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细菌浸出法炼铜(以黄铜矿为原料进行生物炼铜)

细菌浸出法炼铜(以黄铜矿为原料进行生物炼铜) 铜矿的微生物浸出

一、细菌辅助堆浸

澳大利亚Girilambone矿的上部是孔雀石和蓝铜矿。1993年开始氧化矿堆浸,年产铜14000吨。矿床下部硫化矿逐渐增多,占含铜矿石的65%,主要为辉铜矿,黄铜矿延伸至底部。直径为l00mm的小柱细菌浸出结果表明,辉铜矿浸出25天后浸出率达到97%,而黄铜矿浸出率仅达到27%,710天后达到42%。铁的浸出速度比铜快,25天浸出42%。柱浸试验也表明,即使不接种,浸出液中也逐渐出现氧化亚铁硫杆菌,但时间较长,仍需接种。

然后,在6米高的柱子中进行实验。初始浸出率由初始酸度决定。用含8g/L硫酸的萃余液进行浸出,155 ~ 158天酸升至15g/L。铜的初期浸出速度较慢,99天后微生物的作用开始明显。此时,pH值为2.9,Fe(II)被氧化成Fe(III)并沉淀。初始酸度为54g/L时,开始浸出速度很快,22天铜浸出达到23%,酸度下降,此时进行接种。第74天,微生物开始活动。但是到了后期,铁还是会从溶液中沉淀出来。

设计堆浸时,考虑到黄铜矿的比例越来越大,平均浸出率定为78%。采用两段浸出,即将旧堆中的低铜溶液用于新堆中的浸出。矿石平均含铜2.5%,远高于其他矿山。矿石破碎至- 12mm,堆高5 ~ 6m。刚开始会在新的料场建新的堆,后来会建在旧的氧化矿堆上。喷雾速度为13L/h·m2,反应器内通入空气体。反应器的设计温度为30℃。新堆浸开始时酸度为50g/L,35天后降至8g/L,平均耗酸量为14kg/t矿石。然而,根据柱浸结果,铁矿石被部分浸出,产生硫酸。所以可能会有多余的酸,需要取出一部分进行中和,所以设计了中和槽。

虽然设计预期堆温为30℃,但冬季实测结果为12℃,浸出液仅为8℃。浸出率明显下降,反应器周期比预期长。滴加比喷淋更能减少热量损失,但由于滴头喷嘴处盐沉淀造成堵塞,所以不使用。

通过分析基利浪矿塌陷作业中典型铜浸出率与浸出时间的关系曲线,将其分为两个区域。第一个区域陡升,主要是酸的化学浸出起了作用,然后浸出速度变慢,细菌在浸出硫化矿。此后,矿堆内条件的变化,如矿石粉化和坍塌,导致矿堆阻力增加,进一步降低浸出率。

一年的运行结果表明,该矿高品位混合铜矿细菌堆浸是成功的。氧化矿浸出率84%,硫化矿浸出率78%,年处理矿石750万吨。浸提液中含有4。8g/L铜,萃余液为0.3g/L..

二是极端嗜热菌浸出黄铜矿

中温细菌浸出黄铜矿也会导致钝化,即生成的单质硫阻止了进一步的浸出反应。但近年来报道的结果表明,中温菌和极端嗜热菌对黄铜矿浸出的钝化现象并不明显。

工厂的细菌浸出设备要求高,所以需要高投入。最近,一家公司开发了一种投资和生产成本低的浸出黄铜矿的方法。这种方法的核心是将黄铜矿精矿的矿浆喷洒在普通岩块上,然后堆浸,在矿堆中接种菌种。他们没有说明所用岩石的名称,但必须是耐酸的,而且要求碎到6 ~ 25mm。石外浆层厚度约1mm,使岩石和精矿的质量比在5/1 ~ 10/1之间。

当石块从带式输送机的末端流下时,浆液通过两个喷嘴从不同方向喷向石块,并粘附在石块上。包浆的石头直接内置堆浸,不会移动。据说因为黄铜矿是疏水性的,所以淋滤液喷洒下来,下雨的时候,附着在石头上的精矿不会从石头表面被洗掉。

用于柱浸提实验的样品含有26.1%的铜、29.7%的铁、29.0%的硫和0.5%的碳酸钙。矿物分析结果表明,黄铜矿占75.4%,黄铁矿占14.5%(其中63%为磁黄铁矿)。其中酸溶性铜1.5%,酸溶性铁2.1%。柱高6m,直径0.144m,下面引入空气体。在测试过程中,加入氧气或二氧化碳。首先,他们在室温下接种嗜温细菌,浸泡25天,反应速度明显下降。加热至50℃,接种嗜热菌,浸出50天,铜的浸出率达到50%,反应速率再次下降。然后升温至70℃并接种极端嗜热菌,浸出率不断增加,150d达到80%以上,并将继续增加。该实验表明,不同菌株的浸出能力存在很大差异,如图1所示。在另一个实验中,从一开始就将温度升高到70℃并直接接种极端嗜热菌,140天后浸出率达到97.5%。前两周,细菌处于繁殖期,浸出速度很慢。然后,铜的日浸出率达到1.14%。80d后,随着矿石品位的降低,150d后平均日浸出率为0.70%。

图1中温细菌、嗜热细菌和极端嗜热细菌浸出黄铁矿

许多试验结果的比较表明,铜的浸出率与矿石中硫的氧化程度之间存在线性关系。硫化矿在初始阶段被氧化成单质硫,然后单质硫逐渐减少。这有助于理解极端嗜热菌浸出黄铜矿时没有明显钝化的原因,如图2所示。

图2浸出过程中精矿中元素硫的变化

最近日本学者研究了耐酸性buhrer lay,一种极端嗜热菌,能在65℃浸出黄铜矿,再次证明其浸出速度远高于其他细菌。浸出机理主要是吸附在矿石表面的细菌直接氧化矿石,三价铁离子的氧化只占很小比例。这一发现可以从另一方面解释这种细菌克服元素硫阻碍浸出反应的机制。他们还根据小规模实验的结果建立了一个模型,并推测搅拌反应器中连续浸出的最佳条件是细菌浓度为1014个/m3,固液比为5 ~ 10 kg/m3。

 
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