一种铜矿石的生物冶金浸矿微生物组合菌液及其回收金属铜的方法

摘要

本发明公开了一种铜矿石的生物冶金浸矿微生物组合菌液及其回收金属铜的方法，将经过适应性培养，连续扩大培养以及矿石堆适应性培养后的浸矿微生物组合后用于浸矿，针对不同对象的矿石采取不同浸出方法，包括块矿、粉矿、尾矿和铜冶炼炉渣等的生物冶金处理方法；获得合格浸出液后采取萃取-电积制备电铜和短流程置换获得海绵铜两种产品。适用于不同条件下的工业化生产，实现了低品位铜矿资源的高效利用，能够有效的保护矿区生态环境，获得经济效益和环境友好的双赢局面。

说明书

技术领域

本发明属于生物冶金领域，具体涉及一种铜矿石的生物冶金浸矿微生物组合菌液及其回收铜金属的方法。

背景技术

铜是重要战略有色金属，用于电气、机械制造、国防工业等领域。世界铜资源主要集中在智利、美国、赞比亚等国。赞比亚铜矿储量占全球总量的6.4％，但已探明的铜矿资源当中，有相当数量的铜矿由于缺乏高效利用新技术而尚待开发。尤其是赞比亚国家大量堆存的尾矿和采矿废石资源，需要大量的政府资金来维护废石堆，但由于缺乏有效的技术，矿石堆存过程中产生了大量的含重金属废水，不但无法有效回收重金属元素，而且给生态系统带来巨大的破坏作用，对矿区环境造成严重的污染。

生物冶金是利用以矿物为能源的微生物的作用，氧化分解矿物使金属离子进入溶液，进一步分离、提取金属的高新技术。它具有流程短、成本低、环境友好和低污染等特点，特别是微生物冶金技术能处理低品位、复杂、难处理的矿产资源，技术先进，生产效率高。目前全球采用生物冶金技术提取金属铜的产量已经占到全部铜产量的25％，美国、智利甚至到达30％。

生物冶金工艺主要有三种：堆浸、就地浸出和搅拌浸出。不同工艺的选择是根据矿石类型以及其中有矿物成分的物理化学性质来决定。目前涉及的矿石主要有：铜矿石，镍钴矿石，金矿和铀矿。但是针对各种粒级的氧化矿和硫化矿类型的铜矿石以及冶炼渣和采矿废石，目前还没有一套完整合适的处理方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用多种侵矿微生物的混合作用，对各种粒级的氧化矿和硫化矿类型的铜矿石，包括块矿、粉矿、尾矿、酸性块状废石、铜冶炼炉渣等的生物冶金处理方法，适用于不同条件下的工业化生产，实现了资源高效利用，能够有效的保护矿区生态环境，实现经济效益和环境友好的双赢局面。

