一种露天剥离硫化铜矿的生物堆浸工艺

摘要

本发明提供一种露天剥离硫化铜矿的生物堆浸工艺，将铜品位低，氧化度高的硫化铜矿粉碎、筛分后堆筑，水和稀硫酸先后滴淋，调节pH值，然后用常温嗜酸菌和中温嗜酸菌根据温度变化先后滴淋，置换浸出液中的铜。该工艺具有工艺简单、流程短、污染小以及能够处理低品位硫化铜矿等诸多优点；采用的浸矿菌分布广泛，易于获得。

说明书

技术领域

本发明涉及生物冶金技术领域，具体涉及露天剥离硫化铜矿的生物堆浸工艺。

背景技术

国内早期铜矿开采常采用露天开采，例如某大型铜矿采用露天开采，现存有露天剥离含铜废石2.5亿吨，铜平均品位为0.229%，铜金属量为55.4万吨。经过多年的氧化蚀变、加之当时生产剥离其间有一部分氧化矿被集中堆放于废石中，使得废石场含铜废石中铜矿石矿物的氧化度有所提高，平均氧化率为5%左右。

传统的硫化铜矿处理技术通过浮选富集得到铜精矿，再通过火法熔炼-电解精炼工艺制取铜。由于露天剥离含铜废石含铜品位较低，氧化程度高，采用传统处理技术难以实现该部分含铜废石资源的合理利用。

生物冶金技术是有色金属资源开发中高效、低耗的新型工业化技术，利用一些能够氧化分解矿物晶格的微生物，将矿物晶格破坏，使其中有价金属元素释放出来，然后予以富集。一般用于处理低品位矿、复杂矿物、露天剥离废石、尾矿石等用传统方法难以利用的矿物，是生物、冶金、化学、矿物等多学科交叉技术。

在铜矿的生物堆浸技术中，中国专利（公告号：1265001C）公布了利用常温嗜酸菌氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌和氧化铁微螺球菌对铜矿进行堆浸的工艺。中国专利（公告号：100413983C）公布了利用常温嗜酸菌嗜铁钩端螺旋菌和喜温硫杆菌对黄铜矿的浸出方法。

生物堆浸过程中嗜酸菌对矿石的氧化会释放热量，而嗜酸菌对热量敏感，合适的温度才能有好的堆浸效果。

发明内容

本发明提供一种低品位硫化铜矿的生物堆浸方法，尤其针对露天剥离硫化铜矿石，这类矿石铜品位低且氧化度高。该工艺具有工艺简单、菌种分布广泛且易得、流程短、投资少、成本低、污染小以及能够处理低品位硫化铜矿等诸多优点。

本发明是通过以下方案实现的：

一种露天剥离硫化铜矿的生物堆浸工艺，包括如下步骤：

（1）采集含有嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans）、嗜酸氧化硫硫杆菌（Acidithiobacillus thiooxidans）、氧化亚铁钩端螺旋菌（Leptospirillum ferrooxidans）的酸性矿坑水，进行选育、驯化和放大培养，获得常温嗜酸菌；采集含有嗜铁钩端螺旋菌（Leptospirillum ferripHilum）、嗜酸杆菌属菌（AcidipHilium spp.）、硫化杆菌属菌（Sulfobacillus spp）及喜温硫杆菌（Acidithiobacillus caldus）的酸性矿坑水进行选育、驯化和放大培养，获得中温嗜酸菌；

常温嗜酸菌的选育条件为：将采集的含有嗜酸氧化亚铁硫杆菌、嗜酸氧化硫硫杆菌、氧化亚铁钩端螺旋菌的酸性矿坑水加入营养成分：9K基础培养基和FeSO₄·7H₂O 44.2g/L培养液，调控温度25~30℃，pH为1.5~2.0，进行培养；驯化和放大培养条件为：在9K基础培养基的环境中，加入粒度小于0.070mm的硫铁矿矿石粉，加入的硫铁矿的重量为培养液总重量的1～10%，菌的接种量为培养液总体积的8～28%，生长温度为25～30℃，pH值为1.5～2.0；逐级放大培养三次，获得菌浓度为10⁷～10⁹个/ml的常温嗜酸菌。

