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铜镍多金属硫化矿生物浸出研究现状及进展

来源期刊：稀有金属2012年第5期

论文作者：杨晓龙温建康武彪

文章页码：822 - 829

关键词：铜镍多金属硫化矿;生物浸出;新工艺;选择性浸出;

摘要：铜镍多金属硫化矿是目前产镍的主要矿物,这些含镍硫化矿物很容易被细菌侵蚀,对于生物浸出铜镍硫化矿,许多学者已经开展了广泛的研究,并实现了规模化的工业实践。介绍了铜镍多金属硫化矿的主要矿床类型、分布规律和矿物组成特征,并从矿物晶体结构、热力学、电化学等多个方面分析了铜镍硫化矿中主要矿物物化性质的差异,总结了铜镍硫化矿生物浸出研究的现状。当前,生物浸出铜镍多金属硫化矿还有很多机制和工艺上的问题有待进一步解决:高性能浸铜、浸镍菌种的选育驯化;浸出铜镍硫化矿过程的微观机制分析以及常规生物浸出工艺存在的各种问题。未来铜镍矿生物浸出的发展趋势主要有3方面:高效菌种选育、微观机制研究、新工艺开发。对于常规生物浸出铜镍硫化矿工艺,所得浸出液成分复杂,杂质含量较高,给萃取分离工作带来了困难,本文提出了复杂铜镍硫化矿生物选择性浸出的新思路,有助于解决复杂生物浸出液中有价金属的高效分离。目前,该工艺还处在实验阶段,要实现其工业化应用还需要更广泛的基础理论研究和工艺实践。

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稀有金属 2012,36(05),822-829

铜镍多金属硫化矿生物浸出研究现状及进展

杨晓龙温建康武彪

北京有色金属研究总院生物冶金国家工程实验室

摘要：

铜镍多金属硫化矿是目前产镍的主要矿物,这些含镍硫化矿物很容易被细菌侵蚀,对于生物浸出铜镍硫化矿,许多学者已经开展了广泛的研究,并实现了规模化的工业实践。介绍了铜镍多金属硫化矿的主要矿床类型、分布规律和矿物组成特征,并从矿物晶体结构、热力学、电化学等多个方面分析了铜镍硫化矿中主要矿物物化性质的差异,总结了铜镍硫化矿生物浸出研究的现状。当前,生物浸出铜镍多金属硫化矿还有很多机制和工艺上的问题有待进一步解决:高性能浸铜、浸镍菌种的选育驯化;浸出铜镍硫化矿过程的微观机制分析以及常规生物浸出工艺存在的各种问题。未来铜镍矿生物浸出的发展趋势主要有3方面:高效菌种选育、微观机制研究、新工艺开发。对于常规生物浸出铜镍硫化矿工艺,所得浸出液成分复杂,杂质含量较高,给萃取分离工作带来了困难,本文提出了复杂铜镍硫化矿生物选择性浸出的新思路,有助于解决复杂生物浸出液中有价金属的高效分离。目前,该工艺还处在实验阶段,要实现其工业化应用还需要更广泛的基础理论研究和工艺实践。

关键词：

铜镍多金属硫化矿;生物浸出;新工艺;选择性浸出;

中图分类号： TF18

作者简介：杨晓龙(1987-),男,河北邯郸人,硕士研究生;研究方向:铜镍多金属矿生物浸出;温建康(E-mail:kang3412@126.com);

收稿日期：2012-03-14

基金：国家科技部科技支撑计划(2012BAB10B08);国家科技部863计划(2012AA060502)资助项目;国家科技部973计划(2010CB630905)资助项目;

Research Status and Progress in Bioleaching of Cu-Ni Polymetallic Sulphide Deposit

