説明

硫化銅鉱の浸出方法

【課題】鉄酸化細菌および銀を添加した硫酸溶液を用いる硫化銅鉱からの銅の浸出の際に、鉄酸化菌の生育および鉄酸化能力を低下させることなく銅を浸出させる方法を提供すること。
【解決手段】鉄酸化細菌および銀を添加した硫酸溶液を浸出液として用いる硫化銅鉱からの銅の浸出において、該浸出液に天然含窒素有機成分を添加することを特徴とする、硫化銅鉱からの銅の浸出方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鉄酸化細菌、銀、および天然含窒素有機成分を用いて、硫化銅鉱、特に黄銅鉱を主体とする硫化銅鉱石もしくは精鉱から銅を効率良く浸出させる方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に湿式製錬による硫化銅鉱の浸出形態としては、硫酸または塩酸を用いた回分攪拌反応による浸出形態(タンクリーチング)、積層体を形成しその頂部から硫酸または塩酸を供給して重力により滴り落ちる液を回収する浸出形態(ヒープリーチング)などが知られている。また、鉄酸化細菌などのバクテリアの力を借りて銅を効率よく浸出し、回収する方法(バイオリーチング)も知られている。バイオリーチングでは、鉄酸化細菌によって浸出液中の鉄(II)イオンが酸化剤である鉄(III)イオンに酸化され、この鉄(III)イオンによって鉱石中の銅が溶出される。また鉱石中に含まれる硫黄分は硫黄酸化細菌によって酸化され硫酸となり、この硫酸によっても鉱石中の銅は浸出される。
【0003】
硫化銅鉱の湿式製錬は、輝銅鉱,銅藍等の二次硫化銅鉱に対しては実用化されている。しかしながら、銅資源の中で最も大量に存在する黄銅鉱は二次硫化銅鉱に比べて銅の浸出速度が極端に遅く、効率的に銅を浸出することは困難である。
【0004】
従って、黄銅鉱を主体とする硫化銅鉱からの銅の浸出速度を上げるため様々な技術が提案されている。例えば、浸出液に活性炭と鉄を添加し、酸化還元電位(Ag-AgCl電極基準)を350〜450mVに維持することにより浸出を行う方法(特許文献1)、あるいは大気圧以上に加圧、100℃以上に加熱して浸出する方法などが報告されている(特許文献2〜4)。しかしながら、これらの浸出方法は浸出速度の改善に効果があるもののコスト高になるという問題がある。
【0005】
上述の技術以外に、銀が黄銅鉱の浸出を促進するという例が報告されている(特許文献5)。しかし、銀によって鉄酸化細菌の鉄酸化能が阻害されることも報告されており(非特許文献1)、銀添加浸出とバイオリーチングとの併用は困難である。この問題を解決するため浸出槽とバクテリア培養槽を分けた硫化銅鉱浸出プロセスなども考案されている(非特許文献2)が、コストや操業の容易さを考えると同一の容器内で浸出およびバクテリアの培養を行うことが望ましい。
また、鉄酸化菌培養時の有機窒素源の添加の鉄酸化能への効果は最大でも20%増し程度で、大きな効果がなく、一定量以上入れると鉄酸化が阻害されることが知られている(非特許文献3)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2005-15864号
【特許文献2】特開2003−328050号
【特許文献3】特表2001−515145号
【特許文献4】特開平10−317072号
【特許文献5】米国特許第5730776号明細書
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】De,G.C.,他3名,ハイドロメタルジー(Hydrometallurgy),(オランダ),1996年,第41巻,p.211−229
【非特許文献2】F.Carranza,他2名,ハイドロメタルジー(Hydrometallurgy),(オランダ),1997年,第44巻,p.29−42
【非特許文献3】OLLI H. TUOVINEN.,他2名,アプライドアンドエンバイロメンタルマイクロバイオロジー(APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY),(アメリカ),1979年,第37巻,p.954−958
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上述したように、黄銅鉱を主体とする硫化銅鉱から効率よく銅を浸出するには銀の添加が有効であることはわかっているが、銀を用いて黄銅鉱の浸出を促進させる場合は、銀による阻害のため鉄酸化菌の生育速度および鉄酸化速度能力が低下し、効率よく銅を浸出することが難しい問題がある。
