CN101899570B - 采用转鼓式反应器生物浸出含砷金矿的预氧化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用转鼓式反应器生物浸出含砷金矿的预氧化处理方法，该方法包括以下步骤：1)将含砷金精矿漂洗；2)将漂洗后的含砷金精矿进行滤水烘干、研磨活化、酸预浸；3)将嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸氧化硫硫杆菌的诱变菌，进行驯化培养，放大培养得到诱变混合菌；4)将诱变混合菌接种到转鼓式反应器中进行高浓度含砷金矿的生物浸出；5)将含砷金矿浸渣进行氰化提金。所述的转鼓式反应器包括一气体分布器，包括：进气管、分支导气管、气体分布管和出气管，由气体分布器实现气体预分散与气液充分接触混合，促进气液传质和溶氧供应充分。本发明将从根本上解决在高矿浆浓度下高传质速率与低剪切的矛盾，实现含砷金矿的高效生物预氧化。

Description

采用转鼓式反应器生物浸出含砷金矿的预氧化处理方法

技术领域

本发明涉及含砷金矿石的生物氧化处理方法，具体地，本发明涉及一种采用转鼓式反应器生物浸出高浓度含砷金矿的预氧化处理方法，使用诱变混合菌在转鼓式反应器浸出含砷金矿的预氧化处理方法。

背景技术

含砷金矿石是一种典型的难处理金矿，采用传统氰化法直接处理，金的浸出率很低，其处理工艺与常规金矿不同，需要在进行氰化之前增加一个预处理工序，其目的是将载金矿物如黄铁矿、砷黄铁矿和其他金属硫化物氧化分解，并将被氧化的硫、砷等与矿石分离，使金从硫化物包裹体中暴露出来，同时去除有碍氰化的元素，使常规氰化法浸金能获得相当理想的指标。

目前含砷金矿石的预处理工艺主要有焙烧、热压与生物氧化等，其中焙烧和热压氧化技术比较成熟，但存在金回收率低、环境污染严重等问题。微生物氧化法预处理难浸金矿，是利用细菌氧化包裹金的矿物使金暴露至易于氰化。其主要优点一是对环境无污染，既无焙烧法的烟气治理要求，又无加压氧化的高压潜在危险；二是流程简单、投资少、成本低、能耗少，对操作水平要求低；三是小规模处理高品位金矿石生产经营更合理，与此法相比，加压氧化对大规模处理厂(1200t/d以上)经济上更合算。

微生物氧化法用于预处理难浸金矿，是生物工程技术在矿业开发应用上的重大突破，从20世纪70年代开发应用至今，该方法正逐步走向成熟。国内早在20世纪末期于西安建成一座10t/d试验厂后，又于2000年12月在烟台冶炼厂建成国内第一家拥有自主知识产权的50t/d规模的提金示范厂；山东莱州冶炼厂与澳大利亚和南非合作，全套引进国外技术和设备，建设了200t/d生产车间；辽宁凤城利用长春黄金研究院技术筹建了100t/d提金厂。由于此法投资少，生产成本低，无环境污染等优点，已成为世界范围内引人注目的研究领域，正日益为人们所接受，并成功应用于工业生产，在难处理金矿石的预处理中起着越来越重要的作用，目前已成为国内外难处理金矿石选冶的重要手段之一。

生物氧化处理难浸金矿主要采用槽浸工艺。传统的搅拌式/气升式生物浸矿反应器是靠搅拌驱动液体流动、由液体流动带动颗粒悬浮，颗粒密度或浓度的提高要求更大的搅拌功率；二是矿浆浓度的提高使得矿浆变稠、粘度增大，不利于气体分散，即需要更大的搅拌功率才能提高气液界面积，而这样又导致剪切力的增加。当矿浆浓度超过20％(w/v)后，为使矿物颗粒充分悬浮混合，不得不输入更大的搅拌功率，较大的剪切力对菌体造成伤害。目前该工艺还存在的缺点是要求矿浆浓度、酸碱度及温度控制条件等较苛刻；氧化速度慢、流程时间长和氧化效果不理想等。