Abstract：

Cu-Ni polymetallic sulphide deposit was the main mineral containing nickel at present,these minerals were easy to bacteria erosion.Many scholars conducted extensive researches and scale industrialization of bioleaching of Cu-Ni polymetallic sulphide deposit was accomplished.The types,distribution and characteristics of the main miner in Cu-Ni polymetallic sulphide deposit were introduced and the difference of physical and chemical properties by electronic structure,thermodynamics,electrochemistry and so on were analyzed,the current situation of bioleaching of Cu-Ni polymetallic sulphide deposit were summarized.The bioleaching had a lot of mechanism and technical problems to be further solved: breeding domestication of high-performance copper,nickel leaching strains,microscopic mechanism analysis of the leaching process and existing problems of regular bioleaching and so on.The trend of the development of bioleaching of Cu-Ni polymetallic sulphide deposit mainly existed in three aspects: efficient bacteria breeding,microscopic mechanism research,new process development.In the regular bioleaching of Cu-Ni polymetallic sulphide deposit process,the composition of lixivium was complex and impurity content was high,it brought more difficulty for extraction.The selective bacterial leaching process which might be conducive to the efficient separation of valuable metals was presented.The technique was still in the experimental stage now,it needed more extensive basic theory research and technology practice before realizing the industrial application.

Keyword：

Cu-Ni sulphide deposit;bioleaching;new process;selective leaching;

Received： 2012-03-14

细菌浸出^[1]是矿物生物技术的一种,其本质是利用微生物或微生物代谢产物与矿化作用,发生氧化、还原、分解、吸附等直接或间接作用,将矿石中的有价金属溶浸出来,再从溶出液中用一般湿法冶金方法分离、富集和回收金属。生物浸出技术特别适合处理贫矿、废矿、表外矿及难采、难选、难冶矿的堆浸和就地浸出,并具有过程简单、成本底、能耗低、对环境污染小等突出优点,已在工业生产中得到广泛应用。

对于硫化矿生物浸矿技术^[2],在国外已是较成熟的工业应用技术^[3]。针对我国矿产资源特点^[4],要将该项技术消化、吸收,变成处理我国低品位复杂矿的高效技术,必须解决如下几个问题^[5]:堆浸和就地浸出工程地质、水文地质;高效优良浸矿菌种的开发;生物浸矿工艺技术适应性与优化设计;生物浸矿工业生产应用规模化。

铜镍硫化矿是镍矿^[6]的主要类型之一,目前从硫化矿石中提取的镍,约占目前镍总产量的2/3。随着铜镍矿资源像其他金属矿资源一样,向贫、细、杂过渡,即所需处理的低品位矿石的矿量比例增大,细粒嵌布的矿石居多,矿石物质组成和相互嵌布关系更加复杂化,要获得铜镍浮选分离的高指标,难度加大^[7]。而这些含镍硫化矿很容易被各种细菌侵蚀,并且铜镍硫化矿中不仅含有镍和铜,还有大量其他的有价金属如钴、锌等。

介绍了铜镍多金属硫化矿的主要矿床类型、分布规律和矿物组成特征,并从矿物晶体结构、热力学、电化学等多个方面分析了铜镍硫化矿中主要矿物物化性质的差异,总结了铜镍硫化矿生物浸出研究的现状。

1 铜镍多金属硫化矿主要矿物特征

铜镍多金属硫化矿主要包括镍黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、硫镍钴矿和硫钴铁矿等。硫化铜镍矿在国外主要分布在3个地区,即加拿大的5大湖地区及哈得逊湾沿岸、苏联北部的诺里尔斯克及科拉半岛、澳大利亚西部地区。此外,在欧洲、南部非洲及南美等地区也有分布,但规模不大。我国镍矿主要是硫化铜镍矿,占全国总保有储量的86%,且储量分布高度集中,仅甘肃金川镍矿,其储量就占全国总储量的63.9%,新疆喀拉通克、黄山和黄山东3个铜镍矿储量也占到全国总保有储量的12.2%。我国铜镍矿的地质工作比较高,属于勘探级别的储量占到了全国总保有储量的74%。由于我国铜镍矿资源的上述特点,给我国镍矿的开发利用带来了有利的一面,也产生了不利的因素^[8]。因为矿石储量分布集中,容易形成采选冶企业。但也应看到,储量高度集中,而且埋藏深,不能露天开采,因此对扩大产量,提高经济效益带来了影响。

