生物濕法冶金前景展望

C.L.Brierley在“18th International Biohydrometallurgy Symposium,IBS2009,Bariloche-Argentina”上發(fā)表論文,介紹了生物濕法冶金技術(shù)的發(fā)展前景。

生物浸出,也稱作礦物生物氧化,與生物修復一起被廣泛應(yīng)用于原生硫化礦、復雜礦石、難處理硫化物金精礦的堆浸及酸性礦坑水的處理,其新領(lǐng)域是處理大量硫化物、硅酸鹽礦物以及未來的原地浸出。

金屬的價格在過去10 a里呈現(xiàn)出戲劇性變化——在增長到一個史無前例的價格之后隨之而來的是賤金屬價格隨生產(chǎn)成本的增加而陡然下降,隨后在一段時期內(nèi)始終不穩(wěn)定。這些戲劇性變化對全球礦業(yè)有明顯影響,表現(xiàn)在金屬價格上是忽高忽低。當金屬價格下降、成本增加或二者都有時,高成本礦山就會關(guān)閉,產(chǎn)量縮減,也會改變計劃處理更高品位礦石,研發(fā)費用通常會大大縮減。此時,生物技術(shù)因比其他技術(shù)需要更少的資金及生產(chǎn)成本而在礦業(yè)循環(huán)的低谷期更為經(jīng)濟,即在采礦工業(yè)處于蕭條時期更傾向于采用生物濕法冶金工藝。

當然,金屬價格不是促進生物濕法冶金技術(shù)工業(yè)應(yīng)用的唯一因素。其他因素還有：·生產(chǎn)成本——由于能源成本逐步增長,采礦、加工以及環(huán)境成本也都大幅度增長,而生物濕法冶金技術(shù)相比于其他技術(shù)耗能更少,可以潛在地降低工業(yè)生產(chǎn)成本;此外,生物濕法冶金工藝省去了與冶煉、精煉有關(guān)的工程費用,以及與含有雜質(zhì)的冶煉供料有關(guān)的潛在費用;根據(jù)需求與地點不同,硫酸的價格是不斷變化的,采用生物方法就地制酸可以節(jié)省或降低酸的費用。·礦床無法采用常規(guī)方法開采甚至很難開采時——如次生硫化銅礦床,由于礦床規(guī)模太小或太遠,或更復雜,則采用生物氧化技術(shù)更為適宜。·最大化利用現(xiàn)有投資——很多銅生產(chǎn)企業(yè)都已經(jīng)建設(shè)了溶劑萃取-電積廠,這是最重要的投資,采用生物浸出技術(shù)處理硫化銅礦可以充分利用這些設(shè)施?！げ傻V生產(chǎn)的環(huán)境許可是一項長期而艱難的工作,而生物濕法冶金工藝在礦物加工和廢水處理方面相比于傳統(tǒng)技術(shù)有更大的環(huán)境優(yōu)勢。某些情況下,生物加工技術(shù)被看做是“綠色”技術(shù)。