本发明一种铜矿石的生物冶金浸矿微生物组合菌液，是将经过适应性培养，连续扩大培养以及矿石堆适应性培养后的浸出所需的微生物混合，得到浓度为1-8×10⁶cell/mL的混合菌液，所述的混合菌液按照单位体积的细胞浓度配比进行组合：嗜酸氧化亚铁硫杆菌30±5.0％、嗜酸氧化硫硫杆菌15±3.0％、氧化亚铁钩端螺旋菌30±5.0％、喜温硫杆菌12±3.0％、嗜温硫氧化硫化杆菌3±0.5％、金属硫叶菌2±0.5％、勤奋金属球菌3±0.5％、嗜酸菌3±0.5％、万座酸菌2±0.5％；所述的嗜酸氧化亚铁硫杆菌为16种保藏号为CCTCC AB206199、CCTCC AB 206200、CCTCC AB 206201、CCTCC AB 206202、CCTCC AB 206203、CCTCC AB 206204、CCTCC AB 206205、CCTCC AB 206206、CCTCC AB 206207、CCTCCAB 206208、CCTCC AB 207053、CCTCC AB 207054、CCTCC AB 207055、CCTCC AB207056、CCTCC AB 207057、CCTCC AB 207058的一种或几种；嗜酸氧化硫硫杆菌为3种保藏号为CCTCC AB206195、CCTCC AB 206196、CCTCC AB 206197的一种或几种；氧化亚铁钩端螺旋菌为10种保藏号为CCTCC AB206158、CCTCC AB 206159、CCTCCAB 206160、CCTCC AB 206161、CCTCC AB 206162、CCTCC AB 206163、CCTCC AB206164、CCTCC AB 207036、CCTCC AB 207037、CCTCC AB 207038的一种或几种；喜温硫杆菌为3种保藏号为CCTCC AB207044、CCTCC AB 206175、CCTCC AB 206176的一种或几种；嗜温硫氧化硫化杆菌CCTCC AB207045、金属硫叶菌CCTCC AB207047、勤奋金属球菌为3种保藏号为CCTCC AB207046、CCTCC AB 206191、CCTCC AB 206192的一种或几种；嗜酸菌为14种保藏号为CCTCC AB206219、CCTCC AB 206220、CCTCCAB 206221、CCTCC AB 206222、CCTCC AB 206223、CCTCC AB 206224、CCTCC AB206225、CCTCC AB 206226、CCTCC AB 207065、CCTCC AB 207066、CCTCC AB 207067、CCTCC AB 207068、CCTCC AB 207069、CCTCC AB 207070的一种或几种；万座酸菌CCTCC AB207048。

所述的矿石堆适应性培养是在化学培养基中加入-0.074mm的2-5％w/v铜矿矿粉或精矿作混合培养基；微生物浓度至少达到1-8×10⁷cell/mL后，再按1-8×10⁶cell/mL接种到5-10吨矿石堆中，进行矿堆适应性生长，使其处于对数生长期，微生物浓度至少达到1-8×10⁶cell/mL后，按1-8×10⁶cell/mL接种到100-500吨矿石堆中培养20-40天。

应用所述的浸矿微生物组合菌液进行铜矿石的生物冶金回收方法，包括以下步骤：

(1)块矿生物堆浸

铺设好底层和防渗层，在防渗层上面平堆厚度为200-300mm的预先破碎好的+5-40mm粒级铜矿石大颗粒块矿作为堆场的缓冲层；继续将破碎好的+5-40mm粒级的铜矿石大颗粒块矿进行薄层筑堆，稀硫酸溶液预先喷淋，然后按照1-8×10⁶cell/mL接种所述的浸矿微生物组合菌液，开始间歇喷淋生产作业和通风，浸出液备用；

(2)粉矿搅拌细菌生物槽浸

将破碎好的-5mm粒级的铜矿石粉矿和浓硫酸、含所述的浸矿微生物组合菌液加入到搅拌槽，使混合溶液中微生物浓度为1-8×10⁶cell/mL；在搅拌槽中进行搅拌浸出，浸出液备用；

(3)尾矿制粒生物堆浸

首先对铜矿尾矿进行造球制粒，粒度控制在10-20mm，铺设150-200mm厚的粒度为5mm的铜矿粉矿作为底层，再铺设防渗层，在防渗层上面平堆200-300mm厚度的粗砂，作为堆场的缓冲层；然后在缓冲层上对造球制粒后的粒度为10-20mm的球团状铜矿尾矿进行铺设筑堆，堆浸开始前期进行硫酸预先喷淋，然后接种所述的浸矿微生物组合菌液，微生物浓度为1-8×10⁶cell/mL，进行间歇喷淋，浸出液备用；

(4)粉矿和酸性块状废石生物堆浸

铺设粒度为40mm-60mm的含铜量为0.09-0.3％的铜矿采矿酸性块状废石作为底层，厚度为300-400mm；再覆盖防渗层，在防渗层上面平堆200-300mm厚的粒度为5mm的铜矿粉矿，作为堆场的缓冲层，矿堆实行多层铺设方式，首先铺设第一层铜矿酸性块状废石，用砂浆机泵将质量浓度为30％的铜矿尾矿砂泵到废石层上，使尾矿能够均匀牢固分布在矿层中；再铺设第二层废石层，再泵尾矿砂；如此反复，直至矿堆的每层的堆高为4-6M；堆浸开始前期进行硫酸预先喷淋，然后进行所述的浸矿微生物组合菌液接种，微生物浓度为1-8×10⁶cell/mL，进行间歇喷淋，浸出液备用；