铜镍硫化物型镍矿一般产于构造相当稳定的地台区和地盾区及其边缘的断裂带中,与基性-超基性岩有关,成矿时代较老。我国主要铜镍硫化矿床^[9]特征见表1。

2 铜镍多金属硫化矿生物浸出研究现状

2.1 铜镍多金属硫化矿浸矿菌种选育

可用于浸矿的细菌有几十种,按它们生长的最佳温度可以分为3类,即中温菌(mesophile),中等嗜热菌(moderate thermophile)与高温菌(thermophile)。硫化矿浸出常涉及到的细菌见表2。

目前研究和工业上选育菌种大多为驯化菌种。驯化育种的实践在国内外也比较多。

温建康等^[10]利用现代微生物驯化育种技术和浸矿活性检测技术研究了抗毒性强的高效浸矿菌种的选育,获得了高砷硫低镍钴硫化矿生物浸出的高效浸矿菌种。选择适宜的原始浸矿菌株,在9 K培养基中加入一定浓度的Ni²⁺,Co²⁺金属离子和砒霜,然后逐步提高Ni²⁺,Co²⁺金属离子和砒霜浓度,并每次转接于高砷硫低镍钴硫化矿粉浸出体系中进行提高浸矿性能和抗毒性驯化。

表1 我国主要铜镍硫化矿床特征Table 1 Main Cu-Ni sulfide ore deposit features in China 下载原图

表1 我国主要铜镍硫化矿床特征Table 1 Main Cu-Ni sulfide ore deposit features in China

表2 硫化矿浸出常用菌种Table 2 Common strains for sulfide ore bioleaching 下载原图

表2 硫化矿浸出常用菌种Table 2 Common strains for sulfide ore bioleaching

聂珍媛等^[11]提出,在金川低品位铜镍复合矿中采用经诱变改良的外源混合T.f浸矿菌和控制矿浆p H(<4),有效地浸出了该复合矿中的镍和铜;铜、镍在不同浸出阶段表现为相反的浸出行为,酸浸时铜优先被浸出,菌浸时镍优先被浸出。

陈云等^[12]通过驯化、诱变、适应性培养等育种方法,开发出具有吸附性强、氧化活性高、耐受性强的高效优良浸矿工程菌。在氧气充足、一定的p H值、温度、湿度及一定的含氮无机物的情况下,浸矿工程菌将元素S和某些还原态的硫化物氧化并从中获得能量,显著促进浸矿效果,提高金属浸出率。

裘荣庆等^[13]从广东云浮茶洞毒砂矿酸性矿水中分离,筛选出氧化铁硫杆菌T23,经过后来的驯化,细菌的耐砷能力达6 g·L^-1。吴学玲^[14]用9 K培养基分别以Fe²⁺及元素S作为能源,对来自江西德兴铜矿、湖北大冶铜矿、广西大厂等多个矿区的矿坑水样本进行了硫化矿浸矿细菌的富集、筛选、驯化、分离纯化,得到能氧化Fe²⁺及元素S的纯化菌株。研究得到对重金属等毒性离子具有抗性的高效浸矿菌株。

2.2 硫化铜镍矿生物浸出研究

2.2.1 硫化铜镍矿生物浸出机制研究

硫化金属矿细菌浸出的实质是使难溶的金属硫化物氧化^[15],使其金属阳离子融入浸出液,浸出过程是硫化物中S^2-的氧化过程。这一过程普遍认为有直接作用和间接作用及两种的复合作用机制^[16]。

细菌的直接作用是硫化物在细菌的参与下被O₂所氧化:

