專利名稱:釜式生物浸出方法
背景技術(shù)：
一般來講，本發(fā)明涉及一種釜式生物浸出過程，更具體地說涉及向釜式生物浸出過程所用微生物細(xì)胞提供碳。
在釜式生物浸出中，微生物細(xì)胞用于氧化磨細(xì)礦物濃縮物中的還原態(tài)硫和鐵，磨細(xì)礦物濃縮物包含有用金屬或者目標(biāo)金屬。
反應(yīng)釜或者反應(yīng)器包含濃縮物的漿料，對其進(jìn)行攪拌并向其中加入營養(yǎng)物。向該漿料中噴入空氣或富集的空氣，通?？刂破鋚H值在0.8～2的范圍內(nèi)。
在低于45℃的中溫下使用細(xì)菌，而在高于45℃的高溫下使用古生菌來催化氧化過程，使得礦物發(fā)生分解。從而有用金屬被直接溶解或者提高其下游回收率。
用于這類生物浸出過程的微生物細(xì)胞通常是化能營養(yǎng)(chemolithrophs)，通過固定來自大氣或供給氣體中的二氧化碳進(jìn)行自養(yǎng)生長，以滿足它們的碳需求。微生物細(xì)胞需要碳作為細(xì)胞代謝和功能產(chǎn)物的基本組分。
對于高溫生物浸出(高于45℃)，使用富集的空氣是很重要的，這是因?yàn)殡S溫度升高，二氧化碳和氧氣的溶解度會降低，其傳質(zhì)也會隨之降低。富集的空氣可以包含高濃度的氧氣或二氧化碳，因?yàn)橛泻芏辔募砻餍枰@樣的高濃度以便獲得最佳的微生物生長速率以及二價(jià)鐵和硫的氧化速率。
為使噴入反應(yīng)器的空氣富集而需要的氧氣和二氧化碳通常是由發(fā)電廠產(chǎn)生的。然而，這些工廠的投資成本和操作成本都是很高的，而且與二氧化碳有關(guān)的成本是特別昂貴的。而且，生物浸出過程中所供給的二氧化碳的利用率可能是低的，通常低于40％。這實(shí)際上增加了運(yùn)轉(zhuǎn)生物浸出裝置的成本。
在某些實(shí)例中，除了感興趣的金屬(通常銅、鎳或金)外，進(jìn)行生物浸出的濃縮物材料還包含銀。在某些情況下銀的存在可能導(dǎo)致對微生物細(xì)胞的嚴(yán)重抑制效應(yīng)，從而對生物浸出過程產(chǎn)生不利的影響。盡管銀在典型的生物浸出條件下是僅少量可溶的，含銀礦物的溶解導(dǎo)致在反應(yīng)器中絡(luò)合和沉淀發(fā)生之前，銀會暫時(shí)地存在于溶液中。這種暫時(shí)的溶解性足夠使銀與微生物細(xì)胞快速相互作用，其中銀通常滲透過細(xì)胞膜并且以高親和力結(jié)合到細(xì)胞質(zhì)中所含的化合物。細(xì)胞中最可能與銀相互作用的化合物是含硫的氨基酸，尤其是半胱氨酸和蛋氨酸。由于在受影響的細(xì)胞中存在銀結(jié)瘤，通過透射電子顯微術(shù)結(jié)合金屬分析技術(shù)，可以容易地觀察到銀的抑制效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種濃縮物釜式生物浸出過程的操作方法，其包括向該過程所用微生物細(xì)胞提供非氣態(tài)形式碳的步驟。這造成更低的碳成本并且具有降低銀對微生物細(xì)胞的抑制效應(yīng)的出人意料的益處。
以上述方式向所述過程提供的碳可以替代或補(bǔ)充以二氧化碳形式向所述過程提供的碳。
可以使用任何合適的料源提供非氣態(tài)形式的碳。該料源可以選自水溶性碳或無機(jī)含碳固體化合物例如碳酸鹽。
優(yōu)選地，碳來源于有機(jī)可溶性碳，其可以選自酵母、酵母抽提物，和碳抽提物或者來源于活性污泥、皮革廠的排出液、用過的生物浸出生物質(zhì)、糖蜜、玉米漿、蔗糖、葡萄糖和甲醇的碳。
酵母抽提物是優(yōu)選的碳源，因?yàn)樗颂家酝猓€通常包含大量的促進(jìn)微生物生長的營養(yǎng)化合物例如維他命、氨基酸和一些輔因子。相似的化合物包括肉浸液。這些復(fù)合營養(yǎng)化合物可以單獨(dú)使用或者與純碳源聯(lián)合使用。使用這種混合物(如酵母抽提物)的目的將是代替至少由復(fù)合營養(yǎng)源提供的碳，從而降低酵母抽提物的總消耗量。