(5)粉矿和细磨铜冶炼炉渣制粒生物堆浸

首先对铜冶炼炉渣进行破碎和细磨，然后与粉矿进行造球制粒，粒度控制在20mm，铺设150-200mm厚，粒度为5mm的粉矿作为底层，上面再覆盖防渗层，在防渗层上面平堆200-300mm厚度的经过造球制粒的细磨冶炼炉渣与粉矿，作为堆场的缓冲层；然后继续对经过造球制粒的细磨冶炼炉渣与粉矿进行堆浸，堆浸开始前期进行硫酸预先喷淋，然后进行所述的浸矿微生物组合菌液接种，微生物浓度为1-8×10⁶cell/mL，进行间歇喷淋，浸出液备用；

(6)将上述步骤(1)-(5)得到的一种或几种浸出液萃取电积制备电铜；或者将上述步骤(1)-(5)得到的一种或几种浸出液用铁屑置换获得海绵铜。

步骤(1)所述的块矿生物堆浸中，所述的底层为300-400mm厚度的粗砂，所述的破碎好的+5-40mm粒级的铜矿石进行薄层筑堆，每层高度5-7m，铺设4-6层；先用pH值为0.9-1.2的稀硫酸溶液预先喷淋，保证浸出液pH值维持在1.7-1.9，浸出液pH值稳定48小时后，接种所述的浸矿微生物组合菌液。

步骤(2)所述的粉矿搅拌细菌生物槽浸中，搅拌槽中的混合溶液中硫酸的质量浓度为30-45g/L；搅拌转速为40-60转/分；在搅拌过程中还可以利用空压机向搅拌槽中通空气，浸出反应1-3小时。

步骤(3)所述的尾矿制粒生物堆浸中，造球制粒时加入2％的稀硫酸，粒度控制在20mm，堆浸开始前期进行硫酸预先喷淋，保证浸出环境pH值维持在1.7-1.9，pH值稳定24小时，接种所述的浸矿微生物组合菌液。

步骤(4)所述的粉矿和酸性块状废石生物堆浸中，堆浸开始前期进行硫酸预先喷淋，保证浸出环境的pH值维持在1.7-1.9，环境的pH值稳定24小时后进行所述浸矿微生物组合菌液接种。

步骤(5)所述的粉矿和细磨铜冶炼炉渣制粒生物堆浸中，粉矿和细磨铜冶炼炉渣制粒时，首先对铜冶炼炉渣进行破碎和细磨作业，使其-0.074mm粒级含量不低于50％，采用35-40g/L的硫酸对其进行造球制粒，制粒后敞开放置8-12小时，使其面稳定固化结球；堆浸开始前期进行硫酸预先喷淋，保证浸出环境pH值维持在1.7-1.9，环境pH值稳定24小时后进行所述的浸矿微生物组合菌液接种。

步骤(1)(3)(4)(5)所述的防渗层均为1mm-3mm厚度的耐酸的PVC土工布。

步骤(6)所述的萃取电积制备电铜的具体过程如下：萃取采用二级萃取一级反萃取；采用Lix-984作为萃取剂，将浸出液首先注入萃取原液高位槽，与有机相高位槽中的萃取剂按相比O/A 1∶1自流流进萃取箱两级萃取，萃取后余液自流至循环池，泵回矿石堆继续利用浸出；萃取负载有机相和反萃剂经一级反萃后，空载有机相返回重复使用；萃取余液和电积余液实行全闭路循环利用；电积采用艾萨法；反萃后液经过滤处理自流至电积液循环槽，经板式换热器加温到40-42℃后流入电积槽进行电积，电积贫液返回作反萃剂；阴极工作周期7天，人工剥离阴极铜；阳极泥一年清洗一次，用移动泵从槽内抽走。