这一氧化过程没有细菌参与时虽然在热力学上可行,但十分缓慢而不具有实用价值。由于细菌的参与,使这一过程大为加快。

细菌的间接作用是金属硫化物被溶液中Fe³⁺氧化,是一化学或电化学过程:

在实际浸出体系中,还存在矿物浸出的电化学机制。以镍黄铁矿为例,其常与黄铁矿紧密伴生,由电化学原理可知,当浸出介质中两种或两种以上硫化矿共存时,由于静电位不同,在浸出过程中会发生原电池反应。此时,镍黄铁矿将优先选择性溶解,黄铁矿则被阴极保护。

2.2.2 硫化铜镍矿生物浸出工艺研究现状

陈勃伟等^[17]研究了某低品位硫化镍铜矿的生物浸出工艺矿物学,考察了接种量、初始p H、矿石粒度、浸出周期对该矿摇瓶浸出过程的影响。在矿石粒度-0.074 mm占90%、矿浆浓度2%、细菌接种量30%、初始p H 1.5、浸出周期30 d、摇床转速150 r·min^-1的条件下,可获得最大的镍铜浸出率,分别为89.79%和41.80%。

方兆珩、柯家骏等^[18]研究了氧化亚铁硫杆菌(T.f)和氧化硫硫杆菌(T.t)浸出金川低品位镍铜硫化矿的机制、过程动力学、工艺条件和反应工程。研究表明,含镍磁黄铁矿的细菌浸出以细菌氧化生成的Fe³⁺的作用为主,浸出速率受表面反应控制;镍黄铁矿的细菌浸出以矿物表面吸附菌的作用为主。细菌对Mg²⁺离子的耐受浓度因驯化而提高,极限浓度可达15~20 g·L^-1。低品位镍铜矿的细菌浸出过程中p H控制、细菌的初始接种量、矿浆浓度及T.f和T.t的混合比是影响镍、铜、钴等有价金属元素浸出速率和最终浸出率的主要因素。

俞娟等^[19]通过正交试验研究了p H值、矿浆质量分数、矿石粒度、细菌接种量、表面活性剂对铜镍矿尾矿细菌浸出的影响。试验得出铜和镍浸出的最佳条件。细菌氧化后,铜和镍的浸出率分别达到63.14%和91.47%,镍的浸出速度比铜的浸出速度快。

2.3 铜镍多金属硫化矿主要矿物生物浸出现状

铜镍多金属硫化矿中最主要的两种有用金属是铜和镍,其中主要含镍矿物为镍黄铁矿,主要含铜矿物为黄铜矿。对这两种矿物的研究现状如下。

2.3.1 镍黄铁矿生物浸出研究现状

镍黄铁矿(Fe,Ni)₉S₈,铁镍比接近于1∶1,是自然界中现存最丰富的镍硫化矿物,等轴晶系,镍黄铁矿与合成Co₉S₈的结构相似,具有十分复杂和高对称的特点。由热力学分析可知镍黄铁矿性质活泼,在酸性介质中自发分解,生成可溶金属离子及硫化氢,可进行简单酸浸^[20]。在细菌浸出过程中,酸浸作用和细菌的作用同时进行^[21]。

Torma于1974年发表文章用T.f菌在震荡曲颈瓶中浸取低品位的硫化镍矿10 d,Ni,Cu,Co的浸出率均超过60%。Miller等^[22]曾对南非低品位镍矿进行了细菌堆浸的模拟实验,在浸出70 d后镍的浸出率在30%~50%。日本Nakazawa等^[23]报道了采用氧化亚铁硫杆菌对金川低品位镍矿在较低p H值(1.0~1.7)条件浸出42 d,可浸出75%的镍和14%的铜。中科院微生物所钟慧芳等曾做过浸出贫镍黄铁矿的研究,细菌在20%的矿浆浓度里浸出7 d后,镍浸出率可达70%~80%,浸出过程中细菌起主要作用,而用硫酸高铁浸出极其缓慢,起次要作用。

