(57)【要約】【課題】非撹拌表面バイオリアクターを用いて、不要化合物を除去するために固形物質をバイオ処理する方法を提供する。【解決手段】多数の粗基質の表面を、バイオ処理する固形物質でコーティングして、多数のコーティング化粗基質を形成させる。粗基質は、約０.３cmより大きい粒子サイズを有するものであり、バイオ処理する固形物質は、約２５０μm未満の粒子サイズを有するものである。次いで、リアクターの間隙空間体積は約２５％以上であるかまたはそれに等しいように、ヒープ中へ多数のコーティング化粗基質を積み重ねるか、またはタンク内へ多数のコーティング化粗基質を入れることにより、非撹拌表面リアクターを形成させる。リアクターに、固形物質中の不要化合物を分解する能力のある微生物を接種し、次いで、固形物質中の不要物質が所望濃度まで分解されるまでその固形物質を表面バイオリアクターにてバイオ処理する。この方法は、汚染土のバイオ再生、石炭の脱硫、および難処理性硫化鉱石および精鉱のバイオ酸化に有用である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機化合物を含む固形物質をバイオ処理する方法であって、
ａ．バイオ処理される固形物質および約０．６ｃｍ以上の粒子サイズを有する多数の粗基質を含む混合物で、２５％以上の間隙空間体積を有する、非撹拌バイオリアクターを形成し（ただし、バイオ処理される固形物質は有機物質を含み、そして、混合物は、リアクターの空間立方メートル当たり少なくとも１００平方メートルの表面積を有するリアクターを提供するのに十分な粗基質を含む）；
ｂ．バイオリアクター内の有機物質が所望の濃度まで低下するまで、バイオリアクター内の固形物質をバイオ処理する、
ことを含む、方法。
【請求項２】
固形物質が土である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
有機物質が、廃棄油、グリース、ジェット燃料、ディーゼル燃料、粗製油、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、ポリ芳香族炭化水素類（ＰＡＨ）、多核芳香族類（ＰＮＡs）、ペンタクロロフェノール（ＰＣＰ）、ポリ塩素化ビフェニル類（ＰＣＢs）、クレオソート、農薬類、２,４,６−トリニトロトルエン（ＴＮＴ）、ヘキサヒドロ−１,３,５−トリニトロ−１,３,５−トリアジン（ＲＤＸ）、オクタヒドロ−１,３,５,７−テトラニトロ−１,３,５,７−テトラゾシン（ＨＭＸ）、Ｎ−メチル−Ｎ−２,４,６−テトラニトロアニリン、およびニトロセルロース（ＮＣ）からなる群から選択される少なくとも１つの有機物質である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
有機物質が、セルロースを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
該多数の粗基質が、プラスチックを含んでなる、請求項１−３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
該多数の粗基質が、スタイロフォームを含んでなる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
該多数の粗基質が、プラスチックボールを含んでなる、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
該多数の粗基質が、粉砕タイヤを含んでなる、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
間隙空間体積が、約３５％以上である、請求項１−８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
該粗基質が、約０．６ｃｍより大きく、約２．５４ｃｍ未満の名目粒子サイズ(nominal particle size）を有する、請求項１−９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
回転ドラム中で、バイオ処理される固形物質と粗基質を結合させることにより混合物を形成する段階をさらに含む、請求項１−１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
バイオ処理される固形物質の水分含量が、５乃至３５重量％の範囲内である、請求項１−１０のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は固形物質のバイオ処理に関する。特に、本発明は、固形物質中に存在する望ましくない化合物を好気的に分解する工程における、固形物質の部位外バイオ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２．先行技術の記述
生物学的処理方法が、産業界で広く応用されつつある。そのような方法は、廃水処理、危険廃棄物再生、石炭脱硫、さらに難処理性硫化鉱物類のバイオ酸化等に用いられてきている。
【０００３】
部位内(in situ)処理、農地耕作(landfarming)、コンポスティング(堆肥づくり、compositing)、ヒープ処理(heap treatment) 、および撹拌または振盪タンク類を含む、固形物質のバイオ処理では、各種の方法が採用できる。 固形物質の部位外(ex situ)バイオ処理方法においては、数種のバイオリアクターを用いてバイオ処理が実施されている。バイオリアクターとは、リアクター自体に内蔵されている微生物類あるいはそれらが産生する酵素類により、リアクター内で生物学的反応が行われる装置または本体と定義できる。バイオリアクター設計における主眼点は、所望の生物学的工程を大規模かつ経済的に進行させるのに最適の環境を醸成することである。
【０００４】
ある固形物質がバイオ処理されるとき、所望の生物学的反応は、典型的な場合として固形物質中に存在する望ましくない化合物群の直接的または間接的分解を含む。これを経済的に達成するためには、バイオリアクターは、処理される固形物質の許容可能な量（流速に関して）中において、望ましくない化合物の濃度が許容可能なレベルまで低くなっていることが必要である。
【０００５】
一般に、バイオ処理工程はゆっくりしたものであるが、もしそれが好気的であれば、好気性微生物（群）が望ましくない化合物を直接または間接的に代謝するために大量の酸素を必要とする。それ故、酸素移送は、大規模好気性バイオ処理工程を実用可能とするために主要な課題となる。現在の好気性バイオリアクター設計では、用いられる微生物がバイオ酸化または代謝されるべき物質に確実にアクセスするようにすることだけでなく、バイオリアクターの全域が適量の酸素および栄養の補給を確実に受けているようにすることが、正しいｐＨと温度を維持することと同様に、意図されている。
【０００６】
撹拌タンクバイオリアクター類が、難処理性硫化金鉱石類のバイオ酸化や汚染土壌のバイオ再生を含む、多くの型の好気性生物学的工程で用いられている。撹拌タンクバイオリアクターでは、バイオ浸出剤と処理する固形物質間の接触が非常に良好である。その上、撹拌タンク工程は、空気または酸素通気されるため、典型的に好ましい酸素環境を有する。しかしながら、空気または酸素通気されている撹拌タンクバイオリアクター中でさえ、酸素の低水溶解性（１０ｐｐｍ）のため大型のガス−水インターフェイスを必要とする。これは、一般に、複数の羽根車と相当量のエネルギー消費により達成される。リアクターを撹拌および通気することに伴う高いエネルギー費用のために、この型のバイオリアクターは、相対的に速やかに、典型的には１週間以内に、所望の終了点に到達するようなバイオプロセスに適用され得るものである。よりゆっくりとした生物学的プロセスについては、エネルギー費用が低く、大規模な、通常は静置回分（バッチ）式のプロセスが最上の解決である。しかしながら、細菌あるいは他の微生物類を、最適環境下に供給するという目標は、なお第一に重要なものである。
【０００７】
