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          濕法冶金新技術在礦產資源開發中的應用

          作者:管理員    發布時間:2016/5/16 16:14:54


              濕法冶金技術問世以來,在黃金、有色、貴金屬等礦產資源的保護性開發、資源的充分利用和環境保護等方面,發揮了巨大的作用,隨著該技術的不斷發展完善,其前景十分廣闊。

              濕法冶金就是利用化學方法,使礦石在水浸溶液里分離、提純、富集,主要應用于稀有金屬及金、銀、銅、鋅、鍺、艷等金屬的提煉上,是黃金及有色、貴金屬的主要冶煉工藝之一。濕法冶金包括加壓濕法冶金和生物冶金2種。較早采用濕法冶金的是加拿大、美國等國家,開始時應用于金、銀、鉛、鋅、銅、鋁及各種貴金屬的選礦方法上,后來隨著研究技術的不斷突破,其應用領域不斷拓展,在國際上應用范圍越來越廣。

              澳大利亞是一個礦產資源較為豐富的國家,鐵、金、銀、銅、鉑、鉛、鋅等礦產在世界上都占據一定的地位。但隨著全球經濟的發展,澳大利亞礦產大量出口,加之國家對環境保護工作越來越重視,因此,一直把新技術、新工藝的研究放在突出地位,尤其是在大中型金、銀、銅、鉑、鉛、鋅礦的選礦方面,濕法冶金工藝的效果,越來越被人們看中。采用濕法冶金技術后,澳大利亞的不少過去較難開發的礦產資源,現在幾乎都得到了開發;不少過去認為品位低、成本高、伴生礦多的礦產資源,也都相繼得到了充分利用。更重要的是,采用濕法冶金工藝技術后,不少含有大量伴生礦的尾礦中的貴重金屬資源被回收。因此,澳大利亞對濕法冶金技術的研究,越來越重視,開發力度也日益增大。

              中國是一個資源大國,金、銀、銅、鉛、鋅、鉑、鋁等貴金屬和有色金屬資源十分豐富,像甘肅金川的鎳,云南、貴州的銀,新疆地區的艷、鍺、鈾、鍋等,在全世界都非常有名。早在20世紀60年代,我國就開始重視濕法冶金。最早應用的是株州冶煉廠。此后,由于效果較好,其技術開始廣泛應用于冶金、有色、化工等領域。但令人擔憂的是,多年來,在我國眾多的礦業企業中,由于一些單位環保意識薄弱,有些企業急功近利,有些企業片面追求效益,因此,有的企業不愿投資于濕法冶金工藝技術,仍沿用原始或落后的方式進行選礦。結果有些低品位的礦石資源,被白白棄置;一些含有珍貴價值的伴生礦,被當作廢物棄掉;有的因為選礦方式落后,導致金屬未能全部得到回收;有的采用有毒化學物品選礦,對環境造成嚴重污染。近年來,隨著我國經濟的飛速發展,我國的礦產資源在逐步減少,一些礦山品位不斷下降,但人類對環境的要求越來越高,社會對資源的充分利用也越來越迫切,因此,大力推廣和應用濕法冶金工藝技術,提高我國選礦產業的現代化水平就顯得十分重要。近年來,像礦漿電解、細菌分解等濕法冶金新技術,都在我國得到推廣。云南有關研究部門的科研工作者,針對云南、貴州的銀、鉛、鋅礦產開發的實際,研制出具有中國特色的濕法冶金新技術,很快被不少企業采用,收到了顯著成效。西安建筑科技大學冶金工程學院、國家黃金重點研究室的專家,多年來研究的無毒提金等濕法冶金新技術,經有關礦山采用,效果十分顯著。

              濕法冶金工藝技術,在我國選礦產業中的影響越來越大,使用范圍越來越廣。因此,我國一些從事這方面研究的科技工作者認為,加大濕法冶金研究力度,不斷實現濕法冶金技術的創新、突破,不斷拓展濕法冶金技術的應用范圍,是我國科技工作者下一步的重要職責。而濕法冶金科技的研究重點,主要是向環境保護、資源完全利用、處理不同類型的礦石方向發展,通過強化生產,使回收單一金屬變為回收多品種金屬,低回收率變為高回收率。

