低品位硫化镍铜矿生物浸出工艺研究.pdf

2 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年1 期 D O I 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - - 7 5 4 5 ．2 0 1 1 ．0 1 ．0 0 1 低品位硫化镍铜矿生物浸出工艺研究 陈勃伟，刘爽，刘兴宇，温建康 北京有色金属研究总院生物冶金国家工程实验室，北京1 0 0 0 8 8 摘要研究了某低品位硫化镍铜矿的生物浸出工艺矿物学，考察了接种最、初始p H 、矿石粒度、浸出周期 对该矿摇瓶浸出过程的影响。在矿石粒度一0 ．0 7 4m i l l 占9 0 ％、矿浆浓度2 ％，细菌接种量3 0 ％、初始 p H1 ．5 、浸出周期3 0 天、摇床转速1 5 0r ／r a i n 的条件下，可获得最大的镍铜浸出率，分别为8 9 ．7 9 ％和 4 1 ．8 0 ％。 关键词生物浸出；低品位硫化镍铜矿 中图分类号T F 8 1 1 ；T F 8 1 5 文献标识码A文章编号l 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 1 0 1 - - 0 0 0 2 - - 0 4 S t u d yo nB i o l e a c h i n gP r o c e s so fL o w - G r a d eN i c k e la n dC o p p e rS u l f i d eO r e C H E NB o w e i ，L I US h u a n g ，L I UX i n g y u ，W E NJ i a n - k a n g N a t i o n a lE n g i n e e r i n gL a b o r a t o r yo fB i o h y d r o m e t a l l u r g y ，G e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t ef o rN o n f e r r o u sM e t a l s 。B e i j i n g1 0 0 0 8 8 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep a p e rf o c u s e so nt h es t u d yo ft h eb i o l e a c h i n gp r o c e s sm i n e r a l o g yo fl o w g r a d en i c k e la n dc o p - p e rs u l f i d ew i t ht h ei n v e s t i g a t i o no ft h ee f f e c to fi n o c u l a t i o nc o n c e n t r a t i o n ，i n i t i a lpHv a l u e ，o r ep a r t i c l e s i z ea n dl e a c h i n gp e r i o do nt h eb i o l e a c h i n go ft h eo r e ．W i t ht h eo p t i m a lp a r a m e t e r so fb i o l e a c h i n go ft h e s u l f i d eo r es u c ha sc o n c e n t r a t i o no fs l u r r y2 ％，i n o c u l a t i o na m o u n t3 0 ％，i n i t i a lpHv a l u e1 ．5 ，w i t h i n3 0 d ，t h em a x i m a lr e c o v e r yr a t ei So b t a i n e dw i t h8 9 ．7 9 ％o fn i c k e la n d4 1 ．8 0 ％o fc o p p e r ． K e y w o r d s B i o l e a c h i n g ；L o w - g r a d en i c k e la n dc o p p e rs u l f i d eo r e 生物冶金技术工业化始于2 0 世纪6 0 年代的 铜、铀矿，到了2 0 世纪8 0 年代生物冶金技术发展更 加迅速，并在铜、铀、金等生物冶金方面取得了大规 模t 业应用，目前正在向镍钴锌等金属的提取方向 发展‘。 