本發明涉及一種可以提取金屬和再利用這些提取的金屬資源的生物浸礦方法和設備。

背景技術：

由于金屬化合物的需求不斷地增加，以前被視為不是很容易實現的資源再利用現在日漸形成經濟利益。這些資源可以為含殘量金屬的開礦廢料的舊礦床或具有低金屬含量和/或更復雜屬性的礦石，包括各種金屬和/或包括高含量雜質。另外，這些金屬通常呈硫化物的形態，其處理技術上復雜，需要很高的投資。

最頻繁地用來處理這些礦物的方法之一為高溫冶金。經礦石的物理-化學處理濃縮硫化物之后，該方法包括熱處理，熱處理使得硫化物經氧化反應“燃燒”并產生富鐵煅燒物和具有高濃度有價值金屬(冰銅)的固態產品。這種方法涉及排放有毒氣體，有毒氣體的處理可能非常不便，僅對處理包括高含量碳酸鹽的礦物稍微有效。

相對于高溫冶金，濕法冶金方法通常需要較少投資，且特別適合于具有復雜組分和/或具有低濃度感興趣金屬的金屬資源的處理。在濕法冶金法中，從環境和經濟角度，有種方案通常很令人滿意，稱作生物濕法冶金，包括通過使用微生物提取金屬。具體地，這種方案可以處理開礦廢料和低濃度硫化礦。

通過微生物降解硫化礦的過程形成了用于生物濕法冶金中的生物浸礦方法的基礎。這些微生物在鐵和硫的高酸性介質中從氧化反應吸取它們新陳代謝功能所需的能量，鐵和硫為含大量高經濟價值金屬(銅、鎳、鈷、鋅、金、鉬、銀…)硫礦的主要成分。生物浸礦也允許將某些微生物如金屬硫化葉菌、嗜酸氧化亞鐵硫桿菌、嗜酸氧化硫硫桿菌、氧化亞鐵鉤端螺旋菌的極端新陳代謝能力用于提取這些感興趣的金屬。

生物堆浸是一個具體技術，包括待處理礦物的粗粉碎，然后在不滲透性墊上成堆存儲它們。這些堆可以達到超過100m高度。然后，含微生物和合適營養介質的溶液散播在堆頂。當溶液穿過堆滲透，溶液逐漸地富含金屬。浸透堆之后，濃縮溶液在堆的底部被回收。生物堆浸具有緩慢的或甚至非常緩慢的動力學(有時經年的持續處理)，產量可變(在30％和90％之間)，因此有時低，難以用于對多金屬礦和/或含碳礦實施處理。這種方法的緩慢的動力學與在堆內部均一地施加和維持最佳條件(營養介質的溫度、濃度和分散性、氧的濃度和分散性)的難度尤其有關。

為了獲得高產率和更具吸引力的操作時間，生物浸礦可在機械攪拌和熱調控的反應器中實施。在研磨待處理礦物、經物理-化學方法濃縮硫化物相之后，礦物在反應器中與含微生物和營養介質的水相混合，因此獲得懸浮液。反應器由不可氧化材料制作，包括攪拌、空氣注入和熱交換裝置，分別允許礦物維持在懸浮液中且氣體分散在懸浮液中，為反應和微生物提供氧氣，控制懸浮的溫度以維持盡可能最快的生物浸礦動力學。

因此，這些反應器必需限制尺寸，僅允許處理具有有限礦物濃度(相比于懸浮液的總質量約15％至20％固體質量)的懸浮液。盡管具有這些優點，在實施這些設備所需能量方面，設備和經營成本上的投資僅適合處理具有高價值的金屬礦，如含金礦。

