生物湿法冶金与西部矿产资源开发.pdf

．鎏鬻零∥ 第5 2 卷第4 期 20 00 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 生物湿法冶金与西部矿产资源开发 雷云1 ，杨显万2 1 ．昆明冶金研究院，昆明6 5 0 0 3 1 ；2 ．昆明理工大学，昆明6 5 0 0 9 3 摘要本文对国内外生物湿法冶金研究和产业化历程进行了综述，在分析了西部矿产资源的特点“及西部大开发的战 略方向后。指出生物湿法冶金在西部矿产资源的开发利用中具有重要的应用价值。 关键词生物湿法冶金；西部大开发；矿产资源；环境保护 中图分类号T P Y l 8 文献标识码A文章编号1 0 0 卜0 2 1 1 2 0 0 0 0 4 一0 1 0 0 一0 4 l生物湿法冶金技术的发展状况及其 ’● 万向 生物湿法冶金作为湿法冶金的一个分支，在 国际上已得到公认。迄今为止，常用于浸出的菌 种分为 1 嗜 常 温菌混合菌种 氧化铁的嗜 酸菌 3 0 ～4 5 ℃ ，包括T h i o b a c i l l u s f e r r o o x i d a n s 氧化亚铁硫杆菌 ；T h i o b a c i l l u st h i o o x i d a n s 氧 化硫硫杆菌 ；L e p t o s p i r i l l u mf e r r o o x i d a n s 氧化 铁微螺菌 。 2 中等嗜热菌 4 5 ～5 5 ℃ ，S u l f o b a c i l l u s 硫化芽孢磺杆菌 。 3 高温嗜热菌 6 0 ～8 5 ℃ ，包括s u l f o l o b u s ，6 0 ℃～7 0 ℃ 叶硫球菌 ；S u l f o l o b u sl i k e a r c h a e a 叶硫球古细菌 ，7 0 ℃～8 5 ℃。 其中，嗜 常 温菌和中等嗜热菌已经成功地 运用于B I O X T M 生物预氧化难处理金矿 ，B i o N I C T M 生物浸镍 ，B i o C O P T M 生物浸铜 工艺过 程，其浸出动力学基本为缓慢至中等速度，即5 ～ 7 天接触期，金属溶解率／硫化物分解率为约9 5 ％， 可以处理难处理金矿、镍黄铁矿、辉铜矿、斑铜 矿、铜蓝、闪锌矿。 高温嗜热菌应用于贱金属精矿的浸出，其特点 为反应速率快，即为3 ～5 天接触期，金属溶解率／ 硫化物分解率为9 9 ％以上，可以处理黄铜矿、硫 铜钴矿、硫铜砷矿。 低品位硫化铜矿和含铜废石的生物浸出提铜在 收稿日期2 0 0 0 0 6 2 8 作者简介雷云 1 9 6 6 一 ，女，高级工程师，博士研究生 国外已实现了大规模的产业化。这主要归因于8 0 年代末已E t 趋成熟的、先进的浸出一萃取一电积工艺 的成功应用。S X E W 铜的产量自1 9 9 5 年的3 7 ．3 万t 发展到1 9 9 9 年的1 3 8 ．3 万t ，其中约有5 0 ％采 用生物堆浸技术。处于海拔4 4 0 0 m 的Q u e b r a d a B l a n c a 矿采用薄层堆浸技术，铜的浸出率可达 8 2 ％，为海拔高寒地区铜矿资源的开发提供了宝贵 的经验。 1 9 9 7 年德兴铜矿大型堆浸厂的投产标志着我 国生物浸铜技术有了重大进展。堆浸厂采用细菌堆 浸一萃取一电积工艺，从低品位含铜废石 硫化铜和 氧化铜 中回收铜。设计规模为年产电积铜 2 0 0 0 t ，矿堆铜品位为0 ．0 8 ％，是我国目前最大的 采用细菌堆浸．萃取．电积工艺回收铜的堆浸厂。通 过生产实践找到了解决南方夏季雨水多给堆浸带来 困难的办法。 在生物浸铜的基础上已发展到利用细菌提取多 种金属的生物氧化 浸出 技术。其中，B I O X T M 作为商业上可行的、具有竞争性的、替代从难处理 硫化物精矿中分离金的焙烧或加压浸出的工艺是由 G e n c o r 公司成功地研制。F a i r v i e w 、N e w m o n t 、 G i a n t 、B a v 、J o e 等矿业公司生物浸出生产黄金的 成功，大大推动了生物处理难浸金矿石工业规模的 进程。