一种高镁型低品位硫化镍矿的低酸耗生物堆浸新工艺

摘要

本发明涉及一种高镁型低品位硫化镍矿的低酸耗生物堆浸新工艺，包括如下步骤：矿石筑堆及预处理：将矿石粉碎后筑堆，并在矿堆内埋设pH探头，预处理用稀硫酸溶液喷淋矿堆，至矿堆内部和浸出液pH值达到2.5～3.0；生物堆浸：喷淋接种入具有铁硫氧化能力的嗜酸性微生物，在堆浸过程中，随时补充稀硫酸以维持矿堆内部和浸出液pH值在3.0～5.0之间。该工艺不同于常规生物浸出体系pH值在2.5以下，而是在浸出过程中，将浸出体系的pH值控制在3.0～5.0之间，保证嗜酸性微生物的正常活性，减少镁矿物溶解速率，可使酸耗降低64%～90%，同时达到镍矿物的高效浸出。本工艺对于高镁型低品位硫化镍矿具有成本低、工艺简单、高价值金属回收率高等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高镁型低品位硫化镍矿的低酸耗生物堆浸新工艺。

背景技术

我国已探明的镍矿点80余处，基础储量为1000万吨，占世界第8位，其中硫化矿占到总镍储量的86%。我国最大的硫化镍矿金川镍矿，镍金属储量548万吨，占全国总储量的68.5%，然而金川2/3以上硫化镍矿石的平均品位只有0.6%，且矿石中MgO含量高达30～35%，是典型的高镁型低品位硫化镍矿。

针对高镁型低品位硫化镍矿，传统的处理工艺为浮选—火法冶炼，然而通常由于浮选精矿中MgO含量过高，造成冶炼成本增加，而且会因此造成炉渣相粘度过大而导致炉子结瘤，渣相分离困难，降低冶炼回收率。在湿法浸出工艺方面，中南大学开发了氨-铵盐体系浸出工艺，在常压下镍的浸出率仅为42.86%，应用实践不可行。中国专利（CN102094127B）公开了一种从高镁型低品位硫化镍矿中回收镍和镁元素的方法。将-200目矿样与硫酸铵混合在350～450℃下煅烧1～3h后，矿样经水溶液浸出1～3h，浸渣再采用细菌浸出。该工艺磨矿、煅烧成本高，对于低品位硫化镍矿不适合。在生物浸出工艺方面，中国专利（CN100422358C）通过添加黄铁矿或硫磺粉，利用细菌自身氧化产酸维持含碱性脉石硫化矿的浸出，但添加黄铁矿或硫磺粉需考虑成本及来源问题，且对于高镁型硫化矿（含氧化镁大于12%）即使添加10%的黄铁矿，也不能满足高镁型矿石浸出时实际的酸耗量。中南大学利用金川冶炼厂的冶炼酸性废水完全中和矿石中的耗酸类含镁矿物，再进行常规生物浸出，获得了Ni84.6%、Co75.0%、Cu32.6%的浸出效率，但酸耗达到600kg/t矿。采用此种工艺存在以下三个问题：①溶液中Mg含量将达到20～40g/L，是Ni含量的50～100倍，将会对溶液中Ni、Mg的分离以及镍的回收造成严重挑战。②细菌对于高浓度的Mg2+浓度有一定的耐受限，一般超过20g/L将完全抑制细菌活性，导致生物浸出失败。③酸的来源以及成本问题。此工艺仅适合硫酸不计算成本的矿山，对于硫酸计算成本的矿山，仅硫酸消耗费一项就可能超过矿石本身的价值。

因此，对于高镁型低品位硫化镍矿，亟需开发一种新的工艺，解决浸出时的酸耗高和后续溶液分离的难题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高镁型低品位硫化镍矿的低酸耗生物堆浸新工艺，可在较低镁矿物溶解的同时保证镍矿物的浸出。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种高镁型低品位硫化镍矿的低酸耗生物堆浸新工艺，其包括以下步骤：