              細菌冶金又稱微生物浸礦,是近代濕法冶金工業上的一種新工藝。它主要是應用細菌法溶浸貧礦、廢礦、尾礦和冶煉爐渣等,以回收某些貴重有色金屬和稀有金屬,達到防止礦產資源流失,最大限度地利用礦藏的一種冶金方法。細菌冶金始于1974年,當時美國科學家ColinerHinkle從酸性礦水中分離出了1株氧化亞鐵桿菌(Thiobacillusferrooxidans。此后,美國的布利諾等,又從猶他州賓厄姆峽谷礦水中,分離得到了氧化硫硫桿菌(CT.   thiooxidans)和氧化亞鐵硫桿菌,用這2種菌浸泡硫化銅礦石,結果發現能把金屬從礦石中溶解出來。至此,細菌冶金技術開始發展起來。在美國,約有10%的銅系應用此法生產所得,僅賓厄姆峽谷采用細菌冶鋼法,每年就可回收銅72000t。更引人注目的是,鈾也可采用細菌冶金法采冶回收。據報道,在加拿大安大略州伊利澳特湖地區,至少有3個鈾礦公司在進行這項工作。如斯坦洛克公司,從附近湖水中引入含有氧化亞鐵硫桿菌的湖水,處理大量貧礦,每月可回收鈾的氧化物7 000kg。

          近年來,我國細菌冶金的研究和應用,也得到了相當的發展,利用細菌冶金法煉銅和回收鈾,具有一定的規模。目前,細菌冶金已發展成了一種重要的冶煉手段,此法可以用于銅、鉛、鋅、金、銀、錳、鎳、鉻、鉑、鉆、秘、釩、硒、砷、館、b稼、鈾等幾十種貴重和稀有金屬的回收。

          1細菌冶金的原理

              關于細菌從礦石中把金屬溶浸出來的原理,至今仍在探討之中。有人發現,細菌能把金屬從礦石中溶浸出來,是細菌生命活動中生成的代謝物的間接作用,或稱其為純化學反應浸出說。是指通過細菌作用,產生硫酸和硫酸鐵,然后通過硫酸或硫酸鐵作為溶劑,浸提出礦石中的有用金屬。硫酸和硫酸鐵溶液,是一般硫化物礦和其它礦物化學浸提法(濕法冶金)中普通使用的有效溶劑。例如,氧化硫硫桿菌和聚硫桿菌,能把礦石中的硫氧化成硫酸,氧化亞鐵硫桿菌能把硫酸亞鐵氧化成硫酸鐵。其反應式如下:

           

           

              通過上述反應,細菌得到了所需要的能量,而硫酸鐵可將礦石中的鐵或銅等,轉變為可溶性化合物而從礦石中溶解出來,其化學過程是:

           

              有關的金屬硫化物經細菌溶浸后,收集含酸溶液,通過置換、萃取、電解或離子交換等方法,將各種金屬加以濃縮和沉淀。

          有的研究者認為,細菌冶金的原理是細菌對礦石具有直接浸提作用。他們發現,一些不含鐵的銅礦如輝銅礦、黝銅礦等,不需要加鐵,氧化亞鐵硫桿菌同樣可以明顯地將銅浸出;也就是說,細菌對礦石存在著直接氧化的能力,細菌與礦石之間,通過物理化學接觸把金屬溶解出來。有的研究者還發現,某些靠有機物生活的細菌,可以產生一種有機物,與礦石中的金屬成分嵌合,從而使金屬從礦石中溶解出來。電子顯微鏡照片也證實:氧化硫硫桿菌在硫結晶的表面集結后,對礦石浸蝕有痕跡。此外,微生物菌體在礦石表面能產生各種酶,也支持了細菌直接作用浸礦的學說。

          2細菌冶金中的微生物及培養條件

              參與細菌冶金的微生物有很多種,主要有以下幾種:氧化硫硫桿菌、排硫桿菌(T.  thiopanzs )、脫氨硫桿菌和一些異養菌、氧化亞鐵硫桿菌(如芽抱桿菌屬、土壤桿菌屬)等。