復(fù)合營養(yǎng)源例如酵母抽提物包含除碳以外的大量其他營養(yǎng)化合物。其中這些是對從溶液中絡(luò)合銀有高親和力的化合物。這些化合物被認(rèn)為是含有硫的氨基酸，但也可能包括其他目前未知的化合物。出人意料的益處是這些化合物通過迅速從溶解狀態(tài)清除銀而起作用，因而防止和/或降低了銀與微生物或生物浸出細(xì)胞有害的相互作用。這種機(jī)理有助于更耐用的含銀礦石的生物浸出過程，否則將會限制由生物濕法冶金技術(shù)來處理所述礦石。
純碳源例如蔗糖可以與復(fù)合營養(yǎng)源(例如酵母抽提物)結(jié)合使用。在所述應(yīng)用中，蔗糖的使用被發(fā)現(xiàn)具有出人意料的益處，因?yàn)槠滹@示提高了細(xì)胞膜在惡劣的生物浸出條件下的耐用性、穩(wěn)定性和完整性。這從操作過程來說是非常有益的。
本發(fā)明進(jìn)一步結(jié)合附圖通過實(shí)施例來進(jìn)行描述，附圖示意性舉例說明了根據(jù)本發(fā)明原理進(jìn)行的釜式生物浸出過程。
具體實(shí)施方式附圖略示意性舉例說明了釜式生物浸出過程10。在該過程中，將漿料12引入反應(yīng)器或反應(yīng)釜14中，其中漿料12包含粉碎成小粒徑(通常小于80微米)的礦物濃縮物，反應(yīng)器或反應(yīng)釜14包括用于攪拌漿料的馬達(dá)驅(qū)動的葉輪16。用已知的細(xì)菌接種漿料，任選地，根據(jù)已知標(biāo)準(zhǔn)向反應(yīng)器中的漿料提供營養(yǎng)物18。
氣體20供給反應(yīng)器的噴入系統(tǒng)22。根據(jù)需要，氣體可以是空氣，其被氧氣24和任選的二氧化碳26富集。
反應(yīng)器中的漿料根據(jù)已知標(biāo)準(zhǔn)保持在所需的pH水平和所需溫度下，使得生物浸出過程分解或溶解目標(biāo)金屬，所述金屬隨后在下游過程28中回收。
正如導(dǎo)言中所解釋的，二氧化碳源26是生物浸出過程中的主要成本因素。產(chǎn)生二氧化碳的成本是很高的，而且反應(yīng)器中漿料的二氧化碳利用百分率是很低的。這實(shí)際上意味著，所產(chǎn)生的二氧化碳的大部分沒有被利用，而排放到大氣中。
盡管在培養(yǎng)生物浸出細(xì)胞的領(lǐng)域中，有機(jī)碳的補(bǔ)充是眾所周知的，但是這在申請人所知的任何工業(yè)釜式生物浸出操作中目前未被使用。在清除銀和提高細(xì)胞膜耐用性方面出人意料的益處也是在工業(yè)規(guī)模上未預(yù)料到的。本發(fā)明提供了通過向反應(yīng)器提供非氣態(tài)形式的碳32以滿足生物浸出過程中微生物細(xì)胞的全部或部分的碳需要。在這一方面，優(yōu)選的碳源是水溶性酵母提取物，它可以與純碳源例如蔗糖聯(lián)合使用。
大多數(shù)生物浸出微生物必須要求二氧化碳作為它們唯一的碳源，但一些菌種例如兼性自養(yǎng)菌和兼性異養(yǎng)菌，在這方面并非絕對。這些菌種因此能夠使用除二氧化碳之外的碳源，作為二氧化碳的替代物或者補(bǔ)充物。因此，可能通過向反應(yīng)釜中提供水溶性有機(jī)碳源例如酵母提取物32從而獲得優(yōu)化的釜式生物浸出條件。碳源優(yōu)選以液體的形式提供并且泵入反應(yīng)器14中，或者如虛線所示泵入漿料進(jìn)料12，或者備選地或者另外地，以干粉的形式加入到反應(yīng)釜的漿料中。
使非氣態(tài)碳保持在反應(yīng)器中，其濃度可以在10～600mg/L的范圍內(nèi)，但是根據(jù)需要，漿料中的碳源物質(zhì)濃度可以更高或更低。
生物浸出過程中優(yōu)選使用相比于二氧化碳更擅長利用有機(jī)碳源例如酵母提取物的微生物菌種。酵母提取物是通過現(xiàn)有技術(shù)中已知方法獲得的產(chǎn)物，所述方法包括溶菌步驟(也就是細(xì)胞的破裂)，因而釋放細(xì)胞內(nèi)含物。水溶性細(xì)胞內(nèi)含物從細(xì)胞微粒中分離，以糊狀物或者水溶性干粉形式制得。最終產(chǎn)品，即酵母提取物，包含高濃度和不同的氨基酸、維他命、有機(jī)和無機(jī)營養(yǎng)物，因此適用于微生物生長介質(zhì)中。