生物氧化预处理难处理金矿工艺技术 B I O X T M 的开发历史以及产业化进程为 1 9 8 4 年处理F a i r v i e w 精矿的7 5 0 k g ／d 的半 工业试验厂在G P R 建成； 1 9 8 6 年1 0 t ／d 的示范工厂在F a i r v i e w 建成 南非 ； 1 9 9 1 年F a i r v i e w 的示范工厂处理规模扩大 到3 5 t ／d 万方数据 第4 期雷云等生物湿法冶金与西部矿产资源开发1 0 1 1 9 9 1 年5 8 0 m 3 的单个B I O X T M 反应器在巴西 的S a oB e n t o 桑本托 使用； 1 9 9 2 年4 0 t ／dB I O X l M 工厂在H a r b o u rL i g h t s 西澳大利亚 建成 嗜热铁硫杆菌 ； 1 9 9 3 年1 1 5 t ／dB I O X T M - V 厂在W i l u n a 西澳 大利亚 建成； 1 9 9 4 年第二座5 8 0 m 3 的B I O X T M 反应器在 S a oB e n t o 桑本托 使用； 1 9 9 4 年7 2 0 t ／d 的B I O X T M 工厂在A s h a n t i 加纳 建成； 1 9 9 5 年第四组B I O X T M 在A s h a n t i 加纳 建成，规模为9 6 0 t ／d ； 1 9 9 6 年W i l u n a 工厂的处理量增加至1 5 8 t ／d 增加2 3 个反应器 ； 1 9 9 8 年6 0 t ／d 的工厂在T a m b o r a q u e 秘鲁 试车投产； 1 9 9 9 年F a i r v i e w 的工厂规模扩至4 3 t ／d 增 加一座3 5 0 m 3 反应器 。 中科院微生物研究所等国内十几家研究单位 的科研和工程技术人员在难处理金矿生物预氧化方 面开展了广泛和深入的研究。地矿部“八五”黄金 技术攻关项目中，细菌氧化技术项目占了5 0 ％。 细菌氧化技术也被列为黄金工业部门“九五”科技 攻关重点项目。该技术在工程化方面近几年来也取 得了重大进展。1 9 9 6 年4 月公布的陕西地勘局第 三地质大队及堆浸中心拥有的“微生物预氧化堆浸 提金工艺及其所使用的细菌放大培养装置”专利， 标志着我国生物堆浸提金技术进入工业化应用阶 段。此外，难处理金精矿的细菌氧化也有工业尝 试。地矿部陕西矿业生物工程研究中心已建成处理 金精矿量为3 t ／d 的搅拌浸出工厂并已进行生产。 但是，该项技术在国内的工业化进程方面与发达国 家有较大的差距。 在B I O X T M 工艺产业化的基础上，近年来国外 生物湿法冶金在两方面取得了重大进展 1 高温 菌种的采用； 2 贱金属镍、钴、锌的提取。两者 结合使细菌浸出开始大规模处理精矿。G e n c o r 公 司开展了大量的工作以使生物浸出扩展到从贱金属 硫化矿中提取镍、钴和铜。细菌培养的适应试验非 常成功。这些细菌由嗜中温细菌的混合种群组成， 其主要细菌为氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌和氧 化铁微螺杆菌。嗜中温细菌宜在3 0 ～4 5 ℃温度范 围内生存。 B i o N I C T M 法中间示范厂于1 9 9 7 年2 月建成投 产，处理镍黄铁矿，设计产量为日产2 0 k g 阴极镍。 试验结果表明，l O 天的连续浸出操作，镍的平均 浸出率为9 2 ％。证明用嗜中温细菌在3 0 ～4 5 ℃从 低品位硫化矿精矿中生物浸出镍是可行的。 近几年来，由于B I O X T M 生物浸出的快速发 展，嗜中温菌 M e s o p h i e s 和高温菌 S u z f o l o b u s 被逐渐地运用于浸出铜精矿上，为此， B i o C O P T M 工艺被开发出来。其中，1 9 9 7 年智利建 立和溶剂萃取相结合的2 m 3 生物连续浸出半工业 试验厂处理次生硫化铜矿。1 9 9 7 年9 月至1 9 9 9 年 1 0 月，建在智利C h u q i c a m a t a 的B i o C O P T M 半工业 试验厂处理黄铜矿精矿的成功经验 铜回收率达 9 9 ％ 验证了B i o C O p T M T _ 艺技术上和商业上的可 行性。目前，年产1 4 0 0 t 铜的B i o C O P T M - 萃取一电积 示范工厂正在建设之中。其处理能力为2 2 ．5 t ／d 精 矿；建有两条生物浸出回路，反应时间为4 ．5 天， 操作温度为4 0 I S - - 8 0 ℃。预计2 0 0 0 年第一季度完 成项目施工，第二季度完成工厂的建设。 近几年来，生物浸出提钴的产业化是生物湿法 冶金的重大进展。