本発明の課題は上記のような事情に鑑み、鉄酸化細菌および銀を添加した硫酸溶液を用いる硫化銅鉱からの銅の浸出の際に、鉄酸化菌の生育および鉄酸化能力を低下させることなく銅を浸出させる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、黄銅鉱を含む硫化銅鉱からの鉄酸化細菌および銀を添加した硫酸溶液を用いる銅の浸出の際に、コーンスティープリカーなどの天然含窒素有機物を適量添加することにより、銅の浸出速度が向上することを見出した。本発明はかかる知見により完成されたものである。
【0010】
すなわち、本発明は以下の発明を包含する。
(1)鉄酸化細菌および銀を添加した硫酸溶液を浸出液として用いる硫化銅鉱からの銅の浸出において、該浸出液に天然含窒素有機成分を添加することを特徴とする、硫化銅鉱からの銅の浸出方法。
(2)硫化銅鉱が、黄銅鉱を主体とする硫化銅鉱石もしくは精鉱である(1)に記載の方法。
(3)天然含窒素有機成分としてコーンスティープリカーを用い、その濃度が、0.05〜0.1g/Lである、(1)または(2)に記載の方法。
(4)前記浸出液中の銀の濃度が10〜50mg/Lである、(1)〜(3)のいずれかに記載の方法。
【発明の効果】
【0011】
本発明の方法によれば、次のような効果が得られる。
(1)黄銅鉱を含む硫化銅鉱から銅を常温(20〜40℃)においても効率よく浸出させることができる。
(2)鉄酸化細菌および銀を添加した硫酸溶液を浸出液として用いる際に、該浸出液にコーンスティープリカーなどの天然含窒素有機成分を添加することによって、鉄酸化細菌の生育が促進され、酸化剤である鉄(III)イオンの生産速度が向上する。その結果、硫化銅鉱浸出の触媒となる銀との相乗効果により銅の浸出速度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】コーンスティープリカー(図中CSL)による銅浸出促進効果を示す。
【図2】銀濃度が銅浸出に与える影響を示す。
【図3】バクテリア添加の有無が銅浸出に与える影響を示す。
【図4】添加菌種が銅浸出に与える影響を示す。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明では、鉄酸化細菌および銀を添加した硫酸溶液を浸出液として用いて黄銅鉱を含有する硫化銅鉱からの銅の浸出の際に、該浸出液に天然含窒素有機成分を添加することを特徴とする。
【0014】
本発明の方法の対象鉱である黄銅鉱を含有する硫化銅鉱は、黄銅鉱を主体とする硫化銅鉱であっても、黄銅鉱を一部に含有する硫化銅鉱であってもいずれでもよく、その含有量は特に限定はされないが、本発明の方法による銅浸出効果が十分に得られる点で、黄銅鉱を主体とする硫化銅鉱であることが好ましい。
【0015】
本発明の方法による黄銅鉱の溶解・浸出は、下記(式1)と(式2)に示す銀による一連の触媒反応によって進行すると考えられる。
[化1]
CuFeS+4Ag→Cu2++Fe2++2AgS (式1)
[化2]
AgS+2Fe3+→2Ag+S+2Fe2+ (式2)
【0016】
(式1)と(式2)に示す触媒反応を速やかに進めるには浸出液中の銀濃度が10〜50mg/Lとなるように銀を添加することが好ましい。銀の添加に際して、その形態は硝酸銀溶液、塩化銀あるいは硫化銀のいずれでもよいが、取り扱いの面から硝酸銀溶液が好ましい。
【0017】
(式1)と(式2)の両辺の和を取ると銀成分は消去され下記(式3)となる。この時、(式3)から分かる通り、銀による触媒反応の最終的な電子受容体は鉄(III)イオンであり、この鉄(III)イオンは(式4)に示す通り、浸出液中の鉄(II)イオンが鉄酸化細菌によって酸化されることで生産される。即ち、銀を触媒としたバイオリーチングにおいては黄銅鉱からの銅の浸出速度は(式4)に示す鉄(III)イオンの生産反応によって律速される。
[化3]
CuFeS+4Fe3+→Cu2++5Fe2++2S (式3)
[化4]
4Fe2++4H+O→4Fe3++2HO (式4)
【0018】
