專利名稱：堆浸方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于從礦石中回收金屬的生物輔助的堆積物氧化和浸提。
背景技術：
商業(yè)上僅僅在次級硫化銅礦石上進行生物輔助的堆浸以供回收基礎金屬。最近在澳大利亞的工作中注意到在半商業(yè)試驗基礎上引入堆浸以供從硫化鎳礦石中回收鎳(1)。難熔金礦石的生物輔助的堆積物氧化也用作預處理工藝以供從這種礦石中回收金。
典型地，次級硫化銅堆積物在10℃-25℃范圍內的溫度下操作和依賴于次級硫化銅礦物的放熱氧化來保持堆積物溫度高于環(huán)境條件。相對低溫限制可以實現(xiàn)的硫化物礦物氧化的速度。另外，在這些低溫下不可能浸提黃銅礦礦石，因為黃銅礦通常被認為在這種溫度下難熔，不能浸提。
增加在已有和新的硫化物浸提操作中的操作溫度將顯著降低浸提時間；礦石和金屬總量，最終的金屬萃取，和能從黃銅礦礦石中浸提出銅。
眾所周知的是，可使用嗜熱微生物，在較高溫度(介于約60℃至90℃)下，滿意地浸提礦物黃銅礦。已成功地在實驗室中加工了(在攪拌罐生物浸提反應器中處理的)帶有浮選精礦的黃銅礦和(在堆浸試驗塔中處理的)帶有黃銅礦的礦石。Mintek要求保護一種方法，其中可使用中等嗜熱菌，在約45℃下，通過漿料的超微研磨和氧化還原控制的結合，來生物浸提黃銅礦精礦，如在WO01/31072A1中所述。使用試驗塔，在模擬的堆浸中實現(xiàn)的從黃銅礦中提取金屬取決于礦石的粒度，其中較細的尺寸通常增加可接近浸濾劑的礦物量。在黃銅礦礦石上使用生物輔助的堆浸的商業(yè)嘗試失敗了(從約1-10年的長時間段內銅的回收率典型地比50％少得多)，這主要是因為不能維持礦石溫度在滿意地浸提黃銅礦所要求的溫度下。盡管技術上可通過粉碎、研磨、浮選精礦和通過濕法冶金工藝或熔煉加工精礦，從而加工黃銅礦礦石，但這些步驟全部相對昂貴，和堆浸將提供成本更有效的溶液。此外，許多主要的銅礦石等級太低，以致于使用常規(guī)方法不經濟，但堆浸可使它們在經濟上變得可行，從而開啟許多銅沉積物的可處理。
除了能處理黃銅礦礦石以外，在從硫化物礦石中堆浸基礎金屬中的較高溫度將導致顯著較高的浸提速度。浸提墊(pad)面積以及礦石和金屬的總量將大大地下降，從而得到顯著的經濟益處。例如，礦井處理15Mtpa品級為含1％銅和總的銅回收率為80％(產生120ktpa銅)的礦石將典型地具有至少1.5百萬m2浸提面積。這一面積的減半(通過降低浸提循環(huán)2倍)將在墊的制造成本方面節(jié)約US$1-3千萬，以及通過操作資金的下降節(jié)約類似的數(shù)量。較高的溫度同樣可能增加從礦石中提取的金屬的最終數(shù)量(與在較低溫度下的操作相比)，和最終的金屬提取可能通常是影響經濟性能的最重要的因素之一。在前面的實例中，提取增加僅僅5％，會以10％打折的速度增加計劃的NPV約US$6千萬。另外，在較高溫度下，黃鐵礦將被氧化，和生成硫酸，從而減少加入到礦石內的新鮮硫酸用量。在該實例中，以1kg/t礦石的耗酸量下降，和酸的價格為US$50/t計，則每年將得到US$0.75百萬的節(jié)約。
黃銅礦礦石除了含有黃銅礦以外，可含有其它硫化物礦物，例如靛銅礦、輝銅礦、斑銅礦、硫砷銅礦和黃鐵礦。這些硫化物礦物的氧化本質上是放熱反應；平均來說，硫化物礦物具有約25000kJ/kg硫化物的熱量值。這些氧化物的氧化速度決定了這一能量如何快速地釋放。若我們認為堆積密度為1.7t/m3的1000m3礦石，則礦石質量為1700t。作為實例，考慮到礦石含有2％硫化物礦物形式的硫化物。若在183天的時間段內硫化物被充分氧化，則在4368小時的時間段內釋放的能量為(1700t×1000kg×2％硫化物×25000kJ/kg＝850GJ或236MWH)。在該實例中，功率生成表示為～54W/m3和可以以電燈泡作為比喻，在每立方米的礦石堆積物內均勻分配～54W。此外，從環(huán)境溫度(據(jù)說20℃)加熱比熱為～1000J/kg/℃的巖石到操作溫度(據(jù)說60℃)所要求的能量(在堆積物內的任何濕氣和空氣此刻忽略不計)是1700t×1000kg×～1000J/kg/℃×(60℃-20℃)＝68GJ；這一能量遠低于在氧化反應過程中釋放的能量。因此，從表面上看，在氧化工藝過程中釋放的能量大于足以加熱堆積物的能量。事實上，在堆積物內當然存在的濕氣以及任何空氣，也會被加熱，但與礦石的需求量相比，這一需求量相當小。
然而，在這一簡單方法內存在數(shù)個問題。要考慮到各種熱損失。在基礎金屬，例如銅的情況下，生物輔助的堆浸要求除去溶解的銅，和典型地用在溶液中含至少一些鐵的酸性浸濾劑(通常溶劑提取殘余液)灌注礦石堆積物。進入的灌注溶液總是冷于滿意地操作堆積物的溫度，和當它向下流過堆積物時，吸收(在放熱氧化反應中釋放的)能量，從而當它這樣時導致溫度升高。生物輔助的堆浸還要求空氣吹過堆積物，以提供氧氣供氧化反應。在典型的Chilean條件下，例如環(huán)境空氣是冷的和含有小量的濕氣。當空氣進入堆積物時，它遇到熱溶液和使該溶液冷卻下來，從而將能量轉移到氣相上，當它逆流流過溶液繼續(xù)上升時，氣相變得更溫熱和變得更潮濕，直到它遇到在堆積物頂部的較冷區(qū)域，在此它冷卻下來和水從空氣中冷凝。另外，堆積物表面存在一些加熱(在白天期間)和冷卻(在夜晚期間)，以及由于表面蒸發(fā)和輻射釋放導致的冷卻。與此同時，在硫化物內的硫化物生成反應熱；一種仍將在整個堆積物的深度上達到動態(tài)操作溫度曲線的復雜體系。同樣在堆積物的側面和底部存在非常微量的損失?？赏ㄟ^用絕緣層部分覆蓋堆積物來減少表面熱量損失(以及水蒸發(fā))。最近在工業(yè)操作中已使用塑料片材。
通過使空氣吹過堆積物下方的多孔管道網絡，在商業(yè)操作上提供空氣。然而，空氣具有另一重要的作用，尤其重要的是提供氧氣，供堆積物內熱量上下移動的氧化反應。
Dixon給出了堆積物體系內總的能量平衡的良好估算(2)。尤其值得注意的是，在Dixon的發(fā)現(xiàn)中，相對于溶液灌注質量流Gl，充氣質量流Ga的重要性(二者均以單位kg/m2/h表達)。在Dixon考慮的體系中，存在產生最高堆積物平均溫度的充氣速度與灌注速度之比，也就是說Ga/Gl，Dixon發(fā)現(xiàn)在0.5的Ga/Gl比下它為～38℃。低于這一比值，平均堆積物溫度會下降。Dixon證明存在相當于0.35的Ga/Gl比的臨界吹氣速度，供熱量開始朝堆積物頂部移動。
Dixon通過“結合的平流熱效(advection)系數(shù)”解釋凈的熱移動效果。凈或結合的平流熱效系數(shù)是溶液和氣相上下傳輸經過堆積物導致能量在堆積物中上下傳遞的量度。溶液向下移動熱量和濕熱空氣向上移動熱量。
Dixon沒有建議控制堆積物的方法。然而，他得出結論，可通過下述方式實現(xiàn)堆積物內的升溫●選擇比目前的做法要低的溶液灌注速度值○較高的灌注速度導致將熱量洗滌出PLS，這有損于堆積物的溫度。
●選擇比目前的做法要高的充氣速度值○在典型的工業(yè)操作中的充氣速度不足以使熱量向上移動；因此當灌注溶液流出堆積物時，熱量損失給了它。增加充氣速度可推動熱量向上移動到堆積物內，這顯著增加平均堆積物溫度。增加充氣速度是Dixon的主要建議之一。
●給堆積物表面施加蒸發(fā)屏蔽○蒸發(fā)屏蔽會降低有效的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和導致的熱損失，從而增加平均堆積物溫度。最近的工業(yè)做法已看到用塑料片材覆蓋堆積物。
●加熱灌注溶液○由于白天/黑夜循環(huán)和在堆積物頂部的蒸發(fā)冷卻，Dixon發(fā)現(xiàn)在最好的情況下(它次優(yōu)地與操作堆積物一致)，加熱灌注溶液從10到30℃僅僅增加平均堆積物溫度約3℃，和當在更有利的Ga/Gl比下操作堆積物時，幾乎沒有任何影響。用塑料片材覆蓋堆積物僅僅減少這一效果到較少的程度。
●在有和無增濕的情況下加熱空氣○由于干燥空氣的熱容低，因此在沒有增濕的情況下加熱空氣具有很少的影響。增濕和加熱空氣顯著增加堆積物溫度，但代價是采用外部能量。
Dixon列出了進一步的結果供應用這一建議到地質生物學(Geobiotics)堆積物的操作中，其中在所述操作中，在堆積物上浸提涂布在載體巖石上的硫化物精礦。根據(jù)他的工作，他得出結論，所要求的灌注速度介于5至10kg/m2/h和充氣速度是灌注速度的25至40％。
AU-A-60837/90(“Oxidation of Mineral Heaps”)要求保護基于使用數(shù)學模型，預測在操作變量內變化的效果，從而控制堆積物內氧化速度的方法。這些控制變量是熱和水。AU-A-60837/90公開了當氧化速度的測定方法和各種控制變量的效果的數(shù)學預測在將來在某些點處將對整體(global)和固有的氧化速度具有影響時，堆積物的控制。使用數(shù)學預測的結果來選擇控制變量的數(shù)值，為的是控制堆積物的操作。
Ritchie(4)概述了他自己、Pantelis和Davis所進行的工作。這項工作致立于在AU-A-60837/90中建議的控制方法，也就是說，通過測量氧化速度來控制堆積物內的溫度，和基于數(shù)學模型的預測選擇控制變量的數(shù)值?？赏ㄟ^許多方法，其中包括測定在流出氣體內的氧氣濃度，從而測定氧化速度。
在本說明書中●術語“陡變(take-off)”是指在堆積物內生成的功率在相對短的時間段內從相當?shù)偷乃俣壬叩捷^高速度的點；它是體系的分叉點。