根據(jù)碳含量來計(jì)算，與CO2相比，可以常常以更低的成本獲得酵母提取物。而且，酵母中的碳比以氣態(tài)形式呈現(xiàn)的碳例如CO2更有效地被微生物細(xì)胞所利用(也就是說更多的碳被使用了)。酵母提取物和純碳源例如蔗糖的使用可以降低所述碳補(bǔ)充的總成本。
可能使用備選的或另外的碳源，其包括水溶性復(fù)合碳提取物，這種水溶性復(fù)合碳提取物產(chǎn)自植物材料如糖蜜和玉米漿或皮革廠排出的廢水或污水廠的活性污泥。這些物質(zhì)主要包含碳化合物，但通常包含比酵母提取物種類少的氨基酸和維他命。
其他適用于本發(fā)明的可溶性碳源是被提純到一定水平的碳化合物，其中，主要組成化合物為主并且可容易被識別，例如蔗糖、葡萄糖和甲醇。
在釜式生物浸出過程中，通過使用水溶性碳源，例如單獨(dú)使用酵母提取物(復(fù)合營養(yǎng)源)或者與蔗糖(純碳源)聯(lián)合使用，由于降低或者消除二氧化碳的需求，從而降低該過程的投資成本和操作成本。出現(xiàn)的其它益處還包括以下幾點(diǎn)(a)由于需要噴入的氣量減少，提高了操作的簡易性；(b)降低了攪拌器和噴入設(shè)備的投資成本和操作成本；(c)降低了銀導(dǎo)致的抑制效應(yīng)；(d)提高了細(xì)胞膜的耐用性，從而提高了該過程的耐用性；(e)改善了反應(yīng)器中漿料的營養(yǎng)條件。這是由于從有機(jī)碳源中釋放出氨基酸、維他命和其他微營養(yǎng)物，從而使微生物的生長和生物浸出性能得到優(yōu)化；和(f)在有機(jī)可溶性碳存在的情況下，硫化合物的溶解性提高，從而硫的氧化速率提高，因此提高生物浸出過程的有效性。
所述益處在中溫或者高溫釜式生物浸取過程中均能獲得。
權(quán)利要求
1.濃縮物釜式浸出過程的操作方法，其包括向該過程中所用的微生物細(xì)胞提供非氣態(tài)形式碳的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其包括向生物浸出過程提供二氧化碳形式碳的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的方法，其中非氣態(tài)形式碳來源于選自水溶性碳和無機(jī)含碳固體化合物的料源。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1～3中任一項(xiàng)的方法，其中非氣態(tài)形式碳來源于有機(jī)可溶性碳，其選自酵母、酵母提取物，和來源于活性污泥、皮革廠排出液、用過的生物浸出生物質(zhì)、糖蜜、玉米漿、蔗糖、葡萄糖和甲醇的碳。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1～4中任一項(xiàng)的方法，其中非氣態(tài)形式碳至少來源于與酵母提取物結(jié)合的蔗糖。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1～5中任一項(xiàng)的方法，其中非氣態(tài)形式碳被供給到微生物細(xì)胞，以降低濃縮物中的銀對微生物細(xì)胞的抑制效應(yīng)。
7.一種降低進(jìn)行釜式生物浸出過程的濃縮物中含有的銀對該過程中所用的微生物細(xì)胞的抑制效應(yīng)的方法，該方法包括向該濃縮物提供非氣態(tài)形式碳的步驟。
專利摘要
一種操作濃縮物釜式生物浸出過程的方法，包括向該過程中所用的微生物細(xì)胞提供非氣態(tài)形式碳的步驟。
文檔編號C22B3/00GK1997760SQ20058002447
公開日2007年7月11日 申請日期2005年7月8日
發(fā)明者C·鮑克, J·巴蒂, G·洛克, H·斯特羅斯, P·巴納德, C·杜普勒西斯 申請人:Bhp比爾頓有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan