低品位硫化铜矿微生物浸出研究.pdf

1 0 有色金属 选矿部分2 0 0 7 年第4 期 低品位硫化铜矿微生物浸出研究 张才学，郑若锋，毛素荣，何剑 四川省地矿局成都综合岩矿测试中心，成都6 1 0 0 8 1 摘要对低品位硫化铜矿进行试验研究，认为该矿具有一定的细菌浸出性。一2 0 m m 粒级矿样柱浸半年时间，铜的 浸出率达3 5 ．9 8 ％，为进行扩大试验及堆浸试验提供了可行的依据。 关键词低品位硫化铜矿；细菌浸出；浸出率 中图分类号T D 9 5 2 ．1 ；T D 9 2 5 ．5文献标识码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 0 7 0 4 0 0 1 0 0 3 某低品位硫化铜矿山所界定的经济开采品位为 0 ．8 0 ％，但还有大量的贫矿、废矿被丢弃，总计约2 9 万t 金属铜不能经济有效地回收。微生物湿法冶金 是低品位矿石回收的有效手段。针对这部分矿石，进 行细菌浸出试验，杯浸试验结果表明，该铜矿石具有 一定的可浸出性，在矿浆浓度为2 0 ％ 一0 ．0 9 r a m 的 条件下，静置浸出四周后铜的浸出率达5 1 ．2 7 ％。为 了论证其可浸性，进一步探索适合堆浸的工艺条件 及各项试验参数，又进行了柱浸试验，其试验结果表 明，一2 0 m m 粒级的铜矿石，在①1 0 0 m m x l 3 0 0m m 的 P V C 柱中细菌淋浸半年，铜的浸出率达3 5 ．9 8 ％，显 示利用细菌浸出该铜矿具有一定的可行性。 1 原矿性质 1 ．1 矿物组成及类型 该矿是以铜、铁为主要金属矿物的大型矿床，属 高铁硫化铜矿。铜矿物以黄铜矿为主，其次是斑铜矿 和孔雀石，有微量的铜蓝。铁矿物以磁铁矿为主，其 次为褐铁矿和黄铁矿。脉石矿物以黑云母、长石、白 云母、石英及绿泥石为主，其次为方解石、石榴石和 高岭土等。 1 ．2 物理化学性质 原矿多元素分析结果见表1 。 表1原矿多元素分析结果，％ T a b1 C o m p o s i t i o no fr u n - o f - m i n eo r e ／％ 垂室生 坠些坠曼 Q 丛鲤垦垄 坠曼 鱼量2 墅望 堑 i i 竺 从表1 中可知，该矿石中铁含量为2 7 ．3 2 ％，属 高铁硫化铜矿，可以补充细菌培养基中所需的硫酸 亚铁；但另一方面，该矿石中耗酸性物质 如C a O 、 M g o 等 的总含量为5 ．4 3 ％，对稳定细菌浸出所需的 收稿日期2 0 0 7 0 3 1 9 作者简介张才学 1 9 7 2 一 ，男，四川成都人，硕士，工程师。 低p H 值环境不太有利。 原矿铜物相分析结果见表2 。 表2铜物相分析结果／％ T a b2R e s u l t so fc o p p e rp h a s ea n a l y s i s ／％ 名称原生铜次生铜游离铜结合铜 全铜 O ．5 3 1 0 0 ．O 含量0 ．2 1 8O ．2 3 9 0 ．0 4 70 ．0 2 6 分布率 4 1 ．1 34 5 ．0 9 8 ．8 74 ．9 1 从表2 可以看出，该矿是以硫化铜矿为主的氧 硫混合矿。其中黄铜矿一般呈它型粒状、单晶粒和集 合体嵌布于硅酸盐脉石中，一般嵌布粒度为0 ．0 3 7 ～ O ．8 2 5 m m ；斑铜矿呈它型、不规则粒状，共生于磁铁 矿和黄铜矿中，嵌布粒度为0 ．0 5 6 ～0 ．7 4 m m ；铜蓝呈 微粒状及脉状共生于黄铜矿和斑铜矿中，嵌布粒度 为0 ．0 3 7 ～0 ．0 7 4 m m ；孔雀石呈脉状、细粒状，与铜蓝、 石英、长石等脉石矿物共生，粒度在0 ．