步骤(6)所述的获得海绵铜的具体过程如下：将浸出液初始pH值调整为1.5～2.0之间，置换前除去Fe³⁺，控制Fe³⁺浓度不高于0.2g/L；置换终点为pH值控制在4.5以下；搅拌强度为100～150rpm/s；常温置换，置换时间30min。

采用本发明，针对各种类型的铜矿石，包括硫化矿和氧化矿，不管是采矿废石，还是选矿尾矿，包括冶炼后的废渣都可以采用该技术进行处理，可以使各种资源得到充分的利用；此外，生物冶金技术的应用有利于尾矿堆资源的有效利用和有价铜金属的有效回收，很好的保护矿区生态环境，实现经济效益和环境友好的双赢局面。

发明的优点和积极效果

本发明的关键在于针对不同对象的铜矿石，采矿废石，选矿尾矿，冶炼后的废渣均采用各自适应的工艺进行处理，可以获得资源的充分利用。采用生物堆浸工艺回收率达到90％以上，生物搅拌浸出工艺回收率也超过90％，获得的浸出液通过萃取电积工艺可以获得高品质的阴极电铜产品，通过置换工艺可以获得海绵铜。

本发明在全世界铜矿湿法冶金行业中有广阔的推广价值和应用前景，可以拓宽原料来源，增加资源储量，降低生产成本，提高资源利用效率，延长矿山服务年限。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明，而非限制本发明。

在赞比亚谦比希铜矿进行生物冶金新技术应用，矿石成分如表1所示，培养的微生物群落菌种组成的分析结果如表2所示。

表1低品位矿石的化学多元素分析，％

表2单位体积混合菌液细胞浓度配比组成，％

以上菌种在中国典型培养物保藏中心(CCTCC)生物冶金菌种资源库联系购买。

所述的嗜酸氧化亚铁硫杆菌为16种保藏号为CCTCC AB 206199、CCTCC AB 206200、CCTCC AB 206201、CCTCC AB 206202、CCTCC AB 206203、CCTCC AB 206204、CCTCCAB 206205、CCTCC AB 206206、CCTCC AB 206207、CCTCC AB 206208、CCTCC AB207053、CCTCC AB 207054、CCTCC AB 207055、CCTCC AB 207056、CCTCC AB 207057、CCTCC AB 207058的一种或几种；嗜酸氧化硫硫杆菌为3种保藏号为CCTCC AB206195、CCTCC AB 206196、CCTCC AB 206197的一种或几种；氧化亚铁钩端螺旋菌为10种保藏号为CCTCC AB206158、CCTCC AB 206159、CCTCC AB 206160、CCTCC AB 206161、CCTCC AB 206162、CCTCC AB 206163、CCTCC AB 206164、CCTCC AB 207036、CCTCC AB 207037、CCTCC AB 207038的一种或几种；喜温硫杆菌为3种保藏号为CCTCCAB207044、CCTCC AB 206175、CCTCC AB 206176的一种或几种；嗜温硫氧化硫化杆菌CCTCC AB207045、金属硫叶菌CCTCC AB207047、勤奋金属球菌为3种保藏号为CCTCCAB207046、CCTCC AB 206191、CCTCC AB 206192的一种或几种；嗜酸菌为14种保藏号为CCTCC AB206219、CCTCC AB 206220、CCTCC AB 206221、CCTCC AB 206222、CCTCC AB 206223、CCTCC AB 206224、CCTCC AB 206225、CCTCC AB 206226、CCTCCAB 207065、CCTCC AB 207066、CCTCC AB 207067、CCTCC AB 207068、CCTCC AB207069、CCTCC AB 207070的一种或几种；万座酸菌CCTCC AB207048。

