SeriesNo.374August󰀁2007󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁金󰀁󰀁属󰀁󰀁矿󰀁󰀁山METALMINE󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁总第374期2007年第8期

王中海(1981󰀂),男,江西理工大学资源与环境工程学院,硕士研究生,341000江西省赣州市红旗大道。微生物浸矿技术发展现状

王中海󰀁周󰀁源󰀁钟洪鸣󰀁田树国(江西理工大学)摘󰀁要󰀁概述了微生物浸矿技术在国内外的应用现状,总结了目前所提出的微生物在浸矿过程中的主要作用机理,介绍了微生物浸矿的4种工艺和一般流程,对微生物浸矿技术的前景进行了展望。关键词󰀁微生物浸矿技术󰀁应用现状󰀁机理󰀁工艺󰀁流程󰀁展望DevelopmentStatusQuooffMicrobialLeachingTechnologyWangZhonghai󰀁ZhouYuan󰀁ZhongHongming󰀁TianShuguo(JiangxiUniversityofScienceandTechnology)Abstract󰀁Thepaperoutlinesthestatusquoofthedomesticandforeignapplicationofmicrobialleachingtechnology,summariesthemainmechanismofthemicrobeintheleachingprocess,presentsfourprocessesandthegeneralflowsheetofmicrobialleachingandlookstothefutureofthemicrobialleachingtechnology.Keywords󰀁Microbialleachingtechnology,Statusquoofapplication,Mechanism,Process,Flowsheet,Prospect󰀁󰀁近年来,微生物浸矿技术越来越受国内外矿物加工界的普遍关注。所谓微生物浸矿技术是指用存在有微生物的溶液将有价金属元素(如铜、镍、铀等)从矿石中溶解出来加以回收利用的方法。这种技术应用范围宽,过程相对简单,易于管理,排放的废料符合环境要求,能处理低品位矿石和采用传统选矿工艺时只能被抛弃的尾矿,是一种综合利用矿产资源的有效方法。1󰀁微生物浸矿技术的应用现状工业上,微生物浸矿技术的一个重要应用[1]是利用微生物对铜进行堆浸,其机理是嗜酸性氧化亚铁硫杆菌将硫化铜矿氧化,使铜溶解;另一个重要应用是对难处理金矿进行生物氧化预处理。在我国,德兴铜矿于1979年就开始致力于研究利用含细菌的酸性矿井水从低品位铜矿石中回收铜的生物堆浸技术。上个世纪90年代以后,中国科学院化工冶金研究所、吉林省黄金研究院、武汉化工学院等单位也相继开展了微生物方面的研究工作。2000年12月,烟台黄金冶炼公司率先采用生物预氧化技术处理金精矿,使金的回收率达96%。2001年4月,由澳大利亚某公司设计的生物氧化厂在莱州投产。2003年7月,辽宁天利金业有限责任公司生物氧化提金厂竣工投产。在国外,智利的LoAguirre矿从1980至1996年采用微生物对铜矿石进行堆浸,处理量为16000t/d[2]。加拿大的ElliotLake矿采用含Fe2(SO4)3的细菌溶液对低品位铀矿进行堆浸,从中提取铀,取得了较好的经济效益。南非从1986年就开始采用充气式机械搅拌生物反应器处理难处理金(精)矿,该工艺也用于从尾矿回收钴。美国的Newmont矿业公司在氰化提金前采用生物氧化堆浸预先除杂工艺[3]。2󰀁微生物浸矿机理微生物浸矿的实质是用微生物氧化难溶的金属硫化物,使其中的金属阳离子进入溶液。浸出过程是硫化物中S2-的氧化过程。微生物在浸矿过程中的作用可概括为3种:直接作用、间接作用及对电转换的促进作用[4]。2.1󰀁微生物在浸矿过程中的直接作用[5]所谓直接作用,是指细菌吸附于矿物表面,直接使硫化矿发生氧化分解的作用。