（1）矿石筑堆及预处理：将矿石粉碎成粒径小于20mm后筑堆，并在矿堆内埋设pH探头，预处理用稀硫酸溶液喷淋矿堆，至矿堆内部和浸出液pH值达到2.5～3.0；

（2）生物堆浸：喷淋接种入具有铁硫氧化能力的嗜酸性微生物，在堆浸过程中，随时监测矿堆内部和浸出液pH值，补充稀硫酸以维持矿堆内部和浸出液pH值在3.0～5.0之间。

如上所述的低酸耗生物堆浸新工艺，优选地，所述高镁型低品位硫化镍矿含镍小于0.6%、镁大于12%。

如上所述的低酸耗生物堆浸新工艺，优选地，所述筑堆采用自然堆放，形成多孔洞的自然堆，矿堆单层高度为6～8m。

如上所述的低酸耗生物堆浸新工艺，优选地，所述稀硫酸的pH值为1.0～2.0。

如上所述的低酸耗生物堆浸新工艺，优选地，所述步骤（2）中，接种量为1.0×10⁵个细菌/g矿～1.0×10⁶个细菌/g矿。

如上所述的低酸耗生物堆浸新工艺，优选地，所述步骤（2）中，所述嗜酸性微生物为氧化亚铁嗜酸硫杆菌、氧化硫嗜酸硫杆菌、嗜砷硫单胞菌中的混合菌种。

如上所述的低酸耗生物堆浸新工艺，优选地，所述步骤（2）中，所述三种嗜酸性微生物为比例为30%、30%、40%。

一种高镁型硫化铜矿的低酸耗生物堆浸新工艺，其包括以下步骤：

（1）矿石筑堆及预处理：将矿石粉碎成粒径小于20mm后筑堆，并在矿堆内埋设pH探头，预处理用稀硫酸溶液喷淋矿堆，至矿堆内部和浸出液pH值达到2.5～3.0；

（2）生物堆浸：喷淋接种入具有铁硫氧化能力的嗜酸性微生物菌，在堆浸过程中，随时监测矿堆内部和浸出液pH值，补充稀硫酸以维持矿堆内部和浸出液pH值在3.0～5.0之间。

一种高镁型硫化钴矿的低酸耗生物堆浸新工艺，其包括以下步骤：

（1）矿石筑堆及预处理：将矿石粉碎成粒径小于20mm后筑堆，并在矿堆内埋设pH探头，预处理用稀硫酸溶液喷淋矿堆，至矿堆内部和浸出液pH值达到2.5～3.0；

（2）生物堆浸：喷淋接种入具有铁硫氧化能力的嗜酸性微生物菌，在堆浸过程中，随时监测矿堆内部和浸出液pH值，补充稀硫酸以维持矿堆内部和浸出液pH值在3.0～5.0之间。

一种高镁型硫化锌矿的低酸耗生物堆浸新工艺，其包括以下步骤：

（1）矿石筑堆及预处理：将矿石粉碎成粒径小于20mm后筑堆，并在矿堆内埋设pH探头，预处理用稀硫酸溶液喷淋矿堆，至矿堆内部和浸出液pH值达到2.5～3.0；

（2）生物堆浸：喷淋接种入具有铁硫氧化能力的嗜酸性微生物菌，在堆浸过程中，随时监测矿堆内部和浸出液pH值，补充稀硫酸以维持矿堆内部和浸出液pH值在3.0～5.0之间。

本发明的有益效果在于：本发明的研究者发现，生物浸出时采用的嗜酸菌生长pH值范围较宽，通常在1.0～5.0之间，且在pH值3.0以上仍具有浸出硫化镍矿的能力。此外，针对MgO的浸出发现，在pH值1.0时，40天内镁的浸出率为60%，而pH值2.5时镁的浸出率仅为20%。因此，可以通过控制浸出过程pH值保持在3.0以上，减少含镁矿物溶解的同时保证镍矿物的溶解。本发明的低酸耗生物堆浸新工艺，不同于常规生物浸出体系pH值在2.5以下，而是在高镁型低品位硫化镍矿浸出过程中，将浸出体系的pH值控制在3.0～5.0之间，保证嗜酸性微生物的正常活性，减少镁矿物溶解速率，同时达到镍矿物的高效浸出，并大大减少了硫酸的用量，有效节约成本。

