堆浸方法技术

本发明专利技术公开了控制堆浸工艺的方法，它通过控制堆积物的灌注速度作为堆积物的充气速度、在堆积物内至少一个预定点处的平流热效测定值、和在堆积物内至少一个预定点处的温度测定值中的至少一个的函数而实现。还公开了强制充气和公开了方法包括控制充气速度作为在堆积物内物质氧化速度测定值的函数的步骤。本发明专利技术还延伸到引入微生物到堆积物材料内的方法，增加堆积物材料的温度以供堆浸的方法，测定最佳堆积物结构以供矿石堆积物的生物辅助的堆浸工艺的方法，和使包埋在堆积物材料内的微生物的环境富含营养物以供生物辅助的堆浸的方法。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于从矿石中回收金属的生物辅助的堆积物氧化和浸提。
技术介绍
商业上仅仅在次级硫化铜矿石上进行生物辅助的堆浸以供回收基础金属。最近在澳大利亚的工作中注意到在半商业试验基础上引入堆浸以供从硫化镍矿石中回收镍(1)。难熔金矿石的生物辅助的堆积物氧化也用作预处理工艺以供从这种矿石中回收金。典型地，次级硫化铜堆积物在10℃-25℃范围内的温度下操作和依赖于次级硫化铜矿物的放热氧化来保持堆积物温度高于环境条件。相对低温限制可以实现的硫化物矿物氧化的速度。另外，在这些低温下不可能浸提黄铜矿矿石，因为黄铜矿通常被认为在这种温度下难熔，不能浸提。增加在已有和新的硫化物浸提操作中的操作温度将显著降低浸提时间；矿石和金属总量，最终的金属萃取，和能从黄铜矿矿石中浸提出铜。众所周知的是，可使用嗜热微生物，在较高温度(介于约60℃至90℃)下，满意地浸提矿物黄铜矿。已成功地在实验室中加工了(在搅拌罐生物浸提反应器中处理的)带有浮选精矿的黄铜矿和(在堆浸试验塔中处理的)带有黄铜矿的矿石。Mintek要求保护一种方法，其中可使用中等嗜热菌，在约45℃下，通过浆料的超微研磨和氧化还原控制的结合，来生物浸提黄铜矿精矿，如在WO01/31072A1中所述。使用试验塔，在模拟的堆浸中实现的从黄铜矿中提取金属取决于矿石的粒度，其中较细的尺寸通常增加可接近浸滤剂的矿物量。在黄铜矿矿石上使用生物辅助的堆浸的商业尝试失败了(从约1-10年的长时间段内铜的回收率典型地比50％少得多)，这主要是因为不能维持矿石温度在满意地浸提黄铜矿所要求的温度下。尽管技术上可通过粉碎、研磨、浮选精矿和通过湿法冶金工艺或熔炼加工精矿，从而加工黄铜矿矿石，但这些步骤全部相对昂贵，和堆浸将提供成本更有效的溶液。此外，许多主要的铜矿石等级太低，以致于使用常规方法不经济，但堆浸可使它们在经济上变得可行，从而开启许多铜沉积物的可处理。除了能处理黄铜矿矿石以外，在从硫化物矿石中堆浸基础金属中的较高温度将导致显著较高的浸提速度。浸提垫(pad)面积以及矿石和金属的总量将大大地下降，从而得到显著的经济益处。例如，矿井处理15Mtpa品级为含1％铜和总的铜回收率为80％(产生120ktpa铜)的矿石将典型地具有至少1.5百万m2浸提面积。这一面积的减半(通过降低浸提循环2倍)将在垫的制造成本方面节约US$1-3千万，以及通过操作资金的下降节约类似的数量。较高的温度同样可能增加从矿石中提取的金属的最终数量(与在较低温度下的操作相比)，和最终的金属提取可能通常是影响经济性能的最重要的因素之一。在前面的实例中，提取增加仅仅5％，会以10％打折的速度增加计划的NPV约US$6千万。另外，在较高温度下，黄铁矿将被氧化，和生成硫酸，从而减少加入到矿石内的新鲜硫酸用量。在该实例中，以1kg/t矿石的耗酸量下降，和酸的价格为US$50/t计，则每年将得到US$0.75百万的节约。黄铜矿矿石除了含有黄铜矿以外，可含有其它硫化物矿物，例如靛铜矿、辉铜矿、斑铜矿、硫砷铜矿和黄铁矿。这些硫化物矿物的氧化本质上是放热反应；平均来说，硫化物矿物具有约25000kJ/kg硫化物的热量值。这些氧化物的氧化速度决定了这一能量如何快速地释放。若我们认为堆积密度为1.7t/m3的1000m3矿石，则矿石质量为1700t。作为实例，考虑到矿石含有2％硫化物矿物形式的硫化物。若在183天的时间段内硫化物被充分氧化，则在4368小时的时间段内释放的能量为(1700t×1000kg×2％硫化物×25000kJ/kg＝850GJ或236MWH)。