細菌選礦又叫細菌浸出,它是利用某些微生物的催化作用,使礦石中的金屬溶解出來。例如有一種叫硫氧化細菌,具有使元素硫氧化的能力,在溶液中能生成硫酸。又一種叫鐵氧化細菌,它具有把FeSO4加速氧化為Fe2(SO4)3的能力,使溶液中的Fe2(SO4)3含量大大增加。而H2SO4及Fe2(SO4)3溶液都是硫化礦及其他礦物的有效溶劑。
例如:在多金屬硫化礦中一般都含有黃鐵礦,在有水和氧存在的條件下,黃鐵礦緩慢氧化,并生成FeSO4與H2SO4,其反應式為:
化學作用:2FeS2+7O2+2H2O ————→2FeSO4+2H2SO4
鐵氧細菌在有氧與硫酸存在的條件下,則用極快的速度把FeSO4氧化成Fe2(SO4)3,其反應式為:
細菌作用:2FeSO4+H2S04+1/2O2————→Fe2(SO4)3+H2O
Fe2(SO4)3能把礦物中的金屬溶解出來,例如對輝銅礦作用時,能生成CuSO4、FeSO4及S,其反應式為:
Cu2S+3Fe2(SO4)3—→2CuSO4+4FeSO4+S
上式反應生成的FeSO4,可由鐵氧化細菌進行再氧化,生成Fe2(SO4)3從而該反應在溶液中反復循環,浸出作用不斷進行。如果溶液中有硫氧化細菌存在時,則會使反應生成的S被硫氧化細菌氧化生成H2SO4,這對礦石的浸出作用更為有效,其反應式為:
細菌作用:2S+3O2+2H2O ————→2H2SO4
細菌浸出的優點:(1)設備簡單,操作方便,(2)適應于處理貧礦、廢礦、尾礦及爐渣等,(3)可以綜合浸出,綜合回收多種金屬,(4)目前對銅、鈾的細菌浸出工藝比較成熟,并且銅的浸出液可以經萃取-電積法或鐵置換-浮選法回收其中的銅。
細菌浸出的主要缺點是細菌的培養比較麻煩,浸出周期比較長。
國內有不少應用細菌選礦的實例,如廣東某銅礦,安徽某銅礦老采區細菌浸出,湖南某銅礦等。現簡介湖南某銅礦應用細菌浸出處理含銅尾礦的情況。
湖南某銅礦地表堆存著大量浮選尾礦與重選尾礦,浮選尾礦含銅0.11%~0.20%;重選尾礦含銅1.25%~1.50%,并且兩種尾礦都含有稀有金屬。
尾礦用細菌浸出的工藝流程如圖7-7所示。由于尾礦粒度細,所以采用浸出池進行浸出。先加入酸,酸化水與礦石中的堿性脈石,待pH值達到2.0左右時,加入含菌高鐵(Fe3+)的浸出液進行循環浸出,直至浸液的銅、稀有金屬濃度很低為止。然后追加銅、稀有金屬很低的細菌浸液,當浸出液濃度更低時,再水洗2~3天則可排料。
尾礦浸出時間為20天,浸出結果如表7-2所列。浸出液中的稀有金屬經過吸附之后,尾液含銅約1.5~2.0克/升,采用鐵置換法使銅沉淀為海綿銅,其化學反應式為:
Fe+CuSO4—→FeSO4+Cu↓
(1)置換液含銅愈高愈好,含鐵應盡可能少,pH=1.8%~2.0;
表7-2, 尾礦細菌浸出的結果
浸出池編號
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投料量(噸)
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硫酸耗量(公斤/噸)
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溫度(℃)
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浸出周期
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銅(%)
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稀有金屬浸出率(%)
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原礦 | 浸渣 | 浸出率 | ||||||
1
2
3
|
100
100
100
|
34
32
30
|
25~35
25~35
25~35
|
27
18
28
|
0.81
1.25
1.51
|
0.17
0.48
0.44
|
79.02
61.60
70.86
|
86.4
51.85
80.37
|
(2)當溶液pH值在1.5左右,銅濃度在2~4克/升時,耗鐵比為銅的2.0~2.5倍;當pH值在2左右時,銅濃度較高時,耗鐵比為銅的1.5倍;
(3)鐵置換時間,這與溫度、廢鐵質量和數量、溶液酸度及置換方式等因素有關。一般在溫度大于20`C,通氣情況下,六小時可以置換完畢;
(4)置換后立即排放尾液,調節尾液中的Fe2+濃度和酸度,并返回細菌培養液使用。
主要技術經濟指標:
(1)銅的總回收率70%~75%;稀有金屬的總回收率75~80%;
(2)海綿銅品位60%~650%;
(3)每噸礦耗硫酸40%~45公斤;每噸銅耗鐵為2.5噸;
(4)折算純金屬銅每噸成本2000元。