难处理金矿的微生物氧化预处理

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1、难处理金矿的微生物氧化预处理,1. 难处理金矿微生物氧化预处理的优越性,1）基建投资少； 2）操作成本较低； 3）对环境的污染比焙烧法少而且易于控制，因而一般被认为是一种绿色冶金技术； 4）由于第3条，项目在立项时比较容易获得批准，加之基建周期短，因而使矿山开发的前期工作时间缩短；,5）在实现氧化预处理的同时能把原料中的铜、镍、钴、锌等金属浸除，这些金属在氰化浸出时消耗昂贵的试剂并使氰化浸出液成分复杂化，影响产品金的纯度。基于此，细菌氧化特别适合于处理含金黄铜矿； 6）所使用的设备与控制系统不复杂，适合于缺乏高水平维修力量的落后地区； 7）细菌氧化技术具有一定的柔性，可适用于不同工艺矿物学特征

2、与氧化率的含金硫化矿； 8）能接受品位较低的金精矿，因而可降低对选矿作业精矿品位的要求，从而可提高金的选矿回收率，全流程金总回收率也得以提高。,2. 工程化进展,从20世纪80年代具有代表意义的BIOX工艺开发成功以来，难处理金矿的生物氧化在产业化方面取得了很大的进展并形成了 BIOX BacTech Newmont Geobiotics 四大工艺 。下表中列出了已产业化的工厂。,3. BIOX工艺,BIOX工艺的特点是用中温细菌在充气的搅拌槽内处理细磨矿。这一工艺是英国比利顿（Billiton）的GENCOR S. A.有限公司于20世纪70年代开始开发的 。 BIOX工艺的典型的设备流程

3、如图1所示,图1 BIOX工艺典型流程图,4. 产业化实例,（1） Sao Bento BIOX工厂 （2） Habour Lights BIOX工厂 （3） Wiluna BIOX工厂 （4） Ashanti的Sansu BIOX厂 （5） 烟台黄金冶炼厂,4.1 烟台黄金冶炼厂,烟台黄金冶炼厂的工艺是由山东黄金集团烟台设计研究工程有限公司与烟台黄金冶炼厂合作开发的，并不是引进的BIOX技术，但其特点与BIOX基本相符，故将其列入BIOX技术加以介绍。 该厂设计能力为80t/d精矿，原料来自全国各地，采用混合菌，操作温度为40。其细菌氧化作业在9个7.58m的槽中连续进行。9个槽中5个并联组

4、成氧化的第一段，其余4槽串联组成第二段。停留时间共6天，后续金的氰化浸出率达96%。该厂设备为国内生产制作，氧化槽用钢板焊制并衬以玻璃钢，冷却管道用不锈钢制作。该厂共投资2000万元（不包括氰化浸出及其后部分）。氧化反应槽搅拌机功率为17.5kW。加工成本为320元/吨精矿（不包括氰化部分）。,4.2 几个厂的主要指标,5. BIOX操作要领,（1）温度 BIOX法采用的细菌为经驯化后的中温细菌氧化铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌和氧化铁微螺菌组成的混合菌。试验表明，对于这些细菌最适宜的温度为40，温度达到50时，细菌不会被杀死，但其活性严重下降，完全氧化Fe2+为Fe3+所需时间从40时的1天延长到5

5、0时的3个星期或更长时间。在生产实践中槽内温度到45也是可能的。图8-7表明，对比最佳温度40，45下的氧化速率在整个浸出过程中无明显的差别。,图8-7 温度对硫化矿氧化的影响 Faiview 45； Faiview 40； 澳大利亚精矿40； 澳大利亚精矿45,停留时间（天）,硫化矿氧化率（%）,硫化矿氧化是放热反应（各种矿物的反应热列入表3），为维持合适的温度，必需有冷却措施，通常是在反应器内安装冷却管道，用水循环冷却，从冷却管道中流出的热水经冷却塔冷却后返回使用。图8-7表明的情况为温度控制保留了一定的波动余地，对生产是有利的。,（2）pH控制 一般矿浆pH应保持在1.52.0。在浸出过