有毒有機化合物類で汚染された土壌のバイオ処理に用いる静置回分式バイオリアクターには主要な３種の型がある。これらの方法のひとつは農地耕作である。これは開放大空間における汚染土壌の上位等級の処理である。土壌は、高密度ポリウレタンで覆われ、通常、排水できるように砂で覆われた地域の上に広げる。空気は穴開きパイプ群により、さらに１週間に１ないし２度耕すことにより導入し得る。この方法は、多環式芳香族(ＰＮＡ'ｓ)およびペンタクロロフェノール(ＰＣＰ)で汚染された部位において広範囲に実施されている。この方法の一つの限界は、適切な空気流を確保するために、土壌を比較的に薄く広げるので広い面積が必要なことである。この方法はまた耕すことが必要であり、さらに、土壌の層が厚すぎたりよく混ざらなかったりすると、空気が制限されることがある。
【０００８】
汚染土壌のバイオ再生で用いられる他の技術は、コンポスティングである。堆肥は、汚染土壌と、コンポスティングに必要な各種の支持改良剤、例えば木片チップ、藁、あるいは肥料、から形成される。これらの改良剤は、バイオ分解し得る有機物類の量を増加させ、バルク重量を減らし、空気間隙を増やして堆肥の構成を構造的に改良し、さらに混合物中の無機栄養素類の量を増加させる。コンポスティングは容器内で強制通気しながら、あるいは空気パイプ群や耕作により通気されている開放パイル内で実施できる。有機改良剤添加の不利益点のひとつは、それらのバイオ分解が発熱を伴い酸素を必要とすることである。コンポスティングは通常、回分方式で行い、堆肥の一部を次の堆肥への接種に用いる。この工程は、ディーゼル燃料、２,４,６−トリニトロトルエン（ＴＮＴ）、ポリ芳香族炭化水素類（ＰＡＨ）、ベンゼン、およびキシレンを含む各種有機汚染物について効果的に用いられてきた。
【０００９】
ヒープバイオ再生は、発掘汚染土壌のバイオ再生で用いられる他の静置バイオ工程である。この工程では、土壌を、被覆地域の上に２.４から３.７メートルの高さのパイル（堆積）状に置く。空気流通を改良するため、空気は穴開きパイプ群から導入する。そのような状況で、パイプ群は通常の間隔をおいて約３１センチメートルの汚染土壌ベッド上に置く。パイプ群は、次いで、重い装置から保護するために、代表的には砂利層で覆う。発掘した土壌は、次いで、砂利層の上に２.４から３.７メートルの高さのパイル状に山積みする。湿分を潅漑システムで維持する。土壌はｐＨ調整のために肥料または石灰を必要とすることがあり、また多孔質を高めるために砂を必要とすることがあり得る。この工程は低コストであり、従って、ゆっくりした生物学的工程に応用可能である。しかしながら、この工程は、ヒープがパイル構築の間にあるいはその後に土壌の圧縮のために空気不足となると遅くなりすぎることがある。
【００１０】
それ故、空気と液体のアクセスは、土壌再生、例えばヒープパイルバイオ再生、コンポスティング、および農地耕作に使用されている、現存の静置回分式バイオ工程において、速度制限の重要な考慮点である。空気流は、現存する工程でも穴開き空気パイプを通じて空気を導入するとか、あるいは土壌を耕すことによりなし得る程度には改良されている。しかしながら、バイオリアクター中のどのような流れの圧縮も、この工程の効率を妨害する。しかも、もし汚染土壌の一部が、酸素や細菌、あるいは他の栄養素に暴露されなければ、バイオ工程全体としては遅くなり、完了まで進行しない。同様に、石炭および難処理性硫化金鉱石のヒープバイオ酸化の場合には、硫化物のバイオ酸化は、金属硫化物が細菌、水、栄養素群、および空気に暴露される場合は細菌だけで効率的に実施される。もし硫化物が鉱石あるいは石炭の固形片中に埋まっているときは、バイオ酸化は進行しない。さらに、もしヒープ中の空気あるいは液体の流れが限られてくると、バイオ酸化も限られたものになる。従って、バイオリアクター中のおよび処理する固形物質中の、空気および流体の流れが改善された、固形物質のバイオ処理を可能とする、改良バイオリアクターの設計に対する願望が存在している。
【００１１】
難処理性硫化鉱物中の金属硫化物類をバイオ酸化するために、好酸性、独立栄養性細菌を使用することは、過去１０年ないし２０年の間に格別の勢いを得たバイオ処理である。
【００１２】
金は地上最も稀少な金属類のひとつである。金鉱石類は、冶金が自由なものと難処理性ものとの２種に分類され得る。冶金が自由な鉱石類は、単純な比重技術または直接シアン化法により加工できるものである。他方、難処理性鉱石類は、常用のシアン化法処理ではどうにもならない。金含有鉱床は、もしそれらが常用のシアン化物浸出技術では金の可溶化が不十分であるため経済的に加工できないならば、それは難処理性のものとみなされる。そのような鉱石類は、しばしば金属硫化物類（例えば、黄鉄鉱および硫砒鉄鉱）の含有量が過剰であるか、および／または有機炭素質性事由のために難処理性のものである。
【００１３】
難処理性鉱石類の多くは、硫化鉄粒子群あるいは他の金属硫化物粒子群中に閉塞した、例えば金のような貴金属を含む鉱石類より成る。硫化鉄粒子群は、主として黄鉄鉱および硫砒鉄鉱より成る。貴金属（precious metal value）はしばしば硫化鉱物内に収蔵されている。例えば、金はしばしば黄鉄鉱あるいは硫砒鉄鉱の難処理性硫化物親鉱物内に細かく分散した亜顕微鏡的粒子として存在する。もし、金属あるいは他の貴金属が、粉砕した後でさえ硫化物親鉱物内に収蔵されたままであるならば、次いで、封入された貴金属（precious metal value）を遊離させ、そして浸出剤（またはリキシヴィアント）により処理され易くするために、硫化物を酸化しなければならない。このようにして、硫化物酸化工程は鉱石類の難処理性を減少させる。
【００１４】
金属硫化物を酸化して貴金属（precious metal value）を遊離させる方法の多くは、当技術分野でよく知られている。これらの方法は、一般的には、ミル（mill）操作およびヒープ（heap）操作の２種に分けられる。ミル操作は高度の操作と資本コストを伴う典型的に高価な工程である。そのために、ミル型操作では、総実収率が典型的に高くても、ミル操作は金の濃度が約２.４ｇ／トン未満のような低い品位の鉱石類には典型的に不適である。ミル操作は、金濃度が０.６８ｇ／トン以下のような鉱石類には、さらに不適である。
【００１５】
ミル型操作で硫化物を酸化する２種のよく知られた方法は、オートクレーブ中での、および、か焼（送風ばい焼、roastinng）しながらの圧力酸化である。
【００１６】
難処理性硫化鉱石類中の硫化物の酸化は、微生物的予処理で、好酸性、独立栄養性微生物、例えば、チオバチルス・フェロオキシダンス、スルフォロブス、アシディアヌス種、および、広温度域好熱性細菌を用いても達成できる。これらの微生物は、代謝中のエネルギー源として硫化鉱物類の酸化を利用する。この酸化工程中、上記の微生物は、硫化鉄粒子を酸化して鉄を第二鉄イオンとして、また、硫化物を硫酸イオンとして、可溶化する。もし、処理される難処理性鉱石が、炭素質硫化鉱石である場合、次いで、微生物的予処理に引き続き、浸出剤で処理することで天然の炭素質要素（matter）によって、オーロシアニドコンプレックス（aurocyanide complex）または他の貴金属−浸出剤コンプレックスのプレグ−ロビング（preg-robbing）を防ぐための追加工程が必要となることがある。
【００１７】
本書中で使用されるとき、硫化鉱石または難処理性硫化鉱石は、難処理性炭素質硫化鉱石をも包含するものと理解されよう。
【００１８】
炭素質硫化鉱石類をバイオ浸出する公知の方法は、参照して本書の一部とする１９８８年３月８日発行の米国特許第４７２９７８８号に開示されている。この開示された方法によれば、好熱性細菌、例えば、スルフォロブスおよび広温度域好熱性細菌が、鉱石の構成硫化物を酸化するのに用いられる。バイオ浸出した鉱石は、次いで、鉱石の炭素質構成要素のプレグ−ロビング傾向を阻害するブランキング剤で処理する。貴金属類は、次いで、常用のシアニドまたはチオ尿素浸出剤を用いて鉱石から抽出する。
【００１９】