●措辭“平均灌注速度”是指在浸提循環(huán)總的持續(xù)時間內施加到堆積物上的總灌注量，其用單位面積上平均每小時的灌注速度來表達；和措辭“平均充氣速度”是指在浸提循環(huán)總的持續(xù)時間內流經堆積物的總氣體量，其用平均每小時的充氣速度來表達。
●措辭“即刻(instantaneous)灌注速度”是指在比浸提循環(huán)總的持續(xù)時間短的任何時間內施加到堆積物上的即刻灌注速度，其用單位面積上即刻的每小時的灌注速度來表達；和措辭“即刻充氣速度”是指在比浸提循環(huán)總的持續(xù)時間短的任何時間內施加的氣體流速，其用單位面積上即刻的每小時的充氣速度來表達。
●術語灌注速度和充氣速度分別是指即刻灌注速度和即刻充氣速度，除非另有說明。
●術語“堆浸”是指在堆積物或廢物堆內浸提礦石。
●術語“堆積物的氧利用率”是指在堆積物內消耗的全部氧，其用流經堆積物的全部氧的百分數(shù)來表達。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供堆浸方法，所述方法至少部分減輕以上所述問題中的一些。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，通過控制堆積物的灌注速度作為堆積物的充氣速度、在堆積物內至少一個預定點處的平流熱效測定值、和在堆積物內至少一個預定點處的溫度測定值中的至少一個的函數(shù)，從而提供控制堆浸工藝的方法。
進一步提供借助自然對流和至少部分誘導自然對流充氣的堆積物。
本發(fā)明進一步的特征提供強制充氣，和提供方法包括控制充氣速度作為測定堆積物內材料氧化速度的函數(shù)的步驟。
進一步提供方法包括在堆積物的表面處或下方，優(yōu)選在堆積物表面下方堆積物高度的0％-95％的點處，進一步優(yōu)選在堆積物表面下方堆積物高度的1％-40％的點處，和仍進一步優(yōu)選在堆積物表面下方堆積物高度的2％-30％的點處，測定平流熱效的步驟。
還提供方法包括控制充氣速度的步驟，以維持堆積物的預定氧利用率優(yōu)選在1％-99％范圍內，進一步優(yōu)選在15％-90％范圍內，和仍進一步優(yōu)選在20％-85％范圍內。
仍進一步提供方法包括下述步驟維持平均充氣速度和平均灌注速度在0.125∶1到5∶1范圍內的比值下，優(yōu)選在0.15∶1到2∶1的范圍內，進一步優(yōu)選在0.175∶1到1.5∶1范圍內，和仍進一步優(yōu)選在約0.2∶1的比值。
進一步提供方法包括下述步驟維持即刻充氣速度和即刻灌注速度在0∶1到5∶1范圍內的比值下，優(yōu)選在0∶1到2∶1的范圍內，進一步優(yōu)選在0∶1到1.5∶1范圍內，和仍進一步優(yōu)選在約0.2∶1的比值。
還提供方法包括在堆積物表面下方，優(yōu)選在堆積物表面下方堆積物高度的1％-95％的點處，進一步優(yōu)選在堆積物表面下方堆積物高度的5％-50％的點處，和仍進一步優(yōu)選在堆積物表面下方堆積物高度的10％-30％的點處，測定溫度的步驟。
進一步提供測定溫度的方法，包括測定富集(pregnant)的浸提物流(leach stream)的溫度。
本發(fā)明還提供作為堆積物氣體中的氧含量、富集的浸提物流的溫度、堆積物溫度、富集的浸提物流中的金屬含量、富集的浸提物流的氧化還原值、富集的浸提物流的氧濃度、堆積物的氧吸收速度、堆積物的二氧化碳吸收速度的測定值，基于至少一種供料組合物、硫化物礦物的浸提速度、堆積物的幾何形狀、堆積物外部的氣候條件的模擬，和在先浸提過的堆積物的歷史值中的任何一種或多種的函數(shù)，測定硫化物物質的氧化速度。
進一步提供富集的浸提物流的金屬含量包括回收的金屬含量。
本發(fā)明進一步的特征提供間歇地施加到堆積物上的灌注，和間歇地強制通過堆積物的充氣。
本發(fā)明進一步的特征提供分成至少兩個區(qū)的堆積物和在每一區(qū)內至少部分獨立地控制的工藝。
本發(fā)明還提供通過下述步驟增加堆浸用堆積物材料溫度的方法a)給堆積物的支撐表面配備充氣和排放設備；b)在支撐表面上形成顆粒材料層，c)緊貼顆粒材料層的操作上表面安裝灌注系統(tǒng)，d)在顆粒材料層上形成優(yōu)選用合適的微生物和至少一些酸接種的礦石層，e)借助灌注系統(tǒng)，使熱溶液流過顆粒層以加熱顆粒層，f)使周圍的空氣吹過支撐表面的充氣設備以與礦石層反應，直到礦石堆積物的溫度達到預定的陡變點，g)至少減少步驟e)中熱溶液通過顆粒層的灌注流，h)在礦石層中引入灌注和調節(jié)經充氣設備的充氣，直到達到預定的正常最佳的堆積物溫度，和i)如上所述控制堆浸工藝。
進一步提供由粉碎的巖石形成的顆粒層。
還進一步提供熱溶液包括至少一種熱的富集的浸提溶液，熱的溶劑萃取殘余液、水或其它流體。
本發(fā)明進一步提供方法通過測量浸提速度、反應熱，和礦石的硫化物含量；和測定最大充氣和灌注速度和最佳堆積物高度，從而測定最佳的堆積物結構以供生物輔助的礦石堆積物的堆浸工藝。
根據(jù)本發(fā)明的進一步的特征，提供控制堆浸的方法，該方法包括將微生物引入到堆積物材料內，包括a)制備在其外細胞壁上基本上不含外聚合物的微生物；b)將根據(jù)步驟a)制備的微生物加入到堆積物中；c)未輔助或輔助再活化堆積物內的微生物，在其外細胞壁上產生外聚合物。
還提供步驟a)包括將微生物暴露于低營養(yǎng)環(huán)境下或者使微生物挨餓；和通過限制微生物可獲得的碳量使微生物挨餓。
進一步提供步驟b)包括在堆積物的形成過程中添加微生物到堆積物中、滴灌該堆積物、噴灑該堆積物、和加壓灌注該堆積物中的一種或多種。
還提供輔助再活化包括將微生物暴露于富營養(yǎng)環(huán)境下，和借助下述方法使微生物的環(huán)境富含營養(yǎng)物a)包埋固體營養(yǎng)物在堆積物內；b)用富營養(yǎng)物的溶液灌注堆積物；c)用富營養(yǎng)的氣體，特別是用一種或多種營養(yǎng)氣溶膠或者氨給堆積物充氣；和d)用富含二氧化碳的氣體給堆積物充氣。
進一步提供步驟a)的固體營養(yǎng)物包括緩釋營養(yǎng)物。
進一步提供該方法包括在堆積物內包埋碳源，特別是碳酸鹽的步驟。
進一步提供未輔助的再活化包括因堆積物內一種或多種占優(yōu)勢的條件和自然氣體流經堆積物導致的再活化，和自然氣體包括二氧化碳。
根據(jù)本發(fā)明的進一步的特征，借助下述方法，提供使包埋在堆積物材料內的微生物的環(huán)境富含營養(yǎng)物以供生物輔助的堆浸的方法a)在堆積物內包埋固體營養(yǎng)物，特別是碳源和更特別地是碳酸鹽；b)用富營養(yǎng)物的溶液灌注堆積物；和c)用富營養(yǎng)物的氣體，特別是用一種或多種二氧化碳或者氨氣給堆積物充氣。
進一步提供步驟a)的固體營養(yǎng)物包括緩釋營養(yǎng)物。
在堆積物的堆垛過程中，還提供加入到該堆積物內的硫化物燃料物質，其中硫化物燃料包括黃鐵礦或其它合適的硫化物精礦。
附圖簡述以下僅僅通過實施例和參考附圖描述本發(fā)明的實施方案，其中

圖1示出了采用兩種不同的方法改變充氣對灌注速度比(Ga/Gl)的影響；圖2列出了在不同的功率生成速度下和因此不同的氧化速度下，平均堆積溫度對Ga/Gl之比；圖3說明了隨著時間流逝通過灌注從熱堆積物中洗滌出的熱量；圖4證明了移出最佳Ga/Gl范圍外的影響，這對于特定的裝置來說，在失常的條件下可能會發(fā)生；圖5示出了在圖4的實例中溫度變化速度最高的點；圖6證明了移出最佳Ga/Gl范圍外的影響，這對于不同于圖4的裝置來說，在失常的條件下可能會發(fā)生；圖7示出了在圖6的實例中溫度變化速度最高的點；圖8示出了在圖3的實例中溫度變化速度最高的點；圖9示出了在各種Ga/Gl之比下，氧利用率對平均堆積物溫度的影響，圖10示出了在浸提循環(huán)內，氧化速度(和以W/m3為單位的功率生成)下降的影響；這要求新的最佳Ga/Gl之比以及最佳的絕對充氣速度，從而要求在浸提循環(huán)內改變對于該特定體系來說的灌注速度；圖11示出了最佳Ga/Gl之比和平均堆積物溫度在堆積物的高度處不同；圖12示出了在相應于80、40和10W/m3的功率生成的三個氧化速度階段時操作的12米的堆積物的實例；圖13示出了在相應于10、5和2W/m3的功率生成的三個氧化速度階段時操作的18米的堆積物的實例；圖14示出了對于較高的氧化和因此在25％的氧利用率下的功率生成速度來說，平均堆積物溫度對Ga/Gl之比的敏感度；圖15示出了在75％的氧利用率下，對于140W/m3的功率生成來說，平均堆積物溫度對Ga/Gl之比的敏感度；圖16示出了在生物輔助的堆浸中溫度陡變的影響；圖17和18示出了堆積物陡變對Ga/Gl之比的敏感度；圖19示出了氧氣的利用率對金屬回收率、平均堆積物溫度和每噸礦石的灌注溶液的影響；圖20示出了其中在40℃的溫度下，水以2.5kg/m2/h的速度流經顆粒層和空氣以0.72kg/m2/h的速度吹過的實例；圖21說明配有排放體系以及充氣體系的固定墊(pad)浸提體系；圖22-24示出了礦物的浸提動力學和其它數(shù)據(jù)；以及用于實施例1中浸提礦石的控制體系的模擬輸出；圖25-27示出了礦物的浸提動力學和其它數(shù)據(jù)；以及用于實施例2中浸提礦石的控制體系的模擬輸出；圖28-30示出了礦物的浸提動力學和其它數(shù)據(jù)；以及用于實施例2中浸提礦石的控制體系的模擬輸出；圖31說明了配有排放體系以及充氣體系的固定墊浸提體系。