6、程中有耗酸的反应： 磁黄铁矿的氧化 碳酸盐的酸溶 产酸反应有： 黄铁矿的氧化 砷酸盐沉淀 铁矾沉淀,M为K+、Na+、NH4+、H3O+ 。上述各种反应所耗酸量列入表3。根据原料成分，在反应的不同阶段这种或那种反应占主要地位，因此矿浆pH也会出现相应的变化，需要加H2SO4或石灰调整pH至合适范围。石灰消耗是操作成本的主要组成部分。,（3）供氧 细菌氧化无论对其机理作何认识，氧是最终的电子受体，所需的氧由外部供给。处理精矿时，由外部向矿浆内鼓入空气并靠机械搅拌使鼓入的空气尽可能分散到整个矿浆中，供氧是氧化作业的重要一环，供氧所需能耗（包括鼓风，空气输送与弥散）是氧化作业费中最重要的组成部分，占

7、氧化过程总动力的3040%。,空气供应量可通过下面的公式计算 式中： 每小时需供空气量，Nm3/h； 原料时处理量，kg/h； 空气利用率，%，可取3.0%； 原料中某种需氧化矿物（黄铁矿，砷黄铁矿，磁黄铁矿）的含量，%； 某种矿物中硫的含量，%； 工艺要求某种硫化矿需要达到的氧化率，%； 某种硫化矿氧化耗氧量，kgO2/kg硫，在表3中查找。,一般由前期的实验研究确定。作为简化计算可按 式中： 原料中的硫含量，%； 工艺需要达到的硫氧化率，%。 设计上有一种趋势，即降低反应器的高径比，可减少空气压缩机所需压力，甚至有可能用风机代替空压机，这样可减少供气所需动力。空气的供应应能保持溶液中溶解氧

8、的浓度不低于1.510-4%。,矿浆的机械搅拌有两方面的作用，一是使矿粒处于悬浮状态，一是使鼓入的空气高度弥散分散于全体矿浆中。搅拌桨的结构至关重要，径向流叶轮如Rushton涡轮机是用于高速气体弥散的传统装置。近几年开发出的轴向流可变叶轮如LIGHTNIN A 315叶轮，效率更高，在等量的氧气传输速率时，耗电较少，单位电耗时产生的液流比径向流叶轮高很多，从而使固体颗粒在较低的能耗与较小的剪切速率下保持悬浮状态。,（4）矿浆浓度 E. Ilgar等研究用氧化铁硫杆菌浸出锂辉石时发现，浸出速率与矿浆浓度之间遵守Monod方程： 1/=k/(mcs)+1/m 式中 初始浸出速率，gL-1s-1

9、或kgm-3s-1； m所能达到的最大初始速率，gL-1s-1 或kgm-3s-1； cs矿浆中固体物浓度，%； k比例常数。,以1/对1/cs作图为一直线 。,浸出速率与矿浆浓度关系图 由图的截距可求出m=3.0110-7 kgm-3s-1，由斜率与m可求出k=12.47%。,由以上方程与图看出，浸出速率随矿浆浓度增大而增大，并最终有一个理论上可能达到的最大速率。这最大速率是矿浆浓度的倒数为0时的速率，即矿浆浓度为时。事实上这一最大速率往往在矿浆浓度为15%20%时即出现。图6-13示出了硫化锌矿和砷黄铁矿细菌浸出时的典型结果。矿浆浓度为15%时，氧化速率达到最大值；到15%20%，变化不大

10、；超过20%，氧化速率下降。难处理金矿生物预氧化大规模工业试验表明，黄铁矿和砷黄铁矿含硫量分别为20%和28%时，矿浆浓度为18%20%，氧化速率达到最大值。精矿含硫量为6.2%及含硫很低的等外矿，当矿浆浓度分别为43%和55%时，尚能达到中等的浸出速率。在一般槽浸作业中，采用的矿浆浓度为18%20%。, 硫化锌矿； 砷黄铁矿,制约矿浆浓度的因素有：1）氧气传输的限制；2）随矿浆浓度升高，矿粒互相摩擦的机会增多，细菌生存条件恶化。所以有一些互相独立的研究表明，提高矿浆浓度对浸出速率产生不利的影响。,（5）矿物粒度 通常BIOX工艺控制粒度在80%通过75m筛，95%通过150 m筛。减小粒度无

11、疑会提高氧化速率，但会增加作业成本（增大磨矿能耗与磨机衬板和钢球的消耗），同时也会增加底流粘度，浓密与过滤会出现很多问题。,（6）营养物 在浸出前应先调浆，用添加了营养物的水溶液与精矿按所需矿浆浓度在专门的调浆槽内调制矿浆。营养物一般是细菌生长需要的含钾、氯、磷的无机盐。1987年Fairview工厂营养物添加量是：每吨精矿加入NH+ 9.62kg，K+ 13.05kg，PO43- 1.5kg。两年后降低为NH+ 8.40kg，K+ 1.42kg，PO43- 1.56kg。所需添加营养物的量由所处理的原料成分决定。通常原料中含有K+，这样添加的K+|可省去或减少。,（7）有毒物质的监控 1）氯

