堆浸方法技術

本發明專利技術公開了控制堆浸工藝的方法，它通過控制堆積物的灌注速度作為堆積物的充氣速度、在堆積物內至少一個預定點處的平流熱效測定值、和在堆積物內至少一個預定點處的溫度測定值中的至少一個的函數而實現。還公開了強制充氣和公開了方法包括控制充氣速度作為在堆積物內物質氧化速度測定值的函數的步驟。本發明專利技術還延伸到引入微生物到堆積物材料內的方法，增加堆積物材料的溫度以供堆浸的方法，測定最佳堆積物結構以供礦石堆積物的生物輔助的堆浸工藝的方法，和使包埋在堆積物材料內的微生物的環境富含營養物以供生物輔助的堆浸的方法。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及用于從礦石中回收金屬的生物輔助的堆積物氧化和浸提。
技術介紹
商業上僅僅在次級硫化銅礦石上進行生物輔助的堆浸以供回收基礎金屬。最近在澳大利亞的工作中注意到在半商業試驗基礎上引入堆浸以供從硫化鎳礦石中回收鎳(1)。難熔金礦石的生物輔助的堆積物氧化也用作預處理工藝以供從這種礦石中回收金。典型地，次級硫化銅堆積物在10℃-25℃范圍內的溫度下操作和依賴于次級硫化銅礦物的放熱氧化來保持堆積物溫度高于環境條件。相對低溫限制可以實現的硫化物礦物氧化的速度。另外，在這些低溫下不可能浸提黃銅礦礦石，因為黃銅礦通常被認為在這種溫度下難熔，不能浸提。增加在已有和新的硫化物浸提操作中的操作溫度將顯著降低浸提時間；礦石和金屬總量，最終的金屬萃取，和能從黃銅礦礦石中浸提出銅。眾所周知的是，可使用嗜熱微生物，在較高溫度(介于約60℃至90℃)下，滿意地浸提礦物黃銅礦。已成功地在實驗室中加工了(在攪拌罐生物浸提反應器中處理的)帶有浮選精礦的黃銅礦和(在堆浸試驗塔中處理的)帶有黃銅礦的礦石。Mintek要求保護一種方法，其中可使用中等嗜熱菌，在約45℃下，通過漿料的超微研磨和氧化還原控制的結合，來生物浸提黃銅礦精礦，如在WO01/31072A1中所述。使用試驗塔，在模擬的堆浸中實現的從黃銅礦中提取金屬取決于礦石的粒度，其中較細的尺寸通常增加可接近浸濾劑的礦物量。在黃銅礦礦石上使用生物輔助的堆浸的商業嘗試失敗了(從約1-10年的長時間段內銅的回收率典型地比50％少得多)，這主要是因為不能維持礦石溫度在滿意地浸提黃銅礦所要求的溫度下。盡管技術上可通過粉碎、研磨、浮選精礦和通過濕法冶金工藝或熔煉加工精礦，從而加工黃銅礦礦石，但這些步驟全部相對昂貴，和堆浸將提供成本更有效的溶液。此外，許多主要的銅礦石等級太低，以致于使用常規方法不經濟，但堆浸可使它們在經濟上變得可行，從而開啟許多銅沉積物的可處理。除了能處理黃銅礦礦石以外，在從硫化物礦石中堆浸基礎金屬中的較高溫度將導致顯著較高的浸提速度。浸提墊(pad)面積以及礦石和金屬的總量將大大地下降，從而得到顯著的經濟益處。例如，礦井處理15Mtpa品級為含1％銅和總的銅回收率為80％(產生120ktpa銅)的礦石將典型地具有至少1.5百萬m2浸提面積。這一面積的減半(通過降低浸提循環2倍)將在墊的制造成本方面節約US$1-3千萬，以及通過操作資金的下降節約類似的數量。較高的溫度同樣可能增加從礦石中提取的金屬的最終數量(與在較低溫度下的操作相比)，和最終的金屬提取可能通常是影響經濟性能的最重要的因素之一。在前面的實例中，提取增加僅僅5％，會以10％打折的速度增加計劃的NPV約US$6千萬。另外，在較高溫度下，黃鐵礦將被氧化，和生成硫酸，從而減少加入到礦石內的新鮮硫酸用量。在該實例中，以1kg/t礦石的耗酸量下降，和酸的價格為US$50/t計，則每年將得到US$0.75百萬的節約。黃銅礦礦石除了含有黃銅礦以外，可含有其它硫化物礦物，例如靛銅礦、輝銅礦、斑銅礦、硫砷銅礦和黃鐵礦。這些硫化物礦物的氧化本質上是放熱反應；平均來說，硫化物礦物具有約25000kJ/kg硫化物的熱量值。這些氧化物的氧化速度決定了這一能量如何快速地釋放。若我們認為堆積密度為1.7t/m3的1000m3礦石，則礦石質量為1700t。作為實例，考慮到礦石含有2％硫化物礦物形式的硫化物。若在183天的時間段內硫化物被充分氧化，則在4368小時的時間段內釋放的能量為(1700t×1000kg×2％硫化物×25000kJ/kg＝850GJ或236MWH)。