有色金属矿产资源综合利用技术概况学习教案.pptx

会计学1有色金属矿产资源综合利用技术有色金属矿产资源综合利用技术(jsh)概概况况第一页，共39页。第二第二(d r)(d r)讲讲 提纲提纲生物冶金技术在有色金属资源综合利用中的应用生物冶金技术在有色金属资源综合利用中的应用1 低温熔炼技术在有色金属资源综合利用中的应用低温熔炼技术在有色金属资源综合利用中的应用2 真空冶金技术在有色金属资源综合利用中的应用真空冶金技术在有色金属资源综合利用中的应用3 离子液体在有色金属资源综合利用中的应用离子液体在有色金属资源综合利用中的应用4第1页/共39页第二页，共39页。生物生物生物生物(shngw)(shngw)冶金技术冶金技术冶金技术冶金技术邱冠周:用生物技术的钥匙开启矿产资源利用的大门 常规流程：激烈氧化、激烈还原、高碳过程、污染环境，适于品位较高矿物资源生物冶金：温和氧化、温和还原、成本低廉、环境友好，适于低品位或贫矿、复杂矿物资源如传统采铀工艺不能适应低品位及难处理矿石的冶炼(ylin)，生产周期长、污染大，处理低品位矿时，成本高、效率低。而生物浸铀工艺则有几大优势：一是充分开采低品位矿，扩大可经济开采储量；二是环境友好、低污染，在常温、常压下，不产生二氧化硫，少用甚至不需要化学氧化剂（二氧化锰、氯酸钠等），而且减少了2/3的地表尾渣堆存量；三是工艺简单、投资成本低。生物浸出比常规硫酸浸出节省酸量可达30%，矿石中固体溶解量减少，生产周期大大缩短。生物冶金生物冶金(yjn)概述概述第2页/共39页第三页，共39页。国内某金铜矿采用生物冶金技术后，能够处理低品位矿，扩大了资源储量。金矿入选品位由1克/吨降低至0.2克/吨，可利用资源量由4吨增加到210吨；铜矿入选品位由0.63%降低至0.25%，可利用资源量由140万吨增加到340万吨。而且，环境友好、无污染；常温、常压，不产生(chnshng)二氧化硫，排放废水中铜离子小于0.5毫克/升（国家排放标准为1毫克/升）。同时，工艺简单，投资成本低。该金铜矿2003年建成，至2006年收回全部投资3.5亿元后，年新增效益1.5亿元。生物冶金生物冶金(yjn)实例实例生物冶金生物冶金生物冶金生物冶金(yjn)(yjn)技术技术技术技术第3页/共39页第四页，共39页。生物冶金生物冶金(yjn)技术技术 利用某些微生物或其新陈代谢产物对某些矿物和元素所具有的氧化、还原、溶解、吸附等作用，从矿石中溶浸金属或从水中回收（脱除）有价（有害）金属。1983 年第五届细菌浸出国际会议上将(shngjing)其正式命名为生物冶金。生物生物(shngw)冶金概念冶金概念第4页/共39页第五页，共39页。生物冶金生物冶金(yjn)技术技术生物冶金的发展生物冶金的发展(fzhn)历程历程 1947 年，科学家首次从酸性矿坑水中分离(fnl)出能氧化硫 矿的氧化亚铁硫杆菌。1954年，Bryner L C等较系统地研究了各种硫化物的微生物浸出过程及氧化亚铁硫杆菌在硫化矿浸出中的作用。到20 世纪80 年代中期，浸金矿石进行细菌预氧化的工业实 践大大推进了微生物技术在矿石冶金中的应用。1958 年，美国肯尼柯特铜矿首次用细菌在铜矿中浸出了金属铜，使得应用微生物技术在低品位金属矿、金矿、矿冶废料处理等方面的应用呈现较好的前景。第5页/共39页第六页，共39页。生物冶金生物冶金(yjn)技术技术生物冶金生物冶金(yjn)的发的发展历程展历程最近20年，生物冶金技术已在50多个国家得到推广应用，实现了铜、金、钴、镍、锌、铀等的生物冶金工业化。目前全世界生物冶金产铜量约占世界产铜量的20%。我国经过(jnggu)“九五”攻关，已经在德兴铜矿开展表外矿堆浸回收铜的研究，并取得了明显成效。第6页/共39页第七页，共39页。生物生物(shngw)冶冶金技术金技术 浸矿微生物种类浸矿微生物种类(zhngli)(zhngli)嗜酸氧化亚铁硫杆菌。