有色金屬礦產資源綜合利用二

1、四川大學化學工程學院冶金工程系有色金屬礦產資源綜合利用劉中清2022-4-30四川大學化學工程學院冶金工程系第二講第二講 提綱提綱生物冶金技術在有色金屬資源綜合利用中的應用生物冶金技術在有色金屬資源綜合利用中的應用1 低溫熔煉技術在有色金屬資源綜合利用中的應用低溫熔煉技術在有色金屬資源綜合利用中的應用2 真空冶金技術在有色金屬資源綜合利用中的應用真空冶金技術在有色金屬資源綜合利用中的應用3 離子液體在有色金屬資源綜合利用中的應用離子液體在有色金屬資源綜合利用中的應用4四川大學化學工程學院冶金工程系生物冶金技術生物冶金技術邱冠周:用生物技術的鑰匙開啟礦產資源利用的大門 常規(guī)流程：常規(guī)流程：激烈氧

2、化、激烈還原、高碳過程、污染環(huán)境，適于品位較高礦物資源生物冶金生物冶金：溫和氧化、溫和還原、成本低廉、環(huán)境友好，適于低品位或貧礦、復雜礦物資源如傳統(tǒng)采鈾工藝不能適應低品位及難處理礦石的冶煉，生產周期長、污染大，處理低品位礦時，成本高、效率低。而生物浸鈾工藝則有幾大優(yōu)勢：一是充分開采低品位礦，擴大可經濟開采儲量；二是環(huán)境友好、低污染，在常溫、常壓下，不產生二氧化硫，少用甚至不需要化學氧化劑（二氧化錳、氯酸鈉等），而且減少了2/3的地表尾渣堆存量；三是工藝簡單、投資成本低。生物浸出比常規(guī)硫酸浸出節(jié)省酸量可達30%，礦石中固體溶解量減少，生產周期大大縮短。 生物冶金概述生物冶金概述四川大學化學工程學

3、院冶金工程系國內某金銅礦采用生物冶金技術后，能夠處理低品位礦，擴大了資源儲量。金礦入選品位由1克/噸降低至0.2克/噸，可利用資源量由4噸增加到210噸；銅礦入選品位由0.63%降低至0.25%，可利用資源量由140萬噸增加到340萬噸。而且，環(huán)境友好、無污染；常溫、常壓，不產生二氧化硫，排放廢水中銅離子小于0.5毫克/升（國家排放標準為1毫克/升）。同時，工藝簡單，投資成本低。該金銅礦2003年建成，至2006年收回全部投資3.5億元后，年新增效益1.5億元。 生物冶金實例生物冶金實例生物冶金技術生物冶金技術四川大學化學工程學院冶金工程系生物冶金技術生物冶金技術 利用某些微生物或其新陳代謝產

4、物對某些礦物和元素所具有的氧化、還原、溶解、吸附等作用，從礦石中溶浸金屬或從水中回收（脫除）有價（有害）金屬。1983 年第五屆細菌浸出國際會議上將其正式命名為生物冶金。 生物冶金概念生物冶金概念四川大學化學工程學院冶金工程系生物冶金技術生物冶金技術 生物冶金的發(fā)展歷程生物冶金的發(fā)展歷程 1947 年，科學家首次從酸性礦坑水中分離出能氧化硫 礦的氧化亞鐵硫桿菌。 1954年，Bryner L C等較系統(tǒng)地研究了各種硫化物的微生物浸出過程及氧化亞鐵硫桿菌在硫化礦浸出中的作用。到20 世紀80 年代中期，浸金礦石進行細菌預氧化的工業(yè)實 踐大大推進了微生物技術在礦石冶金中的應用。1958 年，美國肯

