處理硫化物礦物的方法

專利名稱：處理硫化物礦物的方法
處理硫化物礦物的方法
背景技術：
本發明涉及處理硫化物礦物或混合硫化物和氧化物礦物以便回收金屬內含物的方法。在下文中特別參考銅的回收來描述本發明。這僅是對于本發明原理的示例而不是限制，本發明可用于回收其它賤金屬，諸如從例如硫鎳鐵礦和針硫鎳礦的硫化鎳礦物中回收鎳和從硫化鋅礦物中回收鋅。US 2008/0026450描述了從含有黃銅礦的硫化銅礦石中回收銅的方法，其中浸提在浸提溶液中利用耐氯離子硫氧化細菌進行，所述浸提溶液的氯離子濃度為6g/l-18g/l 且 pH 為 1. 6-2. 5。據建議，用此方法，銅浸提速率通過調整浸提溶液的氯離子濃度提高。此外，隨著硫轉化為硫酸，可防止浸提速率顯著降低，否則這會由硫化銅礦石的硫涂覆表面而引起。US2007/0202584中公開了類似于上述方法的方法，但其局限于使用特定微生物。上述專利申請中沒有記載且在現有技術中基本忽視的方面在于Cu2形式的游離銅的存在對生物浸提處理中使用的微生物通常具有毒性。銅對生物浸提相關生物體的毒性作用在氯離子存在下特別嚴重。這降低了金屬回收效率。AU 2002254782描述了在含氯化物含量超過5000ppm的溶液中且在超過10°C的溫度下使用至少一種選自在保藏號DSM14175和DSM14174下保藏的那些細菌的細菌生物浸提硫化物礦物的方法。不管該公開，細菌對鹽的有限耐受性意味著在許多情況下在生物浸提礦物處理操作中仍然需要大量新鮮水。并且，在例如至高45°C的比較低的溫度下，黃銅礦的浸提效率通常較低。本發明涉及展示出提高的效率且可在高氯離子含量條件下實施的生物浸提方法。發明概述一方面，本發明基于使用鐵氧化和硫氧化嗜鹽或耐鹽微生物的聚生體的意外發現，這被認為是改善生物浸提處理的地方自治主義關系(communalistic relationship) 0 出于當前還不完全理解的原因，看來似乎是聚生體中的微生物參與一種共生關系，其中一種微生物獲得一些益處而其它一種或多種微生物視情況而基本未受影響。在實踐中，這轉化為在規定的特定條件下改善的生物浸提效率。具體地說，本發明提供一種處理硫化物礦物或混合硫化物和氧化物礦物的方法， 其包括在氯離子溶液中用混合培養物聚生體生物浸提所述礦物的步驟且其特征在于a)氯離子含量在1500ppm-30000ppm范圍內；b)所述溶液含有以下元素中的至少一種鋁、鎂和鈉；c)所述溶液的溫度超過10°C ；d)所述溶液的pH在1-3范圍內；且e)所述混合培養物聚生體至少含有嗜鐵鉤端螺菌(I^ptospirillumferriphilum) 菌株和嗜鹽或耐鹽的硫氧化微生物。所述氯離子含量可處于5000ppm-30000ppm范圍內。
當所述方法用于堆攤浸提處理時，堆攤中溶液的溫度可處于10°C -60°C或甚至更高的范圍內。所述溫度通常在25°C -45°C范圍內。所述聚生體可以任何適當方式接種到堆攤中。在本發明的一種形式中，所述聚生體利用灌溉加入。至少一種聚生體內包括的微生物可在一個或多個堆積反應器(build-up reactor)中培養。例如可使用多個反應器，其各自用于在特定范圍內具有活性的相應微生物的接種體堆積。可以批量(不連續)或連續地進行接種。當連續進行接種時，來源于聚生體的接種體可具有IO6個細胞/毫升-101°個細胞 /毫升的細胞濃度。所述細胞濃度通常為IO7個細胞/毫升-IO9個細胞/毫升。所述堆積反應器可在靠近堆攤的位置操作。可將空氣噴射到各反應器中且所述空氣可補充有二氧化碳。二氧化碳補充量可在0. 1% -5% ν/ν范圍內。可進行接種以將堆攤中的細胞計數值保持為IO6-IO11個細胞/噸礦石。在本發明的一個變體中，代替直接從反應器進入堆攤，將來自各反應器的接種體導入充氣且其中儲存并保持接種體的池中。隨后根據需要將來自所述池的接種體加到堆攤中。