在该实例中，功率生成表示为～54W/m3和可以以电灯泡作为比喻，在每立方米的矿石堆积物内均匀分配～54W。此外，从环境温度(据说20℃)加热比热为～1000J/kg/℃的岩石到操作温度(据说60℃)所要求的能量(在堆积物内的任何湿气和空气此刻忽略不计)是1700t×1000kg×～1000J/kg/℃×(60℃-20℃)＝68GJ；这一能量远低于在氧化反应过程中释放的能量。因此，从表面上看，在氧化工艺过程中释放的能量大于足以加热堆积物的能量。事实上，在堆积物内当然存在的湿气以及任何空气，也会被加热，但与矿石的需求量相比，这一需求量相当小。然而，在这一简单方法内存在数个问题。要考虑到各种热损失。在基础金属，例如铜的情况下，生物辅助的堆浸要求除去溶解的铜，和典型地用在溶液中含至少一些铁的酸性浸滤剂(通常溶剂提取残余液)灌注矿石堆积物。进入的灌注溶液总是冷于满意地操作堆积物的温度，和当它向下流过堆积物时，吸收(在放热氧化反应中释放的)能量，从而当它这样时导致温度升高。生物辅助的堆浸还要求空气吹过堆积物，以提供氧气供氧化反应。在典型的Chilean条件下，例如环境空气是冷的和含有小量的湿气。当空气进入堆积物时，它遇到热溶液和使该溶液冷却下来，从而将能量转移到气相上，当它逆流流过溶液继续上升时，气相变得更温热和变得更潮湿，直到它遇到在堆积物顶部的较冷区域，在此它冷却下来和水从空气中冷凝。另外，堆积物表面存在一些加热(在白天期间)和冷却(在夜晚期间)，以及由于表面蒸发和辐射释放导致的冷却。与此同时，在硫化物内的硫化物生成反应热；一种仍将在整个堆积物的深度上达到动态操作温度曲线的复杂体系。同样在堆积物的侧面和底部存在非常微量的损失。可通过用绝缘层部分覆盖堆积物来减少表面热量损失(以及水蒸发)。最近在工业操作中已使用塑料片材。通过使空气吹过堆积物下方的多孔管道网络，在商业操作上提供空气。然而，空气具有另一重要的作用，尤其重要的是提供氧气，供堆积物内热量上下移动的氧化反应。Dixon给出了堆积物体系内总的能量平衡的良好估算(2)。尤其值得注意的是，在Dixon的发现中，相对于溶液灌注质量流Gl，充气质量流Ga的重要性(二者均以单位kg/m2/h表达)。在Dixon考虑的体系中，存在产生最高堆积物平均温度的充气速度与灌注速度之比，也就是说Ga/Gl，Dixon发现在0.5的Ga/Gl比下它为～38℃。低于这一比值，平均堆积物温度会下降。Dixon证明存在相当于0.35的Ga/Gl比的临界吹气速度，供热量开始朝堆积物顶部移动。Dixon通过“结合的平流热效(advection)系数”解释净的热移动效果。净或结合的平流热效系数是溶液和气相上下传输经过堆积物导致能量在堆积物中上下传递的量度。溶液向下移动热量和湿热空气向上移动热量。Dixon没有建议控制堆积物的方法。然而，他得出结论，可通过下述方式实现堆积物内的升温●选择比目前的做法要低的溶液灌注速度值○较高的灌注速度导致将热量洗涤出PLS，这有损于堆积物的温度。●选择比目前的做法要高的充气速度值○在典型的工业操作中的充气速度不足以使热量向上移动；因此当灌注溶液流出堆积物时，热量损失给了它。增加充气速度可推动热量向上移动到堆积物内，这显著增加平均堆积物温度。增加充气速度是Dixon的主要建议之一。●给堆积物表面施加蒸发屏蔽○蒸发屏蔽会降低有效的表面传热系数和导致的热损失，从而增加平均堆积物温度。最近的工业做法已看到用塑料片材覆盖堆积物。●加热灌注溶液○由于白天/黑夜循环和在堆积物顶部的蒸发冷却，Dixon发现在最好的情况下(它次优地与操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制堆浸工艺的方法，它通过控制堆积物的灌注速度作为堆积物的充气速度、在堆积物内至少一个预定点处的平流热效测定值、和在堆积物内至少一个预定点处的温度测定值中的至少一个的函数而实现。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克肯尼斯克伦得威尔，艾伦埃里克诺顿，
申请(专利权)人：弗兰克肯尼斯克伦得威尔，艾伦埃里克诺顿，
类型：发明
国别省市：ZA[南非]