微生物湿法冶金专家讲座.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,目 录,1 微生物浸矿基本原理,2 国内外现实状况及进展,2.1 细菌浸金,2.2 细菌浸铀,3 细菌浸出发展方向,4 其它方面应用,5,南华大学细菌浸铀研究,6,新疆,737,细菌浸出试验研究,微生物湿法冶金专家讲座,第1页,1 微生物浸矿基本原理,自上世纪50年代发觉浸矿微生物以来，经过大量研究和试验，人们已基本掌握了微生物浸出过程规律和作用原理。细菌浸矿理论主要有,直接作用理论,、,间接作用理论,以及,复合作用理论,，还有学者提出了,破硫膜作用说,。,微生物湿法冶金专家讲座,第2页,1.1 直接作用理论,所谓细菌直接作用是指不依赖于,Fe,3+,触媒作用，细菌细胞和金属硫化矿固体之间直接紧密接触，经过细菌细胞内特有铁氧化酶和硫氧化酶直接氧化金属硫化物，使金属溶解出来。,微生物湿法冶金专家讲座,第3页,1.2 间接作用理论,间接作用理论是指利用氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌等浸矿细菌先将低价铁和元素硫氧化生成高价铁和硫酸，利用产生硫酸高铁和硫酸进行浸出。铀矿石浸出主要就是利用上述浸矿细菌氧化产物，对沥青铀矿等主要铀矿物氧化和溶解。细菌氧化产物,Fe,2,(SO,4,),3,能将不溶于酸四价铀氧化成可溶于酸六价铀，从而将铀浸出。,微生物湿法冶金专家讲座,第4页,1.3 复合作用理论,复合作用理论是指在细菌浸出过程中，现有细菌直接作用，又有经过,Fe,3+,氧化间接作用。有时以直接作用为主，有时则以间接作用为主，但两种作用都不可排除，这是迄今为止绝大多数研究者都赞同细菌浸矿机理。实际上，矿石总会多少存在一些铁硫化矿，所以浸出时,Fe,3+,作用不可排除。,微生物湿法冶金专家讲座,第5页,1.4 破硫膜作用说,有学者认为，在浸矿过程中，矿石块表面覆盖着硫薄膜，妨碍了溶浸液与矿石块表面直接作用，若有细菌存在，能够将硫膜氧化和破坏，使浸出得以继续进行。,微生物湿法冶金专家讲座,第6页,2 国内外现实状况及进展,1947年，柯尔默（,Colmer）,首先发觉矿坑水中含有一个将,Fe,2+,氧化为,Fe,3+,细菌，并证实该菌在金属硫化矿氧化和一些矿山坑道水酸化过程中起着主要作用。1951年，坦波尔（,Temple）,和幸凯尔（,Hinkle）,从煤矿酸性矿坑水中首先分离出一个能氧化金属硫化物细菌，并命名为氧化亚铁硫杆菌（或称氧化铁硫杆菌，,Thiobacillus ferrooxidans）。,美国肯尼柯特,（,Kennecott）,铜矿企业尤它（,Utah）,矿，首先利用该菌渗透浸出硫化铜矿取得成功，1958年取得这项技术专利，这是,第一个相关细菌浸出专利,。,微生物湿法冶金专家讲座,第7页,我国细菌浸出研究，首先是在中国科学院微生物研究所,方心芳和王大珍,两位先生指导下于1959年开始。最初进行了细菌分离判定、主要生理特征研究、金属硫化矿物细菌浸出研究。,20世纪60年代末至80年代初是我国细菌浸出研究及应用蓬勃发展时期，也取得了不少成绩，如：细菌浸出湖南柏枋铜铀伴生矿回收铜和铀研究，于1972年成功应用于生产。但从80年代初至80年代末，细菌浸出研究和应用基本处于停滞状态。直到90年代初，我国细菌浸出研究工作又开始出现复苏，中国科学院、地矿部、冶金部相关院所、矿山及一些高校都逐步恢复了细菌浸出研究和应用工作。