技術實現要素：

因此，本發明涉及生物浸出金屬礦的方法，其投資成本和環境限制有限，以及適合實施所述方法的生物浸礦設備。

本發明的方法尤其適合處理具有低價值和/或復雜組分的金屬礦，但也有利于處理昂貴的、具有高價值和/或具有簡單組分的金屬礦。

在本發明描述中，金屬礦指：從礦、開礦廢料、或從礦物和/或開礦廢料的礦物冶煉處理得到的濃縮物。

這種金屬礦可包括經生物浸礦從礦基釋放的一種或多種金屬。因此，后文提到的存在金屬礦中或經生物浸礦釋放的單數形式的“金屬”，可以指單一金屬或幾種金屬(的組合)。

本申請中，懸浮液理解為：包括分散在液體相中的固體相的任何液體連續相。

本發明第一個目的為生物浸出金屬礦的方法，例如經“池”，所述方法包括以下步驟：

a)將磨碎的金屬礦、包括生物浸礦微生物菌群的介質、和用于微生物菌群微生物的營養介質添加入器皿中；

b)經至少一個攪拌系統在器皿中獲得懸浮液，所述攪拌系統用于將金屬礦置于和/或維持在液相懸浮液中；

c)將含氧氣和任選地可由微生物新陳代謝的二氧化碳的氣體注入到懸浮液中；

d)金屬礦通過微生物菌群以獲得釋放金屬的方式生物浸出；

e)回收含釋放金屬且由a)溶液及b)固體殘渣組成的液態產物。

根據本發明，懸浮液的溫度通過調節氣體的流量和組分，以及任選地懸浮液中固體的濃度來控制。更具體地，懸浮液的溫度以這種方式控制以維持在預定的適合生物浸礦的范圍。

使所述金屬難以直接處理的金屬礦經由生物浸出所釋放的金屬，可(部分地或全部地)為溶解形式，因此存在于在生物浸礦結束時回收產物的溶液中。釋放的金屬也可(部分或全部地)為固態形式(即，非溶解的)，因此存在于回收產物的固態殘留中。

當所述溫度保證微生物菌群的充分活性且因此保證有效的生物動力學時，懸浮液的溫度被認為適合生物浸礦。

在實踐中，熱調控不僅與微生物活性有關，也與生物浸礦器皿的幾何結構有關，尤其跟體積與面積比、以及與環境條件和所述條件的變化有關。

因此，根據本發明，懸浮液的溫度可以不使用外部熱調控系統如熱交換器或其他加熱和/或冷卻元件進行控制。

通過不需要加熱或冷卻元件可將懸浮液的溫度維持在適合生物浸礦的最佳范圍，本發明不僅可以節約能量，也可以在大尺寸池或甚至露天器皿中允許最佳生物浸礦動力學。

礦

本發明方法中用作基質的金屬礦可以，例如，來源于開礦廢料或待回收的具有低金屬含量的礦。

本發明尤其適合用于硫化礦和/或具有復雜組分的礦，例如，多金屬礦或含碳礦(例如碳酸鹽)。本發明的一個優點是允許，在低于可接受的經濟條件下，處理感興趣的金屬含量相對低的金屬礦。所使用的硫化礦的類型包括，例如，黃鐵礦、硫化銅礦、方鉛礦或閃鋅礦。例如，含銅黑頁巖的銅頁巖為具有復雜組分可用作基質的礦。待處理的金屬礦也可包含高比例碳，例如5％碳酸鹽。

使用的礦物被研磨。相應的顆粒可以具有從10μm至300μm的顆粒尺寸(對應于D90)，優選從10μm至200μm，且典型地為約50μm；D90表示按重量計90％的顆粒被認為具有小于D90的尺寸，剩余按重量計10％的顆粒具有至少D90的尺寸。

菌群和營養介質

本發明的方法中使用的微生物菌群優選包括自養的和嗜酸的微生物。在一個有用的方式中，微生物菌群為嗜溫的和/或適度嗜熱的。

嗜溫菌群為生長在從20℃至40℃溫度的菌群。適度嗜熱菌群為生長在從40℃至60℃溫度的菌群。

菌群有利地包括以下種類：嗜鐵鉤端螺旋菌(Leptospirillum ferriphilum)、喜溫嗜酸硫桿菌(Acidithiobacillus caldus)和/或桿菌屬benefaciens類(Sulfobacillus benefaciens)，這些種類可以在DSMZ(德國微生物菌種保藏中心)菌株收集處找到。菌群可以，例如，為BRGM-KCC微生物菌群，其描述在文章Morin，D.，d’Hugues，P.(2007)“Bioleaching of a cobalt-containing pyrite in stirred reactors：a case study from laboratory scale to industrial application(在攪拌反應器中生物浸出含鈷黃鐵礦：從實驗室規模至工業應用的案例研究)”書目：Rawlings，D.E.，Johnson，D.B.(Eds)，Biomining(生物采礦)，第二章，Springer-Verlag出版社，柏林，pp.35-55。

