一种利用晶种诱导除铁促进黄铜矿生物浸出的方法转让专利
申请号 : CN201710222586.X
文献号 : CN106929672B
文献日 : 2018-11-27
发明人 : 黄小涛 , 廖蕤 , 覃文庆 , 邱冠周
申请人 : 中南大学
摘要 :
本发明提供一种利用晶种诱导除铁促进黄铜矿生物浸出的方法，本发明选用褐铁矿作为晶种，并将褐铁矿磨细；将磨细的黄铜矿添加到黄铜矿生物浸出体系进行浸出，在浸出过程中加入褐铁矿晶种；黄铜矿中铜浸出之后，进行固液分离，得到铜离子浸出液和生物浸出渣；将得到铜离子浸出液进行铜的提取，最终得到铜。本发明利用褐铁矿晶种诱导除铁原理，通过除铁将溶液电位调控在适合黄铜矿生物浸出的区间，显著促进黄铜矿的生物浸出。该技术所用晶种价格低廉、来源广泛，该方法价格低廉、高效、简单、易操作。
权利要求 :
1.一种利用晶种诱导除铁促进黄铜矿生物浸出的方法，包括以下步骤：（1）选用褐铁矿作为晶种，并将褐铁矿磨细；
（2）将黄铜矿磨细；
（3）将步骤（2）得到的黄铜矿添加到黄铜矿生物浸出体系进行浸出，在浸出过程中加入步骤（1）得到的褐铁矿晶种；
（4）黄铜矿中铜浸出之后，进行固液分离，得到铜离子浸出液和生物浸出渣；
（5）将得到铜离子浸出液进行铜的提取，最终得到铜；步骤（3）中生物浸出体系为铁氧化菌浸出体系；所述铁氧化菌为嗜铁钩端螺旋菌；所述嗜铁钩端螺旋菌预先进行培养和驯化，培养和驯化所用培养基组成为：(NH4)2SO4 含量为3.0 g/L, MgSO4·7H2O 含量为0.5 g/L, K2HPO4 含量为0.5 g/L, KCl 含量为0.1 g/L, Ca(NO3)2 含量为0.01 g/L, FeSO4·
7H2O含量为44.7 g/L，1～2wt%的黄铜矿和0.2～0.5wt%的褐铁矿。
2.根据权利要求1所述的方法，步骤（1）中采用干式磨矿，将褐铁矿磨至粒度为0.074 mm以下。
3.根据权利要求1所述的方法，步骤（2）中采用干式磨矿，将黄铜矿磨至-0.074 mm含量占80%以上。
4.根据权利要求1所述的方法，所述铁氧化菌的浓度大于1.0×107 cells/mL。
5.根据权利要求1所述的方法，步骤（3）中在浸出体系溶液电位不高于480 mV vs. Ag/AgCl时添加褐铁矿晶种。
6.根据权利要求5所述的方法，添加的褐铁矿与黄铜矿质量比为1：10～2:1。
7.根据权利要求1所述的方法，步骤（3）中维持浸出体系pH为1.5～2.5，温度40～60 ℃，搅拌速度为100～600 rpm。
说明书 :
一种利用晶种诱导除铁促进黄铜矿生物浸出的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及生物湿法冶金和矿物加工技术领域，具体为一种利用晶种诱导除铁促进黄铜矿生物浸出的方法。
背景技术
[0002] 黄铜矿（CuFeS2）是地球中储量最丰富的含铜资源，主要通过火法冶炼技术提取铜，但是火法冶炼技术能耗高、污染大。生物湿法冶金因具有环境与经济方面的优势，被视为一种处理硫化矿物的极具应用前景的技术。但是目前黄铜矿生物冶金仍然面临挑战，主要是由于黄铜矿在生物浸出过程中容易发生钝化。溶液电位被认为是黄铜矿生物浸出的决定因素，过高的溶液电位容易导致黄铜矿快速钝化，应将溶液电位控制在较低范围促进黄铜矿浸出。黄铜矿生物浸出溶液体系溶液电位主要由Fe3+/Fe2+比值决定，但浸矿微生物能很快将Fe2+氧化为Fe3+，因而极难通过调节Fe2+浓度来控制溶液电位，通过调节Fe3+更易于实现溶液电位的调控。溶液除铁方法包括黄钾铁矾法、赤铁矿除铁法等。黄钾铁矾除铁法从1960年以后开始用于锌浸出液的除铁，但是该方法产生渣量较大，环境污染大，并且黄钾铁矾溶液导致黄铜矿生物浸出钝化。赤铁矿法需要在较高温度、压强条件下进行，成本较高，工艺要求也较高。因此如何选择更为低廉、高效、简单、易操作的除铁方法，成为目前控制黄铜矿生物浸出溶液体系溶液电位的难题。
发明内容
[0003] 本发明提供一种价格低廉、高效、简单、易操作的利用晶种诱导除铁促进黄铜矿生物浸出的方法。
[0004] 理论上讲，通过添加晶种除铁可以使Fe3+在晶种表面沉淀，避免在黄铜矿表面沉淀，从而可以减轻钝化。
[0005] 本发明采用以下技术方案：一种利用晶种诱导除铁促进黄铜矿生物浸出的方法，包括以下步骤：
[0006] （1）选用褐铁矿作为晶种，并将褐铁矿磨细；
[0007] （2）将黄铜矿磨细；
[0008] （3）将步骤（2）得到的黄铜矿添加到黄铜矿生物浸出体系进行浸出，在浸出过程中加入步骤（1）得到的褐铁矿晶种；
