1生物氧化工藝
生物氧化工藝是利用自然界中的微生物,優選出嗜硫、鐵的沒礦菌株,經過適應性培養、馴化,在適宜的環境下,利用這些微生物新陳代謝的直接作用或代謝產物的間接作用,從而直接或間接氧化和分解硫化礦基體,將包裹金的黃鐵礦、砷黃鐵礦等有害成分破壞,使金充分暴露出來,從而為隨后的氰化提金工藝創造有利的條件,實現髙效的回收。同時,在氧化過程中,礦石中對環境造成污染的有害元素砷、硫等分解成相對穩定的無害鹽類物質,經中和沉淀后堆存,對環境及大氣不產生污染。
1.1生物氧化工藝的基本原理
直接作用就是指浸礦細菌附著礦石表面與礦石中的硫化礦物發生作用,使礦物氧化溶解。以氧化亞鐵硫桿菌為例,在有氧及水存在的情況下,對黃鐵礦將會有如下反應:
間接作用則是指礦石在細菌代謝過程中所產生的硫酸高鐵和硫酸作用下發生化學溶解作用。黃鐵礦 的化學浸出反應是:
FeS2 + 7Fe2(SO4)3 + 8H2O→15FeSO4 + 8H2SO4 (3)
而反應所產生的硫酸亞鐵又被細菌氧化成為硫酸鐵,形成新的氧化劑,使這種間接作用不斷進行下去:
4FeSO4 + O2 + 2H2SO4→2Fe2(SO4)3 + 2H2O (4)
直接作用和間接作用往往是同時存在的,不過有時以直接作用為主,有時又以間接作用為主。
1.2生物氧化工藝技術特點
(1)該工藝在生產過程中不會產生煙塵,不向大氣排放有害氣體,對環境更加友好。
(2)生產工藝大部分采用常規的礦物處理設備,設備制造批量化比較容易。
(3)可通過控制氧化作業參數或條件,選擇性地氧化目的礦物,達到高效的浸出效果。
(4)由于氧化過程是在酸性溶液中進行,氧化反應槽需要防腐或采用不銹鋼材質。
(5)目前沒有合適的工藝綜合回收伴生的有價元素。
(6)工程菌放大周期長,工藝生產要求的連續性強。
生物氧化原則流程見圖1。
1.3國內外生物氧化技術的開發和應用現狀
目前生物氧化工藝主要有難處理金精礦生物攪拌浸出、難處理原礦生物攪拌浸出、原礦生物堆浸三種方式。金精礦攪拌浸金回收率最髙,浸出周期短,一般為6d左右,生物氧化反應體系投資花費較少。但隨著資源的日益貧化,礦石品位降低,在用其他方法從經濟上不能有效地提取時,原礦生物氣化堆浸越來越引起人們注意。
國外最早開發應用生物氧化工藝的南非Gencor公司于1988年將其開發的生物氧化工程化技術注冊為BIOX工藝流程,并向世界上7家以上的生產廠進行了技術轉讓;南非國家礦冶研究院(Mintek)開發并注冊了MINBAC生物氧化技術;澳大利亞Bac Tech有限公司開發了Bac Tech生物工程技術;另外,Mint-ek還與BacTech共同合作,將其開發的生物氧化技術用高額的技術轉讓費向發展中國家進行推廣。因此,在20世紀以前,生物氧化提金技術在工程化應用方面基本上由國外保持領先水平。
南非Barberton礦山公司的Fair View金礦于1912年投產。該礦石中97%的金是以微細粒浸染在黃鐵礦與毒砂中。通過采用生物氧化工藝后,其金的浸出率由直接氰化浸出的35%提高到95%。其生物氧化 控制的條件為:反應溫度40T,pH值為1.6,氧濃度2xl0-4%~4xl0-4%(2~4PPm),添加的營養基為鉀、氮、磷,礦漿濃度為12%。
美國的NEWM0NT公司則成功開發了低品位難處理金礦原礦生物堆浸預處理技術。原礦首先破碎到18mm,使礦石有足夠的表面積,在筑堆過程中就需要向礦石中加營養液,而且要保證足夠的空氣,經過270d以后進行中和,然后進行常規的堆浸。其金的回收率由生物氧化前的20%提高到60%。
我國對生物氧化提金技術的應用研究起步于國家的“九五”科技攻關計劃,2000年12月,由長春黃金研究院(CCGRI)全面負責生物氧化工藝技術、生物菌種轉讓及工業生產調試的50t/d生物提金廠在山東煙臺黃金冶煉廠建成投產,成為國內真正意義上的首座生物提金工業生產廠。2003年7月遼寧天利金業有限責任公司生物氧化廠正式投入生產運行。成為我國自行研制、自行設計、自行建設、具有完全獨立自主知識產權的示范工程。該廠自投產運行至今,生產運行穩定,各項經濟技術指標均已超過設計要求。目前處理量為150t/d (超過原設計的50%),金、銀回收率平均達到96. 32%和81. 31%,生產成本控制在280元/t左右[3]。通過國內自主知識產權技術的推動,使生物氧化提金技術成為近幾年在國內礦產資源開發利用領域中應用速度快、成熟期短,并已進入國際先進水平的高新技術之一,也使我國成為擁有生物提金廠數量最多的國家。
由于生物氧化與焙燒、壓熱和化學氧化工藝相比,具有資源利用率髙,環境污染小,對復雜的含砷、含硫、微細包裹型金精礦(或含金礦石)的適應性強,而且生產工藝運行穩定可靠,操作易于掌握,工藝基建和生產費用低等優點,該工藝成為近年來在黃金技術領域中發展最迅速和最具有應用前景的一項高新技術。