いいかえれば、本反応を促進させるためには、鉄酸化細菌による鉄酸化反応が阻害なく進む、もしくは促進されることが重要となる。そのためには本反応には鉄酸化細菌の存在が不可欠である。なお、(式3)で示すとおり、黄銅鉱の酸化により元素硫黄が生成するが、それを分解する硫黄酸化細菌が存在しても構わず、硫黄酸化細菌により浸出を促進する場合もある。
【0019】
上記鉄酸化細菌は、硫酸酸性条件下において鉄酸化能力があれば問題なく、自然界に一般に存在する鉄酸化細菌を用いることができる。これら鉄酸化細菌としては、一般的に知られているアシディチオバチルス・フェロオキシダンス(Acidithiobacillus ferrooxidans)、レプトスピリルム・フェロオキシダンス(Leptospirillum ferrooxidans)を用いることができ、具体的には、アシディチオバチルス・フェロオキシダンス(Acidithiobacillus ferrooxidans)ATCC 23270/DSM 14882/NCBI 8455株、ATCC33020株、本発明者らにより新たに単離されたアシディチオバチルス・フェロオキシダンス(Acidithiobacillus ferrooxidans)FTH6B株などが挙げられる。FTH6B株は、2009年7月9日付で独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センター(NPMD)(千葉県木更津市かずさ鎌足2−5−8)に受託番号NITE P−780として寄託され、その後、2009年9月28日付でブタペスト条約に基づく国際寄託に移管され、受託番号NITE BP−780が付与されている。
【0020】
鉄酸化細菌は、自然界にいるものを分離せず、鉄イオンを含む液体で選択的に増殖させたり、自然界から分離した微生物を栄養源など添加して人為的に培養し添加したりして使用することもできる。
【0021】
また、上記反応系に、硫黄酸化細菌が存在する場合であっても、同様な効果が得られる。硫黄酸化細菌としては、水系や土壌において硫黄を酸化し、硫酸を産生させる能力を有する菌であれば特に限定されないが、アシディチオバチルス・チオオキシダンス(Acidithiobacillus thiooxidans)などを用いることができ、具体的には、アシディチオバチルス・スピーシーズ(Acidithiobacillus sp.)TTH−19A株(NITE BP−164)などが挙げられる。
【0022】
本発明の方法は、鉄酸化細菌および銀を含む硫酸溶液を浸出液として用いる硫化銅鉱の浸出において、該浸出液に適度な天然含窒素有機成分を添加することで鉄酸化細菌の生育が促進され、(式4)に示す鉄酸化細菌による鉄(III)イオンの生産反応の速度を向上させることができる。その結果、黄銅鉱からの速やかな銅の浸出が可能となる。
【0023】
上記の天然含窒素有機成分としては例えばコーンスティープリカー、トリプトン、糖蜜、アルコール発酵廃液などが挙げられるが、コストや鉄酸化細菌の生育促進効果などを考慮するとコーンスティープリカーの使用が最も好ましい。
【0024】
本発明に用いられるコーンスティープリカーは、例えば、トウモロコシの殻粒を、亜硫酸を含んだ水に浸漬し、45〜50℃で40〜48時間浸漬させた浸漬液の濃縮物として得ることができ、ペースト状のものであっても、ペースト状のものを噴霧して得られる粉末であってもよい。具体的には、水分を約50%含むサンエイ糖化社製、日本食品化工社製などの商品として市販されているものを使用することができる。
【0025】
浸出液中におけるコーンスティープリカーの濃度は0.05〜0.1g/Lが好ましく、それ以上の濃度で天然含窒素有機成分を添加すると銅浸出促進効果が顕著に低下するので好ましくない。
【0026】
また、浸出時の温度は自然に存在する鉄酸化細菌が生育可能である20〜80℃であればよいが、20〜40℃が好ましい。
【0027】
上記したように、鉄酸化菌培養時の有機窒素源の添加の鉄酸化能への効果は最大でも20%増し程度で、大きな効果がなく、一定量以上入れると鉄酸化が阻害されることが知られている(非特許文献3)。これに対し、銀添加黄銅鉱浸出の際に、浸出液に天然含窒素有機成分を添加すると、後記実施例に示されるように、鉄酸化菌の鉄酸化能が向上した結果、銅浸出率の飛躍的な向上が認められた。
【実施例】
【0028】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0029】
(実施例1)コーンスティープリカーによる銅浸出促進効果