[0009] （4）黄铜矿中铜浸出之后,进行固液分离,得到铜离子浸出液和生物浸出渣；
[0010] （5）将得到铜离子浸出液进行铜的提取，最终得到铜。
[0011] 作为优选，步骤（1）中采用干式磨矿，将褐铁矿磨至粒度为0.074 mm以下。
[0012] 作为优选，步骤（2）中采用干式磨矿，将黄铜矿磨至-0.074 mm含量占80%以上。
[0013] 进一步地，步骤（3）中生物浸出体系为铁氧化菌浸出体系。
[0014] 进一步优选，所述铁氧化菌为嗜铁钩端螺旋菌。
[0015] 作为优选，所述嗜铁钩端螺旋菌预先进行培养和驯化，培养和驯化所用培养基组成为：(NH4)2SO4 含量为3.0 g/L, MgSO4·7H2O 含量为0.5 g/L, K2HPO4 含量为0.5 g/L, KCl 含量为0.1 g/L, Ca(NO3)2 含量为0.01 g/L, FeSO4·7H2O含量为44.7 g/L，1～2wt%的黄铜矿和0.2～0.5wt%的褐铁矿。
[0016] 作为优选，所述铁氧化菌的浓度大于1.0×107 cells/mL。
[0017] 进一步地，步骤（3）中在浸出体系溶液电位不高于480 mV vs. Ag/AgCl时添加褐铁矿晶种。
[0018] 作为优选，添加的褐铁矿与黄铜矿质量比为1：10～2:1。
[0019] 作为优选，步骤（3）中维持浸出体系pH为1.5～2.5，温度40～60 ℃，搅拌速度为100～600 rpm。
[0020] 本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明提供了一种利用晶种诱导除铁促进黄铜矿生物浸出的方法，选用褐铁矿作为晶种，添加至黄铜矿生物浸出体系，通过使Fe3+在晶种表面沉淀除铁控制溶液电位，同时减少钝化物质黄钾铁矾的生成，显著促进黄铜矿生物浸出。该技术所用晶种价格低廉、来源广泛，该方法价格低廉、高效、简单、易操作。该工艺反应条件容易达到，反应也易控制，本工艺对环境不会带来污染，易于实现工业化规模生产。
附图说明
[0021] 图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
[0022] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示及实施例，进一步阐述本发明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0023] 参考图1，一种利用晶种诱导除铁促进黄铜矿生物浸出的方法，包括以下步骤：
[0024] （1）选用褐铁矿作为晶种，并将褐铁矿磨细；
[0025] （2）将黄铜矿磨细；
[0026] （3）将步骤（2）得到的黄铜矿添加到黄铜矿生物浸出体系进行浸出，在浸出过程中加入步骤（1）得到的褐铁矿晶种；
[0027] （4）黄铜矿中铜浸出之后，进行固液分离，得到铜离子浸出液和生物浸出渣；
[0028] （5）将得到铜离子浸出液进行铜的提取，最终得到铜。
[0029] 本发明选用的浸出微生物优选铁氧化菌，更优选嗜铁钩端螺旋菌。
[0030] 实施例1：
[0031] 选用的黄铜矿矿石多元素分析如表1所示。
[0032] 表1 黄铜矿多元素分析结果
[0033]Cu Fe S Al As Ba Si Cl K Ca
31.94 26.98 28.67 0.04 0.015 0.52 0.01 0.035 0.006 0.022
31.94 26.98 28.67 0.04 0.015 0.52 0.01 0.035 0.006 0.022
[0034] 采用干式磨矿，将黄铜矿磨至-0.074 mm含量占80%以上，然后添加到黄铜矿生物7
浸出体系进行浸出，生物浸出体系选用嗜铁钩端螺旋菌，浓度大于1.0×10 cells/mL，嗜铁钩端螺旋菌预先进行驯化，驯化采用的培养基组成为：(NH4)2SO4 (含量为3.0 g/L), MgSO4·7H2O (含量为0.5 g/L), K2HPO4 (含量为0.5 g/L), KCl (0.1 g/L), Ca(NO3)2 (含量为0.01 g/L), FeSO4·7H2O（含量为44.7 g/L），1～2wt%的黄铜矿和0.2～0.5wt%的褐铁矿；当浸矿微生物生长至对数期时，过滤、离心，收集浓缩后的菌液，作为生物浸出体系菌种。在该黄铜矿生物浸出体系中，控制溶液pH为1.9，温度40 ℃，搅拌速度为100 rpm。然后分组做对比试验：浸出过程中添加褐铁矿晶种，褐铁矿也采用干式磨矿，磨至粒度为