炭素質硫化物鉱石類をバイオ浸出する他の公知方法は、参照して本書の一部とする１９９２年７月７日発行の米国特許第５１２７９４２号に開示されている。この方法によると、鉱石は、鉱石の硫化物構成要素を酸化して貴金属（precious metal value）を遊離させる、酸化的バイオ浸出に付される。鉱石は次いで、細菌共同体成長を促進する栄養素の存在下に、細菌共同体を接種する。細菌共同体は、鉱石中の炭素質要素のプレグ−ロビング傾向を不活性化する性質を特徴とするものである。貴金属−吸着炭素を不活性化し得る、微生物共同体による処理に引き続き、鉱石は、次いで、適当な浸出剤で浸出し、鉱石中の貴金属を溶解する。
【００２０】
微生物を用いる難処理性硫化鉱石類の酸化、もしくはしばしばバイオ酸化と言われるものは、ミル操作あるいはヒープ操作中に行うことができる。圧力酸化や、か焼と比較して、バイオ酸化プロセスは、操作がより単純で、要する資本も少なく、さらに操作費用もより少なくてすむ。実際、バイオ酸化は、他の鉱石酸化手段よりも経済的に有利であることから、難処理性硫化鉱石類中の硫化鉱物類の酸化方法としてしばしば選択される。しかしながら、難処理性硫化鉱石類を酸化する化学的および機械的手段と比較すると、微生物の場合は酸化速度が遅いので、バイオ酸化はしばしば冶金工程における律速段階となっている。
【００２１】
ひとつのミル型工程は、鉱石の粉砕と、それに続く撹拌バイオリアクター中における鉱石スラリー処理を含むものであり、そこで微生物は細かく粉砕された硫化物をエネルギー源として用い得るものである。そのようなミル工程は、トンキンスプリングス（Tonkin Springs）鉱山で商業的規模で用いられた。しかしながら、この鉱業会社は、トンキンスプリングスバイオ酸化操作は概して失敗であったと考えている。第二のミル型バイオ酸化工程は、常用の硫化物濃縮技術、例えば、浮遊法、および次いで撹拌バイオリアクター中で硫化物を酸化してそれらの難処理性性質を軽減する技術、を用いて、硫化物を含む貴金属を鉱石から分離することを含む。この型の商業的操業は、現に、アフリカ、南アフリカおよびオーストラリアで行われている。
【００２２】
ヒープ工程におけるバイオ酸化では、典型的には、破砕した難処理性硫化鉱石粒子でヒープを形成することと、続く硫化鉱物類をバイオ酸化する能力のある微生物をヒープに接種することとを要する。バイオ酸化が所望の終了点に達した後、このヒープを排水させ、繰り返し流水式洗浄する。遊離された貴金属（precious metal value）は、次いで、適切な浸出剤で浸出するために待機させる。
【００２３】
鉱石中に含有されている典型的な貴金属は、シアニドが、鉱石からの貴金属（precious metal value）の回収に最も効率的な浸出剤またはリキシヴィアントであるから、シアニドで浸出する。しかしながら、もしシアニドを浸出剤として用いる場合は、ヒープを最初に中和すべきである。
【００２４】
シアニド処理が、高塩基性ｐＨで行われねばならないのに、バイオ酸化は低酸性ｐＨで起こるので、常用のシアニド処理を伴うヒープバイオ酸化は、本来２段階工程である。従って、ヒープバイオ酸化を利用する処理のオプションでは、この工程の２段階を分離しなければならない。これは伝統的にこれらの段階を一時的に分離することによって行われている。例えば、難処理性金硫化物鉱石のヒープバイオ酸化プロセスでは、ヒープはまずバイオ酸化され、次いで洗浄、中和およびシアニド処理される。これを経済的、かつ実用的に達成するため、ヒープバイオ酸化操作の多くは、構成上の鉱石−−構成外の鉱石の幾つかの中のひとつにで耐久性ヒープパッドを使用する。
【００２５】
利用可能な各種バイオ酸化工程の中で、ヒープバイオ酸化は、操作ならびに資本費用が最も低い。このため、ヒープバイオ酸化プロセスは、低品位ないし廃棄物型鉱石類、それは約２.４ｇ／トン未満の金（または同等の貴金属（precious metal value））含有鉱石類であるが、に特に適している。しかしながら、ヒープバイオ酸化は、ミルバイオ酸化プロセス工程に比べると、非常に遅い速度論のものである。ヒープバイオ酸化は典型的には  鉱石中の硫化鉱物類を十分酸化し、続くシアニド浸出によって金または他の貴金属（precious metal value）を充分量回収できるようにして、経済的と考えられるためには、多くの月日を必要とする。それ故、ヒープバイオ酸化操作は、金を経済的に回収できるように十分バイオ酸化を行うために必要とされる時間が長いという制約がある。バイオ酸化に必要な時間が長くなればなるほど、耐久性ヒープパッドの利便は大きくなり、そして必要な資本投資も大きくなる。ヒープパッド構築に適した土地量が限られているため、鉱業所では、耐久性ヒープパッドのサイズが鉱業所で鉱石を処理する量の制限因子となり、かくして鉱業所の収益性の制限因子となり得る。そのような状況において、バイオ酸化プロセスの各速度制限条件は、ますます重要になってきている。
【００２６】
ヒープバイオ酸化工程の速度制限条件には、接種物のアクセス、栄養剤のアクセス、空気または酸素のアクセス、毒素の形成、および二酸化炭素アクセスが含まれ、それらはこの工程をより効率的なものとするために、従って魅力的な処理オプションとするために必要となるものである。さらに、バイオ酸化には、バイオ酸化剤に関する誘導時間、生育サイクル、殺虫剤活性、細菌の生育能およびそれらの類似物が重要な検討となるが、それは、アクセス能、粒子サイズ、沈下、圧縮およびそれらの類似物のような変数は、いったんヒープが構築されたならば、経済的にもとへ戻せないからである。これは、ヒープがいったん形成されると、限られた理由以外では修復できないからである。
【００２７】
高い粘土および／または微細粒含量の鉱石類は、ヒープ浸出あるいはヒープバイオ酸化プロセスでの処理に際し、特に難物である。その理由は、粘土および／または微細粒は、ヒープ内を移動して空気および流体の流路を塞ぎ、プディング；チャネリング；栄養素欠乏、二酸化炭素欠乏、または酸素欠乏；不均一バイオ酸化剤配分、および同様のもの、を生じてしまうからである。その結果、ヒープの広い領域が覆い隠され、非効率的にしか浸出されなくなる。これは、シアニド浸出における共通の課題であり、高ｐＨシアニド浸出のためにはセメントによる、また低ｐＨバイオ浸出のためには高分子による粒子凝集処理を余儀なくした。高分子凝集剤による介助は、貴金属類の浸出に通常採用される高ｐＨ環境でも用いることができ、その後、鉱石中の硫化鉄の酸化的バイオ浸出を行う。
【００２８】
難処理性硫化鉱石類のバイオ酸化は、ゆるい粘土や微細粒物質による浸透路の閉塞に特に敏感である。それは、バクテリアが成長し鉱石中の硫化鉄粒子をバイオ酸化するために大量の空気または酸素を必要とするからである。また、過剰の熱は、換気不充分な大きなヒープ中で生育中の細菌を殺してしまうから、空気流は、発熱性バイオ酸化反応で発生した熱の放散に重要である。
【００２９】
ウイリアムコールに与えられた、１９９３年９月２１日付米国特許第５２４６４８６号および１９９５年７月１１日付米国特許第５４３１７１７号、に開示された方法は、ヒープの全域にわたる良好な流体（ガスおよび液体の両方）流を確実なものとすることによる、ヒープバイオ酸化プロセスの効率増加に関するものであり、いずれも参照して本書の記載の一部とする。
【００３０】
硫化物や黄鉄鉱含量の低い鉱石類、または、炭酸カルシウムあるいはその他の炭酸塩のように、酸消費物質の含量が高い鉱石類にも、ヒープバイオ酸化処理に際しての問題が多い。その理由は、低黄鉄鉱鉱石類により発生する酸は、バクテリアの成長に必要な低ｐＨおよび高鉄濃度の維持には不充分だからである。
【００３１】
溶液在庫および溶液管理が、ヒープバイオ酸化工程において、速度を制限する要件として重要となる。バイオ酸化ヒープ体から分離した溶液は、酸性であり、またバクテリアと第二鉄イオンとを含有しているであろう。それ故、この溶液は、新しい鉱石の集塊に、あるいはヒープの頂上へリサイクルして戻すことにより、有利に活用できる。しかしながら、有毒な、および阻害性物質がこの分離した溶液中に集積され得る。例えば、第一鉄イオンは、通常は黄鉄鉱浸出において有用な介助になるが、濃度が約３０ｇ／Ｌを超えると、バクテリアの成育に阻害的となる。バイオ酸化工程を遅らせる他の金属類も、この溶液中に集積し得る。難処理性鉱石類中にしばしば見出されるそのような金属類には、砒素、アンチモニー、カドミウム、鉛、水銀、およびモリブデンが含まれる。その他の有害金属、バイオ酸化副生物、溶存塩および細菌的に産生された物質もまたバイオ酸化速度に対して阻害的であり得る。これらの阻害性物質が、分離された溶液中に充分なレベルまで集積すると、分離溶液の再使用は、バイオ酸化プロセスが進行する速度に有害となってくる。実際、充分量の阻害性物質が集積した分離溶液の継続リサイクルは、バイオ酸化プロセスを完全に停止してしまうだろう。