發(fā)明詳述Dixon在高溫下操作堆積物的方法在實踐中是不可行的(2，3)。目前在典型的堆浸中采用的溶液是其中金屬溶解和隨后通過溶劑萃取回收的流體；它也是在浸提循環(huán)中添加酸的介質和主反應介質?？諝?，如Dixon(2，3)恰當?shù)孛枋龅模瑢囟染哂兄匾挠绊?。然而，空氣的主要和頭等重要的作用是供應氧氣供氧化反應。本發(fā)明者確定供應到堆積物內的空氣必須至少滿足氧化反應的化學計量要求，這是Dixon在其出版物內沒有考慮到的一個因素(2，3)。據(jù)發(fā)明者所知，在堆積物內的氧利用率還沒有得到活躍的研究，但在嗜溫罐生物浸提體系中，認為38-44％是最好的實踐，正如WO00118269A1中所述。為了說明的目的，在第一個例子中，認為氧氣的利用率為25％，對于特定的堆積物高度來說推導出以滿足特定和固定的氧化要求的最小空氣流。盡管空氣確實推動熱量在堆積物內上移，但它在堆積物的底部還具有冷卻效果。
如前所述的堆積物，高度為6米，在給定功率生成為20W/m3的固定氧化速度下，僅要求約0.15kg/m2/h的空氣以滿足化學計量要求，若空氣利用率為100％的話。然而，若利用率為25％，則空氣的要求用量達0.59kg/m2/h。因此，后者表示在堆積物底部得到最小冷卻效果的空氣流，假定認為氧利用率最大的話。相反，Dixon的充氣速度(2)范圍為0.83kg/m2/h-7.5kg/m2/h(在25％的氧利用率下，要求量0.59kg/m2/h的140％-1270％)，和在2.5kg/m2/h的充氣速度下實現(xiàn)最好的結果，在25％的氧利用率下，超過要求量0.59kg/m2/h的400％。這種高的充氣速度導致在堆積物底部的嚴重冷卻。在大多數(shù)操作中，流出堆積物的溶液經中間PLS池被循環(huán)到堆積物的頂部。通過Dixon的方法生產的冷溶液將導致堆積物的快速冷卻，這是他的建議中的主要瑕疵(2)。本發(fā)明者的方法的效果是在20W/m3的功率密度下，平均堆積物溫度由Dixon(2)發(fā)現(xiàn)的約38℃增加到約52℃，這是顯著的，因為這接近預期黃鐵礦被充分浸提時的最小溫度；在這兩種情況下，采用與Dixon(2)相同的能量平衡模型。在圖1中列出了數(shù)據(jù)以供比較。
Dixon的能量平衡模型的主要缺點是假設在整個堆積物中硫化物的氧化速度均勻，而與溫度無關(2，3)。事實上，氧化速度是溫度的很相關的函數(shù)。由于在堆積物內的溫度曲線變化相當大，因此氧化速度也是可變的。實際上，在堆積物的較冷部分(即頂部和底部)內的產熱降低，從而進一步降低在這些區(qū)域內的溫度。因此，在Dixon的工作中給出的溫度估計值(2，3)可能在堆積物的頂部和底部太高(偏離平均堆積物溫度太高)。本發(fā)明者通過使用Arrhenius方程式，假設活化能為20500J/mol，隨溫度而改變反應速度，從而改進了Dixon的方法。在測定圖2所列數(shù)據(jù)中使用的方法(如下文所述)是根據(jù)Dixon的計算方法，所不同的是根據(jù)Arrhenius方程式改變反應速度。使用所述和所假設的氧利用率，每立方米的固定功率生成，25000kJ/kg硫化物的反應熱，2.0kg/kg硫化物的氧氣需求量，從而計算在該實例和它之后的那些實例中所要求的充氣速度；所有這些適于所使用的堆積物高度。所有其它假設根據(jù)Dixon，所不同的是取表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為5W/m2/℃(在本發(fā)明者的經驗中，Dixon的20W/m2/℃太高)。圖2中列出了表示不同功率生成速度(和因此氧化速度)的一組曲線；在該曲線上還示出了在25％的氧利用率下的空氣需求量。可以看出，在較高的氧氣速度(相應于80、40和20W/m3)下，Ga/Gl峰相當明顯，和一旦Ga/Gl比落在甚至略微低于最佳值時，平均溫降顯著。在10W/m3處下降不那么嚴重，但平均堆積物溫度再次下降。在較低的氧化速度(相應于5W/m3)下，平均堆積物溫度甚至進一步下降；另外不存在清楚的最大Ga/Gl比。在這些方程式的求解中，顯而易見的是，在低于臨界Ga/Gl下，體系沒有完全達到穩(wěn)態(tài)，因此當體系變?yōu)椤柏摰淖源呋睍r，從穩(wěn)態(tài)快速移開。也就是說，在面對向下流動的較冷溶液過程中，所生成的熱量下降到低于冷前鋒(cold front)，在向上移動的空氣內的焓總體變得不足，結果支撐(prop up)失穩(wěn)的溫度。圖3給出了其實例，這表明在相同的充氣速度下增加灌注速度1.45kg/m2/h的影響；Ga/Gl從0.261下降到0.226。
圖4證明移出最佳的Ga/Gl范圍以外的影響，這在失常的條件下會發(fā)生。在該實例中，在灌注和充氣速度保持恒定的情況下，在功率生成為20W/m3的穩(wěn)態(tài)下的堆積物(在約0.35的最佳Ga/Gl比下操作)臺階式地變小到5W/m3。例如由于一些外部因素導致微生物活性的下降，從而可能引起功率生成的這種變化。
從圖4中可看出，隨著時間的進展，熱量從堆積物中洗滌出，這是因為充氣和灌注速度均太高所致。要求兩件事情維持在此情況下的堆積物的平均溫度。第一，必須降低充氣速度，與氧化反應的要求相匹配(在給定的氧利用率下)，和最小化堆積物底部的冷卻。第二，必須降低灌注速度，引起Ga/Gl比回到新的和在此情況下較高的最佳點處。
本發(fā)明者也已確定溫度變化速度最高時的點，和在該實例中，恰好在堆積物表面下方1米處，這可從圖5中看出，圖5示出了在圖4的下降的功率生成之后在堆積物內的不同深度處溫度相對于時間的變化。
從圖5可看出，在功率生成下降之后的恰好10天之后，恰好在表面下方1米處的溫度下降約11℃。在20天之后，溫度下降約21℃。在首先的20天內，在峰值點處的溫降速度為約1℃/天。對于不同的體系來說，溫度變化時的實際點將是不同的，但幾乎靠近表面。例如，圖6和7示出了具有12米高的堆積物和50％的氧利用率的不同體系。在該實例中，最敏感點在離表面0.5米處。在首先的10天內，在峰值點的溫降速度為約2.5℃/天。在比較嚴重的失常條件下(如在前面的圖3中給出的實例)，如圖8所示，其中溫度下降的表面下方的區(qū)域為堆積物表面下方約0.3-0.5米處。在第一天內，在峰值點區(qū)域內的變溫速度為約18℃，在第二天內為約10℃，和在接下來的2天內，下降約7℃/天。
如前所述，較低的氣體流速導致在堆積物底部較少的冷卻，增加的平均堆積物溫度。若氧利用率為50％，則所要求的充氣速度是以前認為的一半和在堆積物底部的冷卻效果減少-平均堆積物溫度增加，這從圖9中可看出。增加氧利用率到75％進一步增加平均堆積物溫度。此外，在50％和75％的氧利用率這兩種情況下，最佳的Ga/Gl比下降(于25％的情況相比)，從而證明對于給定的體系來說，最佳的Ga/Gl比也是絕對充氣速度的函數(shù)。本發(fā)明者因此確定通過最小化添加到堆積物內的絕對空氣量，氧利用率在實現(xiàn)高的堆積物溫度方面扮演著重要的作用。
在Dixon的工作(2，3)中另一缺點是假設硫化物的氧化速度在堆積物的壽命期間恒定，和硫化物礦物以相同的速度全部氧化。實際上，在開始時，氧化速度可能較高(假設礦石在高溫下開始)，和容易氧化的礦物相首先浸提和不那么容易氧化的礦物相隨后浸提。因此，在堆積物壽命的早期會出現(xiàn)氧化速度的峰值和之后下降。
當堆積物的氧化開始時，氧化速度較低；在這一時間段過程中將存在最佳的Ga/Gl比和充氣速度。然而，堆積物將陡變(隨后將討論陡變)和上升到相對高的功率生成下，和將要求相對高的灌注速度以除去浸提出的金屬和輔助冷卻堆積物。類似地充氣速度必須較高，以提供充足的氧氣供氧化反應，以及在堆積物內最佳地分配熱量。對于某一特定的體系來說，在浸提循環(huán)的某一點處，將存在最佳的Ga/Gl比和充氣速度。隨著堆積物壽命的進展，可獲得的容易氧化的硫化物變得較少，和氧化速度(和以W/m3為單位的功率生成)會下降。在這種下降的情況下，最佳Ga/Gl比以及絕對充氣速度將會變化，從而要求改變灌注速度。在堆浸循環(huán)的最后，殘留的容易氧化的硫化物將較低，和氧化速度(和以W/m3為單位的功率生成)也將較低。再次將存在新的最佳Ga/Gl比以及最佳絕對充氣速度，從而要求對于該特定體系改變灌注速度。圖10圖示說明了這一概念。
另外，對本發(fā)明者來說，顯而易見的是，借助堆積物表面或者PLS損失的熱量是表面積的強力功能，因此在一定的氣候下在給定的灌注和充氣以及給定的W/m3下，在維持相同的熱量損失或增加同時，增加堆積物高度將增加所釋放的能量；總的來說應當導致較高的平均堆積物溫度。然而，在這些情況下，需氧量也將增加，從而要求在相同的氧利用率下，與堆積物的高度成比例增加的充氣會增加；充氣的這種增加會在堆積物的底部產生額外的冷卻。然而，雖然如此，在特定體系的設計中，堆積物的高度將是有用的變量，如圖11所示，和形成本發(fā)明的另一方面。從圖11中可看出，最佳的Ga/Gl比對不同的堆積物高度來說是不同的。另外，在該實例中，可看出，在堆積物高度從12變化到18米中，平均堆積物溫度略微下降。同樣，短的堆積物高度(4米)也是差的執(zhí)行器，平均堆積物溫度比6米高的堆積物低13℃。
在多丘陵或多山的地形中，常常得不到相對扁平的表面，或者僅僅可在很大的成本下制備。在這種情況下，礦石可能堆垛在山谷或者礦石的高度由地形決定的其它區(qū)域內。在這種情況下，在浸提循環(huán)的持續(xù)過程中，可在相當于不同堆積物高度的不同區(qū)域內采用不同的灌注和充氣速度，這是本發(fā)明的另一方面。
熟練本領域的技術人員要理解，在堆積物內礦石的異質本性要求在至少兩個方向和更可能地三個方向上多次測量溫度和氧氣含量這二者。這種異質性可決定在堆積物表面的相對小的區(qū)域上需要額外的靈活性來改變充氣和灌注速度二者。