,微生物湿法冶金专家讲座,第8页,国内主要研究单位,1 中科院北京微生物研究所,2 中科院化学物理研究所3 中科院北京化冶研究所,4 中南大学矿物工程系,5 云南大学微生物研究所,6昆明理工大学资源开发工程系,7 内蒙古工业大学,8武汉化工学院选矿教研室,9 北京矿冶研究总院 10 新疆农科院微生物研究所11中科院广西生物研究所 12 长沙矿山研究院13地矿部成都综合岩矿测试中心 14地矿部西安综合岩矿测试中心15地矿部青海省中心试验室,16 长春黄金研究院,17陕西省地堪局第三地质队,18云南地质科学研究所,19江西德兴铜矿,20核工业北京化冶院,21原核工业第六研究所,22,南华大学,23,东华理工大学,24,昆明冶金研究院2,5,昆明贵金属研究所 2,6,北京有色冶金研究总院2,7,贵溪江西铜业企业科研设计所溶浸室,微生物湿法冶金专家讲座,第9页,国内,细菌浸出研究和应用取得显著进展有三家：一是,江西德兴铜矿,，1993年与美国一家企业合作进行尾矿细菌堆浸半工业试验取得成功并应用于生产；二是,长春黄金研究院,，负担黄金工业“九五”科技改造重点项目细菌氧化-氰化提金工艺研究，在三年内建成一个日处理5,10吨含砷金精矿细菌氧化-氰化提金示范生产厂；三是地矿部西安综合岩矿测试中心，已在西安近郊建成日处理量2吨以上含砷精金矿细菌氧化提金厂。,陕西省地堪局第三地质队,申请了细菌浸金,专利,一项。,微生物湿法冶金专家讲座,第10页,2.1 细菌浸金,细菌浸金主要用于含,砷,和含,硫,难处理金精矿。,微生物湿法冶金专家讲座,第11页,2.1.1 含砷、硫、炭,金精矿,国外难处理含,砷、硫、炭,金矿预氧化氰化浸金研究、应用概况，见表1。,微生物湿法冶金专家讲座,第12页,2.1.2 国外商业生物氧化厂,（,1,）南非,Fairview,生物氧化厂,（,2,）巴西,Sao Bento,选矿厂,（,3,）澳大利亚,Harbour Lights,生物氧化厂,（,4,）澳大利亚,Wiluna,生物氧化厂,（,5,）加纳,Ashanti,生物氧化厂,（,6,）秘鲁,Tamboraque,生物氧化厂,微生物湿法冶金专家讲座,第13页,南非,Fairview,生物氧化厂指标,操作指标,年平均值,1988,1990,1991,1995,1996,1997,处理精金矿量（,t/d）,263,350,712,906,754,865,精金矿品位（,g/t）,99,109,127,151,127,116,精金矿,S,品位（%）,27.4,23.1,22.9,18.0,16.8,14.3,金回收率（%）,93.0,92.5,93.4,93.8,96.9,97.1,生物氧化厂运转率（%）,99,98,98,98,99,99,微生物湿法冶金专家讲座,第14页,巴西,Sao Bento,选矿厂,19901991,年,GENCOR,工艺研究企业经过大量半工业试验，安装一台580,m,3,生物氧化反应器，机组处理含,S18.7%,浮选精矿，处理能力为150,t/d，,硫氧化率到达30%。,微生物湿法冶金专家讲座,第15页,澳大利亚,Harbour Lights,生物氧化厂,1991年,Harbour Lights,选矿厂取得用生物氧化法处理堆置精矿和新鲜精矿许可证。生物氧化厂设计处理能力为40,t/d,，于1991年6月开始建设，1991年底建成投产，至1992年10月实践证实，在到达设计处理能力前提下金回收率到达92%。,微生物湿法冶金专家讲座,第16页,澳大利亚,Wiluna,生物氧化厂,Wiluna,氧化厂于1993年建成投产。原设计处理能力（精金矿）为115,t/d，,精金矿含,S24%，,相当于天天处理27,t,硫。氧化厂由六台反应器组成，每台有效容积为470,m,3,。,生物氧化停留时间为5天。1993年末进行了工业试验，硫化物中硫平均氧化率为96.5%，协议为93.6%。1996年增加了3台新反应器，处理能力增至158,t/d,，相当于处理硫35,t/d。,处理能力为115,t/d,精矿生物氧化厂投资为900万澳元（1993年），生产费用为70澳元/,t,精矿。