在本發明的第二變體中，根據需要將例如來自一個或多個堆積反應器的接種體與酸一起加到碎礦石中，且根據需要將接種的礦石加到堆攤中。在本發明的另一形式中，與主堆攤相比比較小的堆攤在閉路構造中操作。來自一個或多個堆積反應器或來自所提到的接種體池的接種體用以灌溉小堆攤。使從小堆攤排出的浸提溶液再循環到小堆攤中，因此其充當接種體產生器。將來自活性微生物已附著到其本身上的小堆攤的礦石加到主堆攤中以將活性微生物引入主堆攤中。在本發明的一個變體中，將中間浸提溶液(即從堆攤中提取且未進行金屬回收處理的溶液)和使從堆攤中排出的富集浸提溶液經過金屬回收處理而產生的提余液再循環到堆攤中，從而增加堆攤中活性細胞的計數。中間溶液的細胞計數可為IO4個細胞/毫升-IO8個細胞/毫升。提余液可具有類似細胞計數。根據需要可將酸加入提余液中。可用補充有例如0. 03-2. 0C02v/v、優選約0. lC02v/v的二氧化碳的空氣噴射堆攤。本發明本身適用于從含有金屬的硫化物或混合硫化物和氧化物礦石中回收諸如銅、鎳或鋅的賤金屬。在特別是銅的情況下，已經觀察到某些微生物對溶液中甚至相對低含量的游離銅僅具有有限耐受性。因此，隨著銅通過微生物學行為浸提到溶液中，浸提處理變得受自身限制。在上述條件下，優選本發明的特征還在于所述微生物對銅的耐受性超過0. 5g/l。 銅耐受性的上限為至少6g/l，但優選微生物耐受濃度至高20g/l的銅。本發明的方法還可用于槽浸提處理。在這種情況下，根據聚生體中的微生物，生物浸提可在25°C -55°C的溫度下、通常在30°C -45°C的溫度下進行。所述槽可包括攪拌器。所述聚生體可直接接種到槽中或可加到氯化物溶液中。可將氯化物溶液加到礦物精礦中或與礦物精礦混合，隨后將礦物精礦供應到槽中。至少一種包括在混合培養物聚生體中的微生物經調適以用以增加聚生體對氯化物或銅的耐受性的目的。混合培養物聚生體可至少包括以下微生物氯化物耐受或嗜鹽硫氧化細菌(例如嗜酸硫桿菌(Acidithiobacillus)或硫桿菌屬(Thiobacillussp.))和嗜鐵鉤端螺菌 (Leptospirillum ferriphilum)Sp-Cl。申請人:已經確定嗜酸或耐氯化物的菌株Sp-Cl適于在高可溶性氯化物和金屬環境中生物浸提硫化物礦物。生物體從智利的安托法加斯大(Antofagasta)區中的 Minera Spence S. A.礦的富集浸提溶液中分離。生物體嗜鐵鉤端螺菌(leptospirillum ferriphilum)菌株 Sp-Cl 在 2009 年 3 月 2 日作為純培養物在 Deutsche Sammlung von Mikroorganismen undZellkulturen GmbH(DSMZ)在保藏號 DSM 22399 下保藏。菌株 Sp-Cl 為在作為唯一能源的亞鐵中在不存在還原硫化合物的情況下在高可溶性氯化物和金屬濃度下具有生長能力的化能自養鐵氧化菌。菌株Sp-Cl在純培養物中或在具有嗜酸抗氯化物或嗜鹽硫氧化細菌的混合培養物中氧化鐵。Kinnunen 和 Puhakka[2004]評估了 被稱為嗜鐵鉤端螺菌(leptospirillum ferriphilum)為主混合培養物的氯化物耐受性。作者報道，與在不存在氯離子的情況下得到的鐵氧化速率相比，鐵氧化速率在[Cl_]為10g/l下顯著降低，且在[Cl_]為20g/l下完全抑制。然而，文章沒有提供支持嗜鐵鉤端螺菌(leptospirillum ferriphilum)物類主導混合培養物或指出嗜鐵鉤端螺菌(leptospirillum ferriphilum)菌株是否實際上負責催化在氯離子存在下記錄的鐵氧化結果的證據。此外，沒有提到在氯化物和可溶性銅存在下的鐵氧化速率，也沒有提到微生物抑制。申請人:知道的迄今描述的唯一自養、嗜酸、氯化物耐受性、鐵氧化菌株屬于 Thiobacillus 屬，具體屬于"prosperus，，—Thiobacillusprosperus 物禾中群[Huber 和Metter，1989]。