另外，在一些情況下，在略微高于理論最佳值的Ga/Gl比下操作將是更強有力的操作策略；確實在遠高于理論最佳值的固定Ga/Gl比下操作將是非常強有力的，但可能導致不充分的灌注。充分灌注以降低溶液中金屬含量(尤其銅和鐵)到適合于微生物的水平和簡化溶液化學，在現(xiàn)實的操作體系中是重要的因素。
作為非常簡單的實例，圖12示出了在三個階段內操作的12米高的堆積物。第一階段在相當于80W/m3的氧化速度下，第二階段在相當于40W/m3的氧化速度下，和第三階段在相當于10W/m3的氧化速度下。平均堆積物溫度范圍為61-63℃，這高于充分浸提黃銅礦所預期的最低溫度。
也可在具有非常低硫化物含量的礦石上利用本發(fā)明。測定類似于前述的做法，但采用相當于10、5和2W/m3的三個階段，這表明可實現(xiàn)約61℃的平均溫度，如圖13所示。根據(jù)前面可看出，在較低的氧化速度下，體系對Ga/Gl不敏感得多，雖然如此，需要控制二者的絕對值，使堆積物溫度最大化，因為高的灌注速度會從堆積物中洗滌出熱量。在10W/m3階段內的能量釋放相當于在800天內約1.6％的硫化物(這是相當?shù)秃驮S多經濟的礦石將含有的水平)全部氧化。800天是堆積物達到穩(wěn)態(tài)所花費的時間(與80W/m3相比，6米高的堆積物將實現(xiàn)小于50天的穩(wěn)態(tài))。然而，若堆積物在例如通過施加外部能量(如隨后所述)的較高溫度下開始的話，則可降低總的循環(huán)時間到200天，在這種情況下，總的硫化物氧化量總計達到恰好低于0.3％，一種預料不到的和顯著較低的含量。從圖13中將注意到，在非常低的功率生成下，在失常條件下溫度下降時的點將位于表面下方約3-4米處。
高硫化物含量不是在堆積物內實現(xiàn)高溫的先決條件，這一發(fā)現(xiàn)是重要的，因為許多人認為，添加硫化物精礦形式的燃料是必須的和這是顯然不是這種情形。盡管硫化物精礦容易獲得用于氧化工藝，和因此將增加升溫速度，但它們不會增加最終的堆積物溫度太多；相反通過最大化氧利用率和在最佳Ga/Gl比下操作，從而使充氣最小化是關鍵。
然而，在具有低氧化速度和低硫化物含量的礦石，從而導致商業(yè)上不可接受的時間段達到陡變點的情況下，添加硫化物精礦燃料到堆積物中將輔助以較快的速度升高堆積物溫度。
也可在具有高硫化物含量的高反應性礦石中利用本發(fā)明。若考慮含有例如約7％的高得多的硫化物含量的礦石，則200W/m3的功率生成相當容易可實現(xiàn)。圖14中示出了對于200W/m3的功率生成來說，堆積物溫度對Ga/Gl比的敏感度，同時示出了80W/m3供比較。由于在25％的利用率下，供應充足氧氣的充氣速度比在100W/m3的功率生成下的充氣速度高得多，因此，在堆積物的底部存在更多的冷卻，于是平均堆積物溫度實際上與80W/m3的功率生成情況差別不大。再次，盡管體系對Ga/Gl比敏感，和若功率生成下降的話，則可從堆積物中快速洗滌出熱量。在此情況下，在失常條件下的溫度下降時的點幾乎不在表面下方，例如表面下方0.1米處。
圖15示出了在75％的氧利用率下，對于140W/m3的功率生成來說，平均堆積物溫度對Ga/Gl比的敏感度。在0.15的Ga/Gl比下獲得超過80℃的非常高的平均堆積物溫度。140W/m3的功率生成速度接近相當于Dixon在他的地質生物學工作中使用的數(shù)值(3)。Dixon的數(shù)種氣流速度要求超過100％的氧利用率和由該點推導出的數(shù)據(jù)沒有意義。
在難熔的金的預處理工藝的情況下，本發(fā)明能夠用于在高和最佳水平下通過用冷水而不是萃取殘余液進行灌注而控制堆積物的溫度。
總之，在該點處，本發(fā)明者已確立絕對充氣和灌注速度，以及它們之間的比值，在測定平均堆積物溫度方面是非常重要的參數(shù)，和在給定的位置處，這些變量可要求顯著地調節(jié)不同的氧化速度和堆積物高度。另外，本發(fā)明者已確立在堆積物內，在靠近表面和典型地達表面下方一定米之間存在一個區(qū)域，在該區(qū)域內，在失常條件下(在非常低的氧化速度下，在表面下方達4米處)溫度變化快速(相對于堆浸循環(huán)時間)。此外，本發(fā)明者已確立為了最大化堆積物溫度，必須通過最大化氧利用率來最小化添加到堆積物內的空氣。由于反應速度總不是線性，氧化速度以某種方式相對于時間下降，和就地的功率生成隨時間下降。維持平均堆積物溫度在高和最佳水平下的唯一方式是，與充氣速度成比例地改變在整個浸提循環(huán)中的灌注，以便Ga/Gl比維持高于臨界水平。同時，在與氧化要求相適應的速度下充氣使在堆積物的底部的冷卻最小化。在堆積物內，特別是在表面下方達約1米左右的點處的溫度可用于校正在浸提循環(huán)內在該點處的Ga/Gl比的適合程度?？筛鶕?jù)例如在堆積物內或從堆積物中排放的氣相中的氧氣含量，改變充氣以適合氧化要求。在失常條件下，氣體中的氧氣水平在數(shù)小時內快速變化，從而給出早期的指示，在硫化物氧化方面所有這些不好。在典型地在堆積物表面下方達約1米作用的區(qū)域內，之后約1-10天的隨后溫降將證明這。
在其中(例如，由于反應動力學)氧化速度變化導致硫化物氧化速度變化的條件下，氣相內的氧氣水平將會變化和將調節(jié)充氣以維持相同的放氣濃度。必須變化灌注速度以維持相同或新的Ga/Gl比，而相同或新的Ga/Gl比將維持在浸提循環(huán)內最佳的堆積物溫度。
在過度灌注的情況下溫度失穩(wěn)的機理在于液相平流熱效變得顯著大于因氣相導致的平流熱效的事實。直接測定液相和氣相平流熱效系數(shù)能直接改變灌注，在堆積物內的某一點處維持合適的凈平流熱效系數(shù)，其中例如根據(jù)在特定的氧利用率下，排放的氧氣濃度，提供充氣以適于氧化要求。然而，測定平流熱效系數(shù)的最佳點將是在失常條件下的最大敏感度的點處，我們已經看到與大多數(shù)條件下這點相對靠近堆積物表面。另外，靠近堆積物表面最佳地實現(xiàn)了零的目標，或者略正的凈平流熱效，使溫度峰值盡可能靠近堆積物頂部。與在堆積物內別的特定位置相比，靠近表面液更容易控制在零或者略正的數(shù)值下。
平流熱效系數(shù)的操作控制方法的優(yōu)點是，對于特定的體系來說，可采用最大灌注，并考慮氣候條件的變化和甚至自動降雨。缺點是一旦開始，傾向于降低灌注到非常低的水平，直到建立向上的氣體熱流。在許多情況下，這一狀況是令人滿意的，但在其它情況下，特別是在其中轉化為靛銅礦的過程中銅容易被浸提的含有輝銅礦的礦石中，可導致高的銅含量。在這種情況下，可使用不同的凈平流熱效設定值，或者根據(jù)預定的Ga/Gl比，與充氣成比例地施加灌注，然后當氣體平流熱效變?yōu)檎龝r，轉為平流熱效控制。
本發(fā)明的一個主要優(yōu)點是，由于在整個浸提循環(huán)過程中，通過在合適的氧利用率下，提供充足的供氣，以及最佳的灌注，來最大化堆積物溫度，因此不需要知道不同的硫化物礦物物質的單獨的氧化速度。因此，本發(fā)明是一種反應控制，而不是預測模型；本發(fā)明是一種反饋控制，而不是前饋控制。
另外，熟練本領域的技術人員要理解，除了測定在排放氣體中的氧氣含量以外，還存在間接方法測定氧化速度的變化，例如可使用下述一種或多種的單獨或復合測定方法氣相的濕和干泡溫度，溶液的氧化還原，溶液氧，溶液金屬含量(特別是回收的金屬含量)，(特別是流出堆積物的)溶液溫度，堆積物溫度(特別是溫度的變化)，和氧氣和/或二氧化碳在堆積物內的吸收速度。另外，至少基于供料組合物，堆積物的幾何形狀、位置和氣候的模擬；來自以往的堆積物的歷史數(shù)據(jù)，在浸提時間段過程中在1-100％的給定平均氧利用率下的固定氣體流速，所有這些是控制充氣的合適基礎。此外，要理解，盡管在一些情況下，可能需要控制算法來操縱空氣和灌注速度，但在其它情況下，人工控制可以是足夠的。
熟練本領域的技術人員還要理解，可使用氣體和/或液體平流熱效的直接控制，或氣體平流熱效和/或液體平流熱效系數(shù)，而不是控制凈平流熱效系數(shù)。
熟練本領域的技術人員要理解，在AU-A-60837/90中所述的控制方法是在堆積物內的一種預測控制，基于數(shù)學模型的預測進行測量和選擇控制變量的數(shù)值。AU-A-60837/90沒有公開如何實施控制；換句話說，AU-A-60837/90沒有公開控制變量的數(shù)值如何與所測量的數(shù)值相連。然而，要控制的獨立變量清楚地描述為氧化速度。在描述堆積物的行為對控制變量作出的變化的應答中，正如AU-A-60837/90中所公開的，堆積物的控制效率，關鍵依賴于數(shù)學模型的可靠性。此處所公開的本發(fā)明基于反應體系，其中在控制方法中不需要數(shù)學模型；測量值和控制變量被清楚地關聯(lián)。另外，本發(fā)明中的獨立變量清楚地為充氣和灌注速度，而在AU-A-60837/90中的獨立變量清楚地為氧化速度。
正如AU-A-60837/90中所述，控制變量是“熱量”和水?！盁崃俊?，或者科學地說，能量，等同于直接加熱，如電加熱，或間接加熱，如添加空氣。然而，正如Dixon清楚地指出的，在堆浸背景中，“熱量”和充氣是不相等的，或者甚至彼此成比例。Dixon(2，3)清楚地表明，在一些情況下，充氣速度的增加可增加堆積物內的平均溫度，和在其它情況下降低堆積物的平均溫度。然而，充氣的增加總是導致在堆積物底部增加的冷卻(參考圖1，Dixon的方法)。在堆積物底部增加的冷卻是顯著的，因為溶液從堆積物底部回收到頂部。由于這一原因，在堆積物底部的冷卻會導致整個堆積物的最終冷卻。
Ritchie(4)或AU-A-60837/90均沒有公開在浸提工藝操作中Ga/Gl比的重要性。