5、尼柯特銅礦首次用細菌在銅礦中浸出了金屬銅，使得應用微生物技術在低品位金屬礦、金礦、礦冶廢料處理等方面的應用呈現(xiàn)較好的前景。四川大學化學工程學院冶金工程系生物冶金技術生物冶金技術 生物冶金的發(fā)展歷程生物冶金的發(fā)展歷程最近20年，生物冶金技術已在50多個國家得到推廣應用，實現(xiàn)了銅、金、鈷、鎳、鋅、鈾等的生物冶金工業(yè)化。目前全世界生物冶金產銅量約占世界產銅量的20%。我國經過“九五”攻關，已經在德興銅礦開展表外礦堆浸回收銅的研究，并取得了明顯成效。四川大學化學工程學院冶金工程系生物冶金技術生物冶金技術 浸礦微生物種類浸礦微生物種類嗜酸氧化亞鐵硫桿菌。該菌被認為是酸性環(huán)境中浸礦的主導菌種，其主要代謝是

6、氧化Fe2為Fe3而獲得能量，亦可氧化硫化礦物、元素硫及可溶硫化合物，甚至可氧化溶液中的一價銅離子及二價錫離子， 并對溶液中的金屬離子具有一定的耐受力，同時固定CO2以生長。嗜酸氧化硫硫桿菌。不能氧化亞鐵離子，但能夠生長在元素硫及一些可溶性硫化合物上，能增強氧化鐵硫桿菌的浸礦作用。四川大學化學工程學院冶金工程系生物冶金技術生物冶金技術 浸礦微生物種類浸礦微生物種類硫化芽孢桿菌屬。該菌屬嚴格好氧且極度嗜酸類，此類細菌廣泛存在于自然界中，如硫化礦的開采廢石堆、火山地帶等。高溫嗜酸古細菌。此類細菌是微生物進化的一個獨立支系，有4個種屬能氧化硫化物，分別是硫化葉菌、氨基酸變性菌、金屬球菌和硫化小球菌。

7、在自養(yǎng)條件下能催化硫、亞鐵以及硫化物礦物的氧化。真菌。真菌應用于浸礦主要在近十年，真菌多數(shù)產生有機酸，并且生長的生物體較多，浸出效果往往優(yōu)于細菌，并且具有作用時間較短的優(yōu)點。四川大學化學工程學院冶金工程系生物冶金技術生物冶金技術 微生物浸礦基本原理微生物浸礦基本原理微生物浸出微生物浸出：主要涉及直接作用、間接作用和原電池作用直接作用直接作用間接作用間接作用四川大學化學工程學院冶金工程系生物冶金技術生物冶金技術 微生物浸礦基本原理微生物浸礦基本原理微生物氧化微生物氧化：對于難處理金礦， 金常以固液體或次顯微形態(tài)被包裹于砷黃鐵礦、黃鐵礦等載體硫化礦物中，應用傳統(tǒng)的方法難以提取，很不經濟。而生物技術

8、可預氧化載體礦物使載金礦體發(fā)生某種變化， 使包裹在其中的金解離出來，為下一步的氰化浸出創(chuàng)造條件。四川大學化學工程學院冶金工程系微生物吸附和微生物積累微生物吸附和微生物積累： 微生物吸附是指溶液中的金屬離子，依靠物理化學作用，被結合在細胞壁上。組成細胞壁的多種化學物質常具有如下的功能基團：胺基、?；⒘u基、羧基、磷酸基等，這些基團的存在，構成了金屬離子被細胞壁吸附的物質基礎。微生物積累是依靠生物體的代謝作用在體內積累金屬離子。生物冶金技術生物冶金技術 微生物浸礦基本原理微生物浸礦基本原理四川大學化學工程學院冶金工程系 微生物濕法冶金工藝微生物濕法冶金工藝生物冶金技術生物冶金技術生物堆浸生物堆浸是

9、指將粉碎的礦石堆積于由塑料材料圍起的堆浸場中，用含細菌和細菌營養(yǎng)物的稀釋過的硫酸溶液噴淋溶液從礦堆中浸出、回收并不斷噴淋。就地浸出法就地浸出法用于處理品位較低、開采難度大的礦石。是從低品位殘留礦床或未開采的礦床中不用采礦作業(yè)回收金屬的一種方法。攪拌浸出攪拌浸出一般用于處理富礦或精礦， 它要求90以上礦料通過200 目篩， 礦漿固體礦物濃度小于20。滲濾浸出滲濾浸出也稱微生物槽浸出，是將所處理的礦石放入浸出池或浸出槽中，加入微生物浸出劑進行浸出，最后滲濾出浸出液并富集金屬四川大學化學工程學院冶金工程系一、一、Pb/Zn 冶煉廢渣中有價金屬生物浸出生物冶金技術案例生物冶金技術案例某大型鉛鋅冶煉廠廢

