中等嗜热菌及低品位原生硫化铜矿的化学与生物联合堆浸工艺

摘要

本发明涉及一种中等嗜热菌及低品位原生硫化铜矿的化学与生物联合堆浸工艺。本工艺利用含Fe2+离子的稀硫酸溶液预处理低品位原生硫化铜矿，而后用驯化好的具有强硫氧化性的中等嗜热菌(Sulfobacillus thermosulfidooxidans Retech－MTC－1)浸取原生硫化铜矿物，以回收矿石中的铜。预处理阶段的浸出液经萃取后，有机相进入下游反萃工序处理，用中等嗜热菌浸取的合格浸出液经萃取后，水相返回浸堆，有机相与预处工段的有机相合并后进入下游反萃工序处理。本工艺流程短、设备简单、投资省、成本低、无污染、回收率高，生产规模可大可小，能够处理传统选冶工艺不能处理的低品位原生硫化铜矿资源，扩大资源利用范围，提高铜金属的回收率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种中等嗜热菌及低品位原生硫化铜矿的化学与生物联合堆浸工艺。本工艺主要利用含Fe²⁺离子的稀硫酸溶液对原生硫化铜矿进行预处理，然后用具有很强硫氧化活性的中等嗜热菌对矿物进行再浸出。

背景技术

传统原生硫化铜矿的处理工艺是矿石破碎、磨矿、浮选、浮选精矿火法熔炼。该工艺由于对浮选精矿的质量要求严格，对低品位的原生硫化铜矿无法处理或是处理工艺很复杂，存在成本高、能耗高、环境污染重和铜金属回收率低等缺点，不适合处理低品位及偏远地区的原生硫化铜矿石。我国已探明的原生硫化铜矿资源中，大多为位置偏远、低品位的原生硫化铜矿，此外老矿区中也存在大量的处于传统分选技术边界品位以下的废矿石，上述铜资源采用现有的传统选冶技术或工艺开发，无经济效益或经济效益很差。因此，有必要提供一种新的处理工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种中等嗜热菌和一种新的低品位原生硫化铜矿中铜的提取工艺，该工艺不同于传统的选冶工艺，即：不需要通过高能耗传统选矿富集成精矿，也不需要高温熔炼；新工艺不排放污染性大的烟尘和二氧化硫等有毒气体，对环境友好；本工艺流程短、设备简单、投资省、成本低、无污染，铜回收率高，综合利用了难处理低品位原生硫化铜矿资源，可获得很好的经济效益。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

所述中等嗜热菌为已寄存并保藏在中国典型培养物保藏中心(武汉大学内)，名称为Sulfobacillus thermosulfidooxidans Retech-MTC-1，保藏登记号CCTCC No：M206029，保藏日期2006年3月28日。中等嗜热菌(Sulfobacillus thermosulfidooxidans Retech-MTC-1)的选育：从墨江矿区采集含中等嗜热菌的酸性矿坑水，在改进的Norrison基础培养液中加入上述矿坑水进行选育，选育后再进行浸矿驯化。改进的基础培养液的无机盐成分为：(NH₄)₂SO₄ 0.5g/L，KCl 0.1g/L，K₂HPO₄ 0.2g/L，MgSO₄·7H₂O 0.5g/L，Ca(NO₃)₂ 0.01g/L，yeast extract 0.02％；能源基质为：单质S。细菌的驯化是在含上述营养物质的自来水中加入粒度小于0.076mm的低品位原生硫化铜矿矿粉，加入矿石粉后形成的矿浆浓度为1～20％重量百分比，pH值在1.5～2.5之间；驯化菌液的氧化还原电位为350～450mV(SCE)，细菌浓度为10⁷～10⁹个/ml；所述细菌生长温度为4～55℃，最佳生长温度45～50℃。

低品位原生硫化铜矿的化学与生物联合堆浸工艺，它包括以下步骤：

(1)矿石筑堆及其预处理

将低品位原生硫化铜矿矿石破碎、筑堆，形成多孔洞的自然堆；用温度范围为45～50℃，含较高浓度Fe²⁺离子(8g/L～30g/L)的稀硫酸溶液喷淋或滴淋矿堆，预先中和矿石中的碱性脉石并将矿石中易溶浸部分金属浸出；

(2)预处理浸出液处理

当预处理浸出液的氧化还原电位高于400mV(SCE)时，需要采用碱性物质碳酸钙(石灰石)、氧化钙(石灰)、氢氧化钠、氨水、碳酸铵对浸出液进行高铁沉淀处理；高铁沉淀处理后将浸出液的pH值调节到1.3～1.5，返回矿堆浸铜。当预处理浸液中Cu²⁺离子达到一定浓度时，需要对浸出液进行Cu²⁺萃取，萃余液返回矿堆浸矿。

(3)中等嗜热菌堆浸

对浸矿菌种Sulfobacillus thermosulfidooxidans Retech-MTC-1进行进一步的浸矿驯化和放大培养后，接种入已预处理好的矿堆(预处理方法为(2))进行铜的浸出，接种细菌浓度为10⁷～10⁹个/ml，氧化还原电位350～400mv(SCE)，堆浸体系的pH值1.0～2.5。