,微生物湿法冶金专家讲座,第17页,加纳桑苏生物氧化厂指标,操作指标,94.5,94.6,94.7,95.6,97.6,98.6,处理精金矿量（,t/d）,307,532,586,745,880,1007,平均精矿,S,品位（%）,10.5,7.5,7.4,7.5,10.3,9.1,平均,S,氧化率（%,94.8,94.6,97.6,92.5,92.2,91.0,金平均溶解率（%）,91.9,94.2,94.2,92.0,92.2,91.6,微生物湿法冶金专家讲座,第18页,秘鲁,Tamboraque,生物氧化厂,设计生物氧化厂处理能力（精矿）为60,t/d，1998,年底投产。矿石含砷26%，含毒砂56%。60,t/d,生物氧化厂总投资为300万美元，每吨精金矿生产费用为70美元。,微生物湿法冶金专家讲座,第19页,我国金矿储量比较丰富，在已探明金矿中难处理金矿占有较大百分比，而且难浸金矿金品位较高。这些难处理金矿主要分布在,湖南、贵州、新疆和四川、江西,等地。难处理金矿主要包含以下几个：,砷金矿、砷锑金矿、砷铜金矿、砷汞金矿以及硫化金矿。,因为没有找到适当浸出工艺，许多资源至今还未开发利用。,微生物湿法冶金专家讲座,第20页,2.2 细菌浸铀,2.2.1 铀矿石细菌堆浸,2.2.2,地浸采铀细菌作氧化剂,2.2.3,细菌渗滤浸出,2.2.4 原地爆破浸出,微生物湿法冶金专家讲座,第21页,细菌浸矿技术是综合利用生物、化学和工程科学原理来发挥微生物在矿物加工过程中特殊作用。在铀矿堆浸过程中引入细菌浸矿技术可改变铀矿石浸出动力学，强化铀浸出过程，从而缩短浸出周期，提升铀浸出率，降低生产成本，因而引发了国内外铀矿加工行业重视和研究。细菌浸铀已经有多年历史，1953年葡萄牙就开始进行试验，1959年某铀矿用细菌浸铀浸出率为60%80%；,加拿大细菌浸铀,规模最大，从20世纪60年代起就开展细菌浸出试验室研究和现场试验研究，并很快进行工业生产，年产量在60吨,U,3,O,8,以上,，,生产成本由原来每磅,U,3,O,8,5,美元降至3.3美元，,工艺流程见图,。,微生物湿法冶金专家讲座,第22页,加拿大细菌浸铀工艺流程,微生物湿法冶金专家讲座,第23页,印度,早在19721978年期间进行了各种铀矿石细菌浸出试验，考查了矿石成份、营养物质等对浸出效果影响，总结了细菌浸出过程中酸度、电位以及各种元素改变情况。印度露天开采中采取细菌浸出，处理低品位矿石（0.01%0.03%,U,3,O,8,）。,微生物湿法冶金专家讲座,第24页,法国,也有一些铀矿进行细菌浸出，如埃卡尔勃耶尔铀矿，原来以化学浸出为主，以后经过试验室驯化培养，提升细菌活性，最终把细菌浸出应用于工业生产，产铀量由原来25吨增至35吨。法国勃鲁佐铀矿曾进行含铀0.010.02%10000吨贫铀矿石细菌堆浸工业试验，矿石粒度0400毫米，经过两年多试验，浸出率到达68.0%。,微生物湿法冶金专家讲座,第25页,依据戈哈姆（,Gorham）,跨国企业1983年调查汇报介绍，,美国,细菌浸铀产值已达0.9亿美元。美国细菌浸铀主要是在细菌浸铜时，从平均含有10,mg/L,铀浸出液中提取铀。,微生物湿法冶金专家讲座,第26页,另外，,西班牙,从1975年开始对萨拉玛偌克铀矿进行了细菌柱浸、堆浸试验和试生产。,南非、巴西、澳大利亚、英国,等也开展了细菌浸出试验研究和生产。,日本,也进行过细菌浸铀试验室研究。,微生物湿法冶金专家讲座,第27页,我国于20世纪60年代开始这方面研究，70年代初在湖南某贫铀矿进行细菌堆浸试验，,北京铀矿选冶研究院和中国科学院微生物研究所,合作进行了细菌浸出条件试验及半工业性试验研究。即自1972年起投入生产，连续生产了八年多，将堆积在地表含铀0.02%,0.03%尾砂全部处理完。,微生物湿法冶金专家讲座,第28页,核工业北京化冶院,早在20世纪70年代末开始了细菌浸出研究，针对我国许多不一样类型铀矿进行了大量试验研究，尤其是在生物膜氧化装置和工艺流程组合等方面取得了进展。