10、渣堆場，經自然風干，球磨機磨細，過0.1 mm 篩后在105烘干，渣中含鐵量約35%。磨細后的廢渣經磁鐵除鐵后主要有價金屬元素為Zn，Cu，Pb，Ag，In和Ga 等，其含量分別為2.57%，1.03%，0.41%，92 g/t，100g/t 和916g/t；主要有害元素為As，Cd 和Pb 等，As 和Cd 含量分別為0.42%和24g/t。菌群選擇菌群選擇：采用馴化的中等嗜熱混合菌群，以球菌為主，革蘭氏陽性。耐高溫，在5565活性很強。實驗所采用菌種通過8000r/min 離心分離后棄去上清液，余下的菌球用蒸餾水漂洗后離心，重復2次后用pH 值為2.0 的嗜熱培養(yǎng)基溶液稀釋至2107 個細

11、胞/mL 。四川大學化學工程學院冶金工程系案例一結果案例一結果：在pH 值為1.5、廢渣濃度為5%、溫度為65 的優(yōu)化浸出條件下生物浸出4d，Pb/Zn冶煉廢渣中有價金屬Cu，Zn，In 和Ga 的浸出率分別達到95.5%，93.5%，85.0%和80.2%，而Pb 和Ag 則主要以硫酸鉛、黃鉀鐵礬類物質或硫化銀形式富集在余渣中。生物冶金技術案例生物冶金技術案例四川大學化學工程學院冶金工程系二、二、利用微生物治理重金屬污染利用微生物治理重金屬污染生物冶金技術案例生物冶金技術案例(1)利用微生物中具有吸附或抗重金屬的基因來構建轉基因利用微生物中具有吸附或抗重金屬的基因來構建轉基因植物植物，如如谷

12、氨酰半胱氨酸合成酶催化谷氨酸和半胱氨酸合成谷氨酰半胱氨酸并進一步合成GSH。這些化合物都含有SH, 可以和Cd ( II)、Pb( II)、As( III)等金屬離子結合, 降低對植物的毒害, 促進它們的吸收和累積。(2) 利用植物和微生物聯(lián)合治理重金屬污染利用植物和微生物聯(lián)合治理重金屬污染, Francova等從污染土壤分離到2 個菌株: 睪酮假單孢菌B356和伯克霍德氏菌LB400。用幾種多氯聯(lián)苯衍生物測試細菌的分解能力和代謝產物, 發(fā)現(xiàn)多氯聯(lián)苯降解產生過渡產物氯苯酸, 煙草和山葵等植物具有氯苯酸降解能力, 所以植物和微生物可聯(lián)合加強多氯聯(lián)苯的降解。四川大學化學工程學院冶金工程系三、銅鎘渣

13、中三、銅鎘渣中Cd 的生物浸出的生物浸出生物冶金技術案例生物冶金技術案例銅鎘渣采自某大型鉛鋅冶煉廠，經自然風干，球磨機磨細，過0 1 mm 篩后在105 烘干。 采用分離純化后的Bacillus spp 菌屬為原始菌種，經擴大培養(yǎng)后用于浸出銅鎘渣中的有價金屬Cd。四川大學化學工程學院冶金工程系案例三結果：案例三結果：浸出時間為5d、礦漿濃度為4%、培養(yǎng)基pH 為3、浸出溫度為30 ; 在最優(yōu)條件下Cd 浸出率高達99%，Zn浸出率可達95%以上，對Pb、Cu、As 等金屬的浸出效果不佳。生物冶金技術案例生物冶金技術案例四川大學化學工程學院冶金工程系低溫熔煉技術低溫熔煉技術 低溫熔煉技術概述低溫

