微生物技术在低品位矿物资源开发与综合回收中的应用.pdf

第5 2 卷第4 期 2 00 0 年1 1 月 有色金属 N N F E R R O U SM E T A L S V 0 1 ．5 2 ．N o ．4 N o v e m b e r200 0 微生物技术在低品位矿物资源开发 与综合回收中的应用 魏鹏，龚文琪，雷绍民 武汉理工大学资源与环境工程学院，武汉4 3 0 0 7 0 摘要随着高品位矿石的不断开采，各种矿物资源的品位日趋降低。其开采、加工和利用的难度越来越大。如何充分合理 地利用地球上现有的贫矿资源，显得日益迫切。本文根据微生物矿物技术的特点，论述了其在低品位矿石开发、尾矿处理以及废 液 水 中金属回收等方面的应用方法及所取得的效果。 关键词微生物矿物技术；贫矿资源；浸出；综合回收；环境保护 中图分类号T D 9 2 5 ．5 文献标识巅A 文章编号1 0 0 1 一0 2 1 1 2 0 0 0 0 4 一0 1 8 8 一0 3 当今世界的矿产资源日益枯竭，原矿品位不断 降低，性质越来越复杂，有用矿物的嵌布粒度越来越 细，给开采和选矿造成极大的困难。人们不得不把 眼光投向低品位的矿石和大量的尾矿，研究和采用 微生物矿物技术来开发利用贫矿资源。 矿物微生物技术指利用微生物的生理机能或代 谢产物的作用来改善矿物加工过程的技术。这种技 术的投资费用可大大降低，其应用范围宽，过程相对 简单，易于管理，排放的废料符合环境要求。能回收 尾矿、废渣和废液中的金属或有用矿物成分，是一种 综合利用资源的有效方法。 1低品位金属矿石的微生物浸出 某些细菌易与低品位多金属矿石中的铜、钴、 铀、锰、金等发生作用，使这些金属溶解。应用最广、 最常见的为氧化亚铁硫杆菌，该细菌在酸性溶液中， 将无机硫化物及其它还原态硫化物氧化成硫酸，并 能把亚铁离子氧化成高铁离子L 1 1 s 2 一十2 0 2坠幽鲥一 墼塑型旦F e 3 e 1 2 细菌利用上述氧化作用得到的能量保证自身的 全部能量需要，F e 3 作为氧化剂有助于硫化物的氧 化 S 一 8 F e 3 一S 6 8 F e 2 3 或s 2 一 2 F e 3 一s o 2 F e 2 4 作者简介魏鹏 1 9 7 5 一 ，男，硕士生 细菌的存在会按反应式 2 将亚铁再氧化，并将元素 硫氧化成硫酸 S o H 2 0 要0 2 型燮型旦H 2 s 0 4 5 二 ‘ 最后使矿石中的金属呈硫酸盐溶解出来。以上 五个反应式表明了细菌浸出的基本原理。低品位金 属矿石的微生物浸出技术可用予以下几个方面。 1 ．1 低品位铜矿的细菌浸出C 2 , 3 】 一般采用地面废石 矿石 堆浸或地下就地浸 出。这两种浸出方法利用具有氧化硫化矿物为硫酸 和硫酸高铁能力的氧化亚铁硫杆菌，使用循环喷淋 含菌浸出剂。浸出的矿堆一般有两种情况，一为未 经破碎的矿石与废石，或者与地表土混杂堆积在一 起的废石堆；另一为经过破碎的矿石，所形成的矿堆 较小，堆高一般不超过3 0 m 。这种工艺可处理大量 千百万t 的贫矿石，效果很好。美国、加拿大、澳 大利亚、前苏联、日本、巴西等国就有4 0 多个矿山采 用微生物浸出法从废石堆和坑内难采矿石中浸出回 收铜。如巴西巴伊亚的大型低品位铜矿床的矿石含 铜仅为1 ．1 4 ％，硫为0 ．7 ％，铁为1 3 ．