该菌被认为是酸性环境中浸矿的主导菌种，其主要代谢是氧化Fe2为Fe3而获得能量，亦可氧化硫化矿物、元素硫及可溶硫化合物，甚至(shnzh)可氧化溶液中的一价铜离子及二价锡离子，并对溶液中的金属离子具有一定的耐受力，同时固定CO2以生长。嗜酸氧化硫硫杆菌。不能氧化亚铁离子，但能够生长在元素硫及一些可溶性硫化合物上，能增强氧化铁硫杆菌的浸矿作用。第7页/共39页第八页，共39页。生物生物(shngw)冶冶金技术金技术 浸矿微生物种类浸矿微生物种类(zhngli)(zhngli)硫化芽孢杆菌属。该菌属严格好氧且极度嗜酸类，此类细菌广泛(gungfn)存在于自然界中，如硫化矿的开采废石堆、火山地带等。高温嗜酸古细菌。此类细菌是微生物进化的一个独立支系，有4个种属能氧化硫化物，分别是硫化叶菌、氨基酸变性菌、金属球菌和硫化小球菌。在自养条件下能催化硫、亚铁以及硫化物矿物的氧化。真菌。真菌应用于浸矿主要在近十年，真菌多数产生有机酸，并且生长的生物体较多，浸出效果往往优于细菌，并且具有作用时间较短的优点。第8页/共39页第九页，共39页。生物生物(shngw)冶冶金技术金技术 微生物浸矿基本原理微生物浸矿基本原理微生物浸出：主要涉及直接微生物浸出：主要涉及直接(zhji)作用、间接作用和原电作用、间接作用和原电池作用池作用直接直接(zhji)作用作用间接作用间接作用第9页/共39页第十页，共39页。生物生物(shngw)冶冶金技术金技术 微生物浸矿基本原理微生物浸矿基本原理微微生生物物氧氧化化：对对于于难难处处理理金金矿矿，金金常常以以固固液液体体或或次次显显微微形形态态被被包包裹裹于于砷砷黄黄铁铁矿矿、黄黄铁铁矿矿等等载载体体硫硫化化矿矿物物中中，应应用用传传统统的的方方法法难难以以提提取取，很很不不经经济济。而而生生物物技技术术可可预预氧氧化化载载体体矿矿物物使使载载金金矿矿体体发发生生某某种种变变化化，使包裹在其中的金解离使包裹在其中的金解离(ji l)出来，为下一步的氰化浸出创造条件。出来，为下一步的氰化浸出创造条件。第10页/共39页第十一页，共39页。微微生生物物吸吸附附和和微微生生物物积积累累：微微生生物物吸吸附附是是指指溶溶液液中中的的金金属属离离子子，依依靠靠物物理理化化学学作作用用，被被结结合合在在细细胞胞壁壁上上。组组成成细细胞胞壁壁的的多多种种化化学学物物质质常常具具有有如如下下的的功功能能基基团团：胺胺基基、酰酰基基、羟羟基基、羧羧基基、磷磷酸酸(ln sun)基基等等，这这些些基基团团的的存存在在，构构成成了了金金属属离离子子被被细细胞胞壁壁吸吸附附的的物物质质基基础础。微微生生物积累是依靠生物体的代谢作用在体内积累金属离子。物积累是依靠生物体的代谢作用在体内积累金属离子。生物生物(shngw)冶冶金技术金技术 微生物浸矿基本原理微生物浸矿基本原理第11页/共39页第十二页，共39页。微生物湿法冶金微生物湿法冶金(yjn)工艺工艺生物生物(shngw)冶冶金技术金技术生生物物堆堆浸浸是是指指将将粉粉碎碎的的矿矿石石堆堆积积于于由由塑塑料料材材料料围围起起的的堆堆浸浸场场中中，用用含含细细菌菌和和细细菌菌营营养养物物的的稀稀释释过过的的硫硫酸酸溶溶液液(rngy)喷喷淋淋溶溶液液(rngy)从从矿矿堆堆中中浸浸出出、回回收收并并不不断断喷喷淋。淋。就就地地浸浸出出法法用于处理品位较低、开采难度大的矿石。是从低品位残留矿床或未开采的矿床中不用采矿作业回收金属的一种方法。搅拌浸出搅拌浸出一般用于处理富矿或精矿，它要求90以上矿料通过200 目筛，矿浆固体矿物浓度小于20。渗滤浸出渗滤浸出也称微生物槽浸出，是将所处理的矿石放入浸出池或浸出槽中，加入微生物浸出剂进行浸出，最后渗滤出浸出液并富集金属第12页/共39页第十三页，共39页。一、一、Pb/Zn 冶炼冶炼(ylin)废渣中有价金属生物浸出废渣中有价金属生物浸出生物冶金技术生物冶金技术(jsh)案例案例某大型铅锌冶炼厂废渣堆场，经自然风干，球磨机磨细，过0.1 mm 筛后在105烘干，渣中含铁量约35%。