中温嗜酸菌的选育条件为：将采集的含有嗜铁钩端螺旋菌、嗜酸杆菌属菌、硫化杆菌属菌及喜温硫杆菌的酸性矿坑水加入营养成分：9K基础培养基、FeSO₄·7H₂O 22g/L和酵母粉0.1g/L，调控温度45~50℃，pH为1.8~2.5，进行培养；驯化和放大培养条件为：在9K基础培养基的环境中，加入粒度小于0.070mm的硫铁矿矿石粉，加入的硫铁矿的重量量为培养液总重量的1～10%，菌的接种量为培养液总体积的8～28%，生长温度为40～45℃， pH值为1.5～2.0；逐级放大培养三次，获得菌浓度为10⁷～10⁹个/ml的常温嗜酸菌。

（2）将露天剥离硫化铜矿粉碎、筛分粒径小于2mm的矿石进行堆筑，并在矿堆中埋设通气管道、温度探头和取样管；埋设通气管道的目的是给矿堆内的菌提供氧气，埋设温度探头及取样管以便实时监测矿堆内温度及分析矿堆内浸出反应变化情况。

（3）先用自来水对堆筑后的矿石进行滴淋，洗去矿石中的泥浆；再用稀硫酸溶液对堆内矿石滴淋，中和矿石中的碱性脉石；稀硫酸pH值为1～2，矿堆流出液酸度达到pH值为1～2时，滴淋结束。

（4）将放大的常温嗜酸菌和中温嗜酸菌分别加入到稀硫酸中，调节pH1.5~2.0，将常温嗜酸菌酸性溶液滴淋到矿堆中，待温度上升到40~45℃时，将中温嗜酸菌酸性溶液滴淋到矿堆中；优选控制滴淋液氧化还原电位在530～580mv, 采取白天滴淋，夜晚停止滴淋工艺。常温嗜酸菌和中温嗜酸菌以CO₂为碳源，通过氧化Fe²⁺、元素S以及还原态的化合物来获得生命过程所需的能量，在浸出过程中，由于菌对矿石的氧化会产生大量热量，矿堆中的温度将逐步升高。实时监测矿堆内温度、CO₂、O₂及浸出液中成分，根据矿堆内的温度变化情况控制滴淋速率。

（5）矿堆中浸出液的Cu²⁺浓度为2～5g/L时，送至金属回收工序，利用铁置换矿堆中浸出液中的Cu²⁺。

采用生物浸矿原理实现了露天剥离低品位硫化铜矿生物浸出，具有工艺简单、流程短、污染小以及能够处理低品位矿等诸多优点；采用的浸矿菌-嗜酸氧化亚铁硫杆菌、嗜酸氧化硫硫杆菌、氧化亚铁钩端螺旋菌、嗜铁钩端螺旋菌、属于嗜酸杆菌属的菌、属于硫化杆菌属的菌及喜温硫杆菌种分布广泛，易于获得。

附图说明

图1为本发明实施例的工艺流程图。

具体实施方式

实施例一

国内早期某大型铜矿采用露天开采，现存有露天剥离含铜废矿矿石2.5亿吨，铜平均品位为0.229%，铜金属量为55.4万吨。含铜废石中主要金属矿物为黄铁矿，其次为黄铜矿，有少量的赤铁矿、褐铁矿、辉铜矿、蓝辉铜矿、斑铜矿、闪锌矿、方铅矿、铜蓝等，含铜废石中主要脉石矿物有石英、绿泥石、云母类、高岭石等。经过多年的氧化蚀变、加之剥离作业期间有一部分氧化矿被集中堆放于废石中，使得废石场含铜废石中铜的矿石矿物的氧化度有所提高，平均氧化率为5%左右。