0.074 mm以下，添加的褐铁矿与黄铜矿质量比为1:10；在浸出一开始就添加褐铁矿晶种，30天后检测到铜离子浓度为800 mg/L；在溶液电位为385 mV vs. Ag/AgCl时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为803 mg/L；在溶液电位为405 mV时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为792 mg/L；在溶液电位为442 mV时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为827 mg/L；
在溶液电位为472 mV 时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为755 mg/L；在溶液电位为
480 mV时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为902 mg/L；在溶液电位为490 mV 时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为765 mg/L；在溶液电位为500 mV 时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为605 mg/L；不添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为528 mg/L。由多组对比试验可知在溶液电位不高于480 mV时添加褐铁矿晶种，浸出效果更佳。黄铜矿中铜浸出之后，进行固液分离，得到铜离子浸出液和生物浸出渣；将得到铜离子浸出液进行铜的提取，最终得到铜。因此，本发明与不加褐铁矿晶种相比可知，本发明显著促进了黄铜矿生物浸出。
浸出体系进行浸出，生物浸出体系选用嗜铁钩端螺旋菌，浓度大于1.0×10 cells/mL，嗜铁钩端螺旋菌预先进行驯化，驯化采用的培养基组成为：(NH4)2SO4 (含量为3.0 g/L), MgSO4·7H2O (含量为0.5 g/L), K2HPO4 (含量为0.5 g/L), KCl (0.1 g/L), Ca(NO3)2 (含量为0.01 g/L), FeSO4·7H2O（含量为44.7 g/L），1～2wt%的黄铜矿和0.2～0.5wt%的褐铁矿；当浸矿微生物生长至对数期时，过滤、离心，收集浓缩后的菌液，作为生物浸出体系菌种。在该黄铜矿生物浸出体系中，控制溶液pH为1.9，温度40 ℃，搅拌速度为100 rpm。然后分组做对比试验：浸出过程中添加褐铁矿晶种，褐铁矿也采用干式磨矿，磨至粒度为
0.074 mm以下，添加的褐铁矿与黄铜矿质量比为1:10；在浸出一开始就添加褐铁矿晶种，30天后检测到铜离子浓度为800 mg/L；在溶液电位为385 mV vs. Ag/AgCl时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为803 mg/L；在溶液电位为405 mV时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为792 mg/L；在溶液电位为442 mV时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为827 mg/L；
在溶液电位为472 mV 时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为755 mg/L；在溶液电位为
480 mV时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为902 mg/L；在溶液电位为490 mV 时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为765 mg/L；在溶液电位为500 mV 时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为605 mg/L；不添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为528 mg/L。由多组对比试验可知在溶液电位不高于480 mV时添加褐铁矿晶种，浸出效果更佳。黄铜矿中铜浸出之后，进行固液分离，得到铜离子浸出液和生物浸出渣；将得到铜离子浸出液进行铜的提取，最终得到铜。因此，本发明与不加褐铁矿晶种相比可知，本发明显著促进了黄铜矿生物浸出。
