高海拔地区硫化铜矿生物浸出研究.pdf

第3 3 卷第6 期 V o L3 3N o ．6 稀有金属 C H I N E S EJ O U R N A L0 FR A R EM E T A L S 2 0 0 9 年1 2 月 D e c ．加1 0 9 高海拔地区硫化铜矿生物浸出研究 武彪h ，武名麟1 ，臧宏1 ，李岩1 ，华金仓2 ，温建康1 1 ．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 ；2 ．西藏玉龙铜业股份有限公司，西藏 昌都8 5 4 0 0 0 摘要温度、p H 、0 2 及c 0 的供给是影响细菌活性的关键因素，西藏玉龙铜矿地处高原地区，海拔高、温度低、空气稀薄，应用生物湿法冶 金技术提铜难度较大。对高海拔地区以次生硫化铜矿为主的硫化铜矿进行了现场生物柱浸扩大试验研究，选育出耐寒高效浸矿细菌，考察了 不同粒度条件下该矿物的浸出特性，分析高海拔地区生物浸出的可行性。结果表明，选育出的细菌耐受力强，在极端条件下生长良好，细菌 生长最佳p H 范围为1 ．7 2 ．O ，浸出体系温度高于5 ℃。浸出5 个月，浸出过程中氧化还原电位高于8 0 0m V S 腿 以上，铜的浸出可达 7 5 ．6 8 ％，应用生物浸出完全可行。 关键词高海拔；次生硫化铜矿；细菌浸出 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i 8 s n ．0 2 5 8 7 0 r 7 6 ．2 0 0 9 ．0 6 ．0 2 5 中图分类号T F l l l ．3文献标识码A文章编号0 2 5 8 7 0 7 6 2 0 0 9 0 6 0 8 8 9 0 5 玉龙铜矿位于西藏昌都地区江达县青泥洞乡 境内，海拔5 0 0 0m 左右，是一个特大型斑岩与矽 卡岩复合型铜矿床。铜资源含量达6 5 0 万t ，平均 品位为O ．8 9 ％。其中氧化矿含铜2 7 4 万t ，平均品 位为2 ．5 3 ％；硫化铜矿含铜3 7 6 万t ，平均品位为 O ．6 5 ％。矿体埋藏浅，资源量大，品位较高，赋存 条件较好，适合露天开采。矿区气候属半干旱高寒 地区大陆性气候，年最高气温1 7 ．5 ℃，最低气温 一1 9 ．4 ℃；每年l O 月下旬开始降雪冰冻，最大冻 土层厚度1 5 0 1 8 0c m ，至次年5 月全部解冻；年 降雨达9 6 0 ．7m m ，其中6 9 月份占降雨量为 8 0 ％以上，年平均蒸发量为1 2 1 0m m ，年平均气压 5 8 2 3 0P a ，年最高气压5 8 8 2 0P a 、年最低气压 5 7 8 2 0P a 。2 3 月常有5 6 级西北大风，最大风 速1 3 ．6m s ～，1 1 月至翌年4 月为3 ～4 级西风， 其余月份主要为静风或2 级左右东风。 高原地区天气变化无常，昼夜温差大，严重影 响细菌的繁殖。国内应用细菌浸出处理高海拔地 区硫化铜矿属于首创，还处在半工业试验过程中。 目前，世界上海拔最高的生物提铜厂是智利的奎 布拉达布兰卡铜矿 Q u e b r a d aB 1 a n c a ，该矿气候严 寒，冬天最低气温一1 0 ℃，空气中氧浓度只有平 原地区的6 0 ％，降雨量只有3 4m m 。为了促进微 生物的生长繁殖，从而保证铜的有效浸出，该矿采 取了多项措施，包括加热返回滴淋的萃取液至 2 8 ℃，以保证微生物生长的适宜温度；矿表面加 盖塑料薄膜，既可保温，又可减少水分蒸发；矿堆 充气，以保证微生物对O 和C O 的需求。采用空 压机给矿堆底部不间断充空气，直到浸出结束前2 个月才停止。浸出周期2 5 0d 左右，浸出率可达 7 5 ％～8 0 ％，浸出液含铜3 ．5 ～3 ．7g L 一，含铁 3 ．Og L ～，浸出液温度1 8 ～2 3 ℃，p H1 ．7 ，总流 量4 4 0 0m 3 h ～。浸出效果良好，对国内高海拔地 区生物冶金的工业化应用具有指导作用【1 ∞J 。 