12、离子 对不同氯离子浓度溶液中细菌对二价铁离子氧化速率的测定表明，当Cl-浓度05g/L时未发现对氧化有抑制，当Cl-浓度达到7g/L时，二价铁离子氧化速率明显降低，24小时氧化率仅为55%，而对比试验（溶液含Cl- 0.1g/L）为80%，Cl-浓度大于19g/L时，二价铁离子氧化完全被抑制。BIOX工艺所采用的细菌在Cl-浓度为5g/L时保持较高的氧化速率。溶液中Cl-高将会导致黄钾铁矾沉淀的生成，阻碍矿粒的进一步氧化以及后续氰化。澳大利亚一种精矿的试验表明，硫化矿的氧化与金的氰化浸出最好的结果是在Cl-浓度1.31.5g/L取得的。高的Cl-浓度也会对钢质设备造成严重的腐蚀。,2）溶解态砷

13、 BIOX工艺所使用的细菌对As5+的耐受力为1520g/L，一般运作过程中As5+浓度可维持在此限度以下。Fairview精矿氧化实践中As5+浓度为12g/L。这些细菌对As3+的耐受力低，当As3+浓度达到6g/L以上时细菌的生长会受到抑制。当原料中砷含量较高同时磁黄铁矿含量不高，载金矿主要是黄铁矿（类似Fairview）时，氧化必须在较高的介质电位下进行，这样As3+易被氧化成As5+，溶液中As3+保持在510-2%。反之，若原料中磁黄铁矿含量高（如Sao Bento精矿），磁黄铁矿易溶于酸，大量Fe2+进入溶液，溶液电位低，As3+不易氧化为As5+，溶液中As3+浓度可达到36g

14、/L，此时应采取措施降低As3+浓度，例如可加入某些强氧化剂（如双氧水）。,（8）氧化率 氧化率越高，后续金氰化浸出率越高，当然氰化作业的成本也就越高。不宜片面追求高的氧化率，而是应使后续氰化浸出金的浸出率达到高水平（96%左右）。氧化率与后续金氰化浸出率之间的关系依原料性质不同而各显出不同的特点。图8-8与图8-9是两种不同的原料金氰化浸出率与硫化矿氧化率的关系。,图8-8 Fairview精矿氧化率与后续金氰化浸出率的关系 砷黄铁矿氧化； 黄铁矿氧化； 总硫氧化； 金氰化；,图8-9 澳大利亚金精矿氧化率与后续氰化浸出率的关系,（9）进料速度 在工艺条件确定后，氧化率取决于矿粒在反应器内停

15、留的时间。停留时间的长短取决于设备（反应器）的容积与其联接方式。在确定的工艺条件、反应器容积与联接方式下，停留时间取决于进料速度。图8-10所示的操作曲线对氧化操作的管理是有意义的，该操作曲线是Fairview生物氧化厂的，所处理的精矿含硫24%。图上两条从坐标原点开始的直线分别代表氧化率为60%与85%时日氧化硫的量与进料速度的关系。,图8-10 浮选精矿细菌氧化操作曲线（Fairview厂） 硫化矿氧化量； 60%氧化率； 85%氧化率； 金浸出率,6. BacTech工艺,BacTech工艺的特点是用中等耐温菌，其最佳生长温度为4555，槽浸处理难处理金矿的浮选精矿，为BacTech公司

16、率先开发并已用于澳大利亚西部的Youanmi矿，这一工艺正在推广于处理一些基础金属的硫化矿精矿，诸如黄铜矿，多金属镍、钴硫化矿等。 Youanmi矿的浮选精矿含金平均为5060g/t，S 2030%。直接氰化，金的浸出率仅达50%，其余的金包裹在砷黄铁矿中。由于砷黄铁矿比黄铁矿易于氧化故而优先被氧化，因此，硫化物的氧化率只需达到30%，大部分难浸金均可解离出，这种硫氧化率与后续金浸出率的关系十分有利。 Youanmi矿精矿产量为120t/d，以此规模进行细菌氧化预处理，其成本为U.S. $30/t精矿。这相当于每天花销100g黄金的价值去氧化11t硫并解离出3500g黄金。其他原料则未必能如此，特别是一些原料，欲达到高的金浸出率必须有高的氧化率，不得不延长预处理时间，必然增大基建投资与运作成本，这在金价低迷时未必可行。,7. Newmont工艺,