附图说明

图1为本发明一种实施例的工艺流程框图。

图2为本发明的筑堆结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，将高镁型低品位硫化镍矿经矿石破碎1，然后进行矿石筑堆2，在此阶段喷淋pH值1.0～2.0的溶液进行预处理，在生物堆浸阶4，接种入嗜酸菌3，同时控制浸出过程pH值在3.0～5.0，最终获得浸出液5。本发明提供的生物堆浸方法，包括以下步骤：

（1）矿石筑堆及预处理

将矿石粉碎至粒径小于20mm，然后开始进行筑堆。如图2所示，在筑堆时，在堆内埋设pH探头1、2、3，以便实时监测矿堆内部pH值情况。筑堆过程中要保持矿石尽可能形成自然堆放，形成多孔洞的自然堆，有利于堆内通风和浸矿微生物的生长，最终筑成的矿堆4，其单层高度优选为6～8m。预处理用pH值1.0～2.0的稀硫酸喷淋矿堆，至矿堆内部和浸出液pH值增长缓慢。

（2）生物堆浸

预处理完成后，喷淋接种入本领域众所周知的具有铁硫氧化能力的嗜酸性微生物，并根据矿堆内部pH探头检测情况和浸出液pH值情况，加入稀硫酸维持矿堆内部和浸出液pH值在3.0～5.0之间。

本发明方法的原理是，将浸出体系的pH值控制在3.0～5.0之间，保证嗜酸性微生物的正常活性，减少镁矿物溶解速率，同时达到镍矿物的高效浸出。

以下通过具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

某高镁型低品位硫化镍矿，含镍0.21%、镁23.24%，镍矿物主要以镍黄铁矿（0.40%）的形式存在，镁矿物主要以橄榄石（48.80%）和蛇纹石（29.63%）的形式存在。

（1）矿石筑堆及预处理

将矿石粉碎至粒径小于20mm，然后开始进行筑堆。在筑堆过程中，在堆内埋设pH探头，以便实时监测矿堆内部pH值情况。筑堆过程中要保持矿石尽可能形成自然堆放，形成多孔洞的自然堆，有利于堆内通风和浸矿微生物的生长，其单层高度为8m。预处理用pH值1.0的稀硫酸喷淋矿堆，至矿堆内部和浸出液pH值增长缓慢。

（2）生物堆浸

矿堆内部和浸出液pH值达到2.5，喷淋接种入具有铁硫氧化能力的嗜酸性微生物，即氧化亚铁嗜酸硫杆菌、氧化硫嗜酸硫杆菌和嗜砷硫单胞菌，比例为30%、30%、40%，接种量为1.0×10⁵个细菌/g矿，并根据矿堆内部pH探头检测情况和浸出液pH值情况，加入稀硫酸维持矿堆内部和浸出液pH值在2.0。经过600天的浸出，镍的浸出率为82%，镁的浸出率为64%，酸耗为700kg浓硫酸/t矿。

实施例2

某高镁型低品位硫化镍矿，含镍0.21%、镁23.24%，镍矿物主要以镍黄铁矿（0.40%）的形式存在，镁矿物主要以橄榄石（48.80%）和蛇纹石（29.63%）的形式存在。

（1）矿石筑堆及预处理

将矿石粉碎至粒径小于20mm，然后开始进行筑堆。在筑堆过程中，在堆内埋设pH探头，以便实时监测矿堆内部pH值情况。筑堆过程中要保持矿石尽可能形成自然堆放，形成多孔洞的自然堆，有利于堆内通风和浸矿微生物的生长，其单层高度为8m。预处理用pH值1.0的稀硫酸喷淋矿堆，至矿堆内部和浸出液pH值增长缓慢。