[0035] 实施例2：
[0036] 选用的黄铜矿矿石多元素分析如表2所示。
[0037] 表2黄铜矿多元素分析结果
[0038]Cu Fe S Al As Ba Si Cl K Ca
32.15 25.20 29.25 1.03 0.005 0.88 1.82 0.66 0.12 0.25
32.15 25.20 29.25 1.03 0.005 0.88 1.82 0.66 0.12 0.25
[0039] 采用干式磨矿，将黄铜矿磨至-0.074 mm含量占80%以上，然后添加到黄铜矿生物浸出体系进行浸出，生物浸出体系选用嗜铁钩端螺旋菌，浓度大于1.0×107 cells/mL，嗜铁钩端螺旋菌预先进行驯化（同实施例1）。在该黄铜矿生物浸出体系中，控制溶液pH为1.5，温度50 ℃，搅拌速度为250 rpm。然后分组做对比试验：浸出过程中添加褐铁矿晶种，褐铁矿也采用干式磨矿，磨至粒度为0.074 mm以下，添加的褐铁矿与黄铜矿质量比为1:2；在浸出一开始就添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为828 mg/L；在溶液电位为390 mV vs. Ag/AgCl时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为852 mg/L；在溶液电位为415 mV时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为836 mg/L；在溶液电位为460 mV时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为905 mg/L；在溶液电位为480 mV 时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为915 mg/L；在溶液电位为490 mV 时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为732 mg/L；在溶液电位为500 mV 时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为598 mg/L；不添加褐铁矿晶种，
30天后铜离子浓度为478 mg/L。由多组对比试验可知在溶液电位不高于480 mV时添加褐铁矿晶种，浸出效果更佳。黄铜矿中铜浸出之后，进行固液分离，得到铜离子浸出液和生物浸出渣；将得到铜离子浸出液进行铜的提取，最终得到铜。因此，本发明与不加褐铁矿晶种相比可知，本发明显著促进了黄铜矿生物浸出。
30天后铜离子浓度为478 mg/L。由多组对比试验可知在溶液电位不高于480 mV时添加褐铁矿晶种，浸出效果更佳。黄铜矿中铜浸出之后，进行固液分离，得到铜离子浸出液和生物浸出渣；将得到铜离子浸出液进行铜的提取，最终得到铜。因此，本发明与不加褐铁矿晶种相比可知，本发明显著促进了黄铜矿生物浸出。
[0040] 实施例3：
[0041] 选用的黄铜矿矿石多元素分析如表3所示。
[0042] 表3黄铜矿多元素分析结果
[0043]Cu Fe S Al As Ba Si Cl K Ca
32.08 28.15 28.01 2.20 0.001 0.15 0.88 1.56 1.02 0.75
32.08 28.15 28.01 2.20 0.001 0.15 0.88 1.56 1.02 0.75
[0044] 采用干式磨矿，将黄铜矿磨至-0.074 mm含量占80%以上，然后添加到黄铜矿生物浸出体系进行浸出，生物浸出体系选用嗜铁钩端螺旋菌，浓度大于1.0×107 cells/mL，嗜铁钩端螺旋菌预先进行驯化（同实施例1）；在该黄铜矿生物浸出体系中，控制溶液pH为2.5，温度55 ℃，搅拌速度为350 rpm。然后分组做对比试验：浸出过程中添加褐铁矿晶种，褐铁矿也采用干式磨矿，磨至粒度为0.074 mm以下，添加的褐铁矿与黄铜矿质量比为1:1；在浸出一开始就添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为788 mg/L；在溶液电位为387 mV vs. Ag/AgCl时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为842 mg/L；在溶液电位为420 mV时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为830 mg/L；在溶液电位为440 