上述菌株保藏的命名为：

CCTCC AB 206199嗜酸氧化亚铁硫杆菌CSU 206059 Acidithiobacillus ferrooxidans

CCTCC AB 206200嗜酸氧化亚铁硫杆菌CSU 206060 Acidithiobacillus ferrooxidans

CCTCC AB 206201嗜酸氧化亚铁硫杆菌CSU 206062 Acidithiobacillus ferrooxidans

CCTCC AB 206202嗜酸氧化亚铁硫杆菌CSU 206064 Acidithiobacillus ferrooxidans

CCTCC AB 206203嗜酸氧化亚铁硫杆菌CSU 206065 Acidithiobacillus ferrooxidans

CCTCC AB 206204嗜酸氧化亚铁硫杆菌CSU 206066 Acidithiobacillus ferrooxidans

CCTCC AB 206205嗜酸氧化亚铁硫杆菌CSU 206068 Acidithiobacillus ferrooxidans

CCTCC AB 206206嗜酸氧化亚铁硫杆菌CSU 206069 Acidithiobacillus ferrooxidans

CCTCC AB 206207嗜酸氧化亚铁硫杆菌CSU 206071 Acidithiobacillus ferrooxidans

CCTCC AB 206208嗜酸氧化亚铁硫杆菌CSU 206073 Acidithiobacillus ferrooxidans

CCTCC AB 207053嗜酸氧化亚铁硫杆菌CSU 206061 Acidithiobacillus ferrooxidans

CCTCC AB 207054嗜酸氧化亚铁硫杆菌CSU 206063 Acidithiobacillus ferrooxidans

CCTCC AB 207055嗜酸氧化亚铁硫杆菌CSU 206067 Acidithiobacillus ferrooxidans

CCTCC AB 207056嗜酸氧化亚铁硫杆菌CSU 206070 Acidithiobacillus ferrooxidans

CCTCC AB 207057嗜酸氧化亚铁硫杆菌CSU 206072 Acidithiobacillus ferrooxidans

CCTCC AB 207058嗜酸氧化亚铁硫杆菌CSU 206074 Acidithiobacillus ferrooxidans

CCTCC AB 206195嗜酸氧化硫硫杆菌CSU 206051 Acidithiobacillus thiooxidans

CCTCC AB 206196嗜酸氧化硫硫杆菌CSU 206052 Acidithiobacillus thiooxidans

CCTCC AB206197嗜酸氧化硫硫杆菌CSU 206053 Acidithiobacillus thiooxidans

CCTCC AB206158氧化亚铁钩端螺旋菌CSU 206002 Leptospirillum ferrooxidans

CCTCC AB206159氧化亚铁钩端螺旋菌CSU 206003 Leptospirillum ferrooxidans

CCTCC AB206160氧化亚铁钩端螺旋菌CSU 206004 Leptospirillum ferrooxidans

CCTCC AB206161氧化亚铁钩端螺旋菌CSU 206005 Leptospirillum ferrooxidans

CCTCC AB206162氧化亚铁钩端螺旋菌CSU 206006 Leptospirillum ferrooxidans

CCTCC AB206163氧化亚铁钩端螺旋菌CSU 206008 Leptospirillum ferrooxidans

CCTCC AB206164氧化亚铁钩端螺旋菌CSU 206009 Leptospirillum ferrooxidans

CCTCC AB207036氧化亚铁钩端螺旋菌CSU 206001 Leptospirillum ferrooxidans

CCTCC AB207037氧化亚铁钩端螺旋菌CSU 206007 Leptospirillum ferrooxidans

CCTCC AB207038氧化亚铁钩端螺旋菌CSU 206010 Leptospirillum ferrooxidans

CCTCC AB207044喜温硫杆菌CSU206027 Acidithiobacillus caldus

CCTCC AB206175喜温硫杆菌CSU206026 Acidithiobacillus caldus

CCTCC AB206176喜温硫杆菌CSU206028 Acidithiobacillus caldus

CCTCC AB207045嗜温硫氧化硫化杆菌CSU 206043 Sulfobacillus thermosulfidooxidans

CCTCC AB207047金属硫叶菌CSU 206047 Sulfolobus metallicus

CCTCC AB207046勤奋金属球菌CSU 206045 Metallosphaera sedula

CCTCC AB206191勤奋金属球菌CSU 206044 Metallosphaera sedula

CCTCC AB206192勤奋金属球菌CSU 206046 Metallosphaera sedula

CCTCC AB206219嗜酸菌CSU 206091 Acidiphilium sp.

CCTCC AB206220嗜酸菌CSU 206093 Acidiphilium sp.