【００３２】
参照して本書の一部とする、１９９４年１０月２５日付でコールらによって出願された、出願番号０８／３２９００２の米国特許出願には、阻害性物質の集積を最小とする、バイオ浸出液オフ溶液（bioleachate off solution）の処理方法が教示されている。その結果では、バイオ浸出液オフ溶液をヒープの頂上へリサイクルしたとき、ヒープの内部でのバイオ酸化速度は遅くならないか、オフ溶液が処理を受けずにリサイクルされた場合よりは少ない割合で遅くなる。
【００３３】
上記方法は、ヒープバイオ酸化工程が進行する速度を改善したが、ヒープバイオ酸化は、撹拌バイオリアクターのようなミルバイオ酸化工程よりは、なお相当長時間を要する。しかも、上で指摘したように、低品位難処理性硫化物鉱石類では撹拌バイオリアクターは、初期資本コストおよび操業コストが高いために、利用し得る代替方法とはならない。
【００３４】
それ故、難処理性硫化物鉱石類を伴う貴金属をバイオ酸化するのに用い得る、そしてヒープ内での空気および流体流を改良した、ヒープバイオ浸出技術に対するニーズが存在する。加えて、金属硫化物の品位が低く、鉱石類や酸消費物質、例えば、炭酸カルシウムの濃度が高い鉱石類を処理できる、ヒープバイオ浸出プロセスに対するニーズも存在する。
【００３５】
難処理性硫化鉱物類の精鉱中に収蔵された貴金属類を分離するのに用い得るバイオ酸化プロセスにもニーズが存在する。近時、そのような精鉱を酸化するのに用いられているミル工程は、撹拌バイオリアクター中でのバイオ浸出、オートクレーブ中での圧力酸化、および、か焼を含むものである。これらのミル工程は、精鉱中の硫化鉱物類を比較的に速やかに酸化し、封入されていた貴金属類を分離するものである。しかしながら、精鉱中の金濃度が高くなければ、これらの工程に伴う資本出費あるいは高い操業費用を経済的に正当化しない。そして、ミルバイオ浸出工程が、当初の資本費用およびその操業費用の両方の意味で最も安価なミル工程であるが、それでもなお、精鉱トン当たり約１７ｇ未満の金しか含まない精鉱の処理に適したものではなく、典型的には、トン当たり約２.４ｇを超える濃度を有する鉱石であることを要する。それ故、難処理性硫化鉱物類を伴っている貴金属の精鉱を、撹拌バイオリアクターに匹敵する速度でバイオ酸化するのに使用でき、しかも、資本および操業費用はヒープバイオ浸出プロセスに匹敵する方法に対するニーズも存在する。
【００３６】
硫化鉱物類を伴う貴金属の精鉱の他にも、バイオ酸化プロセスを用いて処理され得る可能性のある多くの硫化鉱物類を含有する硫化物鉱石類がある。例えば、銅鉱石類の多くは、硫化銅鉱物類を含有する。他の例は、亜鉛鉱石類、ニッケル鉱石類、およびウラン鉱石類である。バイオ酸化には、これらの鉱石類の精鉱から銅、亜鉛、ニッケル、およびウランなどの金属（metal value）を溶解させるのに用い得る。溶解した金属（metal value）は、次いで、公知技術、例えば、溶媒抽出、鉄セメンテーション、および沈殿などを用いて回収され得る。しかしながら、硫化鉱石類から形成された硫化物精鉱の抜きん出た容量のために、撹拌バイオリアクターは禁止的に高価となり、標準のヒープ操作も、所望の金属（metal value）を回収するのに経済的に引き合うようになるまでには、明らかに長すぎる時間が必要となる。それ故、硫化鉱石類から生じた金属硫化鉱物類の精鉱をバイオ酸化し、金属（metal value）の溶解を起こさせ、引き続きバイオ浸出溶液から回収され得るための経済的工程に対するニーズも存在する。
【００３７】
それ故、難処理性硫化鉱石類から硫化物精鉱を、現存するヒープバイオ酸化プロセスより極めて速い速度で処理するのに使用し得て、しかも、当初の資本費用および操業費用が撹拌バイオリアクターのそれより少ない、バイオ酸化方法に対するニーズが存在するが、そのニーズは満足されないままである。さらに、金属硫化物型鉱石類の硫化物精鉱を経済的に処理するのに用い得るバイオ酸化方法に対するニーズも存在するが、このニーズも満足されないままである。
【発明の開示】
【００３８】
発明の概要
本発明は、非撹拌バイオリアクターにおける固形物質のバイオ処理に関する。そのために、本発明の第一の態様では、非撹拌表面バイオリアクターを用いて固形物質をバイオ処理し、不要化合物を除去する方法を提供する。この方法によると、多数の粗基質の表面を固形物質でコーティングして、多数のコーティング化粗基質を形成するようにバイオ処理する。次いで、リアクターの間隙空間体積は約２５％またはそれ以上となるように、ヒープ中に多数のコーティング化粗基質を積み重ねるか、またはタンク内へ多数のコーティング化粗基質を入れることにより、非撹拌表面リアクターを形成する。リアクターに、固形物質中の不要化合物を分解する能力のある微生物を接種してバイオリアクターとし、次いで、固形物質中の不要物質が所望濃度まで分解されるまでその固形物質を表面バイオリアクターにてバイオ処理する。バイオリアクターにおいて好適な間隙空間体積を保つために、粗基質は、好ましくは、約０.３cmより大きい粒子サイズを有するものであり、バイオ処理される固形物質は、好ましくは、約２５０μm未満の粒子サイズを有するものである。多数の粗基質に施す固形物質コーティングの厚さは、バイオ処理に使用される微生物とバイオ処理されている全ての固形物質との好適なアクセスを確保するために、好ましくは約１mm未満である。コーティングをより厚くすれば、バイオリアクター能力は増大するであろうが、使用した微生物とその下にある固形物質粒子とのアクセスが限定されるため、バイオ処理プロセスの進行速度は遅くなるであろう。微生物の好適なアクセスを確保しながら、バイオリアクター能力を最大限に使用するためには、固形物質コーティングの厚さは、約０.５mmより大きく、約１mm未満であるべきである。空気および流体とのアクセスを高めるために、バイオリアクターの間隙空間体積は、約３５％以上かまたはそれに等しく設定することができる。
【００３９】
様々な物質を粗基質として使用でき、これには岩石、砂利、溶岩、無機炭酸塩含有岩石、煉瓦、シンダーブロック、スラグ、およびプラスチックがある。
【００４０】
本発明の第一態様の方法は、汚染土のバイオ再生、石炭の脱硫、および難処理性硫化鉱石のバイオ酸化を含む多数の様々なバイオ処理法に有用である。バイオ再生応用の場合、不要化合物は、典型的には有機化合物である。石炭の脱硫および難処理性硫化鉱石のバイオ酸化応用の場合、不要化合物は、硫化鉱物である。
【００４１】
本発明の第二の態様では、非撹拌表面バイオリアクターを用いて、微細金属硫化物粒子からなる硫化鉱物精鉱をバイオ酸化して対象となる金属（metal value）を遊離させる方法を提供する。この方法は、金属硫化物粒子を、粗鉱石粒子、溶岩、砂利、または細菌のＣＯ２源として無機炭酸塩を含有する岩石などの多数の粗基質上にコーティングすることからなる。金属硫化物粒子を多数の基質上にコーティングまたは散布した後、ヒープ中へコーティング化基質を積み重ねるか、またはタンク内へコーティング化基質を入れることにより、非撹拌表面リアクターを形成する。次いで、多数のコーティング化基質表面上の金属硫化物粒子をバイオ酸化して、対象となる金属（metal value）を遊離させる。
【００４２】
採掘された特定の鉱石埋蔵量にもよるが、本発明に使用した硫化鉱物精鉱は、難処理性硫化鉱石を持つ貴金属由来の硫化物精鉱を含むこともあり、また、黄銅鉱、針ニッケル鉱または閃亜鉛鉱（spharlorite）などの卑金属硫化物型鉱石由来の硫化物精鉱を含むこともある。この相異点は、前者では、対象となる金属が硫化鉱物内に収蔵された貴金属であり、後者では、回収される金属が銅、ニッケルまたは亜鉛などの卑金属であり、硫化物精鉱中に金属硫化物として存在するということである。