本文结合实验室研究和玉龙铜矿的特点，在 现场进行了柱浸扩大试验，选育出耐寒高效浸矿 细菌，考察了不同粒度条件下细菌的活性及浸出 效果，为下一步工业生产提供数据支持。 1 实验 1 ．1 试验原料 本试验所用矿样以次生硫化铜矿为主，同时 收稿日期2 0 0 9 0 5 一l l 修订日期2 0 0 9 一0 6 一1 2 基金项目“十一五”国家科技支撑计划重大项目 2 0 0 6 B A 即2 A 0 8 资助 作者简介武彪 1 9 7 9 一 ，男，甘肃人，硕士；研究方向矿物加工，生物冶金技术研究 通讯联系人 E 一蛐l i l n g e l w b i ∞ s i n a ．咖 万方数据 稀有金属 3 3 卷 也混有少量的氧化铜矿和黄铜矿。主要的元素分 析结果见表l 。硫化铜矿的矿石性质和工艺矿物学 研究表明，辉铜矿、铜蓝、斑铜矿、黄铜矿等铜矿 物以组合体形式，沿条带状黄铁矿分布的方向分 布 图1 。铁、硫主要构成黄铁矿与褐铁矿，所以 黄铁矿、褐铁矿是除铜矿物以外的另一类主要金 属矿物，其中以黄铁矿为主，褐铁矿次之。脉石矿 物普遍风化严重，蚀变为粘土矿物及中间过度产 物 长石蚀变物 ，长石蚀变物虽不及长石坚硬，但 仍致密并保留着长石的颜色及板块状外形，嵌布 在黄铁矿、褐铁矿较密集的部位。 所采矿石经辊式破碎机两段破碎，然后装柱。 1 ．2 细菌的培养 根据西藏玉龙铜矿矿区特点，通过对从玉龙 铜矿采集的酸性矿坑水的分离选育，成功获得高 效耐寒浸矿菌，并经过进一步的驯化改良，该菌非 常适合玉龙铜矿硫化矿的细菌浸出。对混合菌进 行初步鉴定，结果是含氧化亚铁硫杆菌和氧化硫 硫杆菌等多种微生物的混合菌，既具有氧化铁的 能力，又具有氧化元素硫的能力。该菌在高原缺氧 的环境中生长良好，是活性很强的高效浸矿菌。 菌种筛选从西藏玉龙铜矿山采集的酸性矿坑 水用膜过滤方法浓缩收集，再在高速台式离心机 进行水样分离，制成水样。将制好的水样转接至多 表l 主要元素含量 T a №lM l I i nd e 础n t sc h 删c a l 伽p o 萄缅no fm i 嘶叫 期啪p k 图l 矿物显微镜照片 F i g ．1 M i c r ∞c 叩ep h 砷D g r 印h0 fm i n e r a l8 锄p l e 孔液体培养板 1 2 8 孔 ，在不同培养基和不同稀 释度培养后观察菌落生长状态，初步了解在哪种 培养基下菌落能够生长。然后转接到相应培养基 在恒温振荡器进行放大培养。试验条件为培养 1 0d ；培养温度1 5 2 5 ℃；接种量2 0 ％；静置于 恒温生化培养箱。 菌种富集将在上述底物能生长的菌落挑出， 分别转接到9 k 培养基和黄铁矿培养基 1 ％ 进行 富集培养。培养在2 0 0I I l l 三角瓶内进行，放入恒 温空气振荡器中进行。转速1 5 0r m i n ～，温度 2 0 ℃，p H 值按上述试验条件调节，接种量2 0 ％。 菌种驯化对上述分离富集获得的菌种用玉龙 铜矿粉进行适应性浸矿驯化。驯化条件温度 2 0 ℃，摇床转速1 5 0r m i n ～，接种量1 0 ％；培养 基为9 k 培养基；用浓度为1 0 啪l 的稀硫酸调节溶 液p H 值在1 ．7 0 一1 ．8 5 之间。 通过以上培养和驯化，获得适合玉龙硫化铜 矿微生物浸出的高效浸矿菌。培养时间1 2 0h ，活 菌浓度为1 2 1 0 8 个／r n l 。但高原细菌的培养速 度明显滞后于实验室的培养速度 实验室培养 7 2h ，电位可达到9 0 0m V 左右 ，培养5d 之后， 细菌生长良好，电位仍可达到8 5 0m V 以上。 1 ．3 试验方法 试验矿石粒度一2 5m m ，一5 0n 瑚。 矿石装填在浸出柱的多孔底板先垫上一层 耐酸滤布，然后在耐酸滤布上装填厚度约为5c m 、 粒度大于2m m 的块状试验矿样，接着尽可能大小 均一地装填试验矿样，最后在矿柱的顶部装填约 有2c m 厚度、粒度大于2m m 的块状试验矿样，使 浸液尽可能均匀地流经矿柱的每一部位，达到最 佳浸矿效果。