铁尾矿再生资源(铁矿尾矿回收利用方案)

2023-07-15 15:17:27
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我国矿产资源丰富,在矿山开采及选矿过程中产生了大量的尾矿,由于其品位低,只能长期堆放于尾矿库,据统计,到目前为止,我国各类矿山堆存的尾矿已达80亿吨,并以年排放3 亿多吨的速度在增长。尾矿在堆放过程中,随着周边环境的变化,尾矿中含有的有害元素会进入大气、水体以及土壤中而造成污染,危害人畜的正常生产生活及周边的生态环境。

微生物浸出过程中影响金属浸出的因素

微生物浸出技术已经取得了一些成果,但是其在工业上的应用推广还不广泛,该技术环境友好、反映温和,但是微生物浸矿周期较长、浸矿速度较慢,成为制约其应用的瓶颈。近些年,国内外学者对微生物浸出过程中影响浸出速率的因素进行了广泛研究。主要包括培养基的组成成分、浸出的温度、浸出液的 pH 值、矿料的粒度及矿浆浓度、离子的浓度、O 2 和 CO 2 的供给、介质的氧化还原电位等诸多方面,基本掌握了它们的影响规律。

浸矿细菌必须的营养元素

为了细菌能够快速的生长繁殖,必须给它们提供足够的营养物质,在矿石的生物浸出中,还需要给硫含量不足的矿石加入适量的元素硫和铁或者矿料。硫和铁是浸矿细菌不可或缺的营养元素,而过量的元素硫和铁又会抑制浸矿细菌的生长。

浸矿过程中的温度

浸矿细菌主要分为常温菌、中度嗜热菌和极端嗜热细菌。氧化亚铁硫杆菌是目前研究和应用最为广泛的浸矿细菌,大多数氧化亚铁硫杆菌菌株都属于常温微生物,生长温度在 15-37 ℃ 之间,最适生长温度为 30 ℃ 左右。20世纪 90 年代,一些研究发现在堆浸和槽浸过程的中后期,反应体系中的优势菌群已不是常温菌,而是一些中高温细菌,于是,人们开始重视中高温菌浸矿的研究和应用,在高温条件下,高温菌可以显著提高浸出的反应速率,同时能够防止黄铜矿等原生硫化矿的钝化而阻碍浸出反应的进行。

浸矿过程中的pH 范围

各种细菌都有其最适合的 pH 范围。pH 值直接影响细菌的生长繁殖和氧化活性,同时当 pH 值过高时,Fe2+及Fe3+ 会产生不同形式的沉淀,附着在矿石的表面,妨碍细菌和矿石的接触。pH 值过高或者过低,都将影响细菌的生长,进而影响浸矿过程。

矿石的矿浆浓度

矿石粒度直接影响到矿物表面的暴露程度,原则上,矿石粒度越细越有利于浸出,但是过细的矿料一方面增加了磨矿费用,同时浸出过程中会产生大量细泥,增加了浸出工艺的复杂程度。高浓度的矿浆浓度也会抑制细菌的生长,从而影响浸出效率。

金属离子对浸矿细菌的影响

微生物浸矿体系中含有大量的金属离子,它们有的在细菌生长代谢过程中起着重要的催化作用,如常量矿质元素钾、钠、钙、镁、硫、磷等,有的对矿石的微生物浸出有促进作用,如某些低浓度的金属离子Ag +、Hg 2+、Co 2+、Bi 3+、As 5+ 和 Ru3+等,它们通过改变矿物固体表面的电化学特性,从而促进硫化矿中铜的浸出,其催化效率顺序为Ag + >> Hg 2+ > Co 2+ > Bi 3+ > As 5+ > Ru 3+。

任何高浓度的金属离子都将抑制浸矿细菌的氧化活性,细菌对金属离子的耐受能力是影响矿石浸出率的重要因素。浸矿细菌即使通过氧化Fe2+来获取能量,但过量的铁离子反而对浸出不利。

这些因素都影响着浸矿细菌对尾矿金属元素的浸出过程,决定尾矿砂金属的浸出率。

微生物浸出工艺的选择

依据矿石的类型与品位不同,微生物浸出的工业化生产方式主要有三种:堆浸法、池浸法或槽浸法、地下浸提法。目前,这三种生产方式都已经被广泛应用,其中,美国通过堆浸法和地下浸提法提取的金属铜约占美国年产铜量的 11% 以上。智利通过堆浸工艺从低品位矿石中生产的金属铜量高达30 万吨,占智利年产铜量的 20%,而槽浸法也被广泛应用与硫化精矿的生物提取。

在尾矿浸出工艺方面,制粒堆浸和搅拌浸出仍然是目前研究的主要浸出工艺。在堆浸工艺中,尾矿砂由于尾矿粒度细,含泥量大等原因使得堆浸效果很差,制粒过程虽然能够稍微弥补这个缺陷,但又相应增加了生产成本,采用搅拌浸出,一方面尾矿砂处理量小,另一方面,搅拌浸出的生产成本较高,总体来讲,这两种工艺在经济上并不适合尾矿砂中有价金属的生物提取。

从尾矿中通过微生物浸出技术回收有价金属,不同于原生矿或精矿的微生物搅拌浸出,也不能等同于传统的堆浸方式,其浸出工艺还需要进行深入的研究,要致力于开发适合于尾矿的微生物浸出工艺—原位浸出技术。

尾矿微生物浸出技术的思考

目前,微生物浸出技术已较为广泛的应用于从低品位原生硫化矿中回收有价金属,但将微生物浸出技术应用于尾矿的研究还较少,尾矿是宝贵的二次资源,与原生矿不同,尾矿的矿石组成、矿物性质都发生了变化,尾矿资源的大规模利用还任重道远。

浸矿细菌的选育已经取得了长足发展,大量优良的浸矿细菌被选育出来,随着对浸矿机理的逐步认识,科研工作者认识到浸矿过程应该是一些相关细菌的共同作用,进而一些浸矿辅助细菌被选育出来,研究菌株之间的共生协同作用,开创了混合菌剂浸出的新时代。然而,现在浸矿细菌种类仍然不足,特别是尾矿专属的浸矿细菌开发尤为不足,对浸矿体系中细菌间的相互作用还不清楚。

由于尾矿砂品位普遍较低,采用搅拌浸出工艺成本较高,在经济上受到限制,而采用较为经济的堆浸工艺,又由于尾矿砂粒度极细,使得堆浸筑堆的渗透性和透气性很差,不能满足堆浸工艺的要求,导致浸出率较低,研发出尾矿砂原位浸出技术迫在眉睫。

矿产资源是不可再生资源,经过多年的开采利用,高品位易选冶矿产资源已日趋减少,我国还有大量的尾矿资源正待开发,因此尾矿的开发已成当务之急。

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