【００４３】
本発明の第三の態様では、非撹拌表面バイオリアクターを用いて、貴金属含有難処理性硫化鉱石から貴金属（precious metal value）を回収する方法を提供する。本発明のこの態様による方法は、難処理性硫化鉱石から微細金属硫化物粒子からなる硫化鉱物精鉱を産出し、多数の粗基質の表面を金属硫化物粒子の精鉱でコーティングし、多数のコーティング化基質を用いてヒープを形成し、多数の基質表面にて金属硫化物粒子をバイオ酸化し、バイオ酸化した金属硫化物粒子を貴金属浸出剤と接触させることによって貴金属（precious metal value）をバイオ酸化金属硫化物粒子から溶解させ、さらに、貴金属（precious metal value）を浸出物から回収する工程を含む。
【００４４】
本発明の第四の態様によれば、非撹拌表面バイオリアクターを用いて、難処理性硫化物含有貴金属から貴金属（precious metal value）を回収する方法を提供する。本発明のこの態様による方法は、貴金属含有難処理性硫化鉱石から微細金属硫化物粒子からなる硫化鉱物精鉱を産出し、多数の粗基質の表面を金属硫化物粒子の精鉱でコーティングし、多数のコーティング化基質をタンク内に入れ、多数の粗基質表面にて金属硫化物粒子をバイオ酸化し、バイオ酸化した金属硫化物粒子を貴金属浸出剤と接触させることによって貴金属（precious metal value）をバイオ酸化金属硫化物粒子から溶解させ、さらに、貴金属（precious metal value）を浸出物から回収する工程を含む。
【００４５】
本発明の第五の態様によれば、非撹拌表面バイオリアクターを用いて、硫化鉱物鉱石から金属（metal value）を回収する方法を提供する。本発明のこの態様による方法は、無機硫化鉱石から、微細金属硫化粒子からなる硫化鉱物精鉱を産出し、多数の粗基質の表面を金属硫化物粒子の精鉱でコーティングし、ヒープ中に多数のコーティング化基質を積み重ねるかまたはタンク内に多数のコーティング化基質を入れることにより非撹拌表面リアクターを形成し、多数の粗基質表面にて金属硫化物粒子をバイオ酸化することによって、バイオ浸出液オフ溶液の製造および金属硫化物粒子の金属部分の分解を引き起こし、バイオ浸出液オフ溶液から所望の金属（metal value）を回収する、各工程を含む。本方法を用いて処理できる対象となる具体的な鉱石には、銅、亜鉛、ニッケル、モリブデン、およびウランの硫化鉱石がある。
【００４６】
本発明の第六の態様では、貴金属を持つ微細難処理性硫化鉱物粒子からなる精鉱から貴金属（precious metal value）を回収する方法を提供し、これは（a.）溶岩、砂利、無機炭酸塩からなる群から選択される粗支持物質のヒープの頂上に微細難処理性硫化鉱物からなる精鉱を配し；（b.）難処理性硫化鉱物の精鉱をバイオ酸化し；（c.）浸出剤を用いてバイオ酸化難処理性硫化鉱物から貴金属（precious metal value）を浸出し；さらに（d.）浸出物から貴金属（precious metal value）を回収する、各工程を含む。この方法の利点は、硫化鉱物バイオ酸化速度が従来のヒープバイオ浸出操作で観察されるよりも非常に速いことである。しかしながら、この高速度のバイオ酸化にもかかわらず、この開示方法にかかる最初の着手費用および操作費用は、ミル型のバイオ酸化方法にかかる費用よりも低いのである。
【００４７】
金は、本発明の本態様に従う方法を用いて回収される好ましい貴金属である。しかしながら、銀やプラチナを含むその他の貴金属も回収できる。溶岩は、広い表面積をもつため、特に、好ましい基質物質である。当業者ならば直ちに理解できるとおり、多数の浸出剤が本方法と共に使用できるが、チオ尿素およびシアニドが好ましく、シアニドは特に好ましい浸出剤である。
【００４８】
本発明の第七の態様では、硫化鉱石から金属（metal value）を回収する方法を提供し、これは（a.）ファイン金属硫化物粒子からなる硫化鉱物精鉱を形成し；（b.）溶岩、砂利、無機炭酸塩含有荒岩、煉瓦、シンダーブロック、スラグからなる群から選択される粗支持物質のヒープの頂上に精鉱を配し；（c.）精鉱をバイオ酸化し；さらに（d.）金属硫化鉱物を酸化するのに使用した溶液から金属（metal value）を回収することからなる。本発明に従う方法を用いて処理できる硫化鉱石を例示すると、黄銅鉱、閃亜鉛鉱、ニッケル硫化鉱石、およびウラン硫化鉱石がある。この方法はバイオリアクター用支持物質のヒープを用いることから、その着手費用および操作費用は、ミルバイオ浸出操作の場合よりも低い。しかしながら、ヒープ内での空気流が良好なため、硫化鉱物のバイオ酸化速度は非常に速く、ミル型操作で見られる速度にほぼ等しいことができる。精鉱が得られる硫化鉱石にもよるが、本発明の本態様による方法から回収できる金属（metal value）には、銅、亜鉛、ニッケルおよびウランがある。本方法に使用した支持物質は、好ましくは、その表面積が広いため溶岩である。
【００４９】
上記およびその他の目的、特徴、および利点は、下記の好ましい実施態様の説明から当業者には明らかになるであろう。
【００５０】
図面の簡単な説明
図１は、本発明の一実施態様に従う方法のフローチャートを略図例示するものであり；
図２は、本発明に従い、金属硫化物粒子の精鉱でコーティングされた難処理性硫化鉱石基質の横断図であり；
図３は、本発明のその他の実施態様に従う方法のフローチャートを略図例示するものであり；
図４は、本発明の更に別の実施態様に従う方法のフローチャートを略図例示するものであり；
図５は、本発明の更に別の実施態様に従う方法のフローチャートを略図例示するものであり；
図６は、鉱石全体についての鉄酸化パーセント対時間を本発明に従う方法と比較したものを示すグラフであり；
図７は、鉱石全体の日平均バイオ酸化速度を本発明に従う方法の場合と比較したグラフであり；
図８は、本発明に従うその他の方法でのバイオ酸化パーセントを例示するグラフであり；
図９は、図８に対応する方法での日平均バイオ酸化速度を例示するグラフであり；
図１０は、荒岩支持体上にコーティングした黄鉄鉱精鉱および高濃度の無機炭酸塩含有難処理性硫化鉱石支持体上にコーティングした同じ黄鉄鉱精鉱について、バイオ酸化パーセントを時間の関数として示すグラフであり；
図１１は、本発明の実施態様に従う方法対撹拌タンク型の方法の、溶岩ヒープの頂上に配した精鉱についてのバイオ酸化速度を示すグラフである。
【００５１】
発明の詳細な説明
本発明の第一の実施態様は、不要化合物を除去するために固形物質を非撹拌表面バイオリアクターにてバイオ処理することを記載している。第一の実施態様によれば、約０.３cmより大きい粒子サイズを有する多数の粗基質の表面をバイオ処理する固形物質でコーティングし、多数のコーティング化粗基質を形成する。バイオ処理する固形物質は、粗基質上に適切に均質のコーティングを形成するために約２５０μm未満の粒子サイズを有するものである。次いで、ヒープ中へ多数のコーティング化粗基質を積み重ねるか、またはタンク内に多数のコーティング化粗基質を入れることにより、リアクターの間隙空間体積が約２５％またはそれ以上の非撹拌表面リアクターを形成する。リアクターに固形物質中の不要化合物を分解する能力のある微生物を接種し、次いで、固形物質中の不要化合物が所望濃度まで分解されるまで固形物質を表面バイオリアクターにてバイオ処理する。
【００５２】
バイオ処理方法は、二、三挙げると、汚染土の再生、石炭の脱硫、および難処理性硫化鉱石のバイオ酸化に使用できる。再生応用の場合、固形物質は、典型的には土であり、不要化合物は土中の有機化合物である。従って、本発明は、多くの現存するスーパーファンド部位（existing superfund sites）での応用を有する。本発明を用いて土から除去できる有機汚染物質の一部を挙げると、廃棄油、グリース、ジェット燃料、ディーゼル燃料、粗製油、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、ポリ芳香族炭化水素類（ＰＡＨ）、多核芳香族類（ＰＮＡs）、ペンタクロロフェノール（ＰＣＰ）、ポリ塩素化ビフェニル類(ＰＣＢs)、クレオソート、農薬類、２,４,６−トリニトロトルエン（ＴＮＴ）、ヘキサヒドロ−１,３,５−トリニトロ−１,３,５−トリアジン（ＲＤＸ）、オクタヒドロ−１,３,５,７−テトラニトロ−１,３,５,７−テトラゾシン（ＨＭＸ）、Ｎ−メチル−Ｎ−２,４,６−テトラニトロアニリン、およびニトロセルロース（ＮＣ）がある。