6 2 ％，采用氧 化亚铁硫杆菌浸出时，铜浸出率达7 0 ％以上，而用 一般化学浸出法，铜浸出率只有3 0 ％。另外我国铜 官山铜矿采用矿坑废水细菌培养基对采场的废矿石 进行堆浸。经2 0 多天的浸出，铜的浸出率达8 0 ％以 上。此外，这种工艺基建设施较简单，建设周期较 短，易投入生产。 1 ．2 低品位金矿的细菌浸出 4 ．5 ] 黄金在国民经济中的重要性是人所共知的。但 万方数据 第4 期魏鹏等微生物技术在低品位矿物资源开发与综合回收中的应用1 8 9 有的金矿品位低且伴生砷等杂质或金被包裹在砷黄 铁矿等硫化矿物中的难浸矿石，采用传统方法会大 量消耗氰化物浸出剂，污染严重，成本高，效果也不 理想。而用微生物浸出金，金的回收率较高，又无环 境污染，已成为世界范围内引人注目的研究方法，并 已有相当规模用于生产。 南非的F a i r v i e w 金矿的金粒小于0 ．2 肛m ，且主 要包裹在砷黄铁矿中，通常用氰化法浸出，金的回收 率只有3 6 ％。采用细菌氧化处理后，金回收率达 9 5 ％以上。美国内华达州的T o m k i nS p y t i n s 金矿于 1 9 8 9 年建成一座微生物浸出厂，日处理1 5 0 0 t 矿 石，金回收率达9 0 ％。我国新疆包古图金矿，直接 氰化处理浸出率不到7 0 ％，经细菌氧化处理后，金 的浸出率高达9 2 ％～9 7 ％。 1 ．3 低品位铀矿的细菌浸出【6 _ r 某矿山的贫铀矿石以次生铀矿物为主，品位为 0 ．0 1 7 ％。用细菌和硫酸高铁溶液浸出处理2 5 0 k g 矿石4 0 d ，一1 0 r a m 矿粒的浸出率为6 7 ％；一3 0 r a m 矿粒的浸出率为5 0 ％以上。比硫酸浸出省酸9 0 ％ 以上，劳动条件也较硫酸法改善。半工业试验采用 了粒度小于5 0 r a m 的矿石3 2 t 进行堆浸，间歇浸出 4 2 d ，获得4 3 ％的铀浸出率。1 9 7 0 年成功地进行了 7 0 0 t 以上矿石的生产试验，工艺合理，经济可行。 法国勃鲁佐铀矿曾进行含铀0 ．0 1 ％～0 ．0 2 ％ 的1 0 0 0 0 t 贫铀矿石工业堆浸试验，矿石粒度为一 4 0 0 m m ，经两年多共浸出6 8 ％铀。加拿大梅尔利坎 M e l l i c a n 铀矿也进行了细菌浸出法处理贫铀矿石 的试验，年产约6 0 tU 3 0 R 。 1 ．4 低品位稀有金属矿的细菌浸出[ 7 ] 稀有金属一般在原矿石中以分散形式存在，品 位极低，如锗通常分散在锌的硫化矿物中，已证明氧 化亚铁硫杆菌不但能溶解锗，而且还能从硫化矿物 中溶解镓、铟和铊。 前苏联用一些酵母菌和真菌从浸矿溶液中提取 稀有金属钼和钪，其效果优于离子交换法。已接近工 业化阶段。 2 尾矿的微生物处理 随着矿产资源的开发和利用，尾矿越来越多，不 仅占用大量土地，而且许多尾矿中的有毒重金属及 化学物质常常造成环境严重污染。尾矿中往往含有 多种有用成分，但是由于其品位太低，使用传统选矿 法难以回收。使用细菌法处理可经济有效地回收有 用矿物，又可消除环境污染。 水口山矿务局柏坊铜矿的重选尾矿及浮选尾矿 含有铜和铀，长期堆放地表既侵占土地又污染环境。 采用细菌F e 2 S 0 4 3 浸矿剂用池浸法渗滤浸出 2 0 d ，铜与铀浸出率达8 0 ％。