[发明专利]从酸性水溶液提取铁的方法

说明书

发明领域

本发明涉及从水溶液提取和沉淀铁的方法，特别是湿法冶金法。本发明进一步涉及用于实施铁的所述提取的装置。

发明背景

在硫化物矿物例如黄铁矿和黄铜矿(calcopyrite)被溶解的湿法冶金法中，铁起到重要的作用。由于固有地经常且大量地出现，铁总是与有价值的金属共同存在于矿床中，并且将典型地在湿法冶金处理期间和从矿山到环境的酸性排水处理中被除去。

通常，例如，通过化学沉淀除去溶解的铁。已知使用石灰或石灰石通过沉淀以氢氧化物除去溶解的铁，但是导致相当可观的废石膏问题。

另一种替代方法是使用生物除铁。可结合使用生物和化学除铁来降低由化学品产生的成本和减少产生的废物量。

在微生物除铁中，采用使铁和硫化合物氧化的细菌，所述细菌固有地与矿石共同存在。具有生物浸出活性的细菌典型地在1至3的酸性pH范围中生长，并且通过将铁或无机硫化合物氧化而从中获取能量。细菌生长所需的碳来自于大气二氧化碳。根据最佳生长温度，可将细菌分类为25至40℃的嗜温细菌例如嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)、45至50℃的嗜热细菌例如氧化亚铁酸微菌(Acidomicrobium ferrooxidans)和70至85℃的嗜热古菌(thermophilic Archaea)。在硫化物矿石的生物浸出中，细菌可使用铁离子使金属硫化物氧化，它们产生：

Fe²⁺+1/4O₂+H⁺→Fe³⁺+1/2H₂O

CuS+8Fe³⁺+4H₂O→Cu²⁺+8Fe²⁺+SO₄^2-+8H⁺

此外，由微生物产生的三价铁(Fe³⁺)在溶液中起到氧化剂的作用，由此有助于金属从相应的矿石的化学溶解。在该反应中，三价铁将被还原又产生二价铁(Fe²⁺)，二价铁可被微生物再氧化得到铁形式。溶解后，优选从浸出液体并因此从过程中除去三价铁，例如通过以氢氧化物、黄铁矾或针铁矿沉淀。另外，例如在硫化物矿物的生物浸出期间黄铁矾在矿物上沉淀可防止细菌与矿物表面接触，从而限制反应并限制氧化期间的质量传递。

实际上，生物除铁经证明是一种复杂并且甚至无效的方法，特别是工业规模。一个典型的问题是过高的铁浓度使得需要稀释被处理的溶液，从而导致要进行处理的容量大，或装置被待分离的铁堵塞，导致无效的氧化。典型地在现有的装置中，氧化速率太低，沉淀不顺利，或者其中使用的生产量或方法对于工业规模的操作和应用只是过于温和。

从JP62282698的摘要获知一种废水处理的方法，其中将使二价铁和铁氧化的细菌引入到氧化池中，随后加入碳酸钙以将pH调至2.0-4.4的范围内。通过用空气搅拌或通过机械手段来辅助该方法，以这种方式，二价铁被氧化产生三价铁，三价铁进一步以铁氢氧化物与碳酸钙一起沉淀。沉淀后，溢流被输送到澄清池，在此处沉淀被浓缩。该经浓缩的沉淀与附着于其上生长的细菌一起循环，未反应的碳酸钙返回氧化池。

在IN1427/DEL/2004中，公开了从湿法冶金浸出液生物除铁。在2.5至2.9的pH和30至35℃的温度下，浸出液中的铁在氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)存在下被同时氧化和沉淀，从而导致硫酸亚铁氧化为硫酸铁并且其在混合池中沉淀。之后，通过已知分离方法沉积和分离沉淀过程中产生的黄铁矾化合物。所使用的细菌与所有的液体一起循环，沉淀在池中并且在池壁上进行，从而导致需要从池壁除去沉淀的产物。