CCTCC AB206221嗜酸菌CSU 206094 Acidiphilium sp.

CCTCC AB206222嗜酸菌CSU 206096 Acidiphilium sp.

CCTCC AB206223嗜酸菌CSU 206097 Acidiphilium sp.

CCTCC AB206224嗜酸菌CSU 206099 Acidiphilium sp.

CCTCC AB206225嗜酸菌CSU 206101 Acidiphilium sp.

CCTCC AB 206226嗜酸菌CSU 206103 Acidiphilium sp.

CCTCC AB 207065嗜酸菌CSU 206092 Acidiphilium sp.

CCTCC AB 207066嗜酸菌CSU 206095 Acidiphilium sp.

CCTCC AB 207067嗜酸菌CSU 206098 Acidiphilium sp.

CCTCC AB 207068嗜酸菌CSU 206100 Acidiphilium sp.

CCTCC AB 207069嗜酸菌CSU 206102 Acidiphilium sp.

CCTCC AB 207070嗜酸菌CSU 206104 Acidiphilium sp.

CCTCC AB 207048万座酸菌CSU 206050 Acidianus manzaensis。

具体过程如下：

首先将浸出所需的微生物分别在2.5L摇瓶进行适应性培养，采用每种微生物相应的化学培养基；每种微生物均连续传代五次后，接种到相应的50L连续扩大培养装置，采用矿粉和精矿作混合培养基；微生物浓度至少达到1-8×10⁷cell/mL后，再接种到5-10吨矿石堆中，进行矿堆适应性生长，使其处于对数生长期，微生物浓度至少达到1-8×10⁶cell/mL后，接种到100-500吨矿石堆中，20-40天后再将矿石堆中的浸出所需的微生物在扩大的培养液中按照上表进行组合：

实施例1

块矿堆浸：

铺设好底层和防渗层，底层为300-400mm粒度的粗砂，在防渗层上面平堆厚度为200-300mm的预先破碎好的+5-40mm粒级铜矿石大颗粒块矿作为堆场的缓冲层；继续将破碎好的+5-40mm粒级的铜矿石大颗粒块矿进行薄层筑堆，每层高度5-7m，铺设4-6层；先用pH值为0.9-1.2的稀硫酸溶液预先喷淋，保证浸出液pH值维持在1.7-1.9，浸出液pH值稳定48小时后，按照1-8×10⁶cell/mL接种上述浸矿微生物组合，开始间歇喷淋生产作业和通风，堆浸270天，铜的浸出率为90.11％，获得铜离子浓度为2.51g/L的浸出液。

粉矿细菌搅拌浸出：

将破碎好的-5mm粒级的铜矿石粉矿和浓硫酸、含上述浸矿微生物组合加入到搅拌槽，液固体积质量比是2.33L/kg，使混合溶液中微生物浓度为1-8×10⁶cell/mL；搅拌槽中的混合溶液中硫酸的质量浓度为30-45g/L；搅拌槽体积为50M³，室温下恒温搅拌浸出2h，搅拌转速为60转/分，连续作业一个月的平均工艺指标为：铜的浸出率为92.32％，硫酸消耗为3.18吨/吨铜，获得铜离子浓度为4.85g/L的浸出液。两部分浸出液混合进行萃取-电积工艺作业，首批获得99.995％的纯度的阴极电铜。

萃取电积制备电铜具体过程如下，萃取采用二级萃取一级反萃取；采用Lix-984作为萃取剂，将浸出液首先注入萃取原液高位槽，与有机相高位槽中的萃取剂按相比O/A 1∶1自流流进萃取箱两级萃取，萃取后余液自流至循环池，泵回矿石堆继续利用浸出；萃取负载有机相和反萃剂经一级反萃后，空载有机相返回重复使用；萃取余液和电积余液实行全闭路循环利用；电积采用艾萨法；反萃后液经过滤处理自流至电积液循环槽，经板式换热器加温到40-42℃后流入电积槽进行电积，电积贫液返回作反萃剂；阴极工作周期7天，人工剥离阴极铜；阳极泥一年清洗一次，用移动泵从槽内抽走。