该过程可用简单的反应方程式表示为MS+2O2=MSO4,(1) 4 式中,M代表Zn、Pb、Co、Ni等金属。2.2󰀁微生物在浸矿过程中的间接作用所谓间接作用,是指矿石在细菌代谢过程中所产生的硫酸高铁和硫酸的作用下发生氧化反应。在浸出体系中,细菌将Fe2+氧化为Fe3+;细菌氧化及矿物分解产生的Fe3+是氧化剂,可将硫化矿物进一步氧化分解。以黄铜矿为例[6],细菌在浸出过程中的间接作用可用以下反应式表示:Fe2+T.f菌Fe3+,(2)4FeS2+15O2+2H2O=2Fe2(SO4)3+2H2SO4,(3)CuFeS2+2Fe2(SO4)3=CuSO4+5FeSO4+2S,(4)其中式(2)、(3)代表产生Fe3+的过程;式(4)代表Fe3+作为氧化剂,将硫化矿物进一步氧化分解的过程。2.3󰀁微生物在浸矿过程中对电转换的促进作用当两种静电位不同的矿物组分在浸出体系中互相接触时,会形成电对,其中静电位高的矿物充当阴极,静电位低的矿物充当阳极。细菌浸出过程中,两种起正负极作用的不同金属硫化矿与稀硫酸和硫酸铁溶液形成的电解液组成原电池,使硫化矿中的金属发生电转换,导致阳极矿物被氧化,细菌的存在则会加速这种电化学氧化过程。例如,对于由黄铁矿、黄铜矿组成的矿物体系,其阳极反应为CuFeS2=Cu2++Fe2++2S0+4e,(5)其阴极反应为O2+4H++4e=2H2O;(6)细菌的存在会加速阴极的氧得电子,从而强化阳极的黄铜矿的电化学氧化过程。3󰀁微生物浸矿工艺微生物浸矿工艺有堆浸法、地浸法、槽浸法和搅拌浸出法4种。3.1󰀁微生物堆浸微生物堆浸通常是将所处理的大块矿石(未经破碎或经过1段破碎)堆置在不透水的斜坡地基上,形成矿石堆,然后在矿堆表面设置喷淋管路,向矿堆中连续或间断地喷洒微生物浸出剂进行浸出,并在地势较低的一侧构筑积液池收集浸出液。另外,还可利用微生物浸出剂在矿山附近形成的废矿堆上直接进行浸出,或利用微生物浸出剂直接从尾矿堆中浸出其中残留的金属。微生物堆浸的特点是规模大,浸出时间长。3.2󰀁微生物槽浸微生物槽浸是将所处理的矿石放入浸出池或浸出槽中,加入微生物浸出剂进行浸出,最后渗滤出浸出液并富集金属。微生物槽浸工艺通常有两种操作方式。一种是在喷洒(连续或间断)浸出剂的同时连续排放浸出液,在矿层中不存留多余的溶液;另一种是在喷洒浸出剂时不进行排液,使浸出剂浸没矿石层并存留一段时间,然后再排放浸出液。3.3󰀁微生物地浸微生物地浸工艺也叫微生物溶浸采矿,该浸矿工艺通常是由地面钻孔至金属矿体,然后从地面将微生物浸出剂注入到矿体中,原地溶浸有用矿物,最后用泵将浸出液抽回地面,回收溶解出来的金属。进行微生物地浸时,为了使微生物在地下能正常生长并完成浸矿作用,除了要在浸出剂中加入足够的微生物营养物质以外,还必须通过专用钻孔向矿体内鼓入压缩空气,为微生物提供所需的氧和二氧化碳。3.4󰀁微生物搅拌浸出微生物搅拌浸出一般用于处理富矿或精矿,通常是在浸出前先将待处理矿石磨到-0.074mm占90%以上的细度,然后放入多个串联起来的搅拌槽,加入微生物浸出剂进行浸出作业。此工艺中,搅拌的一个作用是使矿物颗粒与浸出剂充分混合,增加矿粒与微生物的接触机会,提高浸出过程的传质效率;另一个作用是增加矿浆中的空气含量,为微生物提供充足的氧和二氧化碳。4󰀁微生物浸矿流程一般说来,微生物浸矿的工艺流程[7]包括原料准备、浸出、固液分离、金属回收和浸出剂再生等5个主要工序。如图1为利用氧化亚铁硫杆菌浸出金属硫化矿的通用流程。4.1󰀁原料准备此工序是对矿石进行微生物浸出前的准备作业,其目的是制备出与后续的浸出作业相适应的矿石原料。在堆浸和槽浸中,该工序包括配矿、破碎、堆矿和装矿;在搅拌浸出中则包括配矿、破碎和磨矿。4.2󰀁浸出浸出工序是微生物浸矿工艺流程中的核心部分。该工序包括微生物浸出剂的制备,粗矿块或细 5 󰀁󰀁󰀁王中海等:微生物浸矿技术发展现状󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2007年第8期矿粒的堆浸或渗滤浸出作业,以及磨细矿石的搅拌浸出作业。