(4)中等嗜热菌堆浸的浸出液处理

当浸出液的氧化还原电位高于450mV(SCE)时，需要采用碱类化学药剂碳酸钙、碳酸钠、碳酸铵、氢氧化钙、氢氧化钠、氨水、氧化钙等对浸出液进行高铁沉淀处理；高铁沉淀处理后将浸出液的pH值调节到1.3～1.5，返回矿堆浸矿。当浸出液中Cu²⁺离子达到一定浓度时，需要对浸出液进行Cu萃取，萃余液返回矿堆浸铜。萃取后的有机相与预处理浸出液萃取有机相合并后一起进入反萃-电积过程

附图说明

图1为本发明一种实施的工艺流程框图

如图1所示，1为将低品位原生硫化铜矿矿石破碎的矿石破碎工序；破碎后的矿石送入矿石筑堆及预处理工序2；预处理工序中加入含Fe²⁺的稀硫酸溶液，经矿石筑堆及预处理工序后的矿石中，加入从矿区采集并驯化得到的中等嗜热菌(Sulfobacillus thermosulfidooxidans Retech-MTC-1)进行中等嗜热菌浸出工序3，预处理工序合格的浸出液进萃取工序4；萃取水相直接进入堆浸预处理工序2，或者进入高铁沉淀及pH调节工序8然后送入堆浸预处理工序2。中等嗜热菌浸出液进入萃取工序5；萃取后的有机相送入反萃工序6，萃取工序4中得到的有机相送入反萃工序6，反萃后的水相送入电积工序7。反萃后的有机相送入工序4、5，工序5的水相直接进入细菌堆浸工序3，或进入高铁沉淀及pH调节工序9然后送入细菌堆浸工序3。

具体实施方式

中等嗜热菌(Sulfobacillus thermosulfidooxidans Retech-MTC-1)的选育：从墨江矿区采集含中等嗜热菌的酸性矿坑水，在改进的Norrison基础培养液中加入上述矿坑水进行选育，选育后再进行浸矿驯化。改进的基础培养液的无机盐成分为：(NH₄)₂SO₄ 0.5g/L，KCl 0.1g/L，K₂HPO₄ 0.2g/L，MgSO₄·7H₂O0.5g/L，Ca(NO₃)₂ 0.01g/L，yeast extract 0.02％；能源基质为：单质S。细菌的驯化是在含上述营养物质的自来水中加入粒度小于0.076mm的低品位原生硫化铜矿矿粉，加入矿石粉后形成的矿浆浓度为1～20％重量百分比，pH值在1.5～2.5之间；驯化菌液的氧化还原电位为350～450mV(SCE)，细菌浓度为10⁷～10⁹个/ml；所述细菌生长温度为4～55℃，最佳生长温度45～50℃。

步骤(1)中矿石破碎到粒度为5～25mm；然后筑堆，堆筑过程中要保持矿石尽可能形成透气性好的多孔洞矿堆，有利于堆内O₂和CO₂的传输，为浸矿微生物的生长提供最佳的生长条件；用含Fe²⁺离子的稀硫酸溶液预处理矿石，其初始铁浓度为8g/L～30g/L。预处理过程的合格浸出液，经萃取后返回矿堆浸铜。如果浸出液氧化还原电位高于450mV(SCE)，则需要进行高铁沉淀工艺处理，经沉淀处理后调节其pH值到1.3～1.5，再返回矿堆浸铜。

矿堆接种中等嗜热菌(Sulfobacillus thermosulfidooxidansRetech-MTC-1)，其喷淋液中含浸矿微生物10⁷～10⁹个/ml，喷淋液的氧化还原电位350～450mV(SCE)，浸出体系的PH值1.0～2.5。

在高铁沉淀过程中，浸出液采用碱类化学药剂碳酸钙、碳酸钠、碳酸铵、氢氧化钙、氢氧化钠、氨水、氧化钙等进行沉淀法除铁净化，反应式为：

               Fe³⁺(aq.)+3OH^-(aq.)→Fe(OH)₃(s)

沉淀除铁净化的溶液pH值为2.0～3.5，经过多级沉淀后的溶液含Fe³⁺小于0.5g/L，高铁的除去率大于98％。

将步骤(1)(2)浸出液萃取后的有机相经反萃工艺得到含杂极少的富铜溶液，再通过电积工艺得到高质量的阴极铜板。

电积过程得到的阴极铜中铜含量99.9％。总铜的回收率为85％以上，其中原生硫化铜矿中铜的回收率高于70％。

本发明中所测量的氧化还原电位值是相对于饱和甘汞电极的测量值，测量值单位为mV(SCE)。

本发明的效果是：不需要通过高能耗传统选矿富集成精矿，也不需要高温熔炼；新工艺不排放污染性大的烟尘和二氧化硫等有毒气体，对环境友好；本工艺流程短、设备简单、投资省、成本低、铜回收率高，可以用来开发传统选冶技术不可利用的低品位原生硫化铜矿资源，扩大原生硫化铜矿资源的利用范围，提高铜回收率。