14、熔煉技術概述在400900熔鹽介質中，以重金屬精礦或二次資源位原料，產出液態(tài)金屬聚集于熔鹽下面，而固態(tài)產物及固態(tài)未反應產物懸浮于熔鹽介質中形成熔煉渣。低溫熔鹽冶金是在低溫堿性熔煉的基礎上發(fā)展起來的，由前蘇聯(lián)學者謝里科會母于1948年首先提出，然后由斯米爾洛夫完成研究。低溫、低碳、清潔、利于綜合回收、適于處理多金屬復雜低溫、低碳、清潔、利于綜合回收、適于處理多金屬復雜礦、金屬直收率和粗金屬品位高。礦、金屬直收率和粗金屬品位高。四川大學化學工程學院冶金工程系低溫熔煉技術低溫熔煉技術 低溫熔煉技術原理低溫熔煉技術原理四川大學化學工程學院冶金工程系低溫熔煉技術低溫熔煉技術 低溫熔煉技術原理低溫熔煉技術

15、原理四川大學化學工程學院冶金工程系低溫熔煉技術低溫熔煉技術案例一案例一再生鉛低溫清潔冶金再生鉛低溫清潔冶金主要原料為廢舊鉛酸蓄電池人工拆解后的含鉛膠泥，Pb74.0%, S7.9%, Sb0.5%。鉛的物相分布為(%)：Pb4.54, PbO10.26, PbO215.93,PbSO469.12。在在880、純堿與固體物的質、純堿與固體物的質量比為量比為2.84、氧化鋅用量為理、氧化鋅用量為理論量的論量的1.1、焦粉與膠泥的質、焦粉與膠泥的質量比為量比為16%的優(yōu)化條件下，鉛的優(yōu)化條件下，鉛直收率為直收率為96.64%,總回收率為總回收率為98.06%, 94.70%的元素硫被氧的元素硫被氧化

16、鋅固定?；\固定。四川大學化學工程學院冶金工程系低溫熔煉技術低溫熔煉技術案例二案例二硫化銻精礦低溫熔煉硫化銻精礦低溫熔煉四川大學化學工程學院冶金工程系案例二結果：熔煉溫度為850 ，w(Na2CO3)/w(固體物)=5:1，w(Na2CO3)/w(NaCl)=0.75，w(ZnO)/w(理論量) =1.0，反應時間為1h。在此優(yōu)化條件下進行綜合擴大試驗，銻的直收率為84.42%，所得粗銻品位為86.66%。低溫熔煉技術低溫熔煉技術四川大學化學工程學院冶金工程系真空冶金技術真空冶金技術1967 年，R.F.Bunshah 在國際真空冶金會議上，將真空冶金定義為：“在壓力從低于大氣壓到超高真空范圍

17、內，金屬和合金的熔煉、加工與處理，以及對于這些金屬和合金的性質和應用的研究”。真空技術已從鋼鐵冶金擴展到有色金屬冶金，從粗金屬到高純金屬材料；同時真空冶金技術也發(fā)展了真空熔煉、真空提取、真空精煉、真空燒結、真空熱處理以及真空鍍膜等。真空冶金可以完成許多常壓下難于實現(xiàn)的冶金物理化學過程，能夠減輕環(huán)境負荷，改善工作條件，提高經濟效益。 真空冶金概述真空冶金概述四川大學化學工程學院冶金工程系真空冶金技術真空冶金技術 真空冶金技術分類真空冶金技術分類真空蒸餾分離及提純真空蒸餾分離及提純：基于各種金屬及其化合物的飽和蒸汽壓的不同以及物質在真空中易于氣化, 低沸點的金屬及其化合物優(yōu)先揮發(fā)，從而達到彼此分離、提純的目的。分離程度判據(jù)分離程度判據(jù)四川大學化學工程學院冶金工程系真空還原提取冶金：真空還原提取冶金：利用真空蒸餾技術可以提純有色金屬及其相關材料，如真空蒸餾品牌鋅生產低鐵鋅（含鐵90%)。 隨后，他們用BmimHSO4+Fe2(SO4)3+硫脲體系從黃銅礦、黃鐵礦、磁鐵礦、閃鋅礦的