菌群的具體組分可根據待浸出金屬礦變化。適合于菌群的營養介質有利地插入介質中以允許微生物生長，因此促進生物浸出。該介質可有利地來源于被Silverman和Lundgren描述在文章“Studies on the chemoautotrophic iron bacterium Ferrobacillus ferrooxidans.I.An improved medium and harvesting procedure for securing high cell yields.(關于化學自養的鐵桿菌屬氧化鐵桿菌的研究：一、用于保證高細胞產率的改進介質和獲得方法)”，Silverman，M.P.和Lundgren，D.G.，J.Bacteriol.(細菌學期刊)，77：642-647.(1959)中的“9K”介質且適應于具體菌群。這樣，當礦物基質為含鈷黃鐵礦時，具有3.70g.L^-1的(NH₄)₂SO₄、0.80g.L^-1的H₃PO₄、0.52g.L^-1的MgSO₄·7H₂O、0.48g.L^-1的KOH組分的介質尤其適合上述微生物菌群的生長。營養介質的具體組成可根據存在于微生物菌群中的種類和根據待處理的礦物變化。

pH

懸浮液通常為水性懸浮液。

在器皿中，優選懸浮液維持在pH高于0.8。優選地，介質的pH維持在從0.8至2.5的范圍內；有利地，pH維持在1和1.5之間。

為了降低或提高pH至優選值，例如硫酸或方解石、碳酸鈣、生石灰或熟石灰，可分別地添加到懸浮液中。

pH范圍可根據存在于微生物菌群中的種類和根據待處理礦物的組分變化。

固體含量

本發明具有特別的好處，不僅可以處理具有低固體顆粒含量的懸浮液，而且可以處理具有高金屬礦固體顆粒含量的懸浮液。

確實，在攪拌反應器中生物浸礦的傳統方法中，使用空氣來提供氧氣需要注入很大體積的氣體，其分散需要分散系統具有高功率，這相應地降低了經攪拌器將固體顆粒置于懸浮液中的可用功率使用高氧氣含量的氣體能夠以較低的總氣體流量提供更多氧，同時也促進氧氣溶解在液體中。另外，可能使用多個氣體分散系統以允許在每個系統中注入氣體的流量相應地降低。

因此，用于攪拌介質，尤其是為了放置和維持固態顆粒在均勻懸浮液中的可用功率增加了，因為分散氣體所需的功率降低了。

如果攪拌系統由攪拌器組成，池的幾何結構為攪拌系統轉動組件的直徑與池的直徑的比值通常低于已知生物浸礦方法中使用的攪拌反應器的事實應添加進去。該比值越低，越容易造成和維持懸浮液。換言之，將顆粒送回至或維持顆粒在懸浮液中所需的攪拌速度在大空間中低于在狹窄的空間中。因此，當本發明的方法在一個或多個大尺寸器皿中實施時，用于將固體顆粒置于懸浮液中所需的功率會降低。

根據本發明，相對于懸浮液的總重量，懸浮液中的固體含量按重量計有利地為從15％至40％，優選地從22％至38％，更優選地從25％至35％，例如約30％。

磨碎的金屬礦可在插入器皿中之前分散在液體中。

攪拌系統

根據本發明，攪拌系統可以包括懸浮液的循環器或攪拌器，甚至兩者的組合。優選地，攪拌系統包括至少一個攪拌器。攪拌系統有利地包括至少一個且優選地多個浮式攪拌器。

浮式攪拌器的使用顯著地增加了本發明方法的靈活性，對非圓形和/或具有高表面積和/或露天的器皿尤其有用。事實上，浮式攪拌器在器皿中的位置和浮式攪拌器在器皿中的數量可以容易地改變。