【００５３】
他方、本発明を用いて石炭を脱硫するならば、固形物質は、石炭粒子からなるものであり、不要化合物は、石炭粒子内に含まれている硫化鉱物粒子である。難処理性硫化鉱石のバイオ酸化応用の場合、固形物質は、典型的には、粉砕させた鉱石または鉱石から産出した硫化精鉱であり、不要化合物は、鉱石または精鉱内の金属硫化物粒子である。
【００５４】
ある例では、浮遊選鉱により、またはバイオ処理する固形物質のフラクションをより低重量のフラクション内に凝集させる他の手段により精鉱を形成するのが有利な場合もある。例えば、多量の不要金属硫化物または毒素を含有しているような場合、この精鉱の方が物質全体よりも一層費用効率良く処理できる。
【００５５】
当業者ならば、上記および続く説明から認識できるであろうが、本発明の方法は、微生物または微生物が産生する酵素によりバイオ分解およびバイオ酸化を受け易いあらゆる固形物質をバイオ処理するのに使用できるという広範囲の応用性を有する。
【００５６】
粗基質の目的は、バイオ処理プロセス中にバイオ処理する固形物質が所在できる相対的に広い表面積を有する支持体を提供することである。それ故に、多数のコーティング化粗基質をヒープ中へ積み重ねるか、またはタンク内に入れると、リアクター空間１立法メートル当たり非常に広い活性表面積を有する非撹拌表面リアクターが形成される。リアクター空間１立法メートル当たりのリアクターの正確な表面積は、採用する粗基質の粒子サイズによって変わるが、リアクター１立法メートル当たり少なくとも１００平方メートルであるべきであり、典型的には、リアクター空間１立法メートル当たり５００平方メートルまたはそれ以上であろう。更に、約０.３cmより大きい粒子サイズを有する粗基質を用い、バイオ処理する固形物質の粒子サイズを約２５０μm未満に制限することにより、リアクターは、バイオ処理プロセス中、空気および栄養素をリアクターのあらゆる部分にアクセスさせるのに適した間隙空間体積を確保するであろう。この点で、リアクターの間隙空間体積は少なくとも約２５％であるべきである。このような間隙空間体積もまた、ヒープ内での適切な熱放散を確保するものである。空気および液体のアクセスおよび熱放散を高めるためには、バイオリアクターの間隙空間体積を約３５％またはそれ以上に設定すればよい。これにより、バイオ処理プロセス進行速度が大きく向上する。
【００５７】
より大きい粗基質を使用すれば、リアクター中の間隙空間体積が増大し、従って、熱放散に加えて、リアクター全体への空気および栄養素のアクセスが向上するが、より大きい基質の使用は、バイオリアクターの積載能力を下げる。間隙空間体積の確保と適切なリアクター能力の確保との間にうまく折り合いを付けるには、約０.６cmより大きく約２.５４cm未満の名目粒子サイズ（nominal particle size）を有する粗基質を用いればよい。
【００５８】
粗基質として、岩石、砂利、溶岩、無機炭酸塩含有荒岩、煉瓦、シンダーブロック、スラグ、およびプラスチックを含む、様々な物質が使用できる。溶岩は、粗く、不均質な表面であり、よって、所定の粒子サイズ基質に対するその表面積が大きく、さらに、それに塗布する固形物質のコーティング精度が向上するため、特に好ましい。きめの粗い無機炭酸塩含有荒岩は、バイオ処理プロセスが酸性であるならば、酸が無機炭酸塩と反応して、代謝合成実施のための炭素源として独立栄養性微生物が使用し得る二酸化炭素の放出をゆっくりと引き起こすため、有利である。従って、二酸化炭素生成を使用して、リアクター内の微生物生育を促進できる。難処理性硫化鉱石または硫化精鉱がバイオ酸化されて、その中の硫化鉱物含量が低下している場合、粗鉱石粒子を粗基質として使用できる。同様に、この方法を石炭の脱硫に使用するならば、粗石炭粒子を粗基質として使用できる。両方の場合で、その基質は、その表面で実施されるバイオ酸化プロセスにとって有利であり得る。
【００５９】
粗基質を約０.３cmより大きい粒子サイズを有するものとして定義したが、粗基質物質の中には、実際それよりも小さいものもあることが認識および意図されている。当業者ならば、より大きい物質を所望のサイズ範囲まで砕くことにより粗基質を製造すれば、砕いた物質がある種のサイズ分布を有することは理解されるであろう。更に、物質を篩にかけて約０.３cm未満の物質を排除したとしても、篩プロセスに特有の非能率性や操作中の粒子摩擦により、目標最小の０.３cm未満の粒子サイズを有する物質は、依然、粗基質中に存在するであろう。そのため、約０.３cm超を基準として、リアクターの間隙空間体積がリアクター形成中およびその操作を通して、少なくとも約２５％を越えた状態であるために、実際的には全ての粗基質がこのサイズを越えることを意図する。好ましくは、０.３cmカットオフ（下限）を下回る粗基質の量は、５重量％未満である。
【００６０】
一般に、バイオ処理する固形物質は、その固形物質でコーティングする粗基質よりも非常に小さくするべきである。この物質は、不要化合物を一般的に撹拌タンクプロセスよりも長いが物質全体のヒーププロセスよりは短い時間でバイオ酸化またはバイオ分解できるように、バイオ処理に採用した微生物が物質全てにアクセス可能となるように十分に小さいサイズまで粉砕すべきである。この時間は、その不要化合物およびそのバイオ分解またはバイオ酸化速度によって変わるが、一般に、１４日から９０日の間である。
【００６１】
最大固形物質粒子サイズは、その固形物質がコーティング処理中、集塊を形成するのではなく、粗基質上で相対的に均質なコーティングを形成するように、約２５０μmに設定してある。更に、２５０μmより大きい粒子は、結合剤を使用しなければ粗基質表面にうまく接着できない。
【００６２】
コーティングプロセス中、粗基質上に相対的に均質な微粒子コーティングを形成することが望ましく、なぜなら、そうすることによって、コーティング精度およびバイオリアクターに添加される活性微生物に暴露される固形物質の表面積を最大にするからである。固形物質の集塊がコーティングプロセス中に形成されると、集塊内部にある固形物質の粒子は微生物作用から保護されるので、それらが受ける生物学的処理量は低減するかまたは存在しないことになる。更に、集塊は、コーティング化基質ほど構造的に堅固ではなく、リアクターを形成するのに使用される積み重ねプロセス中、またはバイオ処理中にばらばらに破壊されるようであり、これは、リアクター内での、生物学的処理からリアクターの各部分を覆い隠す遮断物の形成を導く可能性がある。
【００６３】
典型的には、バイオ処理する固形物質の粒子サイズが小さくなるにつれて、バイオ処理プロセスは、より迅速に進行し、かつより多くの固形物質を粗基質上に載せることができる。また、粒子サイズが小さければ小さいほど、粗基質表面へうまく貼り付く（stick）傾向にある。処理する固形物質の粒子サイズが約２５μm未満であれば、処理中、過度の粉塵問題が生じることもあり、また、コーティングプロセス中に凝集が起こってしまうこともある。
【００６４】
好ましくは、処理する固形物質の粒子サイズは、約７５μmより大きく、および１０６μm未満の名目粒子サイズ（nominal particle size）を有する。このサイズ範囲の粒子は、粗基質に良好に接着し、その増進的改良点は、より微小な粒子サイズでのバイオ処理プロセス速度で到達できるものであり、それらの製造費用に粉砕費用を加えても構わないほど適している。
【００６５】
コーティング化基質は、回転ドラムに適切な量で粗基質および固形物質を添加することにより製造できる。好ましくは、粗基質は、乾燥しており、固形物質は、高パルプ密度スラリー（high pulp density slurry）の状態であって、そのスラリーが粗基質をコーティングするようにして固形物質が粗基質に貼り付く。あるいは、回転ドラムに添加する場合は、粗基質と固形物質の両方が乾燥していてもよく、水をドラム内に噴霧して、粗基質への固形物質の接着を促進する。コーティング基質を形成する場合、固形物質の水分含量を５ないし３０重量％の範囲内に維持して、固形物質と粗基質との適切な接着を促進するのが望ましい。