进行了细菌堆浸现场试验，浸出率到达69.4%，酸耗2.1%。,微生物湿法冶金专家讲座,第29页,以后,核工业北京化冶院,又在我国南方某铀矿进行了细菌堆浸工业试验，经过85,d,淋浸试验，回收铀6859,kg，,液计浸出率92.9%，渣计浸出率91.8%，酸耗2.1%，与常规堆浸比较，浸出周期缩短75,d，,酸耗节约35%，金属铀浸出率提升2%。最近又进行了,4000,t,级,细菌堆浸工业试验，已在我国南方某铀矿应用于生产。工业试验工艺流程图、工业设备形象系统图分别见图。,微生物湿法冶金专家讲座,第30页,南方某铀矿细菌堆浸工艺流程,微生物湿法冶金专家讲座,第31页,工业试验设备形象图,微生物湿法冶金专家讲座,第32页,2.2.2 地浸采铀细菌作氧化剂,关于地浸采铀工艺中细菌作氧化剂研究，国外主要有,前苏联和美国,。20世纪90年代初，前苏联用细菌氧化地浸铀矿山返尾液中,Fe,2+,进行了现场试验，前后花了一年多，进行了温度、营养物质、通气量等对细菌活性影响试验。因为现场气温太低，最终没有应用于生产。在国内，针对地浸氧化剂问题进行了深入研究，,原核工业第六研究所,经过多年研究和探索，先后进行了细菌作地浸氧化剂室内试验、中间试验、现场扩大试验和现场生产应用，并取得了很大进展；另外，还进行了珠形微生物氧化剂制备及其在地浸中应用研究。,微生物湿法冶金专家讲座,第33页,细菌作氧化剂工艺流程,微生物湿法冶金专家讲座,第34页,地浸工艺原理示意图,微生物湿法冶金专家讲座,第35页,细菌作氧化剂现场抽注试验 工 艺 流 程,微生物湿法冶金专家讲座,第36页,渗滤浸出,又称泡浸，目标是为了确定渗滤浸出过程中各种主要原因，也为了预测金属回收率和金属最终产品。针对细菌渗滤浸出特点，对我国某铀矿床矿石进行了渗滤浸出试验，试验结果表明：该矿矿石中,U,4+,含量高，在浸出过程中需要加氧化剂，在细菌与氯酸钾作氧化剂渗滤浸出对比试验中能够发觉，用细菌浸出可提升金属浸出率10,15%，而且浸出速度快。但因为渗滤浸出浸出液中,F,-,较高，单级浸出溶液中,F,-,就高达2,g/L,以上，对细菌生长非常不利。,微生物湿法冶金专家讲座,第37页,原地爆破细菌浸出工艺流程,微生物湿法冶金专家讲座,第38页,细菌浸出发展方向,1 新菌种开发和研究2 高效生物反应器开发,微生物湿法冶金专家讲座,第39页,碱性微生物,金田企业汤普森,报道，发觉适宜在几乎中性环境中生存新菌株，并已经分离出,pH,值靠近中性氧化硫化物微生物，这是微生物预处理难浸金矿石新发觉，这将把微生物预处理难浸金矿石推向全新发展阶段；中南大学丘冠周副校长为其博士、硕士设置专题研究经费专门从事碱性微生物相关研究，（通常生物浸出只有在酸性条件下（,pH2.0）,才效）。碱性微生物含有很好研究和应用前景。,微生物湿法冶金专家讲座,第40页,强力微生物,美国,Rudy Jacobson,博士,发觉,Loxsom,菌落，该菌落是一个新型天然强力浸矿细菌，即,Living Oxidizer Sulfide and Oxide Mineral,硫化矿物和氧化矿物活性氧化剂。是一个自养生物，在,Loxsom,菌落中最少有六种细菌，其中一个细菌是去除,Loxsom,菌落所产生废物；还有一个很强霉菌伴其生长，并产生一个抗生素溶液以保护,Loxsom,细菌。已经有试验表明：对铜、金含有强浸出特征，浸出效果优于氧化亚铁硫杆菌，而且预计对其它金属浸出也会含有好浸出效果。,微生物湿法冶金专家讲座,第41页,耐热菌,中等耐热菌,（45,60）已在澳洲培养成功，并已在工业中得到应用。并已发觉耐热菌可在高温下（90）氧化硫化矿，唯其细胞壁比较薄，不能耐受矿浆搅拌，难以实际应用。提升菌种工作温度，是缩短浸出周期努力方向。,微生物湿法冶金专家讲座,第42页,其它,另外，可经过遗传工程，从现有性能较优菌种中开发高效微生物，提升氧化速度，使浸出周期缩短。