法国B R G M 公司在非洲的乌于 达建成一座采用生物浸出技术从含钴黄铁矿中回收 钴的工厂，每年可处理1 0 0 万t 含钴黄铁矿，年产 1 0 0 0 t 阴极钴，1 9 9 9 年已顺利投产。该厂的浸出槽 容积达1 3 5 0 m 3 。国内外的研究机构开展了低品位 闪锌矿的生物堆浸工艺试验以及闪锌矿精矿的生物 浸出工艺研究。由于有B I O X T M 、B i o N I C T M 和B i o c o p T M - [ “ _ 艺的研究成功和其工业化的经验，生物浸 出闪锌矿的研究进展非常迅速。尤其是英国B i l i t o n 公司针对云南兰坪铅锌矿闪锌矿浮选精矿开展的高 温嗜热菌 6 0 ～8 5 ℃ 和中等嗜热菌 4 5 ～5 5 ℃ 生物浸出实验室 8 L 试验取得了非常好的结果。 实验结果表明生物浸出闪锌矿的速率比其它金属 生物浸出体系要快得多，并且，浸出率也较高 采 用高温嗜热菌浸出1 2 天，锌浸出率为9 8 ．0 ％ 。 根据该公司的经验，上述浸出试验若在工业规模的 反应器中进行，浸出反应时间将缩短至4 ～5 天。 该研究结果为在开发世界级的铅锌矿床兰坪铅 锌矿的资源中采用生物浸出工艺技术奠定了坚实的 基础，其半工业试验预计在2 0 0 0 年1 0 月开始。 目前使用的嗜高温菌有S u l f o l o b u sm e t a l l i c u s 型，6 0 ℃～7 0 ℃；S u l f o l o b u sl i k ea r c h a e a 型，7 0 ℃ ～8 5 ℃。其优点在于可以利用生物浸出过程中释 放的能量；更快的浸出动力学；减少后续回收过程 需要的热量；可以浸出黄铜矿。 万方数据 有色金属第5 2 卷 过去几年中，高温菌的发展主要表现在发现 了上述两种新的高温菌种 仍然在继续寻找新的微 生物 ；建立了两座1 0 4 0 m 3 的半工业试验工厂； 处理镍精矿时，获得了高的浸出速度和高的金属回 收率；成功地实现黄铜矿精矿的生物浸出；试验室 试验结果表明，具有浸出难处理硫砷铜矿、硫铜钴 矿的能力；提高了从渣中回收贵金属的回收率。 国内在嗜热菌的发现和分离方面的研究工作较 缓慢。目前唯一有关嗜热菌的报道是中科院兰州化 学物理研究1 9 9 0 年所从白银有色公司所属铜矿采 集的T 一9 0 1 号菌种 m o d e r a t e l yt h e r m o p h i l i cb a c t e r i a ，其生长温度范围是3 0 ～5 0 C ，p H 值范围 1 ．0 ～3 ．0 。 图1 生物湿法冶金技术的 研发和产业化进程 F i g ．1D e v e l o p m e n to fb i o - h y d r o m e t a l l u r g y a n di t sc o m m e r c i a l i z a t i o np r o c e s s 由图1 可知，B I O X T M 技术从研究开发至产业 化历经约2 0 年，8 0 年代末期，开始B I O N ． I C T M 镍精矿生物浸出的研发工作，约1 0 年实 现产业化。在B I O X T M 、B i o N I C T M 成功经验的基础 上，铜精矿的生物浸出技术B i o C O P T M 的研发 及产业化进程缩短至5 年时间。预计生物浸出硫化 锌精矿的技术B I O z I N C 的产业化时间比B I O C O P T M 还要短。 由于采用特殊设计的反应器及控制设备，高温 生物浸出技术只有用于有色金属精矿的大规模处理 浸出槽体积已达1 5 0 0 m 3 才能体现其优越性。 2在西部矿业开发中大有作为 矿产资源是西部的主要优势资源之一。我国具 有优势的铅锌矿产资源主要分布在西部地区。钴镍 资源集中在甘肃的金川。我国储量最大的陕西金堆 城钼矿基地和特大型斑岩铜矿西藏玉龙铜矿以 及拉拉铜矿、大红山铜矿、白山堂铜矿等中型铜矿 山也位于西部地区。 优势资源转化是西部大开发的重要内容。西部 大开发中，要真正做到将西部地区的资源优势转化 为经济优势，必须高技术、高起点、大规模、低成 本地开发西部的各类有色金属矿物资源，并在开发 中注重生态环境的保护与建设。处理开发与保护的 矛盾的唯一办法是采用清洁技术。因此作为绿色冶 金技术的生物冶金在西部大开发大有用武之地。 