在該實例中，功率生成表示為～54W/m3和可以以電燈泡作為比喻，在每立方米的礦石堆積物內均勻分配～54W。此外，從環境溫度(據說20℃)加熱比熱為～1000J/kg/℃的巖石到操作溫度(據說60℃)所要求的能量(在堆積物內的任何濕氣和空氣此刻忽略不計)是1700t×1000kg×～1000J/kg/℃×(60℃-20℃)＝68GJ；這一能量遠低于在氧化反應過程中釋放的能量。因此，從表面上看，在氧化工藝過程中釋放的能量大于足以加熱堆積物的能量。事實上，在堆積物內當然存在的濕氣以及任何空氣，也會被加熱，但與礦石的需求量相比，這一需求量相當小。然而，在這一簡單方法內存在數個問題。要考慮到各種熱損失。在基礎金屬，例如銅的情況下，生物輔助的堆浸要求除去溶解的銅，和典型地用在溶液中含至少一些鐵的酸性浸濾劑(通常溶劑提取殘余液)灌注礦石堆積物。進入的灌注溶液總是冷于滿意地操作堆積物的溫度，和當它向下流過堆積物時，吸收(在放熱氧化反應中釋放的)能量，從而當它這樣時導致溫度升高。生物輔助的堆浸還要求空氣吹過堆積物，以提供氧氣供氧化反應。在典型的Chilean條件下，例如環境空氣是冷的和含有小量的濕氣。當空氣進入堆積物時，它遇到熱溶液和使該溶液冷卻下來，從而將能量轉移到氣相上，當它逆流流過溶液繼續上升時，氣相變得更溫熱和變得更潮濕，直到它遇到在堆積物頂部的較冷區域，在此它冷卻下來和水從空氣中冷凝。另外，堆積物表面存在一些加熱(在白天期間)和冷卻(在夜晚期間)，以及由于表面蒸發和輻射釋放導致的冷卻。與此同時，在硫化物內的硫化物生成反應熱；一種仍將在整個堆積物的深度上達到動態操作溫度曲線的復雜體系。同樣在堆積物的側面和底部存在非常微量的損失。可通過用絕緣層部分覆蓋堆積物來減少表面熱量損失(以及水蒸發)。最近在工業操作中已使用塑料片材。通過使空氣吹過堆積物下方的多孔管道網絡，在商業操作上提供空氣。然而，空氣具有另一重要的作用，尤其重要的是提供氧氣，供堆積物內熱量上下移動的氧化反應。Dixon給出了堆積物體系內總的能量平衡的良好估算(2)。尤其值得注意的是，在Dixon的發現中，相對于溶液灌注質量流Gl，充氣質量流Ga的重要性(二者均以單位kg/m2/h表達)。在Dixon考慮的體系中，存在產生最高堆積物平均溫度的充氣速度與灌注速度之比，也就是說Ga/Gl，Dixon發現在0.5的Ga/Gl比下它為～38℃。低于這一比值，平均堆積物溫度會下降。Dixon證明存在相當于0.35的Ga/Gl比的臨界吹氣速度，供熱量開始朝堆積物頂部移動。Dixon通過“結合的平流熱效(advection)系數”解釋凈的熱移動效果。凈或結合的平流熱效系數是溶液和氣相上下傳輸經過堆積物導致能量在堆積物中上下傳遞的量度。溶液向下移動熱量和濕熱空氣向上移動熱量。Dixon沒有建議控制堆積物的方法。然而，他得出結論，可通過下述方式實現堆積物內的升溫●選擇比目前的做法要低的溶液灌注速度值○較高的灌注速度導致將熱量洗滌出PLS，這有損于堆積物的溫度。●選擇比目前的做法要高的充氣速度值○在典型的工業操作中的充氣速度不足以使熱量向上移動；因此當灌注溶液流出堆積物時，熱量損失給了它。增加充氣速度可推動熱量向上移動到堆積物內，這顯著增加平均堆積物溫度。增加充氣速度是Dixon的主要建議之一。●給堆積物表面施加蒸發屏蔽○蒸發屏蔽會降低有效的表面傳熱系數和導致的熱損失，從而增加平均堆積物溫度。最近的工業做法已看到用塑料片材覆蓋堆積物。●加熱灌注溶液○由于白天/黑夜循環和在堆積物頂部的蒸發冷卻，Dixon發現在最好的情況下(它次優地與操作本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種控制堆浸工藝的方法，它通過控制堆積物的灌注速度作為堆積物的充氣速度、在堆積物內至少一個預定點處的平流熱效測定值、和在堆積物內至少一個預定點處的溫度測定值中的至少一個的函數而實現。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：弗蘭克肯尼斯克倫得威爾，艾倫埃里克諾頓，
申請(專利權)人：弗蘭克肯尼斯克倫得威爾，艾倫埃里克諾頓，
類型：發明
國別省市：ZA[南非]