【００６６】
当業者は、その他多くの技術もまた粗基質をコーティングするのに使用できることを理解するであろう。例えば、バイオ処理する固形物質は、多数の粗基質が積み重なってリアクターを形成しているので、粗基質上に高パルプ密度スラリー形態で噴霧することができる。
【００６７】
バイオ処理する固形物質をスラリーとして適用する場合、バイオ処理プロセスを最適化するように物質を調整できる。例えば、ｐＨは、不要化合物を破壊するのに使用される微生物の最適ｐＨ範囲に調整できる。栄養素、改良剤、または接種物が必要な場合は、それらもまたこの時点で添加できる。ある場合では、固形物質の粒子を粗基質に適用する前にタンク内でバイオプロセスを開始するのが有利なこともある。
【００６８】
コーティング化粗基質の精度は、コーティング化基質表面上の固形物質粒子をバイオ処理している最中に、多数の遮断物がリアクターの流路に形成するのを妨げる程度に十分であるべきである。このような遮断物は、酸素流およびバイオリアクター内の微生物移動を低下させ、それによって、バイオ処理プロセス速度を低下させる。もちろん、粗基質が固形物質の粒子サイズに相関して大きくなればなるほど、固形物質が粗基質間の隙間よりも非常に小さくなるため、そのような遮断物の形成は低くなるようである。コーティング化基質の精度は、また、バイオ処理プロセス中に過剰量の固形物質がバイオリアクターから洗浄されるのを妨げる程度に十分であるべきである。
【００６９】
殆どの場合で、水の表面張力が粗基質表面に対して固形物質粒子を支えるべきであるが、固形物質粒子が過剰濃度でバイオリアクターから洗浄されること、または遮断物がコーティングの分解によりバイオリアクター内に形成することが分かっているならば、結合剤を用いてコーティング精度を改善することができる。しかしながら、結合剤は、バイオ処理する固形物質の一部へのバイオ処理微生物のアクセスと抵触することもあるので、所望の終了点に到達するためにはバイオ処理プロセスに必要な時間が増加する。
【００７０】
多数の粗基質上の固形物質コーティング厚は、バイオ処理に使用する微生物がバイオ処理する固形物質全体に適切にアクセスできることを確保するために好ましくは約１mm未満である。コーティングをより厚くすれば、バイオリアクターの能力は増加するが、バイオ処理プロセス進行速度は、使用する微生物の、その下にある固形物質粒子へのアクセスが限定されるため、遅くなるであろう。適切な微生物アクセスを確保しながらバイオリアクターの能力を最大限に利用するには、固形物質コーティング厚は、約０.５mmより大きく、かつ約１mm未満であるべきである。岩石または煉瓦基質を用いる場合は、およそ１０ないし３０重量％の固形物質を積載すると言える。
【００７１】
非撹拌表面リアクターは、ヒープ内またはタンク内に多数のコーティング化基質を積み重ねることにより形成される。コンベヤー積重は、リアクター内でコーティング化基質の圧密作用を最小化するものである。しかしながら、その他の積重手段も採用できる。
【００７２】
好ましくは、多数のコーティング化基質を積み重ねて非撹拌表面リアクターを形成しながら、またはリアクターの形成後直ちに、リアクターにバイオ処理プロセスに使用される微生物を接種する。あるいは、バイオ処理プロセスに採用した微生物が特定ｐＨ範囲で最大に機能するならば、接種前にリアクターのｐＨを当分野で知られているようにして調整できる。
【００７３】
本バイオ処理プロセスに有用な微生物は、実在のバイオ分解およびバイオ酸化プロセスにおいて特定の不要化合物を分解するのに従来的に使用されてきた微生物と同じものである。例えば、チオバシラス・フェロオキシダンス、レプトスピリラム・フェロオキシダンス、およびスルホロブスなどの好酸性の独立栄養性細菌が、石炭脱硫または難処理性硫化鉱石バイオ酸化応用において硫化鉱物をバイオ酸化するのに使用できる。これらの応用に有用なその他の細菌も、十分に当該分野の範囲内である。同様に、土再生応用についても、採用すべき微生物は、コンポスティング（堆肥形成）、土地耕作、スラリーバイオ分解、およびヒープパイルバイオ再生などの本バイオ再生プロセスに現在採用されている微生物と同じものである。当業者ならば、本発明の方法を用いて固形物質から除去し得る様々な不要化合物にどの微生物が応用可能であるか容易に決定できるであろう。
【００７４】
一旦、リアクターに適切な微生物を接種したら、リアクター内のｐＨ、温度、栄養素供給、水分含量などの条件は、バイオ処理中、微生物の生育を可能最大限まで促進するために監視および維持すべきである。微生物はリアクター中で生育するので、そのリアクターを、ヒープバイオ浸出、堆肥形成、および土地耕作などの伝統的な静置回分式バイオ処理プロセスよりずっと短い時間かつより大きい程度まで不要化合物をバイオ分解またはバイオ酸化する非常に広い表面積を有するバイオリアクターに移す。
【００７５】
また、このリアクターに、当分野でよく知られているように、空気を吹き込んだり引き出すことができる穴開き空気パイプを設けることもできる。空気をリアクターを通して吹き込むのか、または引き出すのかは、リアクター内で起こっている特定のバイオプロセスによって変わるが、このような選択もまた当分野の範囲内である。
【００７６】
バイオ処理プロセスは、固形物質中の不要化合物が所望濃度まで分解されるまで、進行させるべきである。土再生応用の場合、これは、典型的には、特定の汚染物質の許容レベルを規定する統治規制によって指図される。石炭脱硫応用の場合、石炭内に残ってもよい残存硫黄量は、かなりの程度、環境規制に依存しており、なぜならば、硫黄を含む石炭が燃焼すると副産物として二酸化硫黄を生成するからである。そのため、石炭内に残存可能な硫黄量は、石炭燃焼時に環境規制を犯す量よりも少なくなければならない。もちろん、これは、ある程度、バイオ処理した石炭を利用する石炭燃焼プラントで採用されている設備によって変わる。難処理性硫化鉱石または精鉱のバイオ酸化に関しては、鉱石中に残ってもよい硫化鉱物の量は、鉱石または精鉱からの所望の金属（metal value）の経済的実収率を達成するためにバイオ酸化しなければならない量によって指図されるものである。
【００７７】
不要化合物を所望濃度まで低下させた後、バイオリアクターを破壊して、バイオ処理した固形物質を粗基質から分離できる。バイオ処理した固形物質の分離後、粗基質は再利用できる。バイオ処理プロセスにおいて１回またはそれ以上使用すると、バイオ処理プロセスに使用した微生物の薄膜が基質上に発生する。このバイオ薄膜は、処理している固形物質中に存在するあらゆる毒性または阻害性物質に適合できるという利点を有する。従って、粗基質上にできたバイオ薄膜を死滅させない、または完全に除去しないような方法でバイオ処理固形物質を除去するのが最適である。このバイオ薄膜は、また、粗基質に塗布する次の固形物質のコーティングに接種するための有効な方法である。結果的に、何度もこのプロセスに付した後の微生物を適合させることにより、微生物が処理している固形物質中の不要化合物をバイオ分解またはバイオ酸化する速度も上昇するであろう。
【００７８】
本発明は、難処理性硫化鉱石の処理に採用できる可能な限り多くの実施態様と併せて更に詳細に記載している。
【００７９】
本発明の第二の実施態様は、図１および図２に関して説明する。図１は、貴金属を含有する硫化鉱石から貴金属（precious metal value）を遊離および回収するための処理フローチャートを例示説明するものである。図１に例示説明したプロセスを説明すると、本実施態様に使用した硫化鉱物精鉱２２は、金含有難処理性硫化鉱石から産出される。従って、本実施態様で回収される貴金属は金ということである。しかしながら、当業者ならば理解するとおり、プラチナおよび銀などのその他の貴金属もまた、図１に例示説明したプロセスを用いて難処理性硫化鉱石から遊離および回収できる。硫化鉱物精鉱２２を産出するのに使用した難処理性硫化鉱石本体が１種以上の貴金属を含有するならば、貴金属の組み合わせもまた、本実施態様のプロセスを用いて回収できる。