硫化镍矿生物浸出的研究始于2 0 世纪7 0 年 代，此后国内外的研究者针对硫化镍矿进行了多方 面的研究，如我国学者针对金川镍矿资源的研 究[ 2 _ 5 ] 。1 9 9 9 年镍钴矿的生物搅拌浸出实现了工 业应用，标志着镍钴矿的生物冶金已从实验室走向 工业化应用[ 6 ] 。墨江低品位硫化镍钴矿进行的生物 浸出及工业试验研究也取得了较好的效果[ 6 叫] 。然 而，硫化镍矿的生物堆浸直到2 0 1 0 年才获得工业化 应用‘8 1 。 本文主要考察接种量、初始p H 、矿石粒度、浸 出周期等参数对该矿生物浸出的影响，为该矿的经 济开发利用提供一种可行的途径。 1 材料和方法 1 ．1 菌种 实验中所用菌种采自国内某硫化金属矿的酸性 矿坑水中，该菌种具有较强的铁及硫氧化性能，以广 西某硫化矿驯化培养后作为实验菌种。 1 ．2 矿石 矿石主要化学成分 ％ N i0 ．5 3 、C u0 ．3 2 、F e 7 ．3 7 、S1 ．5 7 、S i 0 24 6 ．2 5 、A 1 2 0 37 ．6 6 、C a3 ．6 8 、M g 基金项目国家自然科学基金重点资助项目 5 0 9 3 4 0 0 2 ，。9 7 3 ”国家重点基础研究发展规划项目 2 0 1 0 C B 6 3 0 9 0 5 作者简介陈勃伟 1 9 8 4 - - ，男，陕西省乾县人，工程师，硕士． 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年l 期 3 7 ．8 7 、K1 ．0 6 、N a0 ．9 7 。矿石中铁矿物主要是磁黄 铁矿，其次是黄铁矿、赤铁矿；含镍矿物为镍黄铁矿、 砷镍矿和辉砷镍矿，其中以硫化镍为主，一部分砷镍 矿、辉砷镍矿呈碎裂细粒状、不规则细脉状混杂分布 在脉石中，不易单体解离，不易于浸出；含铜矿物主 要为黄铜矿、斑铜矿和孔雀石，其中黄铜矿占到了 8 6 ．3 ％，且少量呈碎裂粒状、细粒星点状分布在脉石 中，不易单体解离，不易于浸出；脉石矿物主要是蛇 纹石、滑石、橄榄石、金云母等，矿石中钙镁含量较 高，浸出过程中需消耗较多的酸，吨矿耗酸量为 8 2 ．0 5k g 。 1 ．3 分析方法 细菌数的测定采用血球计数器直接计数法，浸 出过程中浸出液的p H 变化用酸度计测定，浸出液 氧化还原电位的测定均采用铂电极，饱和甘汞电极 作为参比电极，用原子吸收法测定铜镍的含量。 1 ．4 镍铜矿生物浸出实验方法 镍铜矿的生物浸出在盛有1 0 0m L 水的三角摇 瓶中进行，矿浆浓度2 ％，矿样粒度一0 ．0 7 4m E 占 9 0 ％。摇瓶置于空气浴恒温振荡器中振荡，温度设 定为3 0 ℃，转速设定为1 5 0r ／m i n ，根据实验需要接 种入相应量的细菌，采用2 0 ％的稀硫酸调酸度至所 需的p H ，每天测定矿浆p H 、电位，并观察细菌生长 情况。定期从摇瓶中取上清液测定浸出液中的镍和 铜含量，取样损失的浸出液用同体积水补充，因蒸发 导致的水分损失用称重的方法补充同等质量的蒸馏 水，浸出结束后过滤溶液，对滤渣干燥计重并分析其 中剩余的镍和铜含量，从而计算相应的镍和铜的浸 出率。 2 结果和讨论 2 ．1 有菌与无菌对比试验 试验条件矿石粒度一0 ．0 7 4m E 占9 0 ％、矿浆 浓度2 ％、矿浆p H 1 ．8 、浸出时间1 0 天、浸出温度 3 0 ℃、摇床转速1 5 0r ／r a i n ，试验结果见表1 。 表1 有菌与无菌对比试验结果 T a b l el L e a c h i n gr e s u l t sw i t ha n dw i t h o u t b a c t e r i a 细菌接种情况终电位／m V 镍浸出率／％铜浸出率／％ 从表l 可看出，无菌条件下镍和铜的浸出率都 低于有菌条件，这是因为无菌条件下主要靠H 溶 解出矿石中的可溶性金属，而在有菌条件下，可通过 细菌的作用氧化矿石中的铁和硫，持续提供矿物溶 解所需的F e 件和H ，因此有菌条件下的浸出率相 对较高。此外因为矿石中的铜主要以黄铜矿为主， 所以镍比铜更容易浸出。初步表明该矿石中的镍和 铜可以用细菌浸出。 2 ．2 接种量对镍铜浸出率的影响 试验条件矿石粒度一o ．0 7 4m m 占9 0 ％、矿浆 浓度2 ％、初始p H 一1 ．8 0 左右、浸出时间1 0 天、浸 出温度3 0 ℃、摇床转速1 5 0r ／m i n 。浸出过程中溶 液的氧化还原电位和镍铜浸出率的变化如图1 所 示。 T u n e ／d 图1 接种量对镍铜浸出率的影响 F i g ．