李宏煦等^[24]研究镍黄铁矿与黄铁矿混合矿细菌浸出过程的原电池效应,镍黄铁矿中加入黄铁矿及C,镍浸出率有所增加。当细菌和黄铁矿综合影响时,浸出率大大提高,镍黄铁矿浸出10 d Ni浸出率可达90%。由于接触电位影响,混合矿浸出过程中黄铁矿颗粒与镍黄铁矿颗粒间形成原电池,阳极镍黄铁矿氧化分解加速,阴极黄铁矿受到保护。

2.3.2 黄铜矿生物浸出研究现状

黄铜矿的晶体结构稳定,在细菌浸出过程中易钝化,反应速度非常缓慢,不利于从低品位黄铜矿中提取铜^[25]。矿物表面会生成一层致密的钝化膜,阻碍营养物质、微生物和反应产物在矿物表面与溶液之间的传递,抑制了铜的持续浸出。目前研究认为,黄铜矿钝化膜为硫膜、多硫化合物、黄钾铁矾^[26]。

徐金光等^[27]研究了45℃条件下利用中等嗜热菌浸出黄铜矿(75.5%,Cu Fe S₂)过程中的影响因素。舒荣波等^[28,29]研究了低电位条件下生物浸出黄铜矿,在酸性溶液中,高浓度Fe²⁺离子的存在有助于溶解氧对黄铜矿的氧化浸出。

孙风芹^[30]进行了难选低品位铜镍矿细菌浸出试验。依据多金属硫化矿细菌浸出机制提出了两段细菌浸出工艺,排除了镍对黄铜矿溶解的负面影响,使铜、镍浸出率分别达到68.07%和68.13%。方兆珩等^[18]用T.f菌和T.t菌浸出金川低品位镍铜硫化矿。优化条件下气搅浸出、通气搅拌浸出和渗滤浸出等3种不同浸出方式的对比试验表明,采用通气搅拌浸出方式最有效,在15%矿浆浓度下,浸出20 d,镍的浸出率可达到95.4%,铜为48.6%,钴为82.6%。

Natarajan^[31]浸出黄铜矿、磁黄铁矿和镍黄铁矿混合矿时发现,由于镍黄铁矿静电位比黄铜矿低,当有25%的镍浸出时,只有2%的铜浸出。Ahonent和Tuovinen^[32]用氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌混合菌浸出复杂硫化矿,主要矿物为黄铜矿、含钴镍黄铁矿、闪锌矿、磁黄铁矿、黄铁矿。研究发现在磁黄铁矿周围有单质硫生成,闪锌矿浸出过程有反应带。几种金属浸出的难易程度:Zn>Ni>Co>Cu,此实验中,镍浸出率仅为50%。

3 生物选择性浸出硫化铜镍矿新工艺

对于硫化铜镍矿这种复杂多金属矿,生物浸出液成分也比较复杂,这不利于后续萃取环节有价金属的高效分离,基于此考虑,笔者所在课题组提出了生物选择性浸出的新工艺。

硫化铜镍矿^[33]含有黄铜矿、镍黄铁矿、黄铁矿等矿物,由镍黄铁矿和黄铜矿的生物浸出研究可知它们浸出的条件不同,同时浸出两种矿物并不能得到较好的浸出效果,特别是铜的浸出率偏低,并且浸出液中杂质较多,不利于后续环节实现较好的分离^[34,35,36],除杂夹带大量有用元素,回收率低。选择性浸出工艺基于硫化铜镍矿中主要矿物物化性质的差异,控制浸出条件实现优先选镍再选铜。下面从晶体电子结构、热力学性质、电化学性质来讨论镍黄铁矿和黄铜矿的性质差异性。