磨细后的废渣经磁铁除铁后主要(zhyo)有价金属元素为Zn，Cu，Pb，Ag，In和Ga 等，其含量分别为2.57%，1.03%，0.41%，92 g/t，100g/t 和916g/t；主要(zhyo)有害元素为As，Cd 和Pb 等，As 和Cd 含量分别为0.42%和24g/t。菌菌群群选选择择：采用驯化的中等嗜热混合菌群，以球菌为主，革兰氏阳性。耐高温，在5565活性很强。实验所采用菌种通过8000r/min 离心分离后弃去上清液，余下的菌球用蒸馏水漂洗后离心，重复2次后用pH 值为2.0 的嗜热培养基溶液稀释至2107 个细胞/mL。第13页/共39页第十四页，共39页。案案例例一一结结果果：在在pH 值值为为1.5、废废渣渣浓浓度度为为5%、温温度度为为65 的的优优化化浸浸出出条条件件下下生生物物浸浸出出4d，Pb/Zn冶冶炼炼废废渣渣中中有有价价金金属属(jnsh)Cu，Zn，In 和和Ga 的的浸浸出出率率分分别别达达到到95.5%，93.5%，85.0%和和80.2%，而而Pb 和和Ag 则主要以硫酸铅、黄钾铁矾类物质或硫化银形式富集在余渣中。则主要以硫酸铅、黄钾铁矾类物质或硫化银形式富集在余渣中。生物冶金生物冶金(yjn)技术技术案例案例第14页/共39页第十五页，共39页。二、利用二、利用(lyng)微生物治理重金属污染微生物治理重金属污染生物生物(shngw)冶冶金技术案例金技术案例(1)利用微生物中具有吸附或抗重金属的基因来构建转基因植物，如如谷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进一步合成GSH。这些化合物都含有 SH,可以和Cd(II)、Pb(II)、As(III)等金属离子结合,降低对植物的毒害,促进它们(t men)的吸收和累积。(2)利利用用植植物物和和微微生生物物联联合合治治理理重重金金属属污污染染,Francova等从污染土壤分离到2 个菌株:睾酮假单孢菌B356和伯克霍德氏菌LB400。用几种多氯联苯衍生物测试细菌的分解能力和代谢产物,发现多氯联苯降解产生过渡产物氯苯酸,烟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联合加强多氯联苯的降解。第15页/共39页第十六页，共39页。三、铜镉渣中三、铜镉渣中三、铜镉渣中三、铜镉渣中Cd Cd 的生物的生物的生物的生物(shngw)(shngw)浸出浸出浸出浸出生物冶金生物冶金(yjn)技术案技术案例例铜镉渣采自某大型铅锌冶炼厂，经自然风干(fnggn)，球磨机磨细，过0 1 mm 筛后在105 烘干。采用分离纯化后的Bacillus spp 菌属为原始菌种，经扩大培养后用于浸出铜镉渣中的有价金属Cd。第16页/共39页第十七页，共39页。案案例例三三结结果果：浸浸出出时时间间为为5d、矿矿浆浆浓浓度度为为4%、培培养养基基pH 为为3、浸浸出出温温度度为为30;在在最最优优条条件件(tiojin)下下Cd 浸浸出出率率高高达达99%，Zn浸浸出出率率可可达达95%以上，对以上，对Pb、Cu、As 等金属的浸出效果不佳。等金属的浸出效果不佳。生物冶金生物冶金(yjn)技术案例技术案例第17页/共39页第十八页，共39页。低温低温(dwn)熔炼技术熔炼技术 低温熔炼技术低温熔炼技术(jsh)(jsh)概述概述在400900熔盐介质中，以重金属精矿或二次资源位原料，产出液态金属聚集于熔盐下面，而固态产物及固态未反应产物悬浮于熔盐介质中形成熔炼渣。低温熔盐冶金是在低温碱性熔炼的基础上发展起来的，由前苏联学者谢里科会母于1948年首先提出，然后由斯米尔洛夫完成研究。低温、低碳、清洁、利于(ly)综合回收、适于处理多金属复杂矿、金属直收率和粗金属品位高。第18页/共39页第十九页，共39页。低温熔炼低温熔炼(rn lin)技技术术 低温熔炼低温熔炼(rn(rn lin)lin)技术原理技术原理第19页/共39页第二十页，共39页。