          細菌冶金中的微生物,多為化能自養型細菌,它們一般多耐酸,甚至在pHl以下仍能生存。有的菌能氧化硫及硫化物,從中獲取能量以供生存。在培養冶金的細菌時,首先,應根據礦石種類及其各種組分與雜質情況的不同,選出適宜的菌種。必要時,可通過育種的方法,使菌株增強對金屬的耐受性及溶浸效率。其次,配制適宜的培養基以擴大培養所需細菌。由于冶金菌多為自養型細菌,培養基中一般不需加入磷源,但需加入硫酸胺或硝酸鉀、磷酸鉀、硫酸鎂、硫酸鐵、硫等,作為N及礦物質的來源。培養基的pH34為宜。培養溫度為2832℃。培養過程中,必須通氣以利繁殖。一般在培養過程中,應避免陽光照射。有人曾設計了一種新的“9K”培養基,每mI.培養基可獲細菌細胞2~4 X 100000000個,為培養大量細菌應用于冶金工業提供了有利條件。

          3細菌冶金的方法

          根據礦石的配置狀態,其生產形式主要有以下3

          3. 1堆浸法

          通常在礦山附近的山坡、盤地、斜坡等地上,鋪上混凝土、瀝清等防滲材料,將礦石堆集其上,然后將事先準備好的含菌溶浸液,用泵自礦堆頂面上澆注或噴淋礦石的表面(在此過程中隨之帶入細菌生長所必須的空氣),使之在礦堆上自上而下浸潤,經過一段時間后,浸提出有用金屬。含金屬的侵提液積聚在礦堆底部,集中送入收集池中,而后根據不同金屬性質采取適當方法回收有用金屬?;厥战饘僦蟮暮芙?,經用硫酸調節pH后,可再次循環使用。這種方法常占用大面積地面,所需勞動力亦較大,但可處理較大數量的礦石,一次可處理幾千到幾十萬噸。

          3. 2池浸法

          在耐酸池中,堆集幾十至幾百噸礦石粉,池中充滿含菌浸提液,再加以機械攪拌,以增大冶煉速度。這種方法雖然只能處理少量的礦石,但卻易于控制。

          3. 3地下浸提法

          這是一種直接在礦床內浸提金屬的方法。這種方法大多用于難以開采的礦石、富礦開采后的尾礦、露天開采后的廢礦坑、礦床相當集中的礦石等。其方法是在開采完畢的場所和部分露出的礦體上,澆淋細菌溶浸液,或者在礦區鉆孔至礦層,將細菌溶浸液由鉆孔注入,通氣,其溶浸一段時間后,抽出溶浸液進行回收金屬處理。這種方法的優點是,礦石不需運輸,不需開采選礦,可節約大量人力和物力,礦工不用在礦坑內工作,增加了人身安全度,還可減輕環境污染。

          4細菌冶金的優點及限制

              細菌冶金與其它冶煉方法相比,具有許多獨特的優點:

              1)普通方法冶煉金屬,要采礦、選礦、高溫冶煉。而細菌冶金可以在常溫、常壓下,將采、選、冶合一,因此設備簡單、操作方便,工藝條件易控制、投資少、成本低。例如,加拿大、印度、前蘇聯等國家,利用細菌法溶浸鈾礦,其成本僅為其它方法的一半,而且還可綜合回收鐵、憶及其它稀土金屬。

              2)適宜處理貧礦、尾礦、爐渣,小而分散的富礦和某些難以開采的礦及老礦山廢棄的礦石等,可達到綜合利用的目的。

              3)細菌可以完成人工采礦無法完成的采礦任務。因為細菌個體非常小,可隨水鉆進巖石和礦渣的微小縫隙里,把分散的金屬元素集中成為可用的金屬。

              4)傳統的開采及冶煉技術,常常產生巨大的露天礦坑和大堆廢礦石與尾礦,導致地表的破壞;冶煉硫化礦和燃燒高硫煤產生塵埃和SO2均危害環境,而細菌冶金對地表的破壞,降低到最低限度,亦無需熔煉硫化礦,減少了公害。

              細菌冶金技術雖已取得了很大的發展,但也存在著一些需要解決的問題。如工藝放大、金屬回收周期、回收率、經濟核算問題等。這就需要水文地質學、水文地理學、采礦工藝學、微生物學等工作者共同協作,以便把細菌冶金技術,推向新的發展階段。

           

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