为此，需加强与微生物浸出机理等相关基础研究。,微生物湿法冶金专家讲座,第43页,高效生物反应器,（1）适宜剪切力和搅拌强度，既能 保障细菌旺盛生长，又能使矿 物颗粒处于悬浮状态；（2）优良充气性能，确保氧气充分进 入矿浆，到达近饱和；（3）低能耗。,微生物湿法冶金专家讲座,第44页,4 其它方面应用,废水治理、生物吸附、煤脱硫、微生物腐蚀预防与治理、新型生物吸附剂研制、生物降解、生物基因改良、生物找矿（微生物探头）、生物能源、超级微生物石油降解、生物电池、生物传感器等。,微生物湿法冶金专家讲座,第45页,5,南华大学细菌浸铀研究,19911993,：开始细菌浸铀、细菌浸金探 索性研究；,19941995,：开始地浸采铀矿山细菌代替双氧水试验研究，在云南,381,地浸采铀试验矿山成功应用，,1996,年经过部级判定，获部科技进步三等奖；,1996,：新疆细菌作氧化剂探索性试验，取得初步进展，但因为低温条件细菌适应性问题等暂时停顿，转向铀矿地表细菌堆浸试验研究；,微生物湿法冶金专家讲座,第46页,19971998,：,719,矿草桃背矿床原地爆破浸出细菌作氧化剂强化浸出工业试验，取得显著效果；该项目于,年经过判定，取得国防科工委科技进步二等奖；,以后因为铀矿冶系统进入低谷时期，现场试验停顿了一段时间，转入室内基础研究。,至今：,铀矿冶生物技术国防重点学科试验室,，投资了几百万元致力于细菌耐受性和特种功效基因工程菌试验室基础研究。,微生物湿法冶金专家讲座,第47页,6,新疆,737,细菌浸出试验,细菌浸出流程示意图,微生物湿法冶金专家讲座,第48页,生物反应器通气装置,微生物湿法冶金专家讲座,第49页,载 体,微生物湿法冶金专家讲座,第50页,T.f,培养基,名 称,MgSO,4,.7H,2,O,(NH,4,),2,SO,4,KCl,Ca(NO,3,),2,K,2,HPO,4,FeSO,4,.,7H,2,O,浓,H,2,SO,4,质量,g,0.5,3,0.1,0.01,0.5,5,2.8ml,U,mg.l,-1,酸度,g.l,-1,SO,4,2-,g.l,-1,Fe,mg.l,-1,Fe,3+,mg.l,-1,Ca,2+,mg.l,-1,Mg,2+,mg.l,-1,Eh,-mV,1,12,1315,400500,8001000,500600,300400,380420,吸附尾液成份,微生物湿法冶金专家讲座,第51页,双氧水氧化尾液：尾液氧化还原电位,:-390mV,，,Fe958.1mg.L,-1,，,Fe,3+,257.3 mg.L,-1,，,Fe,2+,700.8mg.L,-1,。取,1L,尾液，依次加入分析纯双氧水，测量氧化还原电位。,尾液电位，,-mV,-390,-403,-413,-424,-435,-449,-468,-500,-583,V,H2O2,ml,0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,注,:,双氧水氧化,Fe,2+,理论值为,:0.1ml,分析纯双氧水能够氧化,0.1g Fe,2+,，上表中实际值与理论值非常吻合。,微生物湿法冶金专家讲座,第52页,问 题,1,低温细菌活性？,2,井下缺氧细菌活性保持问题？,3,成本？,微生物湿法冶金专家讲座,第53页,地下水生物治理技术,治理内容,:,NO,3,-,、,SO,4,2-,、余酸、铀以及重金属离子（,Cr,、,Mn,、,Co,、,Ni,、,Cu,、,Zn,、,Cd,）,治理方法：,化学方法,物理方法,化学,物理联合治理,化学,生物联合治理,微生物湿法冶金专家讲座,第54页,NO,3,-,治理,:,铁屑,反硝化细菌,SO,4,2-,治理,:,电渗析、反渗透,化学,生物法,石灰乳降酸除大部分,SO,4,2-,，,SRB,(,硫酸盐还原菌,),降解剩下,SO,4,2-,。,微生物湿法冶金专家讲座,第55页,