浸出液里的铀是用离 子交换树脂吸收，流出的铜液用铁置换，产品为海绵 铜及铀浓缩物。投产7 年，产海绵铜1 3 0 t ，铀3 t ，工 艺经济可行。 某含砷硫化矿尾矿含钴0 ．3 ％，因与砷共生，采 用焙烧一硫酸法难以解决放出的三氧化二砷和s 0 2 对大气的污染问题。用细菌浸出，p H 2 ．0 ～2 ．5 ，温 度2 8 ～3 5 ℃，投料3 ～4 t ，在罐中通气搅拌浸出7 ～ 9 d ，钴浸出率为7 7 ．8 ％。 3用微生物技术回收废水中的金属[ 9 J 许多工业废水 液 中含有一定量的贵重金属或 稀有金属。目前常用沉淀、离子交换、电化学处理、膜 技术等方法处理工业废水，但是这些工艺在经济上 往往不合算。使用微生物处理法回收工业废水中的 金属，其成本相对较低，且操作简单。 所用的微生物常有芽枝霉菌、青霉菌属、本霉 属、黑色头孢霉和黑色厚垣孢霉等真菌，借助其中一 种真菌或几种混合菌的作用，可将废水中呈溶解状 态的金属转化为不溶性金属。 用上述真菌回收金属时。应往处理废水中加碳 酸钙或某些含钙矿物如白云石等，为真菌生长提供 所需的部分营养物，也可使真菌聚集在其表面，废水 中的金属因被真菌转化而附着于含钙物质表面上。 这些真菌生长所需的营养物碳源以甲酸、柠檬酸为 最好，若用乙醇和矿物油也有一定的效果，氮源可用 硫酸铵、硝酸铵、氢氧化铵或氨基酸中的任一种。 美国恩捷尔哈特矿物和化学制品有限公司于 1 9 8 1 年获得用一些真菌将工业废水中呈溶解状态 的金属转化为不溶性金属的专利权。其研究结果表 明，用芽枝霉属真菌回收废液中的铂、金和钯，回收 率在9 6 ％以上，用本霉属真菌回收锌、铑、铁、钌和 铝，回收率在9 4 ％以上。这些真菌反应只需数小 时，处理成本较低，操作简单，适用于从p H 4 以下的 酸性废液中回收上述贵重金属。 日本北岛昌夫采用某些光合硫细菌在光照、厌 氧条件下或用某些化能硫细菌在好氧条件下净化废 定影液，并回收其中银。处理时，先往废定影液中加 入硫酸钠，使之形成硫化银沉淀，然后用细菌氧化硫 化银为硫酸盐，银被积累在细胞内，其量占细胞干重 万方数据 有色金属第5 2 卷 的1 0 ％～2 0 ％。我国黑龙江省伊春市乌拉嘎金矿 每天排放9 5 0 m 3 的含氰废水，从1 9 8 8 年开始采用 微生物法处理，不仅回收了4 4 0 两黄金且使排放的 水质达到国家规定的排放标准，该技术已申报专利。 4结语 目前世界上已有二十多个国家采用微生物技术 从尾矿、贫矿及各种废液 水 中回收有用矿物，均取 得了良好的效果。这种新工艺开辟了一条综合利用 贫矿资源的经济可行的途径。但同国外相比在这方 面的差距还较大 1 应用上的局限性。细菌浸出只 能应用于次生硫化铜矿和铀矿，对原生矿效果差。 浸出周期长，要求一定温度，适用于耗酸少的矿石， 因而限制了应用范围。 2 、 生产工艺较落后。细菌 对某些矿石虽然有明显的浸出作用，但如工艺不合 理，也难发挥应有效果。国外对贫铜矿的浸出，采用 大型堆浸和地下浸出，机械化程度高，用人少，虽然 浸出周期长，浸出率不一定很高，但是回收金属总量 大，亦经济合算。我们应加强这些方面的研究和应 用，加强生物工作者与采矿、选矿、冶金及地质科技 人员的合作，进一步扩大微生物矿物技术在贫矿资 源开发与综合回收中的应用。 