攪拌器的轉速在從40至500rpm的范圍內可選擇，優選地200至350rpm。但是，在實驗室規模，轉速可達到1500rpm。

懸浮液循環器可以，例如，具有以下形式：生物浸礦懸浮液經適合這種類型液體的泵吸進器皿外的管子里。氣體注入(例如，簡單注入或使用文氏管或使用多孔組件)進該管子，與懸浮液混合(例如經靜態混合器)。氣體注入的下游，管子的足夠線路長度保證了好的轉移效率。這樣，“富含”氣體的懸浮液然后再注入器皿中，理想地，注在池底部的幾個位置以保證貫穿器皿的氣體均勻轉移。泵有利地可以為旋渦泵，已知不會對微生物造成“外傷”。

氣體注入

根據本發明，含氧氣體注入到懸浮中以提供微生物菌群生長和微生物細胞溶解反應所需的氧。如果金屬礦不包含足夠的碳來給微生物菌群新陳代謝以保證所述菌群生長，CO₂有利地也注入進懸浮液中，優選地以與氧氣的氣體混合物的形式。因此在后一種情況中，含氧氣體也含CO₂。

通常，實施的方法中，器皿周圍的環境溫度低于適合微生物菌群活性和其生長的溫度。在缺乏換熱系統和對氣體管子的特別限制(壓縮后隔熱，管子長度短等)情況下，注入的氣體通常接近環境溫度。因此，盡管反應為放熱性，大量氣體流的注入可以導致懸浮液冷卻至無法使微生物活性維持在適當水平的溫度。

根據本發明，這種情況通過調整注入的氣體流量以維持懸浮液的溫度在適合生物浸礦的預定溫度范圍內而得到避免。然后反應所需氧的供應通過調整氣體的組成來保證，尤其是氣體中氧氣的濃度。

尤其地，如果不可能維持氣體流量同時允許溫度維持在預定范圍內和供應反應所需氧氣，也能對注入進器皿中的金屬礦的量施加作用，例如通過添加液體稀釋懸浮液，或相反地，通過添加金屬礦至懸浮液中增加金屬礦的濃度。

根據本發明的另一個有益處的方面，攪拌系統包括至少一個用于注入/分散氣體的設備，尤其是含氧氣和/或二氧化碳的氣體。這樣一個整合了氣體注射器的懸浮液循環器前文已經描述。同樣地，當攪拌系統包括攪拌器，尤其是浮式攪拌器時，所述攪拌器有利地帶有氣體注射器。

適合本發明方法的氣體混合物可以包含，例如按體積計1％二氧化碳、49％氮氣和50％氧氣。

有利地，通過充氧氣體和稀釋氣體混合得到的氣體注入至懸浮液中。充氧氣體具有比空氣中O₂含量高的O₂濃度，典型地50％至100％體積的O₂濃度，優選至少75％體積，更優選至少85％。稀釋氣體有利地包括按體積計0和21％之間的O₂。稀釋氣體可以為對生物浸礦反應惰性的氣體，如氮氣，不包含任何氧氣。但是，也可能使用具有相對低含量(在任何情況下低于充氧氣體的氧含量)的氣體作為稀釋氣體，即，例如空氣。注入至懸浮液的氣體任選地包含可以新陳代謝的碳，優選地以CO₂形式。

器皿

盡管本發明適合用在小規模上，或甚至在實驗室規模上，如上文指出的，本發明在大規模上處理金屬礦上尤其有用。

因此，本發明方法中使用的器皿或多個器皿有利地具有適于礦物的工業處理的尺寸，如池。尺寸取決于，例如供應的懸浮液/漿的流量和浸出礦所需的停留時間。例如，這些器皿具有可以達到6m的深度，且具有高達1500m²的總表面積。

浸出金屬礦所需的停留時間根據反應條件和使用的初始材料變化。停留時間通常為大約4至8天，例如6天。

通過本發明，使用器皿減少了停留時間，能夠達到足夠的生物浸礦產率，不需要使用傳統的加熱和/或冷卻系統，如熱交換器。

根據本發明，金屬礦的生物浸出可具體在單一器皿中實施或在多個串聯的器皿中實施。

設備和使用

本發明也涉及包含生物浸礦器皿的池設備，優選露天的，所述器皿包括液體相，典型地水相、磨碎的金屬礦、生物浸礦微生物菌群、用于微生物菌群的微生物的營養介質。設備還包括用于放置和/或維持金屬礦在液相懸浮液中的攪拌系統。設備的攪拌系統包括多個浮式攪拌器。設備還包括至少一個用于將氣體注入金屬礦懸浮液中的注射器。