生物濕法冶金技術(shù)從實驗室到工業(yè)化應(yīng)用會遇到多種障礙與問題：

·時間——調(diào)研、開發(fā)、試生產(chǎn)、工業(yè)化應(yīng)用所需時間或許達10 a甚至20 a之久?！傩浴锛庸ず徒饘偕镄迯图夹g(shù)通常具有專屬性,因此,幾乎每種方法都需要現(xiàn)場檢驗甚至大規(guī)模驗證,現(xiàn)場檢驗和大規(guī)模驗證不但花費高昂而且非常耗時。·風險——新技術(shù)無論是生物技術(shù)、物理/化學技術(shù)都有成功的可能性。工業(yè)化開發(fā)新技術(shù)是有風險的。技術(shù)失敗不僅會有經(jīng)濟損失,也會造成開發(fā)這項技術(shù)的個人及機構(gòu)、涉及最終設(shè)計和試運行的工程公司以及礦業(yè)公司的聲譽損失?！ね顿Y成本——一項新技術(shù)通常需要大量投資,因為實際的生物濕法冶金工藝的前端和末端都需要新的單元操作過程。如,智利丘基卡馬塔礦山BioCOP示范廠年產(chǎn)量2萬t,約需6 000萬美元。當然,一個完整的工廠會需要更高的成本?！ぶR產(chǎn)權(quán)——在金屬生產(chǎn)過程中,生物濕法冶金技術(shù)許可費用或技術(shù)轉(zhuǎn)讓費用很難商議,因為影響生產(chǎn)的很多因素都不是技術(shù)擁有者可以控制的?！けｋU——礦山所有者也許會被要求為采礦生產(chǎn)與環(huán)境生物技術(shù)投保。對于如生物堆浸或環(huán)境凈化這樣的過程,保險是很難策劃的,因為具有很強的變化性,不易監(jiān)測與控制。同時,礦山擁有者同時也“擁有”風險。礦業(yè)公司在這一過程中花費巨大,不論是一個礦物加工流程還是環(huán)境技術(shù)都要控制工廠原料的質(zhì)量,并且控制加工全過程?！そ?jīng)驗豐富的專業(yè)技術(shù)人員的可用性——金屬價格的明顯下降幾乎總會導致采礦工業(yè)減少研發(fā),也就意味著減少專業(yè)技術(shù)人員的數(shù)量,但經(jīng)濟復蘇時,那些人已經(jīng)不再具有高效率,并且合作記憶也已經(jīng)消失。要使經(jīng)驗不足的專業(yè)人員掌握這項技術(shù)并了解歷史發(fā)展過程則需要數(shù)年時間。

生物濕法冶金技術(shù)的實際應(yīng)用也會遇到技術(shù)上的挑戰(zhàn)：

·原生硫化礦的堆浸——最近,黃銅礦的生物堆浸研究取得了一些進展,但是仍需要更多的研發(fā)來全面了解原生硫化礦的浸出條件及如何控制浸出條件?！ど锒呀Ｐ偷拈_發(fā)、整合與驗證——在堆浸的很多方面都已經(jīng)建立了數(shù)學模型,如水文學和熱平衡學模型,但是有關(guān)生物堆浸方面仍需要可靠的模型。為了全面開發(fā)堆浸模型,必須用現(xiàn)有的工業(yè)開采數(shù)據(jù)來整合與驗證。驗證模型所需的一些必要的資料可能有些還未采集到。·次生硫化銅礦的堆浸——盡管次生硫化銅礦的破碎堆浸技術(shù)已經(jīng)廣泛使用了10余年,但是依然存在一些生產(chǎn)問題：微生物種群在反應(yīng)堆中的生長時間;礦石接種;整個浸出過程中的通風條件;堆浸過程中要保持的溫度;硫化物礦物的氧化速度、黃鐵礦的氧化作用;氧化還原電位、p H值、金屬的溶解量與微生物/礦石分界面之間的關(guān)系;復雜多金屬礦石、硫化礦、硅酸鹽礦石的堆浸條件;礦石中存在磁黃鐵礦時如何嚴格控制其在反應(yīng)中迅速釋放的大量熱量及酸耗;是否可以應(yīng)用微生物技術(shù)控制地下礦床原地浸出時的浸出液?是否可以利用微生物來提高地下礦床的滲透率?某些礦物原地浸出技術(shù)的實現(xiàn)可能還需要較長時間,但圍繞這種方法開始基本理論研究并不為時尚早;·采用生物轉(zhuǎn)盤治理在黃金生產(chǎn)中產(chǎn)生的含氰化物、硫氰酸鹽、金屬的污染水可以節(jié)省大量資金;采用生物技術(shù)穩(wěn)定含硫化物廢石與尾礦,防止形成酸性礦坑水等還需要有更多的新想法。

將來,生物濕法冶金技術(shù)在礦山生產(chǎn)與修復方面會發(fā)揮更重要的作用。

[唐維維摘譯自《Hydrometallurgy》2010,104(3/4)：324-328]