铁矿和少量的黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿组成。绿泥石、蛇纹石等脉石矿物的溶解会在导致ph升高的同时释放大量mg2+。因此，嗜酸浸矿菌的驯化是必要环节。首先在黄铁矿体系活化和扩培所需菌种。

20、本发明所述浸矿菌驯化过程是在0k培养基中添加6～12g/l硫化矿作为细菌赖以生长的能源物质。0k培养基组分为(nh4)2so4,3.0g/l；mgso4,0.5g/l；k2hpo4,0.5g/l；kcl,0.1g/l；ca(no3)2,0.01g/l。硫化矿优选：黄铁矿、黄铜矿中至少一种。

21、进一步地，浸矿菌的mg2+耐受驯化在恒定硫化矿矿浆浓度(优选10g/l)培养体系进行，培养基初始ph设定为1.9；mg2+浓度由低到高(分别为0.5、1.0、1.5和2.0g/l)设置进行逐步耐受驯化。每个mg2+浓度条件下驯化12天。

22、进一步地，所述驯化后的浸矿菌在溶液ph值为2.0～6.0范围内仍能氧化矿物中的铁和硫，且能适应25～50℃温度范围；驯化过程使用1mol/l的h2so4和naoh调节ph。每个ph值(ph＝2.0、3.0、4.0、5.0和6.0)下驯化12天。

23、本发明所使用嗜酸浸矿菌的最适生长ph范围为1.8～2.0。铁硫生物氧化是硫化矿溶浸的关键反应，而高镁型低品位硫化铜镍矿溶蚀过程会向溶液中释放碱，造成的ph升高会抑制嗜酸浸矿菌的生长和铁硫氧化效率。通过耐碱驯化，使细菌在较高ph条件下仍能氧化高镁型硫化铜镍矿中包括黄铜矿、镍黄铁矿等的硫化矿，则会有效逆转浸出体系的ph，促使矿物持续溶解。

24、本发明中用于高镁型低品位硫化铜镍矿生物浸出的培养基包括0k培养基、9k培养基、mackintosh(mac)、矿物盐培养基(msm)以及去除部分化合物的简化培养基或者单纯稀硫酸均可。在保证成本、细菌生长活性及次生产物累积量少的需求下，优选0k培养基、简化培养基或单纯稀硫酸。

25、硫化铜镍矿的矿浆浓度优选为10g/l；浸出体系的初始ph优选为1.9；温度优选30℃；振荡转速优选为170rpm；嗜酸浸矿菌初始接种量优选为1×108cells/ml。

26、浸矿菌优选嗜酸氧化硫硫杆菌(acidithiobacillus thiooxidans)。

27、采用上述方法，伴随硫化矿的高效生物氧化，高镁型低品位硫化铜镍矿中的铜和镍得到有效浸出。

28、本发明中所使用铁硫氧化功能菌的来源没有特殊限制，采用本领域所熟知的硫氧化细菌的来源即可。

29、本发明有益效果：

30、(1)获得适用于碱性高镁型硫化铜镍矿高效浸出的嗜酸浸矿菌，并系统探明生物浸出过程的关键限制性因素和优化策略，得到较高的铜镍浸出率。

31、(2)本发明生物浸出方法具备工艺流程简单、成本低、效率高、反应温和且环保等特点，对于高镁型低品位硫化铜镍矿有价金属的高效浸出具有重要的实用和推广价值。