图1󰀁利用氧化亚铁硫杆菌浸出金属硫化矿的通用流程4.3󰀁固液分离对于搅拌浸出来说,一般不能直接得到送金属回收工序的澄清浸出液而需要进行固液分离。实现固液分离常采用过滤方法,有时也可以通过逆流倾析和洗涤得到固体含量很低的浸出液送金属回收工序。4.4󰀁金属回收此工序是指从浸出液中回收金属的作业。常用的方法有置换沉淀法、电解沉积法、离子交换法和溶剂萃取法等。4.5󰀁微生物浸出剂再生此工序是将回收金属以后的澄清含菌尾液送入专门的设备中,加入适量的营养物质、空气、CO2等进行一段时间的微生物培养,然后送回浸出工序循环使用,以达到降低生产成本、减少尾水排放量的目的。5󰀁展󰀁望随着科学技术的发展,生物技术越来越受到人们的普遍重视。与传统工艺相比,微生物选矿技术在处理复杂矿物方面具有明显优势,其应用范围越来越广,研究工作不断深入,所取得的经济效益和社会效益也在日益增加。今后,将有更多可用于生物浸出的微生物被开发出来。有学者认为采用嗜热菌处理硫化镍和硫化铜矿能获得更高的回收率[8];嗜热和极度嗜热微生物及更加耐砷耐金属离子的微生物将有可能被应用于工业生产。此外,有人发现磁场可以强化细菌的浸矿过程,还有人正在研究通过基因工程得到性能更加优良的菌种,等等。目前,生物氧化堆浸和槽浸工艺都已工业化,并取得了较好的生产技术指标,而且在充气方式、洗涤方式及菌种培养等方面有了一些新的进展。但微生物的驯化手段、微生物的生理习性及微生物对矿物的吸附和氧化机制等都有待近一步研究[9]。微生物浸矿技术的应用前景将会越来越广阔,一些学者曾预言,21世纪将是微生物浸矿技术得以蓬勃发展的时代,这一技术甚至有可能成为占主导地位的选矿工艺。参󰀁考󰀁文󰀁献[1]󰀁孙业志,吴爱祥,等.微生物在铜矿溶浸开采中的应用[J].金属矿山,2001(1):3󰀁5.[2]󰀁BustosS,CastroS,MontealegreR.TheSociedadMineralPudahuelbacterialthin󰀁layerleachingprocessatLoAguirre[J].FEMSMi󰀁crobo1,1993,11(2):231󰀁236.[3]󰀁BrierleyJA.Expandingroleofmicrobiologyinmetallurgicalprocess[J].MiningEngineering,2000,52(11):49󰀁59.[4]󰀁胡凯光,谭凯旋,杨仕教,等.微生物浸矿机理和影响因素探讨[J].湿法冶金,2004,23(3):113󰀁121.[5]󰀁李宏煦,阮仁满,等.矿物资源加工中的微生物技术[J].矿冶,2002,11(B07):79󰀁81.[6]󰀁温建康,阮仁满.含砷硫化铜精矿的细菌浸出研究[J].金属矿山,2002(9):21󰀁24.[7]󰀁魏德洲.资源微生物技术[M].北京:冶金工业出版社,1996.[8]󰀁陶德宁.生物浸出和生物氧化技术在中国的研究与应用[J].湿法冶金,2003,22(1):56󰀁56.[9]󰀁冯一军,刘均洪.微生物在矿物工业上的应用进展[J].化工技术与开发,2005,34(4):17󰀁20.(收稿日期󰀁2007󰀁06󰀁06)

信息苑 洛钼集团5000t选矿厂改建工程正式竣工投产󰀁󰀁日前,洛钼集团选矿三公司5000t选矿厂改建工程正式竣工投产。洛钼集团选矿三公司5000t选矿厂改建工程从开工到投产仅用了300天,比原计划提前了两个月。工程建成后,可年产57%高品位钼精矿2200,t品位46%优质钼精矿837,t年实现销售收入5.1亿元、利润1.02亿元。该项目主要由原矿运输、破碎筛分料输送、粉矿仓、磨矿、浮选、脱水干燥、原矿输送等8项主体工程和供水、供电、药剂添加3项辅助工程组成。工程总建筑面积13133m2,安装机器设备180余台套,安装电器设备430余台套。(中国有色网2007󰀁07󰀁27) 6 总第374期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁金󰀁󰀁属󰀁󰀁矿󰀁󰀁山󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2007年第8期