1 E f f e c to fi n o c u l a t i o nc o n c e n t r a t i o no n n i c k e la n dc o p p e rr e c o v e r yr a t e 从图1 可看出，随着接种量的增大，镍和铜的 浸出率先升高后降低，其中在3 0 ％的接种量下可获 得最好的浸出效果，镍和铜的浸出率分别为 7 3 ．8 1 ％和3 2 ．2 2 ％。因此在后续的试验中均以 3 0 ％接种。 2 ．3 初始p H 对镍铜浸出率的影响 试验条件矿石粒度一O ．0 7 4m E 占9 0 ％、矿浆 浓度2 ％、细菌接种量3 0 ％、浸出时间1 0 天、浸出温 度3 0 ℃、摇床转速1 5 0r ／m i n ，浸出过程中溶液的氧 化还原电位和镍铜浸出率的变化如图2 所示。 从图2 可看出，随着初始p H 的增加，镍和铜 的浸出率先增加后减少，在初始p H 1 ．5 时可获得 最好的浸出效果，镍和铜的浸出率分别为7 2 ．5 4 ％ 和3 2 ．9 3 ％。因此在后续的试验中均以初始P H 1 ．5 进行浸出。 2 ．4 矿石粒度对镍铜浸出率的影响 6童罡蕾}量 万方数据 4 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年1 期 02 468“l1 2 “ 1 3 n l e ／d 图2 初始p H 对镍铜浸出率的影响 F i g ．2 E f f e c to fi n i t i a lp Ho nn i c k e la n d c o p p e rr e c o v e r yr a t e 试验条件细菌接种量3 0 ％、初始p H 1 ．5 、浸 出时间1 0 天、浸出温度3 0 ℃、摇床转速1 5 0r ／r a i n ， 试验结果见表2 。 表2 矿石粒度浸出试验结果 T a b l e2 L e a c h i n gr e s u l to fd i f f e r e n tp a r t i c l es i z e 从表2 可看出，粒度越细，铜和镍越容易浸出， 这是因为矿石粒度越细，镍矿物和铜矿物单体解离 程度以及晶体破坏程度越大，增加了矿物与H 和 F e 3 的接触机会；此外粒度越细，比表面积越大，增 加了反应的接触面积。相对来说镍更容易浸出，大 于1 4 0 “m 的矿石在1 0 天内镍也能获得5 2 ．8 ％的 浸出率，铜的浸出率可达到1 0 ．3 ％，表明该矿石在 较大粒度下也具有可浸性。 2 ．5 浸出周期对镍铜浸出率的影响 试验条件矿石粒度一0 ．0 7 4t r i m 占9 0 ％、矿浆 浓度2 ％甥日菌接种量3 0 ％、初始p H 一1 ．5 、浸出温 度3 0 ℃、摇床转速1 5 0r ／m i n ，试验结果见表3 。 表3 浸出周期试验结果 T a b l e3 L e a c h i n gr e s u l to fd i f f e r e n t l e a c h i n gp e r i o d 试验结果表明浸出周期对镍、铜浸出率有较 大影响。随着浸出周期的延长，镍、铜浸出率逐渐增 加，但当浸出周期延长到1 0 天后，继续延长浸出周 期，镍、铜浸出率提高的速度逐步降低，其中铜的浸 出率1 0 天之后变化不大。当浸出进行到3 0 天时， 镍和铜的浸出率基本达到最大值，再延长浸出周期， 浸出率基本没有变化，浸出周期进行到4 0 天时，镍、 铜浸出率分别达到9 0 ．1 5 ％和4 3 ．9 3 ％。延长浸出 周期，一定时间上增加了矿物与H 和F e ”的接触 反应时间，但由于矿物粒度的影响，部分矿物未单体 解离。致使部分镍未浸出；而铜矿物浸出率较低的原 因主要为在常温条件下易形成钝化，导致黄铜矿浸 出受抑制，而采用高温菌可解决这一问题。 采用 7 0 ℃高温菌，1 0d 铜矿物可浸出7 0 ％以上。 2 ．6 最佳条件试验 根据以上条件试验结果，选择最佳条件进行浸 出试验矿石粒度一0 ．0 7 4m l T I 占9 0 ％、矿浆浓度 2 ％、细菌接种量3 0 ％、初始p H 1 ．5 、浸出温度 3 0 ℃、浸出周期3 0 天、摇床转速1 5 0r ／r a i n 。试验共 进行3 次，镍浸出率平均可达到8 9 ．7 9 ％，铜浸出率 平均4 1 ．8 0 ％。 3结论 1 该低品位硫化镍铜矿含镍矿物主要为镍黄 铁矿，部分砷镍矿、辉砷镍矿呈碎裂细粒状和不规则 细脉状混杂分布在脉石中，不易单体解离，不易于浸 出；含铜矿物主要为黄铜矿，占铜矿物总量的 8 6 ．3 ％，且少量呈碎裂粒状、细粒星点状分布在脉石 中，不易单体解离，不易于浸出。矿石中钙镁含量较 高，浸出过程中需消耗较多的酸，也不利于浸出； 2 在矿石粒度一0 ．