Dixon(2，3)沒有公開在堆浸循環(huán)過程中控制堆積物的方法。盡管AU-A-60837/90確實認為充氣作為平流熱效階段和供應氧氣二者是重要的，但Dixon(2，3)從供應氧氣的角度看，沒有考慮充氣，確實他的一些充氣速度遠遠高于化學計量需求量(2)，而另一些遠遠低于化學計量需求量(3)。在后一情況下，例如在140W/m3的功率生成下，在100％的氧利用率下，化學計量需求量為1kg/m2/h。然而，在Dixon的數(shù)據(jù)(3)中的一些點小于這一量和在現(xiàn)實的體系中不可操作。圖15中已列出了在140W/m3下的可操作體系的數(shù)據(jù)和氧利用率。另外，Dixon(2，3)沒有考慮到氧化速度隨時間的變化(浸提反應的一個公知特征)。在一個方案中，他的建議可用到采用與化學計量需求量相比大大過量空氣的靜態(tài)狀況下(2)，和在另一方案中，沒有關于氧氣化學計量的靜態(tài)狀況(3)，這兩個方案在在實踐中沒有用到堆浸上。
以前據(jù)說，氧化速度在循環(huán)開始時最高，和這是事實，條件是當氧化工藝開始時，堆積物已經處于升高的溫度下。
堆浸銅礦石，尤其是含有黃銅礦的那些礦石的最困難的方面是，能在高的氧化速度下開始浸提工藝。許多硫化物礦石當它們被開采時可以在低溫下。典型的智利礦石，例如在約10℃的環(huán)境溫度下被開采。在這些溫度下，容易浸提的唯一硫化物礦物是黃銅礦，通常更豐富的黃鐵礦僅在非常有限的程度下浸提，和黃銅礦幾乎根本沒有浸提。甚至在這種情況下，在商業(yè)操作中，輝銅礦僅僅非常緩慢地充分浸提，和典型的浸提循環(huán)遠遠超過1年。加速氧化工藝的唯一方式是增加溫度，但這是經典的“雞和蛋”關系-除非溫度增加，否則硫化物不容易氧化，但直到硫化物開始氧化，溫度才增加。顯然，所要求的是在開始過程中，“分離”該工藝，這引出了我們的另一方面。
對于熟練本領域的技術人員來說，在罐的生物浸提體系中，微生物體系“陡變”(即變?yōu)樽詿?的能力是公知的，在該體系中，在一些點處，在啟動生物浸提反應器之后，不再需要施加外熱，和體系變?yōu)樽詿?。之后不久要求冷卻生物浸提罐。本發(fā)明者意識到在硫化物堆浸中已觀察到相同的效果，但通常在不受控制的條件下。實現(xiàn)高溫，特別是浸提黃銅礦的高溫，降低浸提循環(huán)周期，和增加最終的金屬萃取所要求的是，一致地增加堆積物溫度到其中體系陡變的點。圖16圖示了陡變的概念。陡變溫度點對于不同的體系是不同的，且在不同體系中花費不同的時間段。例如，在其中堆積物含有可容易氧化的硫化物物質(例如鈣塊云母)的情況下，堆積物可相當快速地，例如在數(shù)周內充分陡變；確實，在控制總的浸提循環(huán)中，冷卻，而不是陡變可能是最大的問題。
圖1、2、9、11、14和15所示的實例全部假設各種固定的功率生成(除圖1以外，根據(jù)Arrhenius方程式，隨溫度而變化)和不含硫化物的貧礦物。圖12和13的實例在浸提循環(huán)過程中使用三種不同的功率生成速度，從而嘗試模擬隨時間流逝硫化物燃料的耗盡。然而，在實踐中，可能存在多種硫化物物質，和不同的浸提速度與活化能，因此當浸提循環(huán)進展時，所有這些隨時間流逝非線性地耗盡。為了模擬這一狀況，調節(jié)Dixon的模型(根據(jù)Arrhenius方程式，反應速度隨溫度而變化)，以適合三種獨立的硫化物物質，和在已知溫度下已知或假設的浸提曲線，并考慮到在浸提循環(huán)過程中這些硫化物物質的耗盡。當空氣穿過堆積物時，考慮氧氣的耗盡。提供充氣以維持氧利用率的設定值(或設定范圍)。
在具有圖22所示的組成與浸提動力學和一般條件(如下文所述)的混合硫化物礦石上使用該模型，進行一系列試驗，測定體系的陡變對Ga/Gl之比的敏感度，提供充氣，借助堆積物排放氣體中氧氣含量的測定，得到40％的氧利用率。根據(jù)所要求的Ga/Gl之比施加灌注，即通過用充氣速度除以Ga/Gl之比來施加灌注。圖17和18示出了結果。根據(jù)這些附圖，顯而易見的是，對于該體系來說，介于0.075至0.100的Ga/Gl之比沒有得到實際的陡變；在0.125的Ga/Gl之比下出現(xiàn)略微改進。對于任何實際的陡變來說，要求Ga/Gl之比為0.3，和0.3的Ga/Gl之比得到最好的結果。典型的工業(yè)操作基本上在0.02-0.10的Ga/Gl之比下，在固定的充氣速度和灌注速度下操作，和在這些情況下，這些操作永遠不可能陡變。另外，由于空氣是固定的，與氧化要求的可變性相反，額外的問題是在起始階段過程中當空氣大大超過化學計量需求量時基體的冷卻，這進一步減少陡變的可能性。
應當注意，這些Ga/Gl之比可用到堆積物的陡變上，而不是峰值操作點上，其中在所述峰值操作點處，臨界Ga/Gl之比低得多，低至0.125(如前面的圖9所示)。在與特別是在高的堆積物中反應性較大的堆積物相關的較高氧化速度情況下，較低的Ga/Gl之比是可想到的。
在具有圖25所示的組成與浸提動力學和一般條件(如下文所述)的地下硫化銅礦石上使用該模型，利用各種氧利用率，進行一系列試驗。限制最大灌注為40kg/m2/h，和限制最小灌注為0.5kg/m2/h。結果列于圖19中，和表明了金屬的萃取、最大堆積物溫度和平均堆積物溫度，所有這些均隨氧利用率的設定值的增加而增加。Ga/Gl之比從在最低的氧利用率下的平均值0.90下降到在最高的氧利用率下的平均值0.19。銅溶液含量是可接受的，在所有情況下平均小于10g/l。施加到每噸礦石上的灌注溶液也隨著氧利用率的設定值的增加而下降。在實踐中，在整個浸提循環(huán)之中，可與每噸礦石的充足溶液體積一致地變化氧利用率。
可通過本發(fā)明三種方法之一實現(xiàn)堆積物達到陡變溫度。
第一，可借助在堆積物內硫化物的氧化，完全自熱地使堆積物達到陡變溫度或至少比環(huán)境條件高的溫度。
第二，在固定墊的開放提升(open-lift)體系中，來自廢堆積物的溫熱的濕空氣可被吹入到放置在浸提過的礦石上的新礦石內。或者可通過反轉鼓風機從廢堆積物中抽吸溫熱的濕空氣，然后喂入到新堆積物的充氣體系內。后一方法也與開關墊(on-off pad)方法一起操作。
最后，使堆積物達到陡變溫度的額外方法(它是本發(fā)明的另一方面)是在墊上形成預定厚度的顆粒材料層，所述墊配有合適的充氣和排放體系。靠近顆粒材料層的頂部安裝永久和強有力的灌注系統(tǒng)。然后，在合適地接種和酸穩(wěn)定的顆粒材料層上堆垛新鮮礦石。使用安裝在顆粒材料層頂部的埋置的灌注系統(tǒng)，使熱溶液(包括熱PLS或加熱的溶劑萃取殘余液或水)流過顆粒材料層。若使用熱的PLS，則它的優(yōu)點是，能連續(xù)添加，且不擔心溶液總量的稀釋。與此同時，大氣被吹入到堆積物內部的顆粒材料層基體內。顆粒材料層形成熱量可在其上從溫熱溶液傳遞到進入空氣的表面，熱量然后流過礦石堆積物，從而增加其溫度到陡變點。作為實例，圖20示出了概念，其中溫度為40℃的水以2.5kg/m2/h的速度流過顆粒材料層，同時大氣以0.72kg/m2/h的速度被吹入到顆粒層內。流出顆粒材料層的氣體為約40℃，和幾乎完全飽和，且非常適于加熱在其上的礦石堆積物。熱水或溶液可以來自任何來源，例如，來自該體系別處的PLS；溶劑萃取殘余液；(直接或間接二者地)來自生物浸提攪拌罐反應器的功率生成或冷卻流體的廢熱；或者高于環(huán)境溫度的其它流體；其中包括使用太陽加熱而溫熱的流體；或借助換熱器從前述任何概述的來源中轉移的熱量的其它帶熱流體。一旦在至少一部分礦石中達到陡變溫度，則終止在顆粒材料層頂部處熱水或溶液的添加。然后，以控制的方式，可逐漸增加溶液的灌注和充氣到操作水平，和使堆積物達到所需的操作溫度。之后，根據(jù)前面所述的方法操作堆積物。
該方法的另一優(yōu)點是，一旦發(fā)生礦石的浸提，則顆粒材料層繼續(xù)加熱上升的空氣和冷卻PLS，從而降低PLS的熱量損失和增加平均堆積物溫度至少約1℃。在其中氧化速度相對慢和PLS相對熱的情況下(低氧化速度在基體上產生較少的冷卻)，這是特別有用的。事實上，堆積物的冷“尾”被帶到礦石外部進入顆粒材料層內，在此溫度不是重要的，因為不存在浸提。因此，甚至在其中堆積物可自熱地達到溫度的有利情況下，在堆積物的基體處使用這種顆粒材料層是有利的，因為它將堆積物的冷“尾”移到礦石外部和增加平均堆積物溫度。顆粒材料層可以是粉碎的巖石、砂子、砂礫、合成材料或甚至在堆積物外部的換熱器。顆粒材料層的厚度實際上不是由任何其它標準決定，而是必須具有良好的表面積和在一段時間內保持可滲透。在固定墊體系中，在先浸提過的礦石可替代顆粒材料層起作用。即使對于所有新鮮堆垛的礦石堆積物來說，長期添加熱溶液，對于典型的銅的堆浸來說，小于USc2/lb銅的成本是適中的(考慮購買的能量)。但在實踐中，成本會降低，因為體系并是連續(xù)在全新的堆積物上操作。
最終要求較高溫度，PLS溶液可以從體系中排出，加熱(例如通過使用熱水或者換熱器內的其它溶液，或者通過使用太陽熱)，然后循環(huán)回到顆粒材料層中。按照這一方式，進入堆積物內的大氣在整個浸提循環(huán)中被溫熱和增濕，并形成本發(fā)明的另一方面?；蛘叽髿饪稍谶M入堆積物內之前，例如通過蒸汽注射而被溫熱和增濕。
盡管前面兩步要求施加外部能量，這將增加成本(除非使用例如來自攪拌的生物浸提罐容器，或來自太陽加熱的廢熱或自然熱)，但這種成本可通過回收的額外的銅和/或降低的總的浸提周期而得到保證。要理解，對于固定的體系來說，在加熱和增濕進入堆積物的空氣中，堆積物將改變最佳的Ga/Gl之比，這是因為灌注溶液必須克服來自溫熱和潮濕空氣的向上的較大熱通量。對于在失常條件下具有快速降溫的堆積物來說，添加熾熱潮濕的空氣將是有用的控制工具。
要理解，在具有開放升降機的固定墊體系中，在堆積物的較冷部分內的礦石沒有充分浸提，但具有另一機會遇到熱溶液，和從在頂上放置的隨后的堆積物中進一步浸提，這種操作不是開關體系中的情況。