在装柱的过程中，采用p H 1 ．8 的稀 硫酸对矿石表面进行湿润，然后尽可能均匀装柱。 矿石预浸矿石装填好后，即开始用p H 1 ．8 左右的稀硫酸溶液滴淋，中和矿石中的耗酸脉石， 直到p H 值基本稳定为止。浸出液p H 值随时用 2 0 ％的稀硫酸溶液调节，使P H 值稳定在2 ．0 左 右。布液休闲制度采用滴淋方式进行布液浸出， 布液强度为1 0 ～1 5L m 2 h ～，实行轮休浸出制 度。采用轮休制度，有利于浸矿剂渗入矿石内部， 与矿石进行充分反应。增加浸矿柱内矿石空隙含 氧量，提高细菌生长繁殖速度和铜的浸出速率。 万方数据 6 期 武彪等高海拔地区硫化铜矿生物浸出研究 8 9 l 2 结果与讨论 2 ．1 浸矿细菌活性的测定 主要考察了温度和p H 对浸矿细菌的影响，找 到细菌生长的边界条件，控制各影响因素的变化 范围，提高浸铜效率。 从图2 可知，培养基的初始P H 值对浸矿菌的 生长、繁殖有显著影响，过高或过低的P H 值都不 利于浸矿菌的生长、繁殖。初始p H 值为1 ．2 和2 ．5 时，细菌适应期长，停滞期明显增长，影响了细菌 的活性。p H 在1 ．7 ～2 ．o 范围内时，停滞期短，细 菌活性较高。根据热力学原理，温度越高，化学反 应速度越快，更有利于铜的浸出。但是在生物冶金 工艺中，起决定作用的因素是如何保持浸矿菌的 高度氧化活性HJ 。每种细菌都有各自最适应的生 长温度条件，温度的高低不仅影响细菌的生长，而 且影响细菌的氧化活性。因此创造合适的细菌生 长环境温度是提高生物浸铜速度的关键因素之 一【5 。J 。表2 为环境温度对浸矿菌生长和氧化活性 影响的试验结果，温度为5 和4 5 ℃时，细菌浓度 明显降低。不同温度下，细菌的活性和氧化能力差 薹 ．1 1 n 圮，d 图2 不同p H 下细菌培养过程中电位的变化曲线 F i g ．2R e d 嘁p o t e n d a l ∞矗m c t i o no ft i m e 砒d i 日f e r e n ti I l i t i a l p Hi nc u l t I l r i n gb a c t e r i u m 裹2 温度对浸矿细菌的影响 T a M e2E m c to ft 咖p e m t u 弛蛐b a c t e r 湖a d i 、，i t y 0 】甜砒i 饥r 蕊∥％2驾4 81 0 0l ∞1 0 04 6 Shu Rongbo;Chen Bowei;Wu Biao Wen Jiankang Bacterial community structure change during pyrite bioleaching processEffect of pH and aeration 2009 2.刘美林;阮仁满;温建康;王淀佐 细菌对铜矿生物浸出液粘度的影响研究[期刊论文]-稀有金属 200705 3.Leathy M J;Davidson M R;Schwarz M P A model for heap bioleaching of chalcocite with heat balanceBacterial temperature dependence 2005 4.温建康;阮仁满;陈景河;吴健辉 紫金山铜矿生物堆浸提铜酸铁平衡工艺研究[期刊论文]-稀有金属 200605 5.Boon M;Heijnen J J Gas-liquid mass transfer phenomena in bio-oxidation experiments of sulphide mineralsA critical review of literature data 1998 6.Nemati M;Webb C A kinetic model for biological oxidation 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