mV时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为855 mg/L；在溶液电位为480 mV 时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为905 mg/L；在溶液电位为490 mV 时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为750 mg/L；在溶液电位为500 mV 时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为618 mg/L；不添加褐铁矿晶种，
30天后铜离子浓度为485 mg/L。由多组对比试验可知在溶液电位不高于480 mV时添加褐铁矿晶种，浸出效果更佳。黄铜矿中铜浸出之后，进行固液分离，得到铜离子浸出液和生物浸出渣；将得到铜离子浸出液进行铜的提取，最终得到铜。因此，本发明与不加褐铁矿晶种相比可知，本发明显著促进了黄铜矿生物浸出。
30天后铜离子浓度为485 mg/L。由多组对比试验可知在溶液电位不高于480 mV时添加褐铁矿晶种，浸出效果更佳。黄铜矿中铜浸出之后，进行固液分离，得到铜离子浸出液和生物浸出渣；将得到铜离子浸出液进行铜的提取，最终得到铜。因此，本发明与不加褐铁矿晶种相比可知，本发明显著促进了黄铜矿生物浸出。
[0045] 实施例4：
[0046] 选用的黄铜矿矿石多元素分析如表4所示。
[0047] 表4黄铜矿多元素分析结果
[0048]Cu Fe S Al As Ba Si Cl K Ca
27.56 30.05 25.35 5.15 0.008 0.25 3.25 0.15 0.02 1.75
27.56 30.05 25.35 5.15 0.008 0.25 3.25 0.15 0.02 1.75
[0049] 采用干式磨矿，将黄铜矿磨至-0.074 mm含量占80%以上，然后添加到黄铜矿生物浸出体系进行浸出，生物浸出体系选用嗜铁钩端螺旋菌，浓度大于1.0×107 cells/mL，嗜铁钩端螺旋菌预先进行驯化（同实施例1）；在该黄铜矿生物浸出体系中，控制溶液pH为2.0，温度60 ℃，搅拌速度为600 rpm。然后分组做对比试验：浸出过程中添加褐铁矿晶种，褐铁矿也采用干式磨矿，磨至粒度为0.074 mm以下，添加的褐铁矿与黄铜矿质量比为2:1；在浸出一开始就添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为885 mg/L；在溶液电位为390 mV vs. Ag/AgCl时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为860 mg/L；在溶液电位为438 mV时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为798 mg/L；在溶液电位为455 mV时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为805 mg/L；在溶液电位为480 mV 时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为898 mg/L；在溶液电位为490 mV 时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为708 mg/L；在溶液电位为500 mV 时添加褐铁矿晶种，30天后铜离子浓度为627 mg/L；不添加褐铁矿晶种，
30天后铜离子浓度为505 mg/L。由多组对比试验可知在溶液电位不高于480 mV时添加褐铁矿晶种，浸出效果更佳。黄铜矿中铜浸出之后，进行固液分离，得到铜离子浸出液和生物浸出渣；将得到铜离子浸出液进行铜的提取，最终得到铜。因此，本发明与不加褐铁矿晶种相比可知，本发明显著促进了黄铜矿生物浸出。
30天后铜离子浓度为505 mg/L。由多组对比试验可知在溶液电位不高于480 mV时添加褐铁矿晶种，浸出效果更佳。黄铜矿中铜浸出之后，进行固液分离，得到铜离子浸出液和生物浸出渣；将得到铜离子浸出液进行铜的提取，最终得到铜。因此，本发明与不加褐铁矿晶种相比可知，本发明显著促进了黄铜矿生物浸出。
[0050] 本发明制备工艺简单，反应条件容易达到，反应也易控制，本工艺显著促进了黄铜矿生物浸出，生产成本低，易于实现工业化规模生产。
[0051] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。