根據(jù)本發(fā)明另一方法，在花費商業(yè)上不可接受的周期實現(xiàn)陡變溫度(例如800天)的礦石情況下，可將硫化物精礦燃料，例如黃鐵礦，加入到礦石堆積物中，當它正被堆垛時。然后使堆積物達到陡變溫度，然后通過前述任何方法操作。
要理解，可通過其它方法改進堆積物溫度?？衫鐑H僅在白天的數(shù)小時內，和為實現(xiàn)在低的氧化速度下所需的低速度，或者這二者，間歇地施加灌注溶液。另外，間歇灌注的效果是在堆積物內的靜止區(qū)域得到補充。
也可間歇地，特別是在低流速下，施加充氣，在此靜止區(qū)域內的空氣可類似地得到補充。
可連續(xù)測量環(huán)境條件(濕和干泡溫度等)，為的是提供控制體系的數(shù)據(jù)。
盡管施加熾熱的灌注溶液對平均溫度具有較小的影響的事實，但甚至這一較小的影響將是有益的。因此，應當進行溶液排放、灌注和一般的處理體系的設計，在實踐中使熱損失最小化。略微低于表面的灌注將有助于降低即刻的蒸發(fā)損失，和降低總的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。
在堆積物表面上使用塑料覆蓋物，和綜合的太陽加熱通道溫熱或者灌注或其它溶液或優(yōu)選循環(huán)的PLS，將有助于維持堆積物內的高溫。
要理解，在堆積物的開始過程中可使用本發(fā)明，和例如通過測量在堆積物表面內或來自堆積物表面的氣相中的氧氣含量，從而調節(jié)充氣，以供應氧化反應的要求。在啟動時間段的早期部分中采用最小的灌注，使堆積物溫度的增加最大化，但根據(jù)堆積物內的溫度測量和/或PLS溫度，在啟動階段內和/或在對充氣速度的合適比例下逐漸施加灌注?；蛘呖瑟毩⒂诔錃飧淖児嘧?，在堆積物表面下方的合適點處維持預定的平流熱效系數(shù)。對于反應性堆積物來說，高溫相當快速地，在數(shù)天或數(shù)周內靠近表面出現(xiàn)；在反應性較低的堆積物內，過程比較慢，和可在堆積物的不同深度處使用多次溫度測量或者測量PLS的溫度，來監(jiān)控高溫。
平流熱效系數(shù)控制方法的額外可能性在于非強制的充氣泵浸提操作，其依賴于空氣經堆積物的自然對流供應氧氣。在這種情況下，可基于在堆積物表面下方測定的平流熱效系數(shù)來操縱灌注，從而嘗試維持合適的數(shù)值。或者，可根據(jù)表面下方的溫度和/或氣體流速來改變灌注?？諝饬鞯漠愘|本性可要求在廢物堆表面上的不同點處不同的灌注速度。下文所述的新的接種方法在此情況下是尤其合適的。制備微生物(如下文所述)的新方法特別適于這種廢物堆浸提體系。
硫化物礦物的溶解速度取決于在堆積物內微生物的催化作用。在堆積物操作的啟動階段和操作階段二者中，這些微生物扮演著關鍵的作用。熟練本領域的技術人員要注意，根據(jù)本發(fā)明方法操作的堆積物的可能操作溫度幾乎沒有落在極端嗜熱生物的操作范圍內。因此，合適的中溫生物和適中的嗜熱生物的混合物對于大多數(shù)的高溫堆浸應用來說具有更多的應用；合適的極端嗜熱生物僅僅在一些情況下，特別是牽涉浸提黃銅礦的那些中要求。需要用催化硫化物礦物氧化的合適細菌和/或古細菌(archaea)接種堆積物。所使用的一組微生物取決于最終所需的堆積物操作溫度和當它向它的最終操作溫度移動時，流過堆積物的溫度范圍。優(yōu)選在堆垛工藝過程中，用盡可能濃縮的細菌培養(yǎng)液接種堆積物，以便當氧化開始時，所要求的所有微生物將在原地，然后立即可獲得用于亞鐵轉化成鐵。然而，在其中粒度較大的情況下(例如原礦堆積物或廢物堆浸提)，難以獲得微生物與礦石的緊密接觸。來自攪拌罐的生物浸提工廠或車間的殘渣作為細菌培養(yǎng)液也是合適的。
當簡單地通過用富含合適微生物的溶液灌注堆積物，進行堆積物的接種時，微生物不會滲透到堆積物的縱深處。相反，它們將粘著在灌注或注射點的巖石和礦物上，從而在堆積物表面處形成微生物的“表皮”。這是因為微生物的外細胞壁用是粘合劑的外聚合物涂布所致。實際上，微生物的粘合劑本性的這種性能是在水的純化中砂濾器的效率基礎。
因此非常困難的是，簡單地通過用細菌培養(yǎng)液灌注堆積物，用其正常生長狀態(tài)下的微生物接種全部堆積物主體；在較細的粒度下這實際上變得不可能。
然而，經特別處理以降低在其細胞壁外表面上聚合物材料的生產的細菌和古細菌，將滲透到堆積物內，和不會粘著到堆積物的礦物與巖石表面上。這樣制備的微生物能使堆積物被充分地接種，和允許微生物恢復浸提的催化作用，從而允許更佳的堆積物操作。
可或者以孢子或者以超微細菌(UMB)形式制備細菌和古細菌。在這一狀態(tài)下，微生物在其外細胞壁上不產生聚合物?？赏ㄟ^用富含孢子或超微細菌的溶液灌注，用處于這一狀態(tài)下的微生物接種堆積物，和一旦富含孢子或UMB的溶液充分地滲透到堆積物主體內，孢子或UMB可恢復其生長狀態(tài)。
通過逐漸減少生長介質內的營養(yǎng)物，由一些菌株生產超微細菌。按照這一方式，使細菌“挨餓”將引起它們中止在細胞壁的外表面上產生外聚合物，所述外聚合物將導致它們的粘合劑本性，和在一些情況下，引起它們減少尺寸。尺寸減少的細胞稱為超微細菌。對于本發(fā)明來說，這種挨餓處理的重要性能不受生產稱為細菌或者孢子，按照這一方式處理的細菌不或粘著到多孔介質上，可容易地滲透和有效地接種堆積物。
最經常地通過減少在生長介質內的碳源，實現(xiàn)具有減少的外聚合物的微生物的生產。在適于堆浸的微生物情況下，碳源常常是溶解在溶液內的二氧化碳。通過從溶液中除去二氧化碳或者限制溶解的二氧化碳的濃度，例如通過從微生物生長所要求的空氣源中除去二氧化碳，或者通過在供應到生長培養(yǎng)物中的氣體內使用純氧氣和氮氣，從而實現(xiàn)挨餓細胞的制備。也可通過限制(除了碳源以外的)營養(yǎng)物來實現(xiàn)外聚合物的減少。
因此，本發(fā)明的這一部分涉及制備微生物的方法，所述微生物通過合適的挨餓方法在反應器中制備，將它們注射到堆積物或廢物堆內，然后或者通過注射富含營養(yǎng)物的溶液到堆積物或廢物堆內，或者通過允許微生物自然恢復回到其生長狀態(tài)，從而恢復它們。利用本發(fā)明的這一方面，在其操作壽命過程中再接種堆積物或廢物堆。例如，空氣和灌注沒有同時供應到活性堆積物內會導致高溫，高到足以殺滅所有微生物；可使用本發(fā)明的這一方面，在空氣和灌注供應恢復之后再接種堆積物和在之后恢復浸提。另外，可使用本發(fā)明的這一方面，再接種以前的堆積物或廢物堆，通過前面所述的方法浸提堆積物或廢物堆和從它們中進一步提取價值。
由于在浸提循環(huán)過程中自由地控制充氣和灌注速度的能力是本發(fā)明的重要方面，因此需要確保例如通過用粘土狀材料堵塞(clog up)，堆積物在浸提工藝過程中不是對空氣或溶液不可滲透。Newmont在US5834294中描述了在浸提之前，在聚結工藝過程中，通過添加耐酸聚合物到礦石中，避免堆積物填塞的方法。本發(fā)明的觀點是在本發(fā)明應用的一些情況下，這種工藝可用于避免這種填塞。
在典型的堆浸操作中，(由于在浸提材料內保留的濕氣)發(fā)生溶液的有限排出。因此可能的是，有害元素，如鋁，以及來自溶劑萃取工藝的有機物可在溶液內累積。已知有機物和鋁均對微生物有毒。為了維持健康的微生物體系，需要從PLS的排放流體或者殘余液內的溶液中，例如在升高的pH下，通過用石灰石沉淀，從而除去鋁。有機物可通過吸附在碳上或者利用生物方法使用合適的微生物來除去。另外，可在這一流體中，通過例如用石灰石沉淀，從而除去任何硫或硫酸；黃鐵礦的氧化可能增加二者的含量。也可通過灌注用過的堆積物，或氧化銅堆積物/廢物堆，或其它堿性巖石堆積物來除去鐵和酸。然而，如Mintek所述和前面提及的，若證明低的氧化還原體系是有利的，那么對生物生長的一些約束可證明是有益的，從而減少亞鐵轉化成鐵，和保持相對低的氧化還原?？赏ㄟ^限制來自體系的排放來維持這種約束?；蛘撸赏ㄟ^使用離子交換，而不是溶劑萃取完全避免有機物毒性。
地質生物學例如在US6107065中公開的方法也非常適于本發(fā)明，其中微粒，通常是精礦，被各種各樣地涂布在粗糙的基底上并堆浸。
本發(fā)明通過在堆積物內氧化和浸提，能處理任何金屬硫化物，而不僅僅是銅和鎳。在難熔金的預處理工藝情況下，可使用本發(fā)明，通過用冷水，而不是殘余液灌注，控制堆積物溫度在高和最佳的水平下。
也可使用本發(fā)明作為萬一在下雨事件、正常的灌注中止(和隨后恢復)和因此調節(jié)的充氣速度中，維持堆積物溫度的手段，從而保留堆積物內的熱量；廢物堆控制方法將自動進行這項工作。
萬一溫度仍太低，以致于實現(xiàn)不了黃銅礦的浸提，則可用富含氧氣的空氣替代空氣，為的是進一步降低在堆積物的基體中的冷卻，從而增加平均堆積物溫度。從嗜熱生物浸提車間(使用氧氣的那些)中和從電解沉積室中排放的氣體在這方面是有用的。
天然存在于礦石內或添加到體系內的小量氯化物，會提高硫化物礦物的浸提。
熟練本領域的技術人員要理解，本發(fā)明所使用的灌注速度可能顯著低于目前的工業(yè)做法。結果，溶液中金屬含量，特別是回收的金屬含量平均可能稍微較高。然而，考慮到將PLS循環(huán)回到目前堆積物內的工業(yè)做法增加銅含量，總的來說，銅溶液含量可能類似于現(xiàn)有技術，和當然適于借助溶劑萃取和電解沉積而加工。同樣，熟練本領域的技術人員要理解，每噸礦石施加的灌注稍微低于目前的工業(yè)做法。因此，可仔細地調節(jié)Ga/Gl比，在浸提循環(huán)中的不同時間處產生更稀的PLS流體，或洗滌出有價值的金屬，特別是在堆積物壽命的最后時。