传统生物浸矿反应器的根本问题在于高传质与低剪切的矛盾。采用最近提出的新型转鼓式生物浸出反应器(CN200610144193)具有高传质、低剪切、气体分布均匀等特点，将其应用于含砷金矿石的生物预氧化处理，将从根本上解决在高矿浆浓度下实现高传质与低剪切的矛盾，有利于加快含砷金矿的生物氧化速率、缩短浸出周期和提高浸出效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述的传统生物浸矿反应器中存在的高传质与低剪切的矛盾，从而提供了一种采用转鼓式反应器生物浸出含砷金矿的预氧化处理方法。

为实现上述发明目的，本发明提供的一种采用转鼓式反应器生物浸出高浓度含砷金矿的预氧化处理方法，该方法包括以下步骤：

1)将经浮选的含砷金精矿用自来水漂洗；

2)将步骤1)中漂洗后进行滤水烘干、研磨活化、酸预浸；

3)将嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸氧化硫硫杆菌的诱变菌，进行驯化培养；

4)将步骤3)中放大培养的诱变混合菌接种到经酸浸后的高浓度含砷金矿，在转鼓式反应器中进行生物浸出；

5)将浸出工序出来的浸渣进行氰化提金，浸出液经分析检测并去除有害离子后，循环用于含砷金矿石的连续浸出；

所述的转鼓式反应器中进行高浓度含砷金矿的生物预氧化，通过转鼓内部挡板直接提升矿物颗粒进行矿浆均匀混合，由气体分布器实现气体预分散与气液充分接触混合，促进气液传质和溶氧供应充分。

该转鼓式反应器包括一气体分布器，所述气体分布器包括：进气管1、分支导气管2、气体分布管3和出气管4。

所述的进气管1穿设固定于转鼓一端的转轴上，该进气管1位于转鼓内的出气端通过分支导气管2连通至若干气体分布管3；所述的分支导气管2呈半圆形，若干气体分布管3沿转鼓的轴向平行设置；所述的出气管4穿设于转鼓一端的水平固定轴上，其末端膨大部分为圆柱形多孔式气体收集管，该多孔式气体收集管保持在液面以上，其顶端表面密封、侧面开孔。

作为上述技术方案的一种改进，步骤1)中将含砷金矿用自来水进行反复多次漂洗至澄清，以去除含砷金矿粉在加工提纯过程中加入的浮选药剂或其他有害物质，以防止浮选药剂等对浸矿菌种的毒害或抑制其生物活性。

作为上述技术方案的又一种改进，步骤2)中将漂洗矿石滤水后置于干燥箱中，温度稳定为110～120℃；干燥过的矿样进行研磨活化，连续研磨30min以上；将研磨后的矿样进行酸浸，矿样与酸浸液的质量比为1∶2或1∶3，浸泡过程中通过添加硫酸溶液控制浸泡液的pH稳定在1.5～2.0，至pH不发生显著变化。

作为上述技术方案的再一种改进，步骤3)中诱变混合菌驯养包括以下步骤：

3-1)将15～20W的紫外灯，波长265nm，预热20～30min，在暗箱中操作；将盛有菌液嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸氧化硫硫杆菌10～20ml、直径9～15cm的培养皿距紫外灯30～40cm，按不同时间进行辐射处理；诱变后菌液避光于4℃冰箱中处理12～24小时，后置于摇床中避光培养，分别获得2种富集的正突变菌株；

3-2)将2种浸矿菌种富集的诱变菌株，分别通过摇瓶浸出进行诱变菌种的连续驯化，在250～1000ml锥形瓶和Leathen培养中基，Fe²⁺或硫粉量逐渐减少而含砷金矿粉比例逐渐增加的方式，每次增加含砷金矿2％～5％，就减少Fe²⁺或硫粉量2％～5％，当含砷金矿含量大于30％时，停止用Fe²⁺或硫粉作能源；控制驯化培养基pH为1.5～2.5，分别对嗜酸氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌进行传代培养，培养温度为25～35℃；连续驯化培养五代以上得到浓度大于10⁷个/ml的适应性驯化菌；