根據本發明，所述至少一個氣體注射器連接至充氧氣體源和稀釋氣體源。充氧氣體具有比空氣中O₂含量高的O₂濃度。充氧氣體典型地具有50％至100％體積分數的O₂含量，優選至少75％，更優選至少85％。因此充氧氣體源可為用于分離空氣中氣體的單元、充氧氣體管道(例如工業氧氣)，或液化充氧氣體罐。

稀釋氣體有利地包括按體積計0至21％之間的O₂。

稀釋氣體可為對生物浸礦反應惰性的氣體，如氮氣，不包含任何氧。

但是，也可能使用具有相對低含量(在任何情況下低于充氧氣體的氧含量)的氣體作為稀釋氣體，即，比如空氣。

在第一種情況中，稀釋氣體的源可以是制備惰性氣體的設備，即，比如用于分離空氣中的氣體的單元，其不僅可以制備用作充氧氣體的氧氣，還可以制備氮氣。稀釋氣體源也可為稀釋氣體罐，如果需要的話為液化的。

在第二種情況中，稀釋氣體源有利地為空氣壓縮機。

所述設備還包括充氧氣體調節器和稀釋氣體調節器。充氧氣體調節器調節至所述至少一個注射器的充氧氣體的流量。稀釋氣體調節器調節至所述至少一個注射器的稀釋氣體的流量。

設備的所述(至少)一個注射器任選地也連接至可被新陳代謝的碳氣體源。可被新陳代謝的碳氣體典型地包含按體積計從50％至100％的CO₂，優選至少75％，更優選至少85％。這種可被新陳代謝的碳氣體源，例如，可以是液化CO₂罐。這種情況下，系統有利地還包括用于調節至所述至少一個注射器的可被新陳代謝的碳氣體的流量的調節器。

在一個有用方式中，氣體調節器為調節閥。當稀釋氣體源為空氣壓縮機時，稀釋氣體調節器可以形成為整合至所述壓縮機的部分，尤其在壓縮機具有可調節流量的情況下。

因此，根據本發明的設備允許注入器皿中的O₂的流量和任選地注入器皿中的CO₂的流量均根據生物浸礦反應的需要進行調節，允許注入器皿中的氣體總流量分別被調節。根據本發明的一個有利方面，它允許設備在不含傳統的對器皿中的懸浮液進行溫度調節的系統被使用，尤其例如熱交換器的設備。

根據本發明，當懸浮液的溫度以這種方式被控制以致懸浮液的溫度維持在預定范圍內時，這種控制通過調節注入氣體的流量和組分，以及任選地懸浮液中固體的含量進行實施，稀釋氣體不包含或包含很少量O₂，注入氣體的氧含量一方面由充氧氣體的流量與稀釋氣體流量的比值決定，或另一方面由充氧氣體的流量與稀釋氣體流量和可新陳代謝的碳氣體流量之和的比值來決定。當稀釋氣體和/或含CO₂氣體具有不可忽視的O₂含量時，由稀釋氣體和/或含CO₂氣體供應的O₂在調節注入至懸浮液的氣體的的組分尤其是O₂含量過程中被考慮。

注入氣體的組分和流量的調節可以是手動的或自動的，連續的或打斷的(間隔的)。

這樣，根據本發明的設備可包括用于控制充氧氣體調節器和稀釋氣體調節器以及任選地還有可被新陳代謝的碳氣體調節器的控制單元，以調節所述氣體的流量，還有總流量和組分，尤其是供給至氣體注射器并注入懸浮液的氣體的O₂和CO₂濃度。

所述設備有利地包括至少一個測量溫度的系統，以測試器皿中的懸浮液的溫度。這種情況下，控制單元有利地連接到所述測量溫度的系統，以允許根據測定的溫度通過控制單元調節總氣體流量和注入氣體的氧含量。