0 5 6 m m 左右。 矿石堆比重1 ．8 3t ／m 3 ，原矿含水3 ％～5 ％，含泥1 ％～ 2 ％。 2 细菌培养1 ’4 ] 该铜矿中含有较高的铁和硫，故选择了依靠 F e “和还原态硫作为能源的氧化 亚 铁硫杆菌作为 本次试验的浸矿菌种。菌种取自该矿井下矿坑酸性 水中，用9 K 培养基培养并在杯浸过程中对其进行 驯化培养，发现该菌对矿石具有良好的适应性，在该 矿2 0 ％ 一0 ．0 9 m m 的矿浆中，不补加任何细菌生长 所需的营养物质静置培养，一周后细菌浓度即可达 到1 0 8 个，m L 。 2 ．1 细菌培养基 经过充分驯化的细菌，只要能量能够得到保证， 很容易快速生长繁殖。根据杯浸试验结果，选择的细 菌培养基见表3 ，矿石中的氮供给不足，试验中以 万方数据 2 0 0 7 年第4 期张才学等低品位硫化铜矿微生物浸出研究 1 1 N I - h C l 的形式加入。培养基中应含有适量的固体物 质，否则细菌密度低，生长繁殖缓慢，且吸附性能较 差。试验中以一0 ．0 9 m m 的铜矿粉的形式添加，矿浆浓 度控制在1 0 ％～2 0 ％。 表3细菌培养基成分 T a b3C u l t u r em e d i u mi n g r e d i e n to fb a c t e r i u m 堕坌型竖 竺 鉴生婴 鱼丛堕尘蔓坚箜生旦墨塑生竺些竺 塑 鱼型生 丕垫丕垫 唑墼 2 ．2 细菌监钡I j 劫 采用X S 一1 8 型双目生物显微镜对细菌进行监 测。由于细菌的吸附性能极强，监测细菌时应注意， 涂片做好后应立即观察，以免细菌重新吸附于矿粒 上，难以观察到活动的菌体，易造成假象；由于液层 较厚，不能观察到全部细菌，应调节显微镜的微调， 以便观察到全部液层的细菌。 在对培养好的细菌用显微镜详细观察后所得结 果见表4 。 表4细菌数量与培养时间的关系 T a b4 R e l a t i o n s h i pb e t w e e nc u l t u r et i m ea n d q u a n t i t yo fb a c t e r i a 从表4 可以看出，细菌在接种后2 ～3 d 内繁殖速 度最快，达1 0 8 数量级，以后便趋于平缓，验证了该 菌很适应该矿并繁殖迅速。 2 ．3 细菌驯化7 】 从前期的杯浸试验结果显示，细菌对该矿具有 很强的适应能力和较大的可塑性，通过驯化，细菌可 以适应试验的环境条件，并进行大量繁殖。这主要是 由微生物的生理特点决定的细菌生命体系简单，生 命周期短，繁殖速度快，因而对外界环境的变化有更 多的选择性适应，能很快将环境变化的信息写入其 相应的遗传物质，使其后代具有相应的适应能力。故 细菌驯化的目的是让细菌去适应新的环境条件，而 不是让环境来迎合细菌。细菌驯化是在装满一2 0 m m 矿石的浸出柱中进行，采用多次转移培养的方法，逐 步驯化。经过多次驯化转移培养，在只补加少量 N H C 1 的情况下，浸出柱中细菌浓度可达1 0 8 “ J “ ／m L 。 并可以在5 0 9 ／L 以上的F e 2 、2 0 s ／L 以上的F e “、4 5 ℃ 以下的环境温度条件下正常生长繁殖6 ] 。这表明细 菌对该铜矿石具有很好的适应性。 3 柱浸试验3 ] 本试验所用浸出柱为P V C 管，管径1 0 0 m m ，柱 高1 3 0 0 m m ，为避免光照对细菌活性的影响，整个柱 体为深色不透光。 3 ．1 试验的准备工作5 】 将破碎成一2 0 m m 的矿样混合均匀，为避免矿石 按粒度自然分级，消除粒度不均对矿石渗透性的影 响，采用分批装矿法。