這些生物體對于氯化物具有內在需求以便其最佳生長(嗜鹽)。 Thiobacillus prosperus群(模式株、菌株V6和作為混合培養物存在的其它菌株)[Huber 和 Metter，1989 ；Simmons 和 Norris，2004 ；Norris 2007 ；Davis-Belmar 等，2008]為能夠在至高觀8/1的[Cl—]下在亞鐵(連四硫酸鹽)上以及作為與硫氧化嗜酸硫桿菌的混合培養物在至高36g/l的[Cl—]下在黃鐵礦存在下生長的嗜酸、鐵氧化和硫氧化耐鹽細菌 [Simmons和Norris，2004]。為了在作為唯一能源的亞鐵上良好生長，這些生物體需要補充還原的硫化合物，具體地講僅對四硫酸鹽測試[Davis-Belmar等，2008 ；Simmons和Norris， 2002]。沒有報道這些生物體對適用于生物浸提的金屬(具體地講，對高于lg/Γ1的銅濃度)或其它雜質(例如鋁)的耐受水平和高抵抗性[Davis-Belmar等，2008]。屬于硫桿菌屬(Thiobacillus)/鹽硫桿菌屬(Halothiobacillus)、 Thioalkalimicrobium 和硫微螺菌(Thiomicrospira)屬的細菌[Kelly&ffood, 2000 ； Sorokin等，2001]與ThicAacillus prosperus群在種系發生學上最緊密相關且與嗜酸硫桿菌(Acidithiobacillus)物類(需要從硫桿菌(Thiobacillus)屬中重新分類)無關。與類ThicAacillus prosperus菌株形成對比，這些化能無機營養生物體在鹽堿性條件下氧化無機硫化合物且因此可在酸性條件下茁壯生長，而不利用作為唯一能源的亞鐵。附圖簡述通過例舉方式參考附圖來進一步描述本發明，其中


圖1提供部分16S rDNA序列和基于鄰接法和進化距離的算法的種系發生分析，表示為每個堿基對的核苷酸替代(側線條狀圖))；圖2為根據本發明的原理進行的堆攤浸提生物處理、其可能的變體的框圖；圖3為根據本發明的原理進行的槽生物浸提處理的示意圖；圖4為表明氧化的鐵(Fe3+)百分數和溶液電勢(毫伏，相對于Ag/AgCl/3M KCl參比池，25°C )的關系的能斯特方程的圖解說明；圖5的三幅圖代表用于用作本發明方法中的接種體的混合聚生體的生長的連續銅精礦進料生物反應器體系(進料槽、第一和第二生物反應器)的操作參數和物理/化學條件；圖6說明對在圖5的生物反應器體系中生長的聚生體進行的實時PCR分析的結果；圖7表明在含有3g/l亞鐵的培養基中在0_12g/l的氯化物濃度范圍生物浸提嗜溫培養物的鐵氧化能力。圖8顯示在含有3g/l亞鐵的培養基中在0_12g/l的氯化物濃度范圍嗜鐵鉤端螺菌(I^ptospirillum ferriphilum)菌株 Sp-Cl 的鐵氧化能力；圖9提供在含有3g/l亞鐵的培養基中在0_30g/l的氯離子濃度范圍在硫氧化細菌株存在下嗜鐵鉤端螺菌(Leptospirillum ferriphilum)菌株Sp-Cl的鐵氧化能力；圖10說明在培養約11天之后在表9所示的21g/l CF條件下進行的實時PCR分析的結果；和圖11表明在5g/l Cu2+、12g/l CF1和3g/l Fe2+存在下作為混合培養物的嗜鐵鉤端螺菌(leptospirillum ferriphilum)菌株Sp-Cl的鐵氧化能力。優選實施方案的描述基于16S rDNA種系發生(圖1)，Sp-Cl菌株屬于鉤端螺旋菌(leptospirillum) 屬嗜鐵(ferriphilum)種(leptospirillum group II)。16SrDNA 序列 3 在沒有已知培養的樣品的鉤端螺旋菌(L印tospirillum) group II的不同子群內簇集。