3-3)在优化Leathen培养基中，并按比例加入Fe²⁺和单质硫，把经连续循环的诱变菌种进行混合放大培养；首先在90％以上矿物粒度小于75μm的金矿石进行批量摇瓶培养，然后在10L、20L和50L转鼓反应器中进行逐级放大培养。其中接种量为培养物总体积的10％～30％、温度在30～35℃之间，pH值在1.5～2.5之间，加入矿粉量为培养物总重量的20％～50％，获得菌种密度为10⁷～10⁹个/ml的适应高矿浆和高离子浓度的诱变混合菌。

作为上述技术方案的还一种改进步骤4)中所述的采用诱变混合菌在转鼓式反应器中生物浸出高矿浆浓度的含砷金矿包括以下步骤：

4-1)将酸浸后的矿样加入到转鼓反应器内，按比例加入浸出液和接种诱变混合菌。控制矿浆浓度为20～50％，菌种初始密度大于10⁷个/ml；

4-2)浸出液用自来水配制，按优化的Leathen培养基添加营养组分，1L培养基中含有(NH₄)₂SO₄1.5g、MgSO₄·7H₂O 0.05g、KCl 0.05g、K₂HPO₄0.05g、Ca(NO₃)₂0.01g；

4-3)含砷金矿生物浸出过程中，控制反应器温度为30～35℃、pH值1.5～2.0、通气速率为2～20L/min、转鼓转速为1～10r/min。

利用本工艺进行难浸金矿的原理是：通过漂洗去除含砷金矿粉在加工提纯过程中加入的浮选药剂或其他有害物质，以防止浮选药剂等对浸矿菌种的毒害或抑制其生物活性；对含砷金矿进行滤水/干燥的去除经漂洗后含砷金矿中的水分和后续处理，以便进行生物浸出体系的矿浆浓度配比；对含砷金矿进行研磨的目的是减小矿物颗粒的粒径和改变颗粒表面的晶型结构，有利于增加矿物颗粒与浸出液的接触面积和促进金矿石中硫化矿的氧化溶解；酸预浸是用酸中和含砷金矿石中的碱性成分，以防止生物浸矿过程中pH发生急剧变化，使浸出体系稳定在适合微生物生长的适宜pH范围；采用诱变混合菌种是嗜酸氧化亚铁硫杆菌(At.f)和嗜酸氧化硫硫杆菌(At.t)的诱变混合菌，经驯化培养后，获得适应性耐高矿浆浓度和高离子浓度的诱变混合菌，用于转鼓式反应器中浸出含砷金矿石；接种浸出是把经培养驯化好的诱变混合菌种，按接种量为10～30％接种到经酸浸的含砷金矿石矿浆中，在转鼓式生物反应器内进行生物预氧化处理，浸出完成后回收浸渣用于氰化提金。

本发明的优点在于，很好的克服目前传统生物浸矿反应器中存在的高传质与低剪切的矛盾，以及由此所导致的矿浆浓度较低、氧化速度慢、流程时间长和氧化效果不理想等缺陷。采用转鼓式生物反应器可以降低生物浸出过程中的剪切作用和提高浸矿浓度，可实现高矿浆浓度下的高传质、气液分布均匀和溶氧供应充分，达到加快浸出速率和提高浸出效果的目标。

附图说明

图1本发明采用转鼓式反应器生物浸出含砷金矿的工艺流程图。

图2本发明采用的转鼓式生物反应器结构示意图。

图3本发明气体分布器的侧面示意图。

图4本发明气体分布器的轴向垂直截面示意图。

附图标记

1.进气管        2.分支导气管          3.气体分布管

4.出气管        5.固定水平轴          6.固定支架

7.挡板          8.恒温水浴蛇管        9.转鼓

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细的说明。

本发明中转鼓反应器如图2所示，其中所涉及的气体分布器包括：进气管1、分支导气管2、气体分布3管和出气管4，如图3所示。所述的进气管1穿设固定于转鼓9一端的水平固定轴上，单根进气管进入转鼓内，进气管一端连接分支导气管2，经由分支导气管2连通至若干气体分布管3，气体分布管可以是若干层，沿转鼓轴向设置，并通过固定支架6连接在恒温水浴蛇管8上加固，如图2所示；多根其他分布管与轴向垂直的截面上呈弧形分布，分支导气管呈半圆形，如图4所示。出气管4呈L形，如图1所示，且穿设于转鼓一端的水平固定轴5上，其位于反应器内的一端沿径向设置，其末端膨大部分为圆柱形多孔式气体收集管，该多孔式气体收集管保持在液面以上，其顶端表面密封、侧面开孔。该转鼓式反应器通过转鼓内部挡板7直接提升矿物颗粒进行矿浆均匀混合。