先筛出2 k g 一2 0 2 ．5 m m 矿石 装入柱的底部，然后均匀装矿，最后再在柱的最上部 装入5 0 0 9 一2 ．5 m m 矿石。最终装入柱的总矿量为 1 6 k g 。 由于细菌需在低p H 环境下才能正常存活，故 应将矿石预先酸化，将浸出环境的酸度调节至适合 细菌生长繁殖的范围。酸化前先用清水测试矿石的 吸水量，并将冲洗出的矿泥和沉淀弃掉。考虑到堆场 实际条件的限制，酸化矿石采用了两种不同的方案 方案一采用浓硫酸一次性熟化，然后再将p H 调至 1 ．5 ～2 ．5 。1 号柱和3 号柱采用了这种方法，其优点是 p H 很容易调至适合细菌生长的范围，但浸出液中 F e 2 累积已超过5 0 9 ／L ，对细菌浸矿不利。方案二将 浓硫酸稀释成p H 为1 ．5 左右的酸陛水溶液，对矿石 反复酸化，直至流出的溶液p H 稳定在2 ．5 ～3 ．5 。2 号 柱采用了这种方法，其优点是没有F e “的累积，但酸 化周期较长。 3 ．2 试验流程 试验所用流程见图1 。 图1 试验工艺流程 F i g1 T e c h n i c sf l o w s h e e tf o re x p e r i m e n t 3 ．3 浸出试验 固液比是细菌浸矿的一个重要参数，选择合适 的固液比直接关系到浸出的成败。考虑到实际堆场 的需要，我们选择了两个不同的固液比进行试验，3 号柱的固液比为8 1 ，1 号柱和2 号柱的固液比为 5 1 。 将酸化后的浸出液按1 0 ％的比例抽出3 0 0 m L ， 万方数据 1 2 有屯金属 选矿部分2 0 0 7 年第4 期 按l ％| 捌变种量接入经戮纯培养好的缁蘸充气壤莽。 待浸出液中细菌浓度达到1 0 81 0 9 一i “ ／m L 后将培养 液并入浸出液中返回浸出柱循环浸出，并随时监测 浸高液的p 嚣、氧位还漂奄位窥细菌浓度，当细菌浓 度降至1 0 6 ／j “ ／m L 以下时，按上述比例和方法继续 培养，如此反复循环。 循环浸毫时，采震阕歇式淋浸利度。每天停业注 液两次，每次3 0 r a i n 至1 h ，以利于空气扩散进入浸 出柱内，保证氧气和二氧化碳的充分供给，以维持细 菌在浸毋往内有合适的生存器境。试验中发现，溶液 的淋浸强度在1 0 2 0 L ／h m 2 时，矿石的浸出效果最 好。既没有因流速过于缓慢瓤使溶液中的钙、镁等产 生沉淀，弱时也产生细菌的洗脱瑰象。 3 ．4 试验的影响参数 在试验中，影响浸出效果的主要因素有柱态矿 柱 矿堆 的渗透性、细菌酶活性、细菌在矿石表面上 的吸附能力、淋浸强度、淋液的p H 值、环境温度及 光照等。只有调整控制好这些主要因素，浸出效果才 能达到最佳。 3 ．5 试验结果 浸爨条件如下矿石粒度一2 0 m m ；矿石重量 1 6 k g ；矿石品位0 ．5 3 ％；1 、2 号柱固液比5 1 ，3 号柱 固液比8 1 ；l 、3 号柱采用一次性浓酸酸化，2 号柱采 罴洋为l 。5 的黢性水逐步酸诧，溶液p i l l ．5 ≈。5 ，闻 歇时间l h ，间歇次数2 次，d ，淋浸强度1 5L ／h m 2 。浸 出结果见表5 。 从裘5 可知，蠢予2 号犍躁液毙适中，浸基液中 的铁得到了有效的控制，故铜的浸出率一直保持着 较高的增长幅度，经过2 4 周的细菌浸出，铜浸出率 达3 5 ．9 8 ％，浸凄效果最好。 4 结论 1 。氧纯铁硫耪菌对该铜矿具有缀好缒适应性， 在适当补充铵盐后，可以完全依赖该铜矿石中提供 的铁、钙、镁、磷、钾等养分生存繁殖。 2 。