為了維持健康的微生物環(huán)境，微生物必須具有充足的營養(yǎng)物供應。在加工精礦的罐體系中，將營養(yǎng)物與精礦連續(xù)一起添加。然而，在堆浸情況下，當?shù)V石被堆垛時，固體形式的營養(yǎng)物可僅僅添加一次?？商貏e地設計這種營養(yǎng)物緩釋到溶液內，用于浸提循環(huán)的全部持續(xù)時間?；蛘?，可將營養(yǎng)物與灌注溶液一起添加，但尤其在高的堆積物中，化學因素可使得營養(yǎng)物難以到達堆積物的較下面的部分。還認為可借助空氣添加，以氣溶膠和/或氨氣的形式添加營養(yǎng)物。另外，微生物要求碳源供細胞生長。添加與礦石堆積物混合的碳酸鹽，或者將二氧化碳加入到充氣供料中可方便地供應碳。選擇所添加的碳和營養(yǎng)物的用量，維持微生物生長和硫化物氧化的高速度。特別是，當微生物菌落在循環(huán)開始正在建立時，和當溫度轉移到其中中等嗜熱微生物和嗜熱微生物變得具有活性的區(qū)域時，碳的供料必須充分。Bouffard和Dixon證明在細菌的生長階段中碳的要求量為約0.2g/kg礦石(3)。在浸提循環(huán)中的合適時間處，補充空氣和添加二氧化碳氣體總計達到氣體流體積的0至5％，或者添加充足的二氧化碳到礦石中可能是滿足這一要求的最好方式。
可借助本領域公知的技術，例如通過溶劑萃取或離子交換，從溶液中回收金屬?？赏ㄟ^氰化，從氧化的含金硫化物中回收金。
實施例通過非限制性實施例，并參考說明本發(fā)明不同實施方案的附圖，圖21-31，進一步描述本發(fā)明。
實施例1-含輔助的黃鐵礦的混合輝銅礦/黃銅礦礦石實施例1表明其中使用固定墊、開放提升體系用于堆浸工藝的情況，在控制體系的模擬中使用的位置條件是在3000m海拔處冬季的Northern Chile的那些。附圖中的圖21，說明了放置在墊2a上的第一堆積物礦石10a，所述墊2a配有排放體系3a以及充氣體系4a。礦石堆積物10a當被堆垛時，用合適的微生物與至少一些硫酸接種。
充氣體系4a由變速空氣壓縮機7a供應大氣。礦石堆積物10a安裝有灌注系統(tǒng)11a以及安裝在礦石堆積物10a區(qū)域上的水平格柵圖案內的多個溫度探針12a，這些探針埋在堆積物表面下方約3米深處。安裝額外的溫度探針35a測量PLS溫度。溫度探針12a和35a被連接到測量與控制體系13a上。使用多個氧氣分析儀探針22a，其以與溫度探針12a相類似的方式布置，測量正好從堆積物10a表面下方釋放出的氣體中的氧氣含量，和這些也連接到測量與控制體系13a上。
以下將描述測量與控制體系13a的操作使用壓縮機7a，將大氣6a經充氣體系4a供應到礦石堆積物10a內，使礦石堆積物10a，也就是說待浸提的礦石堆積物達到陡變點。對于首先的100天來說，以得到25％的氧利用率，然后50％的氧利用率的速度供應大氣6a，之后根據(jù)氧氣分析儀探針22a測量的堆積物內的氣體中氧氣濃度而改變流速。根據(jù)充氣體系4a的泵送設計尺寸，和/或氣體壓力，在高的空氣流速時間段過程中增加氧利用率的設定值，以降低空氣流速到較低的絕對水平。經變速泵18a以對充氣速度的固定比值(相當于Ga/Gl為0.2)供應灌注溶液(殘余液)15a。在陡變之前，可觀察到在PLS溫度內可測量的升溫為約0.2℃/天。借助溫度探針12a監(jiān)控在礦石堆積物10a表面下方約3米深處的點的升溫速度。在某些點處，堆積物的氧化準時陡變，和在該點處，準時發(fā)生三件事情。第一，增加氧化速度的結果導致大氣6a的流速顯著增加，第二，由于額外的氣體流的冷卻效果導致PLS溫度下降，和最后，在表面下方約3米的點處的溫度以數(shù)度/天的速度快速攀升到峰值。在該點處，堆積物準時非常接近最大溫度，和具有高的向上的熱平流熱效。灌注溶液15a的施加速度自動增加，但仍以對充氣氣體質量流固定的比例施加。灌注溶液15a的施加速度超過最大設計值，但在該實施例中沒有達到這一最大值。若在堆積物表面下方約3米處的降溫速度過大，則可增加Ga/Gl之比，在該方案中沒有這樣，這是因為在控制體系模擬中不存在失常狀況。根據(jù)由氧氣分析儀探針22a中獲得的在堆積物內氣體中的氧氣濃度的測量值，通過改變氣體流速，從而持續(xù)自動地以給定的所需氧利用率提供大氣6a的絕對添加速度。在浸提循環(huán)的各點處，二氧化碳氣體5a被添加到喂入堆積物內的空氣6a中。
PLS溶液16a的平均溫度為約41℃和平均銅含量為4g/l，和可利用溶劑萃取和電解沉積車間17a加工。認為灌注溶液(殘余液)15a冷卻到與堆積物相同的溫度。使用各種變速泵(或者其它流量控制器)18a，將來自車間17a的殘余液15a返回到堆積物中。任選地，連續(xù)或間歇的排放流體19a可從殘余液流體15a中引出，并在車間20a中加工，以除去有機物、硫酸、鐵和/或有毒的元素。純化的流體21a然后可再引入到體系中。任選地，額外的酸23a可在浸提循環(huán)過程中的任何點處加入到溶劑萃取殘余液15a中。在浸提循環(huán)最后，可同時在墊的其它區(qū)域上堆垛礦石的其它堆積物(用新的灌注系統(tǒng))，然后重復所述的方法，直到最終，所預計的全部墊區(qū)域，在其上面具有一層浸提過的礦石。在該點處，或之前的某點處，至少經一段時間，新鮮的礦石放置在以前浸提過的礦石上。由于以前浸提過的礦石堆積物具有大量的焓，和這種焓可被吹入到在其上堆垛的新的礦石上，和增加新礦石內的升溫速度。圖22-24示出了基于前面所述模型和其它假設的控制體系的模擬輸出。在這些圖中不包括從舊的堆積物中吹出的潮濕空氣(它溫熱在其上的礦石)的影響，這些圖假設礦石，要浸提的第一層，在環(huán)境溫度下。750天的控制體系模擬時間段不代表在實際操作中的浸提循環(huán)，實際操作可能在約500-600天時終止。另外，浸提時間段是圖22中假設的礦物浸提速度和活化能的函數(shù)。若浸提速度較快，和在65℃下，90％黃銅礦在例如150天內浸提，則總的浸提循環(huán)將在1年的數(shù)量級內以實現(xiàn)90％的銅溶解。
實施例2-含輔助的黃鐵礦的黃銅礦實施例2是與實施例1相同的固定墊體系，所不同的是礦石含有黃銅礦和黃鐵礦，和在控制體系的模擬中使用的位置條件是在美國Arizona的典型冬季條件的那些。安裝和操作與實施例1、圖21相同。然而，在該實施例中放置的溫度探針12a和氧氣探針22a在堆積物內的約1米深度處。在此情況下的控制體系的操作不同于實施例1。根據(jù)通過氧氣分析儀探針22a測量的在堆積物內的氣體中的氧氣濃度，通過改變流速，以得到50％的氧利用率的速度供應大氣6a。根據(jù)充氣體系4a的泵送設計尺寸，和/或氣體壓力，在高的空氣流速時間段過程中，增加氧利用率的設定值到65％，以降低空氣流速到較低的絕對水平。改變灌注速度，在堆積物表面下1米處維持零的凈平流熱效系數(shù)，從而在整個浸提循環(huán)過程中自動保持Ga/Gl之比在最佳水平下。PLS具有與實施例1類似的平均溫度，但平均銅含量稍微較高，在6g/l下。再者，認為灌注溶液(殘余液)15a冷卻到與堆積物相同的溫度。圖25-27示出了控制體系的模擬輸出和其它信息。在該實施例中，600天的控制體系模擬時間段與其中在實際的操作中浸提循環(huán)可能終止的情況一致。浸提時間段是圖25中假設的礦物浸提速度和活化能的函數(shù)。若浸提速度較快，和在65℃下，90％黃銅礦在例如150天內浸提，則總的浸提循環(huán)將在1年的數(shù)量級內以實現(xiàn)93％的銅溶解。
實施例3-含有輔助的黃鐵礦的輝銅礦實施例3是一種開關墊體系，和礦石含有輝銅礦和黃鐵礦，控制模擬的位置條件與實施例1相同，安裝和操作如圖21所示。然而，溫度探針12a和氧氣探針22a放置在堆積物的約1.5米深處，但在此情況下的控制體系類似于實施例2，但不相同。根據(jù)通過氧氣分析儀探針22a測量的在堆積物內的氣體中的氧氣濃度，通過改變流速，以得到25％的氧利用率的速度供應大氣6a。改變灌注速度，在堆積物表面下1.5米處維持合適的平流熱效系數(shù)，從而在整個浸提循環(huán)過程中自動保持Ga/Gl之比在最佳水平下。在該實施例中的PLS具有48℃的平均溫度，和平均銅含量為10g/l。盡管如此，但認為灌注溶液(殘余液)15a冷卻到與堆積物相同的溫度。圖28-30示出了控制體系的模擬輸出和其它假設。
實施例4-帶有廢巖石的黃銅礦和一些黃鐵礦的堆浸實施例4說明了本發(fā)明的各方面在堆浸上的應用。附圖中的圖31說明了放置在墊2c上的礦石廢物堆10c，所述墊2c配有排放體系3c。用已在車間4c中處理過的微生物接種礦石廢物堆10c，所述處理減少了在其細胞壁外表面上的聚合物材料的產生。將濃縮的接種物與殘余液15c混合，然后使用灌注系統(tǒng)11c施加到廢物堆上；所制備的微生物將滲透到廢物堆內和不粘著到廢物堆的礦物和巖石表面上，但當它們可獲得來自大氣26c的二氧化碳和經灌注系統(tǒng)11c添加的營養(yǎng)物時，將緩慢地再活化。
大氣26c從許多方向進入廢物堆和通過自然對流產生流過廢物堆的空氣流。廢物堆10c安裝了可灌注系統(tǒng)11c，以及在礦石堆積物區(qū)域內在水平的格柵圖案上安裝了多個溫度探針12c，這些探針埋在堆積物表面下方約2米的深度處。安裝額外的溫度探針35c，測量PLS溫度。溫度探針12c和35c被連接到測量與控制體系13c上。使用以與溫度探針12c類似方式布置的多個結合的氧氣分析儀和氣體流量測量探針22c，測量在廢物堆10c內在約2米深度處的氣體中氧氣的含量和氣體流量，和這些也被連接到測量與控制體系13c上。