实施例1采用转鼓式反应器生物浸出不同矿浆浓度的模拟物系

以氧化铝惰性颗粒来模拟矿物，通过在转鼓式生物反应器中加入不同量的氧化铝颗粒来改变反应器中颗粒浓度(颗粒碰撞频率)，以诱变混合菌氧化Fe²⁺的过程表示不同的颗粒浓度对浸矿微生物氧化活性的影响。控制浸出过程中，转鼓生物反应器转速为3.33r/min，通气速率为6L/min。接种量为液体体积的3％，反应温度30℃。在各种固体颗粒浓度下，转鼓生物反应器中Fe²⁺的氧化过程呈现出相同的特征，即在最初的8h内Fe²⁺浓度基本没有降低，对应细菌生长过程中的延滞期影响不同。在低固体浓度

下，转鼓生物反应器于搅拌罐中Fe²⁺的氧化过程曲线非常接近。随固体浓度增加到400g/L和500g/L，转鼓生物反应器中Fe²⁺的氧化过程变化不明显；而在搅拌罐中，Fe²⁺氧化过程明显被延长。表明在不同固体颗粒浓度下，转鼓生物反应器和搅拌罐中Fe²⁺最大氧化速率基本一致。但当固体颗粒浓度达到200g/L后，再提高固体颗粒浓度，搅拌罐中会延长细菌生长的延滞期；转鼓生物反应器中在该范围内对细菌的延滞期没有明显的影响。

实施例2采用转鼓式反应器生物浸出含砷金矿的预氧化处理方法

在转鼓式生物反应器中进行含砷金矿生物浸出实验，考查转鼓反应器在实际生物浸出过程中的性能。种子液中不加入Fe²⁺而加入矿样作为微生物生长的能源，接种量为液体体积的10％。温度、转速及通气速率同实施例(1)。生物浸出过程中释放出来的有害物质，如砷的氧化产物，可能会对浸矿微生物活性产生抑制作用。为避免上述因素的影响，保持矿物浓度一致，而通过加入不同浓度的氧化铝颗粒来改变反应器中总固体颗粒浓度。含砷金矿在转鼓式生物反应器中的生物浸出过程，总铁浓度随生物浸出的进行而逐渐升高，其总固体浓度为300g/L批次的实验中总铁浓度较高，而在450g/L时总铁浓度较低；可溶性砷在总固体浓度为450g/L时浓度较高，而在300g/L时砷浓度较低。表明转鼓生物反应器中固体浓度450g/L(150g/L矿粉+300g/LAl₂O₃)批次的生物浸出效果与总固体浓度为300g/L(150g/L矿粉+150g/LAl₂O₃)批次的浸出效果接近。意味着采用诱变混合菌在转鼓式生物反应器浸出含砷金矿，在含砷金矿生物预氧化处理中有重要的应用前景。

Claims (6)

1.一种采用转鼓式反应器生物浸出含砷金矿石的预氧化处理方法，该方法包括以下步骤：

1)将经浮选的含砷金精矿用自来水漂洗；

2)将步骤1)中漂洗后的含砷金精矿进行滤水烘干、研磨活化、酸预浸；

3)将嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸氧化硫硫杆菌的诱变菌，进行驯化培养，放大培养得到诱变混合菌；

4)将步骤3)中诱变混合菌接种到经酸浸后的高浓度含砷金矿，在转鼓式反应器中进行生物浸出；

5)将含砷金矿生物氧化浸渣进行氰化提金，并将浸出液经分析检测并去除有害离子后，循环用于含砷金矿石的连续浸出；

所述的转鼓式反应器中进行高浓度含砷金矿的生物预氧化，通过转鼓内部挡板直接提升矿物颗粒进行矿浆均匀混合，由气体分布器实现气体预分散与气液充分接触混合，促进气液传质和溶氧供应充分。