（2）生物堆浸

矿堆内部和浸出液pH值达到2.5，喷淋接种入具有铁硫氧化能力的嗜酸性微生物，即氧化亚铁嗜酸硫杆菌、氧化硫嗜酸硫杆菌和嗜砷硫单胞菌，比例为30%、30%、40%，接种量为1.0×10⁵个细菌/g矿，并根据矿堆内部pH探头检测情况和浸出液pH值情况，加入稀硫酸维持矿堆内部和浸出液pH值在3.0。经过600天的浸出，镍的浸出率为80%，镁的浸出率为29%，酸耗为250kg浓硫酸/t矿。

实施例3

某高镁型低品位硫化镍矿，含镍0.21%、镁23.24%，镍矿物主要以镍黄铁矿（0.40%）的形式存在，镁矿物主要以橄榄石（48.80%）和蛇纹石（29.63%）的形式存在。

（1）矿石筑堆及预处理

将矿石粉碎至粒径小于20mm，然后开始进行筑堆。在筑堆过程中，在堆内埋设pH探头，以便实时监测矿堆内部pH值情况。筑堆过程中要保持矿石尽可能形成自然堆放，形成多孔洞的自然堆，有利于堆内通风和浸矿微生物的生长，其单层高度优选为8m。预处理用pH值1.0的稀硫酸喷淋矿堆，至矿堆内部和浸出液pH值增长缓慢。

（2）生物堆浸

矿堆内部和浸出液pH达到2.5，喷淋接种入具有铁硫氧化能力的嗜酸性微生物，即氧化亚铁嗜酸硫杆菌、氧化硫嗜酸硫杆菌和嗜砷硫单胞菌，比例为30%、30%、40%，接种量为1.0×10⁵个细菌/g矿，并根据矿堆内部pH探头检测情况和浸出液pH值情况，加入稀硫酸维持矿堆内部和浸出液pH值在4.0。经过600天的浸出，镍的浸出率为76%，镁的浸出率为22%，酸耗为170kg浓硫酸/t矿。

实施例4

某高镁型低品位硫化镍矿，含镍0.21%、镁23.24%，镍矿物主要以镍黄铁矿（0.40%）的形式存在，镁矿物主要以橄榄石（48.80%）和蛇纹石（29.63%）的形式存在。

（1）矿石筑堆及预处理

将矿石粉碎至粒径小于20mm，然后开始进行筑堆。在筑堆过程中，在堆内埋设pH探头，以便实时监测矿堆内部pH值情况。筑堆过程中要保持矿石尽可能形成自然堆放，形成多孔洞的自然堆，有利于堆内通风和浸矿微生物的生长，其单层高度优选为8m。预处理用pH值1.0的稀硫酸喷淋矿堆，至矿堆内部和浸出液pH值增长缓慢。

（2）生物堆浸

矿堆内部和浸出液pH达到2.5，喷淋接种入具有铁硫氧化能力的嗜酸性微生物，即氧化亚铁嗜酸硫杆菌、氧化硫嗜酸硫杆菌和嗜砷硫单胞菌，比例为30%、30%、40%，接种量为1.0×10⁵个细菌/g矿，并根据矿堆内部pH探头检测情况和浸出液pH值情况，加入稀硫酸维持矿堆内部和浸出液pH值在5.0。经过600天的浸出，镍的浸出率为70%，镁的浸出率为10%，酸耗为70kg浓硫酸/t矿。