0 7 4m m 占9 0 ％、矿浆浓度 2 ％、细菌接种量3 0 ％、初始p H 1 ．5 、浸出周期3 0 天、摇床转速1 5 0r ／m i n 的条件下，可获得最大的镍 铜浸出率，分别为8 9 ．7 9 ％和4 1 ．8 0 ％。 下转第8 页 报 “ M 疆 越 灌 盘 “ ￡ 透QHBJ萝8盘 万方数据 8 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年1 期 [ 3 ] 符剑刚，王晖．钟宏．等．从彩钼铅矿中提取钼的研究现 状[ J ] ．稀有金属与硬质合金．2 0 0 7 ，3 5 1 4 1 4 3 ． [ 4 ] 汪胜东，蒋训雄，王海北，等．贵州某彩钼铅矿碱浸工艺 研究[ J ] ．有色金属．2 0 0 7 ，5 9 3 6 5 6 7 ． [ 5 ] 李青刚，肖连生，张贵清，等．镍钼矿生产钼酸铵全湿法 生产工艺及实践[ J ] ．稀有金属，2 0 0 7 ，3 1 S 1 8 5 8 9 ． [ 6 ] 皮关华，徐徽，陈白珍，等．从难选镍钼矿中回收铝的研 究[ J ] ．湖南有色金属，2 0 0 7 ，2 3 1 ；9 1 2 ． [ 7 ] 李青刚，张启修．肖连生．离子交换树脂吸附镍钼矿氯浸 液中钼的研究[ J ] ．稀有金属，2 0 0 7 ，3 1 3 3 5 1 3 5 6 ． [ 8 ] 盘茂森，朱云．高压浸出钼酸钙中钼的实验研究[ J ] ．中 国钼业，2 0 0 5 ，2 5 6 ；1 9 2 1 ． [ 9 ] 杨卉芄，刘红召，高照国，等．氧化钼钨混合精矿的冶金 提取方法中国，2 0 0 7 1 0 0 5 3 8 6 4 ．x [ P ] ．2 0 1 0 0 5 1 9 ． [ t o ] 张启修，赵秦生．钨钼冶金[ M ] ．北京冶金工业出版 社．2 0 0 5 1 9 4 1 9 9 ． 上接第4 页 参考文献 [ 1 ] 杨显万，沈庆峰，郭玉霞．微生物湿法冶金[ M ] ．北京 冶金t 业出版社，2 0 0 3 4 6 ． [ 2 ] T o r m aAE ．M i c r o b i o l o g c a le x t r a c t i o no fc o b a l t ．n i c k e l a n dc o p p e rf r o ms u l p h i d eo r e sa n dc o n c e n t r a t e s C a n a d a ， 5 0 9 0 7 0 ／7 3 [ P ] ．1 9 7 4 7 11 ． [ 3 ] S o u t h w o o dAJ ．P a r a m e t e r sa f f e c t i n gt h eb a c t e r i a lh e a p l e a c h i n go fl o wg r a d en i c k e lf e r r o u sm a t e r i a l [ C ] ／／P r o e e e d i n g so ft h e1 5 t hI n t e r n a t i o n a lM i n e r a lP r o c e s s i n g C o n g r e s s ，1 9 8 5 1 1 4 ． [ 4 ] 温建康，阮r 满．孙雪南．金川低品位镍矿资源微生物 浸出研究[ J ] ．矿冶，2 0 0 2 ，l I 1 ，5 5 5 8 ． [ 5 ] 方兆珩．柯家骏。李洪枚，等．生物浸出低品位镍铜硫化 矿口] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 2 4 ；2 7 ． [ 6 3W a d i n gHR ．T h eb i o l e a c h i n go fn i c k e l - c o p p e rs u l f i d e s [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y 。2 0 0 8 。9 1 1 4 7 0 8 8 ． [ 7 ] 温建康．阮仁满．高砷硫低镍钴硫化矿浸矿菌的选育与 生物浸出研究[ 刀．稀有金属，2 0 0 7 ，3 1 4 5 3 7 5 4 2 ． [ 8 ] T a l v i v a a r aM i n i n gC o m p a n yP i e ．A n n u a lR e p o r t [ - R ] ． S o t k a m o T a l v i v a a r aM i n i n gC o m p a n yP i e ，2 0 0 9 ． 万方数据