対象鉱として、黄銅鉱を主成分とするカンデラリア産の銅精鉱を用いた。この品位はCu:30mass%、Fe:28mass%、S:32mass%であった。
【0030】
上記精鉱3gを硫酸でpH1.8に調整した浸出液(硫酸アンモニウム3g/L、リン酸水素カリウム0.5g/L、硫酸マグネシウム七水和物0.5g/L、塩化カリウム0.1g/Lを含む)300mLに混合し、500mL容量の坂口フラスコに注いだ。
【0031】
上記フラスコ内の浸出液に、硝酸銀、バクテリア(鉄酸化細菌および硫黄酸化細菌)、コーンスティープリカー(サンエイ糖化製)をそれぞれ以下に示す濃度で添加(無添加)して浸出液A〜Dとし、各浸出液を30℃で緩やかに振とうして銅精鉱から銅を浸出させた。ここで鉄酸化細菌としては豊羽鉱山(札幌市)より分離したAcidithiobacillus ferrooxidans FTH6B株(NITE BP−780)、硫黄酸化細菌としてはAcidithiobacillus sp. TTH19A(NITE BP−164)株を用い、添加する場合、菌濃度がそれぞれ10Cells/mLとなるように添加した。
【0032】
(浸出液A)
硝酸銀:10mg/L (銀濃度として)
バクテリア:添加あり
コーンスティープリカー:0g/L
(浸出液B)
硝酸銀:10mg/L (銀濃度として)
バクテリア:添加あり
コーンスティープリカー:0.05g/L
(浸出液C)
硝酸銀:10mg/L (銀濃度として)
バクテリア:添加あり
コーンスティープリカー:0.1g/L
(浸出液D)
硝酸銀:10mg/L (銀濃度として)
バクテリア:添加あり
コーンスティープリカー:0.5g/L
【0033】
浸出液A〜Dについて上澄みの銅濃度をICP発光分光分析装置(ICP−AES)で測定した。その銅濃度から換算した銅浸出率の経時変化を図1に示す。
【0034】
この結果から、コーンスティープリカーを0.05〜0.1g/L添加することで無添加の場合に比べて銅の浸出促進がされることが確認された。これはコーンスティープリカーの添加によって鉄酸化細菌の生育が促進され、酸化剤である鉄(III)イオンの生産速度が向上したためであると考えられる。しかし、浸出液Dの結果から分かる通り、コーンスティープリカーの過剰添加(0.5g/L)は逆に銅の浸出を阻害した。
【0035】
(実施例2)銀濃度の影響
実施例1に記載のフラスコ内の浸出液に、硝酸銀、バクテリア(鉄酸化細菌および硫黄酸化細菌)、コーンスティープリカーをそれぞれ以下に示す濃度で添加(無添加)して浸出液E〜Hとし、各浸出液を30℃で緩やかに振とうして銅精鉱から銅を浸出させた。鉄酸化細菌および硫黄酸化細菌は実施例1と同様の菌株を使用し、添加量についても実施例1と同様である。
【0036】
(浸出液E)
硝酸銀:0mg/L
バクテリア:添加あり
コーンスティープリカー:0.1g/L
(浸出液F)
硝酸銀:10mg/L (銀濃度として)
バクテリア:添加あり
コーンスティープリカー:0.1g/L
(浸出液G)
硝酸銀:20mg/L (銀濃度として)
バクテリア:添加あり
コーンスティープリカー:0.1g/L
(浸出液H)
硝酸銀:50mg/L (銀濃度として)
バクテリア:添加あり
コーンスティープリカー:0.1g/L
【0037】
浸出液E〜Hについて上澄みの銅濃度をICP−AESで測定した。その銅濃度から換算した銅浸出率の経時変化を図2に示す。
【0038】
浸出液F〜Hの結果から、銀の添加量は10mg/L以上であれば銅の浸出速度に大きな差はないことが確認された。このことから、コーンスティープリカー濃度が0.1g/Lの場合、銀濃度50mg/Lまでの範囲では銀による鉄酸化菌の鉄酸化能の阻害は起こらないものと考えられる。また浸出液Eの結果から、浸出液中に銀が含まれない場合には銅はほとんど浸出されないことも確認された。
【0039】
(実施例3)バクテリア添加の有無による影響
実施例1に記載のフラスコ内の浸出液に、硝酸銀、バクテリア(鉄酸化細菌および硫黄酸化細菌)、コーンスティープリカーをそれぞれ以下に示す濃度で添加(無添加)して浸出液I〜Kとし、各浸出液を30℃で緩やかに振とうして銅精鉱から銅を浸出させた。鉄酸化細菌および硫黄酸化細菌は実施例1と同様の菌株を使用し、添加量についても実施例1と同様である。
【0040】
(浸出液I)
硝酸銀:10mg/L (銀濃度として)