以下描述了測量與控制體系13c的操作自動增加灌注溶液15a，以維持在堆積物表面下方約2米處凈零的平流熱效系數(shù)。按照這一方式堆積物的溫度將增加，和流經堆積物的誘導氣體流量將增加。灌注溶液將進一步增加或降低，以維持平流熱效系數(shù)的設定值。如正文中所述，可設計體系能在堆積物的上表面上的不同區(qū)域內獨立地改變灌注。
可使用溶劑萃取和電解沉積車間17c加工PLS溶液16c。認為灌注溶液(殘余液)15c冷卻到與堆積物相同的溫度。使用變速泵(或其它流速控制器)18c，將來自車間17c的殘余液15c返回到堆積物中。任選地，可從殘余液流15c中取出殘余液或間歇排放流體19c，和在車間20c內加工，以除去有機物、硫酸和/或有毒元素。純化的21c然后可再引入到體系內。任選地，額外的酸23c可在浸提循環(huán)過程中的任何點處加入到溶劑萃取殘余液15c內。
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權利要求
1.一種控制堆浸工藝的方法，它通過控制堆積物的灌注速度作為堆積物的充氣速度、在堆積物內至少一個預定點處的平流熱效測定值、和在堆積物內至少一個預定點處的溫度測定值中的至少一個的函數(shù)而實現(xiàn)。
2.權利要求1的方法，其中堆積物的充氣借助自然對流。
3.權利要求2的方法，其中至少部分誘導自然對流。
4.權利要求1的方法，其中強制充氣。
5.權利要求4的方法，它包括控制充氣速度作為堆積物內材料氧化速度測定值的函數(shù)。
6.權利要求1-5任何一項的方法，它包括在堆積物表面處或表面下方測定平流熱效。
7.權利要求6的方法，它包括在堆積物表面下方0％-95％的堆積物高度的點處測定平流熱效。
8.權利要求7的方法，它包括在堆積物表面下方1％-40％的堆積物高度的點處測定平流熱效。
9.權利要求8的方法，它包括在堆積物表面下方2％-30％的堆積物高度的點處測定平流熱效。
10.權利要求5-9的方法，它包括控制充氣速度，以維持堆積物的預定氧利用率。
11.權利要求10的方法，它包括維持堆積物的氧利用率在1％-99％的范圍內。
12.權利要求11的方法，它包括維持堆積物的氧利用率在15％-90％的范圍內。
13.權利要求12的方法，它包括維持堆積物的氧利用率在20％-85％的范圍內。
14.前述任何一項權利要求的方法，它包括維持平均充氣速度和平均灌注速度在0.125∶1到5∶1的比值范圍內。
15.權利要求14的方法，它包括維持平均充氣速度和平均灌注速度在0.15∶1到2∶1的比值范圍內。
16.權利要求15的方法，它包括維持平均充氣速度和平均灌注速度在0.175∶1到1.5∶1的比值范圍內。
17.權利要求16的方法，它包括維持平均充氣速度和平均灌注速度在約0.2∶1的比值。
18.前述任何一項權利要求的方法，它包括維持即刻充氣速度和即刻灌注速度在0∶1到5∶1的比值范圍內。
19.權利要求18的方法，它包括維持即刻充氣速度和即刻灌注速度在0∶1到2∶1的比值范圍內。
20.權利要求19的方法，它包括維持即刻充氣速度和即刻灌注速度在0∶1到1.5∶1的比值范圍內。
21.權利要求20的方法，它包括維持即刻充氣速度和即刻灌注速度在約0.2∶1的比值。
22.前述任何一項權利要求的方法，它包括在堆積物表面下方測定溫度。
23.權利要求22的方法，它包括在堆積物表面下方1％-95％的堆積物高度的點處測定溫度。
24.權利要求23的方法，它包括在堆積物表面下方5％-50％的堆積物高度的點處測定溫度。
25.權利要求24的方法，它包括在堆積物表面下方10％-30％的堆積物高度的點處測定溫度。
26.權利要求1-21任何一項的方法，其中溫度測定包括富集的浸提物流溫度的測定。
27.權利要求4-25任何一項的方法，其中作為堆積物氣體中的氧含量、富集的浸提物流的溫度、堆積物溫度、富集的浸提物流中的金屬含量、富集的浸提物流的氧化還原值、富集的浸提物流的氧濃度、堆積物的氧吸收速度、堆積物的二氧化碳吸收速度的測定值，基于至少一種供料組合物、硫化物礦物的浸提速度、堆積物的幾何形狀、堆積物外部的氣候條件的模擬，和在先浸提過的堆積物的歷史值中的任何一種或多種的函數(shù)，測定硫化物物質的氧化速度。
28.權利要求27的方法，其中富集的浸提物流中的金屬含量包括回收的金屬含量。
29.通過下述步驟增加堆浸用堆積物材料溫度的方法a)給堆積物的支撐表面配備充氣和排放設備；b)在支撐表面上形成顆粒材料層，c)緊貼顆粒材料層的操作上表面安裝灌注系統(tǒng)，d)在顆粒材料層上形成礦石層，e)借助灌注系統(tǒng)，使熱溶液流過顆粒層以加熱顆粒層，f)使周圍的空氣吹過支撐表面的充氣設備以與礦石層反應，直到礦石堆積物的溫度達到預定的陡變點，g)至少減少步驟e)中熱溶液通過顆粒層的灌注流，h)在礦石層中引入灌注和調節(jié)經充氣設備的充氣，直到達到預定的正常最佳的堆積物溫度，和i)根據(jù)權利要求1-28任何一項控制堆浸工藝。
30.權利要求29的方法，其中步驟d)包括用合適的微生物和至少一些酸接種礦石層。
31.權利要求29或30的方法，其中由粉碎的巖石形成顆粒層。
32.權利要求29-31的方法，其中熱溶液包括至少一種熱的富集的浸提溶液、熱的溶劑萃取殘余液、水或其它流體。
33.一種測定最佳的堆積物結構以供生物輔助的礦石堆積物的堆浸工藝的方法，它通過測量浸提速度、反應熱，和礦石的硫化物含量；以及測定最大充氣和灌注速度和最佳堆積物高度而實現(xiàn)。
34.前述任何一項權利要求的方法，它包括將微生物引入到堆積物材料內，其中包括a)制備在其外細胞壁上基本上不含外聚合物的微生物；b)將根據(jù)步驟a)制備的微生物加入到堆積物中；c)至少一種未輔助或輔助再活化堆積物內的微生物，在其外細胞壁上產生外聚合物。
35.權利要求34的方法，其中步驟a)包括將微生物暴露于低營養(yǎng)環(huán)境下或者使微生物挨餓。
36.權利要求35的方法，其中通過限制微生物可獲得的碳量使微生物挨餓。
37.權利要求34-36任何一項的方法，其中步驟b)包括在堆積物的形成過程中添加微生物到堆積物中、滴灌該堆積物、噴灑該堆積物、和加壓灌注該堆積物中的一種或多種。
38.權利要求34-37任何一項的方法，其中輔助再活化包括將微生物暴露于富營養(yǎng)環(huán)境下。
39.權利要求38的方法，其中借助下述方法中的至少一種使微生物的環(huán)境富含營養(yǎng)物a)包埋固體營養(yǎng)物在堆積物內；b)用富營養(yǎng)物的溶液灌注堆積物；c)用富營養(yǎng)的氣體給堆積物充氣；和d)用富含二氧化碳的氣體給堆積物充氣。
40.權利要求39的方法，其中包括在堆積物內包埋碳源的步驟。
41.權利要求40的方法，其中碳源包括碳酸鹽。
42.權利要求39的方法，其中步驟a)的固體營養(yǎng)物包括緩釋營養(yǎng)物。
43.權利要求39的方法，其中用一種或多種營養(yǎng)氣溶膠和氨使步驟c)的氣體富含營養(yǎng)物。
44.權利要求34-43任何一項的方法，其中未輔助的再活化包括因堆積物內一種或多種占優(yōu)勢的條件和自然氣體流經堆積物導致的再活化。
45.權利要求44的方法，其中自然氣體包括二氧化碳。
46.權利要求1-32任何一項的方法，它包括借助下述方法，使包埋在堆積物材料內的微生物的環(huán)境富含營養(yǎng)物以供生物輔助的堆浸的步驟a)在堆積物內包埋固體營養(yǎng)物；b)用富營養(yǎng)物的溶液灌注堆積物；c)用富營養(yǎng)的氣體給堆積物充氣；和d)用富含二氧化碳的氣體給堆積物充氣。
47.權利要求46的方法，它包括在堆積物內包埋碳源。
48.權利要求47的方法，其中碳源包括碳酸鹽。
49.權利要求46的方法，其中步驟a)的固體營養(yǎng)物包括緩釋營養(yǎng)物。
50.權利要求46的方法，其中用一種或多種營養(yǎng)氣溶膠和氨使步驟c)的氣體富含營養(yǎng)物。
51.權利要求1-32和34-50任何一項的方法，其中在堆積物的堆垛過程中，將硫化物燃料材料加入到堆積物中。
52.權利要求51的方法，其中硫化物燃料包括黃鐵礦或其它合適的硫化物精礦。
53.前述任何一項權利要求的方法，其中間歇地施加灌注。
54.權利要求4-53的方法，其中充氣間歇地強制通過堆積物。
55.權利要求1-32任何一項的方法，其中堆積物分成至少兩個區(qū)，和在每一區(qū)內至少部分獨立地控制該工藝。
56.參考實施例1和圖21-24基本上如此處所述的方法。
57.參考實施例2和圖21與25-27基本上如此處所述的方法。
58.參考實施例3和圖21與28-30基本上如此處所述的方法。
59.參考實施例4和圖31基本上如此處所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了控制堆浸工藝的方法，它通過控制堆積物的灌注速度作為堆積物的充氣速度、在堆積物內至少一個預定點處的平流熱效測定值、和在堆積物內至少一個預定點處的溫度測定值中的至少一個的函數(shù)而實現(xiàn)。還公開了強制充氣和公開了方法包括控制充氣速度作為在堆積物內物質氧化速度測定值的函數(shù)的步驟。本發(fā)明還延伸到引入微生物到堆積物材料內的方法，增加堆積物材料的溫度以供堆浸的方法，測定最佳堆積物結構以供礦石堆積物的生物輔助的堆浸工藝的方法，和使包埋在堆積物材料內的微生物的環(huán)境富含營養(yǎng)物以供生物輔助的堆浸的方法。
文檔編號C22B3/18GK1688727SQ03824463
公開日2005年10月26日 申請日期2003年9月15日 優(yōu)先權日2002年9月17日
發(fā)明者弗蘭克·肯尼斯·克倫得威爾, 艾倫·埃里克·諾頓 申請人:弗蘭克·肯尼斯·克倫得威爾, 艾倫·埃里克·諾頓