实施例5

某高镁型低品位硫化铜矿，含铜0.35%、镁12.37%，铜矿物主要以黄铜矿（0.65%）的形式存在，镁矿物主要以白云石（26%）和菱镁矿（17%）的形式存在。

（1）矿石筑堆及预处理

将矿石粉碎至粒径小于20mm，然后开始进行筑堆。在筑堆过程中，在堆内埋设pH探头，以便实时监测矿堆内部pH值情况。筑堆过程中要保持矿石尽可能形成自然堆放，形成多孔洞的自然堆，有利于堆内通风和浸矿微生物的生长，其单层高度为8m。预处理用pH值1.0的稀硫酸喷淋矿堆，至矿堆内部和浸出液pH值增长缓慢。

（2）生物堆浸

矿堆内部和浸出液pH值达到2.5，喷淋接种入具有铁硫氧化能力的嗜酸性微生物，即氧化亚铁嗜酸硫杆菌、氧化硫嗜酸硫杆菌和嗜砷硫单胞菌，比例为30%、30%、40%，接种量为1.0×10⁵个细菌/g矿，并根据矿堆内部pH探头检测情况和浸出液pH值情况，加入稀硫酸维持矿堆内部和浸出液pH值在3.0。经过600天的浸出，铜的浸出率为40%，镁的浸出率为25%，酸耗为125kg浓硫酸/t矿。

实施例6

某高镁型低品位硫化钴矿，含钴0.013%、镁21.22%，镁矿物主要以橄榄石（41.13%）和蛇纹石（31.48%）的形式存在。

（1）矿石筑堆及预处理

将矿石粉碎至粒径小于20mm，然后开始进行筑堆。在筑堆过程中，在堆内埋设pH探头，以便实时监测矿堆内部pH值情况。筑堆过程中要保持矿石尽可能形成自然堆放，形成多孔洞的自然堆，有利于堆内通风和浸矿微生物的生长，其单层高度为8m。预处理用pH值1.0的稀硫酸喷淋矿堆，至矿堆内部和浸出液pH值增长缓慢。

（2）生物堆浸

矿堆内部和浸出液pH值达到2.5，喷淋接种入具有铁硫氧化能力的嗜酸性微生物，即氧化亚铁嗜酸硫杆菌、氧化硫嗜酸硫杆菌和嗜砷硫单胞菌，比例为30%、30%、40%，接种量为1.0×10⁵个细菌/g矿，并根据矿堆内部pH探头检测情况和浸出液pH值情况，加入稀硫酸维持矿堆内部和浸出液pH值在3.0。经过600天的浸出，钴的浸出率为70%，镁的浸出率为28%，酸耗为220kg浓硫酸/t矿。

实施例7

某高镁型低品位硫化锌矿，含锌2.0%、镁15.13%，锌矿物主要以闪锌矿（4.27%）的形式存在，镁矿物主要以白云石（31.80%）和菱镁矿（20.80%）的形式存在。

（1）矿石筑堆及预处理

将矿石粉碎至粒径小于20mm，然后开始进行筑堆。在筑堆过程中，在堆内埋设pH探头，以便实时监测矿堆内部pH值情况。筑堆过程中要保持矿石尽可能形成自然堆放，形成多孔洞的自然堆，有利于堆内通风和浸矿微生物的生长，其单层高度为8m。预处理用pH值1.0的稀硫酸喷淋矿堆，至矿堆内部和浸出液pH值增长缓慢。

（2）生物堆浸

矿堆内部和浸出液pH值达到2.5，喷淋接种入具有铁硫氧化能力的嗜酸性微生物，即氧化亚铁嗜酸硫杆菌、氧化硫嗜酸硫杆菌和嗜砷硫单胞菌，比例为30%、30%、40%，接种量为1.0×10⁵个细菌/g矿，并根据矿堆内部pH探头检测情况和浸出液pH值情况，加入稀硫酸维持矿堆内部和浸出液pH值在3.0。经过200天的浸出，锌的浸出率为85%，镁的浸出率为25%，酸耗为150kg浓硫酸/t矿。

由此可见，通过如上所述的技术方案，本发明针对高镁型低品位硫化镍矿，通过控制浸出过程中的pH值，减少了镁矿物的溶解，可使酸耗降低64%～90%，同时保证了镍矿物的高效浸出。