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(chēng)作礦物生物氧化,與生物修復(fù)一起被廣泛應(yīng)用于原生硫化礦、復(fù)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(lái)的原地浸出。

金屬的價(jià)格在過(guò)去10 a里呈現(xiàn)出戲劇性變化——在增長(zhǎng)到一個(gè)史無(wú)前例的價(jià)格之后隨之而來(lái)的是賤金屬價(jià)格隨生產(chǎn)成本的增加而陡然下降,隨后在一段時(shí)期內(nèi)始終不穩(wěn)定。這些戲劇性變化對(duì)全球礦業(yè)有明顯影響,表現(xiàn)在金屬價(jià)格上是忽高忽低。當(dāng)金屬價(jià)格下降、成本增加或二者都有時(shí),高成本礦山就會(huì)關(guān)閉,產(chǎn)量縮減,也會(huì)改變計(jì)劃處理更高品位礦石,研發(fā)費(fèi)用通常會(huì)大大縮減。此時(shí),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(jì),即在采礦工業(yè)處于蕭條時(shí)期更傾向于采用生物濕法冶金工藝。

當(dāng)然,金屬價(jià)格不是促進(jìn)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(zhǎng),采礦、加工以及環(huán)境成本也都大幅度增長(zhǎng),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(fèi)用,以及與含有雜質(zhì)的冶煉供料有關(guān)的潛在費(fèi)用;根據(jù)需求與地點(diǎn)不同,硫酸的價(jià)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(fèi)用?！さV床無(wú)法采用常規(guī)方法開(kāi)采甚至很難開(kāi)采時(shí)——如次生硫化銅礦床,由于礦床規(guī)模太小或太遠(yuǎn),或更復(fù)雜,則采用生物氧化技術(shù)更為適宜?！ぷ畲蠡矛F(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(xiàng)長(zhǎng)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(shì)。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(shí)驗(yàn)室到工業(yè)化應(yīng)用會(huì)遇到多種障礙與問(wèn)題：

·時(shí)間——調(diào)研、開(kāi)發(fā)、試生產(chǎn)、工業(yè)化應(yīng)用所需時(shí)間或許達(dá)10 a甚至20 a之久?！?zhuān)屬性——生物加工和金屬生物修復(fù)技術(shù)通常具有專(zhuān)屬性,因此,幾乎每種方法都需要現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)甚至大規(guī)模驗(yàn)證,現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)和大規(guī)模驗(yàn)證不但花費(fèi)高昂而且非常耗時(shí)?！わL(fēng)險(xiǎn)——新技術(shù)無(wú)論是生物技術(shù)、物理/化學(xué)技術(shù)都有成功的可能性。工業(yè)化開(kāi)發(fā)新技術(shù)是有風(fēng)險(xiǎn)的。技術(shù)失敗不僅會(huì)有經(jīng)濟(jì)損失,也會(huì)造成開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)的個(gè)人及機(jī)構(gòu)、涉及最終設(shè)計(jì)和試運(yùn)行的工程公司以及礦業(yè)公司的聲譽(yù)損失?！ね顿Y成本——一項(xiàng)新技術(shù)通常需要大量投資,因?yàn)閷?shí)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(guò)程。如,智利丘基卡馬塔礦山BioCOP示范廠年產(chǎn)量2萬(wàn)t,約需6 000萬(wàn)美元。當(dāng)然,一個(gè)完整的工廠會(huì)需要更高的成本。·知識(shí)產(chǎn)權(quán)——在金屬生產(chǎn)過(guò)程中,生物濕法冶金技術(shù)許可費(fèi)用或技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)用很難商議,因?yàn)橛绊懮a(chǎn)的很多因素都不是技術(shù)擁有者可以控制的。·保險(xiǎn)——礦山所有者也許會(huì)被要求為采礦生產(chǎn)與環(huán)境生物技術(shù)投保。對(duì)于如生物堆浸或環(huán)境凈化這樣的過(guò)程,保險(xiǎn)是很難策劃的,因?yàn)榫哂泻軓?qiáng)的變化性,不易監(jiān)測(cè)與控制。同時(shí),礦山擁有者同時(shí)也“擁有”風(fēng)險(xiǎn)。礦業(yè)公司在這一過(guò)程中花費(fèi)巨大,不論是一個(gè)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(guò)程?！そ?jīng)驗(yàn)豐富的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的可用性——金屬價(jià)格的明顯下降幾乎總會(huì)導(dǎo)致采礦工業(yè)減少研發(fā),也就意味著減少專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的數(shù)量,但經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇時(shí),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(yàn)不足的專(zhuān)業(yè)人員掌握這項(xiàng)技術(shù)并了解歷史發(fā)展過(guò)程則需要數(shù)年時(shí)間。

生物濕法冶金技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用也會(huì)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(jìn)展,但是仍需要更多的研發(fā)來(lái)全面了解原生硫化礦的浸出條件及如何控制浸出條件。·生物堆浸模型的開(kāi)發(fā)、整合與驗(yàn)證——在堆浸的很多方面都已經(jīng)建立了數(shù)學(xué)模型,如水文學(xué)和熱平衡學(xué)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(kāi)發(fā)堆浸模型,必須用現(xiàn)有的工業(yè)開(kāi)采數(shù)據(jù)來(lái)整合與驗(yàn)證。驗(yàn)證模型所需的一些必要的資料可能有些還未采集到?！ご紊蚧~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(wèn)題：微生物種群在反應(yīng)堆中的生長(zhǎng)時(shí)間;礦石接種;整個(gè)浸出過(guò)程中的通風(fēng)條件;堆浸過(guò)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(fù)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(shí)如何嚴(yán)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(shí)的浸出液?是否可以利用微生物來(lái)提高地下礦床的滲透率?某些礦物原地浸出技術(shù)的實(shí)現(xiàn)可能還需要較長(zhǎng)時(shí)間,但圍繞這種方法開(kāi)始基本理論研究并不為時(shí)尚早;·采用生物轉(zhuǎn)盤(pán)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(lái),生物濕法冶金技術(shù)在礦山生產(chǎn)與修復(fù)方面會(huì)發(fā)揮更重要的作用。

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