2.根据权利要求1所述的预氧化处理方法，其特征在于，所述的气体分布器包括：进气管(1)、分支导气管(2)、气体分布管(3)和出气管(4)；所述的进气管(1)穿设固定于转鼓一端的水平固定轴上，该进气管(1)位于转鼓内的出气端通过分支导气管(2)连通至若干气体分布管(3)；所述的分支导气管(2)呈半圆形，若干气体分布管(3)沿转鼓的轴向平行设置；所述的出气管(4)穿设于转鼓一端的水平固定轴上，其末端膨大部分为圆柱形多孔式气体收集管，该多孔式气体收集管保持在液面以上，其顶端表面密封、侧面开孔。

3.根据权利要求1所述的预氧化处理方法，其特征在于，所述的步骤1)中将含砷金矿用自来水进行反复多次漂洗至澄清。

4.根据权利要求1所述的预氧化处理方法，其特征在于，所述的步骤2)首先将漂洗矿石滤水后置于干燥箱中，温度稳定为110～120℃；然后，对干燥过的矿样进行研磨活化，连续研磨30min以上；最后，将研磨后的矿样进行酸浸，矿样与酸浸液的质量比为1∶2或1∶3，且浸泡过程中通过添加硫酸溶液控制浸泡液的pH稳定在1.5～2.0，至pH不发生显著变化。

5.根据权利要求1所述的预氧化处理方法，其特征在于，所述的步骤3)包括以下步骤：

3-1)将15～20W的紫外灯，波长265nm，预热20～30min，在暗箱中操作；将盛有菌液嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸氧化硫硫杆菌10～20ml、直径9～15cm的培养皿距紫外灯30～40cm，按不同时间进行辐射处理；诱变后菌液避光于4℃冰箱中处理12～24小时，后置于摇床中避光培养，分别获得2种富集的正突变菌株；

3-2)将2种浸矿菌种富集的诱变菌株，分别通过摇瓶浸出进行诱变菌种的连续驯化，在250～1000ml锥形瓶和Leathen培养基中，Fe²⁺或硫粉量逐渐减少而含砷金矿粉比例逐渐增加的方式，每次增加含砷金矿2％～5％，就减少Fe²⁺或硫粉量2％～5％，当含砷金矿含量大于20％时，停止用Fe²⁺或硫粉作能源；控制驯化培养基pH为1.5～2.5，分别对嗜酸氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌进行传代培养，培养温度为25～35℃；连续驯化培养五代以上得到浓度大于10⁷个/ml的适应性驯化菌；

3-3)在优化Leathen培养基中，并按比例加入Fe²⁺和单质硫，把经连续循环的诱变菌种进行混合放大培养；首先在90％以上矿物粒度小于75μm的金矿石进行批量摇瓶培养，然后在10L、20L和50L转鼓反应器中进行逐级放大培养；其中，接种量为培养物总体积的10％～30％、温度在30～35℃之间，pH值在1.5～2.5之间，加入矿粉量为培养物总重量的20％～50％，获得菌种密度为10⁷～10⁹个/ml的适应高矿浆和高离子浓度的诱变混合菌。

6.根据权利要求1所述的预氧化处理方法，其特征在于，所述的步骤4)包括以下步骤：

4-1)将酸浸后的矿样加入到转鼓反应器内，按比例加入浸出液和接种诱变混合菌，控制矿浆浓度为20～50％，菌种初始密度大于10⁷个/ml；

4-2)浸出液用自来水配制，按优化的Leathen培养基添加营养组分，1L培养基中含有(NH₄)₂SO₄1.5g、MgSO₄·7H₂O 0.05g、KCl 0.05g、K₂HPO₄0.05g、Ca(NO₃)₂0.01g；

4-3)含砷金矿生物浸出过程中，控制反应器温度为30～35℃、pH值1.5～2.0、通气速率为2～20L/min、转鼓转速为1～10r/min。

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