如图1所示，生物堆浸工艺包括如下步骤：

（1）菌的选育、驯化和放大培养。

采集上述露天剥离含铜废矿的酸性矿石水，该酸性矿石水内含有嗜酸氧化亚铁硫杆菌、嗜酸氧化硫硫杆菌、氧化亚铁钩端螺旋菌、嗜铁钩端螺旋菌、嗜酸杆菌属菌、硫化杆菌属菌及喜温硫杆菌。

常温嗜酸菌的选育条件为：将采集的酸性矿坑水加入营养成分：9K基础培养基和FeSO₄·7H₂O 44.2g/L，调控温度28℃，pH为1.7，进行培养；驯化和放大培养条件为：在9K基础培养基的环境中，加入粒度小于0.070mm的硫铁矿矿石粉，加入的硫铁矿量为培养液总重量的5%，菌的接种量为培养液总体积的8～28%，生长温度为25～30℃，pH值为1.7；逐级放大培养三次，获得菌浓度为10⁷～10⁹个/ml的常温嗜酸菌。

中温嗜酸菌的选育条件为：将采集的酸性矿坑水加入营养成分9K基础培养基、FeSO₄·7H₂O 22g/L和酵母粉0.1g/L，调控温度47℃，pH为1.8，进行培养；驯化和放大培养条件为：在9K基础培养基的环境中，加入粒度小于0.070mm的硫铁矿矿石粉，加入的硫铁矿量为培养液总重量的9%，菌的接种量为培养液总体积的8～28%，生长温度为40～45℃， pH值为1.8；逐级放大培养三次，获得菌浓度为10⁷～10⁹个/ml的常温嗜酸菌。

（2）矿石的粉碎、筛分、筑堆。

将露天剥离低品位硫化铜矿采集后进行粉碎，经过筛分后收集粒径小于2mm矿石，运送到堆场进行筑堆，筑堆过程中尽可能保持矿石形成自然堆放，使矿石颗粒分布均匀，防止偏斜，避免被压实，以保持良好的透气性；在堆筑时同时埋设通气管道、温度探头及取样管。

（3）生物堆浸前的预处理

矿石堆筑完成后，首先用自来水对堆筑后的矿石进行滴淋，洗去矿石中的泥浆，滴淋速度控制在2～10L/m²·h，滴淋时间为10天，然后用稀硫酸进行滴淋，中和矿石中的碱性脉石，控制稀硫酸酸度为pH值1～2，滴淋速度控制在2～10L/m²·h，当堆场流出液酸度恒定在PH值1～2时，稀硫酸预处理阶段视作结束。

（4）生物堆浸。

将经过三级放大培养的常温噬酸菌加入到稀硫酸溶液中，稀硫酸溶液pH值为1.9，浸出液中细菌浓度不低于10⁷个/ml，通过管道输送至矿堆进行滴淋，当矿堆温度达到42℃时，将经过三级放大培养的中温噬酸菌加入到稀硫酸溶液中，保持稀硫酸溶液pH值为1.8，浸出液中细菌浓度不低于10⁷个/ml，通过管道输送至矿堆进行滴淋。

在接种常温噬酸菌及中温噬酸菌的浸出过程中，实时监测矿堆内温度、CO₂、O₂及浸出液中成分，根据矿堆内的温度变化情况控制滴淋速率在3～15L/m²·h，滴淋液氧化还原电位在530～580mv，滴淋液pH值在1.5～2.0，滴淋液中细菌浓度不低于10⁷个/ml，在滴淋时采取白天滴淋，夜晚停止滴淋的工艺。

（5）浸出液的置换。

堆场浸出液经集液槽收集后送至富液池，在浸出过程中实时监测浸出液铜离子浓度，当Cu²⁺浓度为3g/L时，收集浸出液到置换槽中加入铁丝进行置换，以制取海绵铜。加入的铁丝为经过稀酸洗涤后的废旧铁丝，加入量为2.8g/L浸出液。制取的海绵铜送至铜冶炼厂制取电铜，置换后液返回贫液池配制生物浸出液。

当浸出时间为180天时，铜浸出率在58%以上。