针对兰坪矿床氧化矿和硫化矿同时赋存的特 点，将采用生物浸出锌技术即B I O Z I N C 技术 采 用s u l f o l o b u s 高温嗜热菌，7 5 ～8 5 ℃ ，取代常规 的沸腾焙烧一硫酸浸出工艺处理硫化锌精矿，同时 结合西班牙T R T E C N I CR E U N I D A S 公司的锌 溶剂萃取新技术生产电解锌产品。B I O Z I N C 工艺 可以完全消除硫化锌精矿在沸腾焙烧过程中和沸腾 焙烧烟气制酸过程中所产生的粉尘、二氧化硫烟气 及污酸对周围环境所造成的污染，同时也可以充分 利用硫化锌精矿在生物浸出过程中由硫转化而产生 的硫酸浸出氧化锌矿。虽然至今B I O Z I N C 工艺还 没有工业化实践，但是，有B I O O X T M 、B i o N I C T M 和B i o C O P T M 实现产业化的成功经验，同时，与难 处理金矿、黄铜矿以及镍矿相比，硫化锌矿相对来 说更为容易浸出。比利顿公司的工程技术人员对采 用该项技术处理兰坪硫化锌精矿充满了信心。半工 业试验 处理量l t ／d 将于2 0 0 0 年底开展。通过 兰坪项目，引进比利顿先进的生物浸出技术，可改 变国内有色金属行业、企业对生物氧化、浸出技术 应用范围的观念并增强其投资的信心。 西藏玉龙铜矿为特大型斑岩铜矿，保有铜金属 储量6 5 0 万t ，上部氧化矿铜金属储量2 7 0 万t ，下 部硫化矿铜金属储量3 8 0 万t ，含铜品位为 0 ．6 5 ％。矿体赋存标高4 5 7 0 ～5 1 1 8 m ，矿区离成都 1 1 8 4 k m ，按常规生产工艺建设，基建投资大，生 产成本高。可以考虑采用细菌堆浸技术开发。 云南有8 0 0 万t 锌的高铁闪锌矿。而且伴随锡 矿的开采每年有数量可观的高铁闪锌矿产出。澜沧 江流域有2 0 0 万t 铜的高砷铜矿，陕西金堆城的低 品位钼矿均可考虑采用细菌浸出。借鉴国外硫化镍 矿细菌浸出的成功经验可以考虑用细菌浸出一萃取一 电积作为替代技术去改造金川镍精炼系统。 3 发展生物冶金技术的建议 1 细菌和硫化矿物复杂作用机理研究尚欠突 破性进展，以致限制了理论研究的深化和该工艺的 工业化。在对细菌及实验条件、工艺参数和动力学 万方数据 第4 期雷云等生物湿法冶金与西部矿产资源开发1 0 3 机理等进行研究的同时。还必须确立细菌氧化过程 中硫化物的研究主体的地位，系统开展细菌氧化作 用的矿物学研究，这不仅具有理论指导意义而且具 有加速工业化的现实意义。 2 尽快开展嗜热 中 高温菌种，尤其是嗜 高温菌种的寻找、分离、培养和驯化工作，提高细 菌浸出、氧化动力学速度，提高浸出效率，使其在 反应动力学上与传统工艺匹配。 3 开展遗传工程方面的研究工作，通过基因 工程得到性能优良、浸矿能力更强的菌种。 4 加强生物冶金工程设备和材料的研究开 发，优化各种设计参数，如充气方式、充气量、搅 拌系统、叶轮结构，转速及散热方式等。同时，为 了提高该项技术的实用性与竞争力，还应该研究在 生物浸出技术的工业化应用过程中，如何设计合理 的设备规模与结构，选择合理的工程材料，降低工 程造价等关键问题。 5 开发、研究相应的金属回收、富集的新技 术，如锌溶剂萃取一电积技术和设备，以便与生物 冶金技术相结合，推动生物冶金技术的应用。 I M P o R T A N TR o L E o FB I O - H Y D R O M E T A L L U R G YI ND E V E L O P M E N T O FM I N E R A LR E S O U R C E SI NW E S TO FC H I N A L E IY u n l ．Y A N GX i a n Ⅷ矿 1 ．K u m i n gM e t a l l u r g yR e s e a r c hI n s t i t u t e ，K u n m i n g6 5 0 0 3 1 ； 2 ．K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c egT e c h n o l o g y 。K u n m i n g6 5 0 0 9 3 A B S T R A C T T h ed e v e l o p m e n ta n dc o m m e r c i a l i z a t i o no fb i o - h y d r o m e t a l t u r g ya th o m ea n da b r o a da r er e v i e w e di nt h i sp a p e r ．