器皿可以為不包括加熱或冷卻組件的器皿。本發明的設備可以包括單一器皿或多個器皿，例如串聯的多個生物浸礦器皿。

微生物菌群典型地為自養的菌群。所述菌群優選為嗜溫的至適度嗜熱的。

設備的元件可有利地參考本發明的方法中所描述的，例如關于攪拌系統。同樣，設備的描述中包括的組件也適用于本發明的方法。

回收

生物浸礦過程中，金屬礦中存在的金屬逐步地釋放。釋放金屬典型地以溶解形式存在。在這種情況下，介質的液態相逐步地充有溶解的釋放金屬。如上文所述，釋放金屬也可部分地或全部地以固態形式存在。在生物浸礦末尾獲得的懸浮液可以經液態/固態分離(例如經傾析和/或過濾)，從而被分離成為液態相和固態殘余。這樣，獲得的液態相也稱溶液。當釋放金屬的至少一部分以溶解形式存在時，溶解的釋放金屬以液態相存在，該液態相可經已知的方法被精煉以允許回收溶解的有價值的金屬。當釋放的貴重金屬的至少部分以固態形式存在時，該部分也可經已知的方法回收。固態殘余，例如，可在其他情況下被回收以經歷新的生物浸礦步驟，例如，為了使得另一種可再利用金屬(貴重金屬)被回收。所述殘余也可作為廢料存儲或用于其他目的。

本發明也涉及調節包括金屬礦、生物浸礦微生物菌群和菌群微生物的營養介質的生物浸礦懸浮液的溫度的方法。根據該方法，懸浮液的溫度通過調節注入所述懸浮液的含氧以及任選的含二氧化碳的氣體的流量和組分，以及任選地通過調節懸浮液中的固體含量維持在預定的范圍內。

本發明還涉及磨碎的金屬礦、生物浸礦微生物菌群，具體地，該微生物菌群為自養的且從嗜溫至適度嗜熱的、菌群微生物的營養介質和攪拌系統的使用，用于制作設備或用在經池生物浸礦方法中。

最后，從前文描述的方法和/或設備得到的產物也是本發明的一部分，尤其是懸浮液、包括經生物浸礦釋放的液態產物、含經生物浸礦溶解金屬的溶液、固態殘余，其可包括經生物浸礦從金屬礦釋放的未溶解金屬、以及從懸浮液/從溶液回收的金屬，如銅、鋅、鉬、銻、鎳、金、銀和鈷。

附圖說明

通過閱讀后文的實施例和附圖可以更好地理解本發明，實施例和附圖不以任何方式進行限制，其中：

圖1為表示本發明方法實施方式第一實施例中氧化/還原電位(氧化還原反應)和漿狀物質中微生物數量隨時間變化的圖。

圖2表示本發明方法實施方式第一實施例中獲得的經生物浸礦的金屬的溶解速率。

圖3為根據本發明實施例2的方法中使用的反應介質中的溫度變化圖。

圖4為根據實施例3用于在器皿中生物浸礦設備的方法圖。

圖5為使用懸浮液循環器的生物浸礦設備的俯視示意圖。

具體實施方式

實施例1

在容易外推至工業規模的條件下，在實驗室規模上制作了一個試用設備。

被處理的礦為來自歐洲礦藏的含鈷開礦廢料，含約60％(按重量計)黃鐵礦(二硫化鐵)。該礦的鈷含量大約為800ppm，以及1ppm的金含量和1900ppm的銅含量。

將713千克量的礦物添加至2m³罐中的1318千克的營養介質和226千克培養液中以獲得漿。該罐為隔熱的，以使獲得的結果可以容易地外推至池工業應用。

實際上，該罐的面積與體積比比池來說高很多，因此，這樣的罐中經邊緣的熱損失相比于按等比例的懸浮液的體積來算要高很多，因此，罐邊緣的隔熱使得其熱條件接近于池體積的情況。

該漿中灌入來自BRGM-KCC培養的微生物菌群，其主要微生物屬于螺菌屬(Leptospirillum)、硫桿菌屬(Acidithiobacillus)和桿菌屬(Sulfobacillus)。該培養菌以“批”模式移植若干次，同時逐步增加液體體積從2mL至200L。