3.1 硫化铜镍矿电子结构

硫化金属矿电子结构是生物浸出机制的决定因素^[37]。由于矿物电子结构即分子轨道和能带结构的差异^[38],矿物生物浸出表现出不同的机制,即硫代硫酸盐机制和多硫化物机制^[39]。

黄铁矿晶格能为4260 k J·mol^-1,结构^[40]见图1,价带由铁原子轨道单独形成,失去电子,提高表面的铁氧化状态,当电位高于分解电势(理论≥680 m V)时,价键才被破坏,阳极溶解产物为硫酸盐,属于硫代硫酸盐机制^[41]。在仅有酸条件下不可溶,在高电位下易溶,细菌作用提高溶液氧化还原电位促进黄铁矿溶解。

黄铜矿晶格能很高,达17500 k J·mol^-1,结构^[42]见图2,价带由铜原子和硫原子轨道共同形成,Fe³⁺,H⁺均可从价带夺电子,失去电子价键断裂。阳极溶解产物为元素硫,属于多硫化物机制。酸性条件下可溶,低电位条件下利于溶解,细菌的加入有助于氧化矿物表面的硫膜,促进矿物溶解。

镍黄铁矿为等轴晶系,具有十分复杂和高对称的特点,价带由镍原子和硫原子轨道共同形成,属多硫化物机制^[43]。由热力学分析可知镍黄铁矿性质活泼,在酸性介质中自发分解,生成可溶金属离子及硫化氢,可进行简单酸浸,细菌存在时酸浸和细菌浸出同时进行,加快溶解速度。

镍黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿特性对比见表3。

3.2 热力学性质

浸出过程与物质在水溶液中的稳定性有密切关系,而稳定性与溶液的电位、p H值、组分活度、温度和压力等有关。现代湿法冶金理论研究中广泛使用一种图解法,即用电位-p H图来分析过程的热力学条件。细菌浸出实质上是有浸矿微生物参与的湿法冶金浸出过程。细菌的生长、繁殖要求一定的环境E_h和p H,而细菌的生长繁殖涉及一系列的氧化-还原反应,其生长繁殖也影响和改变环境的E_h和p H,因此有必要对细菌浸出硫化铜镍矿进行热力学分析。图3,4分别为镍黄铁矿体系和黄铜矿体系某特定条件下的电位-p H图,在浸出过程中,根据具体条件可以参考相关电位-p H图^[44],调控电位和p H到固定区间,使反应向有利于浸出的方向进行。

表3 镍黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿特性对比Table 3Character correlation of pentlandite,chalcopy-rite,pyrite 下载原图

表3 镍黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿特性对比Table 3Character correlation of pentlandite,chalcopy-rite,pyrite

以镍黄铁矿体系为例,由Ni-Fe-S-H₂O系电位-p H图分析可知,在细菌浸出酸性介质中,元素硫的稳定区是比较宽的,并且部分与镍黄铁矿稳定区重叠,一旦元素硫生成,其进一步氧化成SO₄^2-,HSO₄^-存在300 k J·mol^-1能垒,相应的使元素硫的稳定区域扩大。因此,在细菌浸出体系中如果没有细菌对元素硫的直接分解作用,三价铁不足以使元素硫进一步氧化。元素硫不导电,覆盖在镍黄铁矿表面,阻碍反应的进行。但在细菌存在条件下,元素硫不能稳定存在。

图3 Ni-Fe-S-H2O体系电位-p H图Fig.3 Eh-p H diagram of Ni-Fe-S-H2O system

图4 Cu-Fe-S-H2O体系电位-p H图Fig.4 Eh-p H diagram of Cu-Fe-S-H2O system

镍黄铁矿的稳定区域由线8,9,10,E=-0.2 V,p H=6.0围成,随着溶液中可溶金属离子浓度的增加镍黄铁矿的稳定区域增大。在细菌浸矿介质中(p H=1.5~4.0,E=400~900 m V),镍黄铁矿不能稳定存在,能稳定存在的组分是Ni²⁺,Fe²⁺,Fe³⁺,SO^2-₄,HSO^-₄。