低温低温(dwn)熔炼技术熔炼技术 低温低温(dwn)(dwn)熔炼技术熔炼技术原理原理第20页/共39页第二十一页，共39页。低温熔炼低温熔炼(rn lin)技技术术案例一案例一再生铅低温再生铅低温(dwn)清洁冶金清洁冶金主要原料为废旧铅酸蓄电池人工(rngng)拆解后的含铅胶泥，Pb74.0%,S7.9%,Sb0.5%。铅的物相分布为(%)：Pb4.54,PbO10.26,PbO215.93,PbSO469.12。第21页/共39页第二十二页，共39页。在在880、纯纯碱碱与与固固体体物物的的质质量量比比为为2.84、氧氧化化锌锌用用量量为为理理论论(lln)量量的的1.1、焦焦粉粉与与胶胶泥泥的的质质量量比比为为16%的的优优化化条条件件下下，铅铅直直收收率率为为96.64%,总总回回收收率率为为98.06%,94.70%的的元元素素硫硫被被氧氧化锌固定。化锌固定。第22页/共39页第二十三页，共39页。低温熔炼低温熔炼(rn lin)技技术术案例二案例二硫化锑精矿低温硫化锑精矿低温(dwn)熔炼熔炼第23页/共39页第二十四页，共39页。第24页/共39页第二十五页，共39页。案例二结果：熔炼温度(wnd)为850，w(Na2CO3)/w(固 体 物)=5:1，w(Na2CO3)/w(NaCl)=0.75，w(ZnO)/w(理论量)=1.0，反应时间为1h。在此优化条件下进行综合扩大试验，锑的直收率为84.42%，所得粗锑品位为86.66%。低温低温(dwn)熔炼技术熔炼技术第25页/共39页第二十六页，共39页。真空真空(zhnkng)冶冶金技术金技术1967 年，R.F.Bunshah 在国际真空冶金会议上，将真空冶金定义为：“在压力从低于大气压到超高真空范围内，金属和合金的熔炼、加工与处理，以及对于这些金属和合金的性质和应用的研究”。真空技术已从钢铁冶金扩展到有色金属冶金，从粗金属到高纯金属材料；同时真空冶金技术也发展了真空熔炼、真空提取、真空精炼、真空烧结、真空热处理以及真空镀膜等。真空冶金可以完成许多常压下难于(nny)实现的冶金物理化学过程，能够减轻环境负荷，改善工作条件，提高经济效益。真空真空(zhnkng)(zhnkng)冶金冶金概述概述第26页/共39页第二十七页，共39页。真空冶金真空冶金(yjn)技术技术 真空冶金真空冶金(yjn)(yjn)技技术分类术分类真真空空蒸蒸馏馏分分离离及及提提纯纯：基基于于各各种种金金属属及及其其化化合合物物的的饱饱和和蒸蒸汽汽压压的的不不同同以以及及物物质质在在真真空空中中易易于于气气化化,低低沸沸点点的的金金属属及及其其化化合合物物优优先先挥挥发发，从从而达到彼此而达到彼此(bc)分离、提纯的目的。分离、提纯的目的。分离程度判据分离程度判据第27页/共39页第二十八页，共39页。真真空空还还原原提提取取冶冶金金：利利用用真真空空蒸蒸馏馏技技术术可可以以提提纯纯有有色色金金属属及及其其相相关关材材料料(cilio)，如如真真空空蒸蒸馏馏品品牌牌锌锌生生产产低低铁铁锌锌（含含铁铁90%)。随后，他们用BmimHSO4+Fe2(SO4)3+硫脲体系从黄铜矿、黄铁矿、磁铁矿、闪锌矿的伴生金矿中浸出金和银，发现低值金属的浸出率很低，Au的浸出率与H2SO4+Fe2(SO4)3+硫脲体系中的浸出率相近，而银的浸出率则很高。第36页/共39页第三十七页，共39页。在离子液体中浸出黄铜矿Cu 的浸出率很高，由于离子液体几乎没有蒸汽压，不会挥发，实验已证实使用后的离子液体经简单处理后循环使用不影响有价元素的浸出效果，而且浸出的Cu 可以在离子液体中直接电沉积出来。这一研究成果有望开发成一套黄铜矿零排放的绿色湿法冶金新技术，同时可解决当前贵金属提取分离中存在的环境污染(hunjng wrn)严重的问题。离子液体离子液体(yt)应应用用 案例案例(n l)二二黄铜矿湿法冶金黄铜矿湿法冶金第37页/共39页第三十八页，共39页。第38页/共39页第三十九页，共39页。