H a v i n ga n a l y z i n gf e a t u r e so fm i n e r a lr e s o u r c e si nt h ew e s tp a r to fC h i n aa sw e l la st h es t r a t e g yf o rd e v e l o p m e n to ft h ew e s t e r na r e a ，i tc o n c l u d e dt h a tt h ea p p l i c a t i o no fb i o - h y d r o m e t a l l u r g yw o u l dp l a yav e r yi m p o r t a n t r o l ei nd e v e l o p i n gm i n e r a lr e s o u r c e si nt h ew e s to fC h i n a ． K E YW O R D Sb i o h y d r o m e t a l l u r g y ；m i n e r a lr e s o u r c e s ；e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n c o n t ．f r o mP ．1 1 0 酸类捕收剂浮选时具有相对好的浮游性。本研究结 果与工业浮选现象相吻合。 参考文献 刘世宏，王当憨，潘承璜编著．x 射线光电子能谱分析．北京科学出版社，1 9 8 8 华中一，罗维昂编著．表面分析．上海复旦大学出版社，1 9 8 9 格列姆博茨基BA ．郑飞等译．浮选过程物理化学基础．北京冶金工业出版社，1 9 8 5 孙传尧，吕永信．用络合浸出浮选法分离霓石和铁矿物．有色金属 季刊 ，1 9 8 2 ， 2 4 2 C R Y S T A LC H E M I S T R YA N A L Y S I S0 NF L O T A B I L I T Y D I F F E R E N C Eo FS P O D U M E N E SW I T HD I F F E R E N TC O L O R S S U NC h u a n y a o1 ，Y I NW a n z h o n 9 2 1 ．B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo f M i n i n ga n dM e t a l l u r g y 。B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ； 2 ， 『o ，’t h e a s t e r nU n i v e r s i t y ，S h e n y a n g1 1 0 0 0 6 A B S T R A C T F l o t a b i l i t yd i f f e r e n c eo fs p o d u m e n e sw i t ht h r e ed i f f e r e n tc o l o r s w h i t e ，l i g h tg r e e na n dp i n k w a se x a m i n e d ．C o m b i n i n gw i t hm i n e r a l sc r y s t a lc h e m i s t r ya n ds u r f a c ep r o p e r t y ，a n dw i t ht h ea i do fX r a yp h o t o e l e c t r o n s p e c t r o m e t r i ca n d ≮一p o t e n t i a lm e a s u r er e s u l t s ，m a i nr e a s o n so ff l o t a b i l i t yd i f f e r e n c eo ft h r e es p o d u m e n e sw i t h d i f f e r e n tc o l o r sw e r ea n a l y s e d ． K E YW O R D S s p o d u m e n e ；f l o t a b i l i t y ；c r y s t a lc h e m i s t r y ；m e t a lc a t i o n ；s u r f a c ep r o p e r t y 万方数据