3.3 电化学性质

镍黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿等硫化矿物有不同的静电位,矿物不同的电化学活性为多金属硫化矿物的选择性浸出提供了机会。例如黄铁矿、黄铜矿、镍黄铁矿在外加电位下的浸出。在外加-1000~+1000 m V范围内,镍黄铁矿电化学活性高,容易浸出,黄铜矿和黄铁矿均在正电位下显示最大浸出速率,黄铜矿大约在400 m V,黄铁矿大约在600 m V左右。同样黄铜矿中的铁是在600~700m V时显示出最大浸出速率。可见在生物浸出这3种矿物的混合矿时,可控制电位使镍黄铁矿优先溶解,再在400 m V左右使黄铜矿浸出铜,而在600~700 m V时浸出大量铁,以实现镍、铜的选择性浸出。

铜镍多金属硫化矿中含镍黄铁矿、镍磁黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿等矿物,并且常常伴生存在。由电化学原理可知,当浸出介质中两种或两种以上硫化矿共存时,由于静电位不同,在浸出过程中会发生原电池反应。电化学反应越活泼的矿物越易发生腐蚀,越惰性的矿物越易被阴极保护。铜镍硫化矿物中各种硫化矿电化学活性顺序为:磁黄铁矿>镍黄铁矿>黄铜矿>黄铁矿,浸出的顺序与电化学活性相同^[45]。研究表明,黄铁矿的存在能明显使黄铜矿浸出速度增加。有报道贫铜矿的浸出速率比铜精矿高出10倍。图5展示了镍黄铁矿和黄铁矿共生时的原电池反应。

图5 镍黄铁矿-黄铁矿原电池示意图Fig.5 Primary cell diagram of pentlandite-chalcopyrite

4 生物浸出硫化铜镍矿发展趋势

(1)高性能菌种选育

选育能提高矿石浸出率和浸出速率的菌种始终是生物浸出的关键,中等嗜热菌育种和高温菌育种是新育种开发的重要方向。这些细菌具有比中温菌种更快的浸矿能力。如采用极度嗜酸嗜高温菌浸出铜镍硫化矿,可以提高铜、镍浸出速率,缩短浸出时间。利用现代分子生物学技术、基因工程技术等,选育符合低品位铜镍矿石浸出工艺需求的各类菌,也将是未来的一个研究方向。

(2)微观机制研究

对于生物浸出的机制已经有大量报道,然而对于矿物在浸出过程中晶体结构变化、微生物代谢过程、浸出过程动力学并不明确。研究生物浸出过程中矿物和细菌的微观变化为强化浸出提供理论支持。

(3)开发新工艺

常规的生物浸出铜镍硫化矿并不能得到较好的铜镍浸出率,且存在浸出速率低,后续分离复杂等问题。开发新的生物浸出解决这类问题对产业化有实际意义。本文提到生物选择性浸出新工艺,根据镍黄铁矿和黄铜矿物化性质的差异,采用两段先浸镍再浸铜的工艺可以很好地解决上述问题。

5 结语

生物浸出铜镍多金属硫化矿还有很多科学和工艺上的问题有待进一步解决:高性能浸铜、浸镍菌种的选育驯化、浸出铜镍硫化矿过程的微观机制分析以及常规生物浸出工艺存在的各种问题等。

常规生物浸出铜镍硫化矿所得浸出液成分复杂,杂质含量较高,给萃取分离工作带来了困难,难以实现有价金属的高效分离,且由于铜镍矿物性质的差异,铜的浸出率都较低,不利于综合利用矿物。生物选择性浸出根据铜镍矿物浸出性质的差异,采用两段浸出的工艺可以解决常规生物浸出的不利因素。目前,该工艺还处在实验阶段,要实现其工业化应用还需要更广泛的基础理论研究和工艺实践。