使用的營養介質是稱為“9Km”的介質。這是個改進和最優化以允許微生物在含鈷黃鐵礦上生長的“9K”介質。所述介質的組分如下：(NH4)₂SO₄，3.70g·L^-1；H₃PO₄，0.80g·L^-1；MgSO₄·7H₂O，0.52g·L^-1；KOH，0.48g·L^-1。

由米爾頓羅伊混合公司提供的品牌名的浮式攪拌器安裝在漿的表面。攪拌速度為1300rpm。反應開始的pH通過添加濃硫酸調節至1.8。反應過程中，pH通過添加方解石控制，以使得pH一直不低于0.8。

在實驗室規模的使用設備上使用單一浮式攪拌器。在工業規模的本發明設備的情況中，器皿包括多個這種浮式攪拌器。

圖1顯示了生物浸礦過程中測量到的溶液氧化還原電位(Eh)和微生物濃度的變化。觀察到，氧化還原電位的增加，伴隨著微生物濃度的增加(從2.6×10⁹至3.4×10¹⁰微生物/mL)。

溶液中達到的Eh值(接近900mV)顯示溶液中全體鐵為三價鐵(Fe^III)的形式，它說明了良好的微生物氧化活性，這通過微生物濃度的增加得到證實。

因為強的微生物活性，獲得了高的金屬提取量。6天測試之后溶液中鈷的含量為86％，這表明漿中含有的86％的黃鐵礦被浸出(參見圖2)。這個結果顯示，令人驚奇的是，通過簡單地使用高攪拌速度的浮式攪拌器，不損害微生物(無抑制效應、無不利微生物細胞溶解)和池條件下，有可能獲得高的提取量。

實施例2

在可以容易地外推至串聯的工業池情況的條件下，在實驗室規模上制造了經串聯排列的系列器皿的試用生物浸礦設備模仿池。

如實施例1中描述的，相同的硫化礦、相同的培養液和相同的攪拌條件用在包括50L初級器皿(R1)和20L二級器皿(R2和R3)的設備中。器皿按串聯排列進料。在R1中，注入的氣體混合物由50％O₂和1％CO₂組成，流量設定至316NL/h。在R2和R3中，O₂的流量和濃度降低，因為氧的需求在二級器皿中較低(74NL/h和40％O₂)。圖3顯示了不使用外部溫度調控系統下，器皿中的溫度變化。可以觀察到在3個器皿中溫度總高于35℃，這可以維持強生物活性。事實上，當溫度低于35℃，螺菌屬、硫桿菌屬和桿菌屬的氧化活性顯著降低。生物浸礦的持續過程中，微生物濃度保持在接近2×10¹⁰微生物/mL，氧化/還原電位保持在接近900mV。在R3的出口，鈷的提取量為80和85％之間。這組數據顯示了系統在維持良好生物活性時的自調控溫度的能力，從而有效地生物浸出硫化物。

這些條件(攪拌速度、氣體中的氧含量)可在一定程度上根據材料的組成(硫化物和碳酸鹽濃度、礦物種類性質…)變化。這些條件的調整是常規技術的一部分。

實施例3

帶3個按序排列(串聯排列)池的本發明方法的實施方式顯示在圖4中，示例如下。

在適合用來生物浸礦的微生物生長的營養介質2中，精細研磨的硫化礦1在理想的固體濃度(從15％至40％(按重量計)，例如30％(按重量計))置于漿中。漿的pH通過添加濃硫酸3調節以達到約1.8的值(且典型地從0.8至1.8)。然后將漿注入預先灌有自養的、嗜溫的至適度嗜熱的微生物菌群的器皿10、20、30中，微生物菌群由嗜鐵鉤端螺旋菌、喜溫嗜酸硫桿菌和桿菌屬benefaciens種微生物(例如來自培養中心BRGM-KCC的微生物菌群)結合得到。生物浸礦所需的3種類型的微生物(嗜鐵鉤端螺旋菌、喜溫嗜酸硫桿菌和桿菌屬benefaciens種)可從DSMZ菌種保藏中心獲得。