经过鞫化藤的维菌能缀快适疲该铜矿的浸 矿环境，并能在含有F e 塌过5 0 9 ／L 的溶液中生长繁 殖。 表5柱浸试验结栗 T a b5R e s u l t so ft h ec o l u m nl e a c h i n ge x p e r i m e n t s 时耀 兰壁鲨笪墨兰呈壁望笙墨 兰壁堡堕墨 ’’二4 露积 c u 黍获浸诲菝 C u累获浸薅羲c u 黍黎浸 ““ ／m L ， g p 出率糯矗n L ／ g L - 1 出率，％／m L ， g L - 1 出率，％ 23 2 0 00 ．7 32 ．7 53 2 0 0O ．7 92 ．9 82 0 0 0O ．5 21 ．2 3 43 2 0 00 ．3 44 ．0 33 1 0 0l 。9 9t O ．2 52 1 0 00 ．6 92 。9 4 63 l t 3 00 ．6 66 。4 53 1 0 00 ．3 71 1 ．6 02 0 0 00 ．4 94 ．1 0 83 1 0 00 ．8 99 ．7 03 2 0 00 ．5 21 3 ．5 62 0 5 00 ．3 24 ．8 7 1 03 2 0 0O ．3 81 1 ．1 33 2 0 0O ．8 41 6 ．7 32 0 0 0O ．4 35 _ 8 8 1 23 2 0 00 ．2 71 2 。1 53 2 ∞1 ．1 22 0 ．9 62 0 0 00 ．7 67 ．6 7 1 43 2 0 00 。1 31 2 ．6 43 2 0 0O ．锱．2 3 ．7 52 0 0 00 ．4 18 。繇 1 63 2 0 0O ．5 31 4 ．6 43 2 0 0O ．9 22 7 ．2 22 2 0 00 ．2 69 - 3 1 1 83 1 0 00 ．5 81 6 ．7 63 3 0 0O ．4 52 8 ．9 72 2 0 0O ．6 ll O ．8 9 2 02 0 0 0 0 ．4 l1 7 。7 33 0 0 0 0 。6 7 3 1 。3 42 0 0 00 ．4 4 l1 ．9 3 2 22 0 0 0 0 ．8 6 1 9 ．7 53 0 0 0O ．5 53 3 ．2 92 0 0 00 ．3 81 2 ．8 3 2 42 0 0 00 ．9 82 2 ．0 63 0 0 00 ．7 63 5 ．9 82 0 0 00 ．5 31 4 ．0 8 3 。该铜矿石具有良好的可浸性，撞浸半年， 一2 0 m m 的矿石铜的浸】出率达3 5 ．9 8 ％，对合理经济有 效利用这部分资源提供了科学的依据，但也显示细 菌浸出的缺点 浸出周期长 。 4 ．细菌对环境酸度、温度、光线等敏感，铁离子 浓度过高对细菌活性也有一定的影响，试验中应避 光、控裁环境酸度在p 疆l 。5 ～2 ．5 、湿度在2 0 ～3 5 ℃、 铁离子浓度1 0 ～2 0 9 ／L ，必要时采取分液的办法来控 制铁离子浓度。 参考文献 [ 1 ] 浸矿技术编委会．浸矿技术Ir a ] ．北京原子熊出版社， 1 9 9 4 ，2 8 2 2 9 7 。 [ 2 ] 童雄，郭学君．细菌法浸出中甸某硫化铜矿的试验研究 [ J ] ．矿冶，1 9 9 8 ，7 2 5 4 5 7 ． [ 3 】郭灵虹，镄辉。低晶位镧矿壤浸羔装技术[ n1 8 t j | | 舂色金 属，1 9 9 5 4 9 1 3 ． [ 4 ] 童雄．微生物浸矿的理论与实践[ M ] ．北京冶众工业出 版桂，1 9 9 7 ．2 8 - 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