分離的Sp-Cl 菌株(稱為嗜鐵鉤端螺菌(leptospirillum ferriphilum) Sp-Cl) 作為純培養物在 2009 年 3 月 2 日在 Deutsche Sammlung vonMikroorganismen und Zellkulturen GmbH(DSMZ)在保藏號 DSM22399 下保藏。圖2說明用所提到的聚生體實施的堆攤浸提處理。堆攤30使用傳統技術在襯墊 32和34上由附聚礦石構造。空氣36通過風扇38噴射到在堆攤的下部區域中的支管40 中。將來自來源42的二氧化碳以通常0. 1% C02v/v的受控速率加到空氣流中。在襯墊32中收集的中間堆攤溶液44任選地再循環到位于堆攤上方的灌溉體系46 中。在襯墊34中收集的富集浸提溶液48經歷溶液提取/電解沉積處理50以在陰極52上回收富集浸提溶液的銅內含物。表1列出作為實例的來自堆攤生物浸提處理的含有氯離子的富集浸提溶液中的一些化學物種，浸提管路中的主要陽離子為鋁、鎂、鈉、鐵和銅。表 1對來自堆攤生物浸提處理的浸提溶液的ICP分析
權利要求
1.一種處理硫化物礦物或混合硫化物和氧化物礦物的方法，其包括在氯離子溶液中用混合培養物聚生體生物浸提所述礦物的步驟且其特征在于a)氯離子含量在1500ppm-30000ppm范圍內；b)所述溶液含有以下元素中的至少一種鋁、鎂和鈉；c)所述溶液的溫度超過10°C；d)所述溶液的pH在1-3范圍內；且e)所述混合培養物聚生體至少含有嗜鐵鉤端螺菌(L印tospirilumferriphiIum)菌株和嗜鹽或耐鹽的硫氧化微生物。
2.權利要求1的方法，其中所述氯離子含量高于5000ppm且所述溫度為25°C_45°C。
3.權利要求1的方法，其中至少一種所述聚生體中的微生物在至少一個堆積反應器中培養。
4.權利要求1的方法，其中所述礦物用所述聚生體的接種體接種，所述接種體的細胞濃度為IO7個細胞/毫升-IO9個細胞/毫升以保持所述礦物中的細胞計數為IO6-IO11個細胞/噸礦石。
5.權利要求3的方法，其中將來自所述反應器的接種體導入經充氣且儲存并保持有所述接種體的池中且將來自所述池的接種體加到所述礦物中。
6.權利要求3的方法，其中將來自所述反應器的接種體與酸一起加到碎礦石中且將接種的礦石加到所述礦物中。
7.權利要求1的方法，其中所述聚生體在接種體產生器中產生且將已附著所述聚生體的微生物的礦石加到所述礦物中。
8.權利要求1的方法，其中從所述礦物中提取且未進行金屬回收處理的中間浸提溶液和使從所述礦物中排出的富集浸提溶液經過金屬回收處理而產生的提余液再循環到所述礦物中，從而增加所述礦物中活性細胞的計數。
9.權利要求1的方法，其用于從所述礦物中回收銅，其中所述聚生體中的微生物對銅的耐受性超過0. 5g/l。
10.權利要求1的方法，其中包括在混合培養物聚生體中的微生物中的至少一種經調適以增加所述聚生體對氯化物或銅的耐受性。
11.權利要求1的方法，其中所述混合培養物聚生體至少包括以下微生物耐受氯化物或嗜鹽硫氧化細菌和嗜鐵鉤端螺菌(L印tospirillum ferriphilum)菌株Sp_Cl。
12.權利要求1的方法，其中所述嗜鐵鉤端螺菌(L印tospirillumferriphiIum)菌株為在DSMZ在保藏號DSM 22399下保藏的菌株Sp-Cl。
13.分離的微生物嗜鐵鉤端螺菌(Leptospirillumferriphilum)菌株Sp-Cl，其在 DSMZ在保藏號DSM22399下保藏。
全文摘要
銅生物浸提方法，其利用含有嗜鐵鉤端螺菌(Leptospirillumferriphilum)和嗜鹽或耐鹽的硫氧化微生物的聚生體。
文檔編號C22B3/18GK102165079SQ200980134975
公開日2011年8月24日 申請日期2009年6月25日 優先權日2008年6月29日
發明者C·S·德默加索, C·S·戴維斯-貝爾馬爾, G·F·勞滕巴赫 申請人:Bhp比爾頓有限公司