3個池帶有浮式攪拌器11、21、31，所述浮式攪拌器11、21、31實施懸浮液混合、微生物發揮功能和硫化礦氧化所需的氧和二氧化碳的注入和轉移。這種攪拌器市場上可獲得。因此，米爾頓羅伊混合公司銷售的品牌名且描述于專利申請No.EP-A-2714256中的攪拌器可用來實施本發明的方法。

生物浸礦過程發生在池10、20、30中。

串聯的池的使用使得溶液被濃縮。其操作如下：

-池10、20、30通過浮式攪拌器攪拌，

-池10、20、30串聯排列以操作，

-系列池10、20、30的體積適應于懸浮液的流量以保證在整個設備中的6天最小停留時間，且

-池的進料，尤其是漿從一個池向另一個池的轉移和漿從最后一個池30的提取，經泵(未顯示)實施。池具有6m深度。

在池的出口32，獲得了由富含釋放的、溶解的金屬33和含未浸出礦物相的固態殘余34組成的漿，通過浸出釋放的全體金屬以溶解形式存在。固態/液態分離(經傾析或過濾)步驟之后，溶液拿去精煉以回收這些金屬，而固態殘余可回收以在其他條件下歷經新的浸出步驟(例如為了回收貴重金屬)或者作為廢料儲存。

池的深度可從2至10m變化，所述池的總體積取決于漿進料的流量和含在材料中的硫化物浸出所需的停留時間(大約4至8天，例如6天)。池的個數可以變化，例如從2至10。

攪拌速度主要取決于漿的濃度和所述漿的密度，所述速度典型地在從200至350rpm范圍內變化。

經浮式攪拌器11、21、31注入到漿中的氣體包括，按體積計，約1％體積分數(典型地從1％至3％體積分數)來自CO₂罐5的CO₂，小于78％體積分數氮氣的可變濃度氮氣，氮氣來自從液化氮氣罐6來的氮氣，和高于21％體積分數的可變濃度氧氣，氧氣來自液化氧氣罐4。這樣，氣體可包含例如49％體積分數氮氣和50％體積分數氧氣。氧氣必須以足夠量注入以保證氧氣的溶解量足以允許硫化礦溶解(例如，溶解1千克硫化礦(FeS₂)必須提供1千克O₂)。

氧氣可以以濃縮或非濃縮的方式注入。也經流量調節器(未顯示)調節每個池10、20、30的注入氣體的組分和所述氣體的流量以主要抵消硫化礦氧化反應(放熱反應)產生的熱，還抵消環境對池中漿的溫度的影響，維持系統在微生物菌群發揮功能所需的溫度(35℃和48℃之間)。

實施例4

圖5顯示了含待處理金屬礦懸浮、生物浸礦微生物菌群和相應的營養介質的生物浸礦器皿51。

器皿51帶懸浮液循環器。

懸浮液中的部分通過穿孔的吸氣管52經泵53從器皿51提取。

所述部分被排出進入再循壞回路56。

回路56帶有用于將氣體注入液相的系統54，例如文氏管或多孔注射器。具有控制氧氣和任選地還有CO₂含量的氣體混合物調節流從供應氣體的設備55經氣體注射器54與再循環回路56中的懸浮液混合。氣體混合物被再循環回路中的懸浮液攜載并在分布于器皿四周的再注點57注進有這種懸浮液的器皿51。這樣一個帶整合氣體注入的懸浮再循環器可與其他攪拌系統如(浮式)攪拌器結合。

為了使方法適應礦物的變化、適應生物活性、適應器皿和適應環境條件這些影響方法的因素，應進行如下操作：

-增加或減少漿在器皿中的停留時間以達到想要的金屬溶解度；

-增加或降低氣體流量以分別降低或提高器皿的溫度；

-增加氣體中O₂的濃度(例如增加O₂/N₂比)以在不提高氣體流量情況下增加氧氣供應；和

-控制攪拌器的操作參數(尤其是轉速、轉動組件的直徑等)以促進材料的懸浮并使漿均勻。

例如，當系統的溫度不夠高時，O₂/N₂比增加且流量下降。相反，當系統需要冷卻時，O₂/N₂比減小且流量增加。

本發明不限于描述的具體實施方式，對本領域技術人員而言其他實施方式也是顯而易見的。