[发明专利]氧化多金属硫化物矿的化学/生物工艺

说明书

本发明是1987年7月10日递交的美国专利申请，No.071968的继续。

本申请涉及一种改进的、氧化多金属硫化物矿及精矿的方法。该方法使用化学/生物相结合的浸取工艺以及至少三种不同类型的细菌。

通过细菌-铁氧化性硫杆菌（Thiobacillus    ferrooxidans，以下简称为“铁氧化杆菌”）的中介作用，从硫化物矿提取金属的方法早已被人们熟知。据估计，美国亚利桑那州（Arizona）所产铜量的四分之一是通过对露天矿开采过程中所产生的低品位硫化铜废料进行生物浸取处理而获得的。

目前，对于生物浸取工艺，唯一所知的其它工业应用是在加拿大安大略省、Elliot    Lake区的Denison矿，在那里使用铁氧化杆菌从黄铁矿的铀矿中提取铀。

虽然生物浸取方法已被研究用来氧化低品位废矿中的硫化物矿物（这是一种自然发生的过程），但是这种工艺的动力学过程是如此缓慢，以致于它们仅能用于低值废矿。在这种情况下，用10～15年的浸取时间来获取50%的提取物并不是一件稀奇事。然而在试验室中，当在优化的条件下工作时，生物浸取工艺的动力学过程可被加快几十万倍。作为这种试验室工作的一个结果，Duncan等人在US-3607235中描述了一种用于硫化物矿物的生物浸取工艺：将精细粉碎的金属硫化物置于酸性的、空气鼓泡的并带有硫化物氧化菌培养物（经验证为铁氧化杆菌）的溶液中，形成悬浮液，将pH值保持在2.0。该工艺的提取量是颗粒尺寸的函数，而且，为获得超过90%的提取量，必须对浸出残留物进行再研磨。Mcelroy等人在US-3856913中提出，当使用铁氧化杆菌对黄铜矿矿物进行氧化时可用银作为催化剂。Bruynesteyn等人在US-4571387中公开并要求保护一种改进的生物方法，该方法也是使用铁氧化杆菌从黄铁矿矿物的硫化物中生产元素硫。

生物浸取工艺在工业上的广泛应用会受到下列事实的阻碍：铁氧化杆菌对高的氢离子浓度（低pH值）以及某些元素（较低浓度）的存在高度敏感，这些元素诸如砷和锑，它们有抑制或毒杀作用。

酸性对铁氧化杆菌活性的影响已被广泛地研究。Buchanan和Gibbon^<1>报告说：铁氧化杆菌可于pH值为1.4～6.0的条件下生长。Tuovinen等人^<2>的报告指出：当pH值低于1.0时，铁氧化杆菌不生长。但是，通过在逐渐增加酸性的介质中进行连续培养，其可在pH1.3的条件下用于氧化二价铁。然而，Tuovinen指出，在再次培养阶段中，由于二价铁氧化使酸被消耗，介质的pH值上升到1.7，因此，在pH为1.3的条件下经任意长的时间后，其菌种是否还是活性的这一点是有疑问的。Lui^<3>在他的试验中也观察到了同样的pH值上升现象。

Tomizuka等人^<4>的报告指出：当在发酵器中氧化二价铁时，最佳的pH值为2.3～2.7。他还指明：在pH值为0.8时，该菌的生长速率降至零，而在pH值分别为1.3和1.5时，其生长速率分别是最大速率的40%和56%。Golomzik和Ivanv^<5>在一次意图使铁氧化杆菌适应低pH值介质的尝试中，使用了顺序转移，使之依次进入增加了酸性的介质。尽管他们提出了在1.0的低pH条件下成功地获得了细菌生长的例证，但在这种低pH值下，二价铁的氧化速率仅为17毫克/升/小时。因已有报告^<6>说，在pH值为2.3时该速率可达500～1000毫克/升/小时，因此，所获得的这一结果意义有限。

Bruynesteyn等人的报告^<6>指出：通过连续培养技术，铁氧化杆菌能适应低至1.25的pH值，并仍能保持其快速氧化二价铁的能力。Bruynesteyn等人^<7>还报告：氢离子以一种协同的方式与铀反应，引起对铁氧化杆菌的抑制，特别是在pH值为1.6的条件下。

因此，铁氧化杆菌在pH值低于1.0的条件下不氧化二价铁或硫化物。既然三价铁是一种氧化剂，它将有助于矿质硫化物的氧化，且三价铁的溶解度随pH值降低而增加，所以该生物的pH值敏感性限制了它在浓硫酸铁溶液构成的强氧化性溶液中的使用。此外，许多硫化物矿及精矿具有足够高的硫化物含量，以致生物法产生的硫酸使（溶液）pH值降至1.2以下，有效地遏止了生物浸取过程。