バクテリア:鉄酸化細菌および硫黄酸化細菌を添加
コーンスティープリカー:0.1g/L
(浸出液J)
硝酸銀:10mg/L (銀濃度として)
バクテリア:鉄酸化細菌のみ添加
コーンスティープリカー:0.1g/L
(浸出液K)
硝酸銀:10mg/L (銀濃度として)
バクテリア:添加なし
コーンスティープリカー:0.1g/L
【0041】
浸出液I〜Kについて上澄みの銅濃度をICP−AESで測定した。その銅濃度から換算した銅浸出率の経時変化を図3に示す。
【0042】
浸出液I,Jと浸出液Kの結果の比較より、鉄酸化細菌の添加がない場合は銅がほとんど浸出されないことが確認された。これは、鉄酸化細菌が系内に存在しない場合には鉄(III)イオンがほとんど生産されないためである。バクテリアを添加した浸出液I,Jでは、菌濃度が最大10Cells/mLとなった。また、浸出液Iと浸出液Jの結果の比較より、硫黄酸化細菌添加の有無は銅の浸出にそれほど影響を与えないことが確認された。
【0043】
(実施例4)添加菌種の影響
実施例1に記載のフラスコ内の浸出液に、硝酸銀、バクテリア(鉄酸化細菌および硫黄酸化細菌)、コーンスティープリカーをそれぞれ以下に示す濃度で添加(無添加)して浸出液L〜Qとし、各浸出液を30℃で緩やかに振とうして銅精鉱から銅を浸出させた。鉄酸化細菌はAcidithiobacillus ferrooxidans FTH6B株(NITE BP−780)、Acidithiobacillus ferrooxidans DSM14882株、およびAcidithiobacillus ferrooxidans ATCC33020株の3種類のうち1種類、硫黄酸化細菌はAcidithiobacillus sp. TTH19A(NITE BP−164)株を用い、菌濃度がそれぞれ10Cells/mLとなるように添加した。
【0044】
(浸出液L)
硝酸銀:10mg/L (銀濃度として)
バクテリア:FTH6BおよびTTH19Aを添加
コーンスティープリカー:0.1g/L
(浸出液M)
硝酸銀:10mg/L (銀濃度として)
バクテリア:FTH6BおよびTTH19Aを添加
コーンスティープリカー:0g/L
(浸出液N)
硝酸銀:10mg/L (銀濃度として)
バクテリア:DSM14882およびTTH19Aを添加
コーンスティープリカー:0.1g/L
(浸出液O)
硝酸銀:10mg/L (銀濃度として)
バクテリア:DSM14882およびTTH19Aを添加
コーンスティープリカー:0g/L
(浸出液P)
硝酸銀:10mg/L (銀濃度として)
バクテリア:ATCC33020およびTTH19Aを添加
コーンスティープリカー:0.1g/L
(浸出液Q)
硝酸銀:10mg/L (銀濃度として)
バクテリア:ATCC33020およびTTH19Aを添加
コーンスティープリカー:0g/L
【0045】
浸出液L〜Qについて上澄みの銅濃度をICP−AESで測定した。その銅濃度から換算した銅浸出率の経時変化を図4に示す。
【0046】
浸出液L〜Qの結果より、添加した鉄酸化細菌の種類に関係なく、銀およびコーンスティープリカーの添加によって銅の浸出が促進されることが確認された。
【受託番号】
【0047】
NITE BP−780

【特許請求の範囲】
【請求項1】
鉄酸化細菌および銀を添加した硫酸溶液を浸出液として用いる硫化銅鉱からの銅の浸出において、該浸出液に天然含窒素有機成分を添加することを特徴とする、硫化銅鉱からの銅の浸出方法。
【請求項2】
硫化銅鉱が、黄銅鉱を主体とする硫化銅鉱石もしくは精鉱である請求項1に記載の方法。
【請求項3】
天然含窒素有機成分としてコーンスティープリカーを用い、その濃度が、0.05〜0.1g/Lである、請求項1または2に記載の方法。
【請求項4】
前記浸出液中の銀の濃度が10〜50mg/Lである、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2011−47030(P2011−47030A)
【公開日】平成23年3月10日(2011.3.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−248978(P2009−248978)
【出願日】平成21年10月29日(2009.10.29)
【出願人】(502362758)JX日鉱日石金属株式会社 (482)
【Fターム(参考)】