参考文献 MB o o n ，JJH e i j n e n ．H y d r o m e t a l l u r g y ，1 9 9 8 ，4 8 ，2 7 L EM u r r ．M i n e r a l sS c iE n g ，1 9 8 0 ，1 2 3 1 2 1 彭丽生．堆浸法在国外冶金中的应用．南昌有色冶金设计院，1 9 7 9 WD r o b o t ，HAL e c h a v e l i e r ．应用微生物，1 9 8 3 ， 2 1 1 裘荣庆．应用微生物，1 9 8 8 ， 1 l AET o r m a 等．应用微生物，1 9 8 5 ， 1 2 0 BO r l o w s k a ，ZC i u r l a ，MS t a n k i e w i c z ．R e c o v e r yo fg a l l i u mf r o ma l u m i n u mp r o d u c t i o nw a s t e s ．P o lP 11 3 0 ，5 9 8 C 1C 2 2B 7 ／0 0 ，1 5 F e b1 9 8 6 ，3 9 9 裘荣庆．应用微生物，1 9 8 4 3 1 上接第1 9 2 页 成与硫化矿表面电荷有直接关系。添加改变矿泥表 面电荷的药剂如羧甲基纤维素、糊精、焦磷酸盐和水 玻璃等，可以有效地减少矿泥对镍黄铁矿浮选的有 害影响。在本研究中水玻璃与羧甲基纤维素协同用 药，起到了组合用药的优化效果，有效地抑制了蛇纹 石、金云母、滑石等脉石矿物。 4 ．4 采用漂白粉抑制毒砂 黄铁矿 F e S 2 、毒砂 F e A s S 、磁黄铁矿 F e 。S 。 】 在结构上相似，表现的可浮性也基本相 同。但是，毒砂与磁黄铁矿具有比黄铁矿更易氧化 的特点，本文推荐的工艺采用了抑制效果好、价格低 廉的漂白粉作为氧化剂使其氧化而受到抑制，取得 了降低硫精矿含砷的效果 表5 。 表5 漂白粉用量与黄铁矿精矿含砷关系 漂白粉用量产品名称一曼塑堕堕皇 苎 I I g ．- - I ．、 ,兰尘兰尘 8 0 0硫精矿13 6 ．6 90 ．9 5 25 6 ．0 04 4 ．2 8 1 0 0 0硫精矿13 9 ．6 80 ．8 1 05 7 ．4 03 8 ．6 7 1 4 0 0硫精矿14 0 ．9 40 ．3 8 14 4 ．6 41 3 ．0 7 3 0 0 0硫精矿14 2 ．8 40 ．3 9 43 6 ．6 11 0 ．8 4 4 ．5 优先浮选采用了分段加药方式 在选金和选黄铁矿作业中，均采用捕收剂分段 添加的方式，利用捕收剂的选择性和矿物可浮性差 异，采用饥饿加药浮选法使被优先浮选矿物与其它 矿物有更好的分离效果。 5结语 1 天马山金硫矿石属高硫高砷的多金属硫化 矿石，由于金的赋存状态复杂，嵌布粒度细，与诸多 矿物关系密切，故为难选矿石。本研究根据矿石特 性，采取合理的工艺流程和药剂条件，实现了金、砷 与硫的分离，并且，所有产品全部达到合格标准。 2 连选试验的指标与小型试验指标基本吻合， 说明本次试验研究提供的工艺条件合理可行，完全 可以用于工业生产。 3 对所述矿石而言，本次研究取得了令人满意 的指标，为天马山金硫矿床的开发利用创造了良好 的基础。 1 2 3 4 5 6 7 8 万方数据