实施例2

按照实施例1的操作块矿堆浸270天，铜的浸出率为94.23％，获得铜离子浓度为3.66g/L的浸出液。

按照实施例1的操作粉矿细菌搅拌，连续作业一个月的平均工艺指标为：铜的浸出率为95.62％，硫酸消耗为3.65吨/吨铜，获得铜离子浓度为5.78g/L的浸出液。两部分浸出液混合进行萃取-电积工艺作业，首批获得99.995％的纯度的阴极电铜。

实施例3

按照实施例1的操作块矿堆浸270天，铜的浸出率为90.25％，获得铜离子浓度为2.45g/L的浸出液。

按照实施例1的操作粉矿细菌搅拌，连续作业一个月的平均工艺指标为：铜的浸出率为92.32％，硫酸消耗为3.25吨/吨铜，获得铜离子浓度为4.75g/L的浸出液。两部分浸出液混合一部分进行萃取-电积工艺作业，首批获得99.995％的纯度的阴极电铜。一部分浸出液通过置换工艺获得含铜88％的海绵铜。

获得海绵铜的具体过程如下，将浸出液初始pH值调整为1.5～2.0之间，置换前除去Fe³⁺，控制Fe³⁺浓度不高于0.2g/L；置换终点为pH值控制在4.5以下；搅拌强度为100～150rpm/s；常温置换，置换时间30min。

实施例4

按照实施例1的操作块矿堆浸270天，铜的浸出率为91.24％，获得铜离子浓度为2.68g/L的浸出液。

按照实施例1的操作粉矿细菌搅拌，连续作业一个月的平均工艺指标为：铜的浸出率为92.32％，硫酸消耗为3.36吨/吨铜，获得铜离子浓度为4.97g/L的浸出液。两部分浸出液一部分混合进行萃取-电积工艺作业，首批获得99.995％的纯度的阴极电铜。一部分浸出液通过置换工艺获得含铜88％的海绵铜。

实施例5

表3铜采矿废石的化学多元素分析，％

表4铜冶炼废渣化学多元素分析，％

粉矿和酸性块状废石生物堆浸：

铺设300-400mm的含铜量为0.09-0.30％的铜矿采矿酸性块状废石作为底层，再覆盖防渗层，在防渗层上面平堆200-300mm厚的粒度为5mm的铜矿粉矿，作为堆场的缓冲层，矿堆实行多层铺设方式，首先铺设第一层铜矿酸性块状废石，用砂浆机泵将质量浓度为30％的铜矿尾矿砂泵到废石层上，使尾矿能够均匀牢固分布在矿层中；再铺设第二层废石层，再泵尾矿砂；如此反复，直至矿堆的每层的堆高为4-6M；堆浸开始前期进行硫酸预先喷淋，保证浸出环境的pH值维持在1.7-1.9，环境的pH值稳定24小时后进行上述的浸矿微生物组合接种，微生物浓度为1-8×10⁶cell/mL，进行间歇喷淋，浸出液备用；

粉矿和细磨铜冶炼炉渣制粒生物堆浸：

粉矿和细磨铜冶炼炉渣制粒时，首先对铜冶炼炉渣进行破碎和细磨作业，使其-0.074mm粒级含量达到50％以上，采用35-40g/L的硫酸对-0.074mm粒级含量达到70％以上粉矿和细磨铜冶炼炉渣进行造球制粒，制粒后敞开放置8-12小时，使其面稳定固化结球；堆浸开始前期进行硫酸预先喷淋，保证浸出环境pH值维持在1.7-1.9，环境pH值稳定24小时后进行上述的浸矿微生物组合接种，微生物浓度为1-8×10⁶cell/mL，进行间歇喷淋，浸出液备用。

上述粉矿和酸性块状废石，粉矿和细磨铜冶炼炉渣制粒均堆浸270天，铜的浸出率为85.24％，获得铜离子浓度为1.65g/L的浸出液。浸出液混合进行萃取-电积工艺作业，首批获得99.95％的纯度的阴极电铜。一部分通过置换工艺获得含铜87％的海绵铜。