【００８０】
図１に示したプロセスフローチャートによれば、多数の基質２０と硫化鉱物精鉱２２を回転ドラム２４に添加する。好ましくは、回転ドラム２４に添加するときに基質２０と精鉱２２との間の接着力を向上するために、硫化鉱物精鉱２２は、スラリー形態であり、多数の基質２０は乾燥している。所望により、ポリマー結合剤を回転ドラム２４に加えてもよいが、必須ではない。回転ドラム２４が回転すると、ドラム２４に添加した基質２０は、湿った硫化鉱物精鉱２２でコーティングされてコーティング化基質３９を形成する。次いで、コーティング化基質３９を積み重ねて、静置ヒープ２６を形成する。
【００８１】
コーティング処理に精鉱スラリーを用いることにより、精鉱をその産出後に乾燥させる必要性および費用が排除される。しかしながら、精鉱２２および多数の基質２０は、その混合物をドラム２４に添加した後、水または、好ましくは第二鉄イオンを含有する水性酸溶液を噴霧して精鉱を基質に貼り付ける場合は、乾燥状態で回転ドラム２４に添加することもできる。精鉱と基質表面を結合させるために第二鉄イオンを含有する水性酸溶液を用いる利点は、それが硫化鉱物精鉱を化学的に酸化し始めるということである。バイオ酸化用に調製中のコーティング化基質３９のｐＨを下げるためにも、それは酸性である。このような酸性溶液を用いる不利点は、コーティング化基質３９を形成するために使用する設備を酸耐性であるように設計しなければならないため、設備費用が増大するということである。
【００８２】
硫化鉱物精鉱２２は、微細に散在した金や、あるいはその中に収蔵されたその他の貴金属（precious metal value）を有する多数の微細金属硫化物粒子４０からなる。硫化鉱物精鉱２２は、また典型的には、精鉱２２が得られた難処理性硫化鉱石由来の砂またはその他の脈石物質４２の微細粒子を含有する。結果として、図２に例示説明したように、各コーティング化基質３９を金属硫化物粒子４０および微粉４２でコーティングする。
【００８３】
コーティング化基質３９の精度は、コーティング化基質３９の表面上の金属硫化物粒子４０をバイオ酸化しながら、ヒープ２６内の流路に多数の遮断物が形成するのを妨げるに十分であるべこのきである。このような遮断物は、酸素流およびヒープ内での細菌移動を低下させることによりバイオ酸化速度を低減させる。
【００８４】
金属硫化物粒子４０は疎水性であるため、ポリマー凝集補助剤などの結合剤を使用せずとも乾燥基質２０に貼り付く傾向にある。しかしながら、これは、金属硫化物粒子４０が適切なサイズであるという仮定のもとである。従って、これは後の図５に例示した実施態様について説明しているが、もし、精鉱２２が適切な濃度の金属硫化物粒子４０を含有するならば、精鉱２２は、結合剤を使わずとも、ヒープ２６上に積み重ねるか、またはタンク４５内に入れながらコーティング化基質３９を取り扱うことができる程度に十分にコーティング化基質３９に接着された状態であろう。更に、コーティング化基質３９は、バイオ酸化プロセスの間中、その精度を保持すべきである。従って、結合剤を使用せずにコーティング化基質３９を形成する場合は、適切な濃度の金属硫化物粒子および好適な粒子サイズを有する硫化鉱物精鉱を使用することが重要である。
【００８５】
ポリマー結合剤は、使用してもよく、またおそらく、コーティング化基質３９の精度を向上するであろうが、かかる薬剤を使用すると、そのプロセスの操作費用が増大する。
【００８６】
非常に高濃度の金属硫化物粒子４０を有する硫化鉱物精鉱２２の使用に対して、少なくとも２つの要因が作用する。第１に、精鉱２２の産出費用は、典型的に、金属硫化物粒子のその濃度に比例する。そのため、精鉱２２中の金属硫化物粒子４０の濃度が増大するにつれて、精鉱２２の産出費用も同様に増大する。非常に高品位の精鉱２２を産出するのに付加される費用は、金属硫化物積載またはコーティング化基質３９の精度の増進的改善によっても相殺することはできない。第２に、精鉱の品位が高まるにつれて、難処理性硫化鉱石のテイルフラクションと共に残る金属硫化物粒子４０の量は増加する。これらの金属硫化物粒子は、収蔵貴金属（precious metal value）を含有するため、鉱石テイル中に残るあらゆる金属硫化物粒子４０は、このプロセスの全回収速度を下げるであろう。
【００８７】
上記要因を考慮して、硫化鉱物精鉱２２は、バイオ酸化中の適切な操作特性および精度を確保するために金属硫化物を少なくとも２０重量％含有すべきである。しかしながら、好ましくは、精鉱は、金属硫化物を少なくとも約４０重量％、より好ましくは、少なくとも約７０重量％含有する。典型的には、精鉱２２は約４０から８０重量％の間の金属硫化物を含有する。
【００８８】
一般に、硫化鉱物精鉱２０の粒子サイズが減少するにつれて、バイオ酸化プロセスはより迅速に進行する。また粒子サイズが小さくすると、精鉱品位の向上をもたらす。これは、典型的には、鉱石の粒子サイズが減少するにつれて、大量の脈石物質から金属硫化物粒子４０を分離するのがより容易になるからである。従って、硫化鉱物精鉱２２は、好ましくは、約２５０μm未満の粒子サイズを有する。２５０μmより大きい粒子は、結合剤を使用しないと基質２０にうまく接着できない。更に、精鉱２２が産出される難処理性硫化鉱石を少なくとも１００％通過する（passing）２５０μmに粉砕しなければ、選鉱中に大量の脈石物質から金属硫化物粒子４０をうまく分離するのは困難である。浮遊選鉱を用いて精鉱２２を形成する場合は、２５０μmより大きい粒子はうまく浮かないため、このことは特に真正である。一方、精鉱２２の粒子サイズが約３８μm未満ないし２５μmである場合、精鉱粒子は、コーティングプロセス中、コーティング化基質３９上に相対的に均質なコーティングを形成するよりもむしろ、互いに凝集する傾向がある。これらの精鉱の凝集は、バイオ酸化中の空気流および細菌移動を遮断し、それによって、ヒープ中のバイオ酸化速度が低下する。
【００８９】
好ましくは、精鉱２２の粒子サイズは、約１００％通過する１０６μmないし７５μmである。このサイズ範囲の粒子は、基質２０に良好に接着し、その増進的改良点は、より微小な粒子サイズでのバイオ酸化速度および精鉱品位で到達できるものであり、それらの製造費用に粉砕費用を加えても構わないほど適している。
【００９０】
硫化鉱物精鉱２２は、当分野でよく知られている技術を用いて採掘されるあらゆる貴金属含有難処理性硫化鉱石本体から産出でき、従って、ここに詳細に説明する必要はない。しかしながら、精鉱２２の産出は、典型的には、難処理性硫化鉱石の適切な粒子サイズへの破砕および粉砕、続いて、１回以上の重力分離、または１回以上の硫化物浮遊選鉱を含む。
【００９１】
潜在的な難処理性硫化鉱石本体の幾つかは、既に、更に精鉱する必要がないほど充分な品位である場合がある。これらのタイプの鉱石を処理する場合、硫化鉱物精鉱は、バイオ酸化容易で、かつ所望の粒子サイズにするために更に細分可能な場所に移すだけでよい。
【００９２】
金濃度については、本実施態様の方法は、たとえ精鉱２２がわずか５gＡu／精鉱トン（または、その他の貴金属（precious metal value）の等価な経済的バリュー）を含有するとしても、経済的に実施できる。このコース数は、かなりの程度、精鉱２２の産出費用および金の普及値に基づいて変わるものである。しかしながら、当業者ならば、従来的なオートクレーブ処理または撹拌タンクバイオリアクターではこのような低濃度の金を有する硫化鉱物精鉱を経済的に処理することはできないことを認識するであろう。
【００９３】
多くの様々な物質が基質２０として使用できる。好ましい基質には、粗難処理性硫化鉱石粒子、熔岩石、砂利、および無機炭酸塩成分含有荒岩がある。基質２０は、また、プラスチックボール、リサイクルしたスタイロフォーム（styrofoam）、粉砕タイヤなどの人工物質であってもよい。基質２０の目的は、バイオ酸化プロセス中に、精鉱２２が所在できる相対的に広い表面積を持った支持体を提供することである。各基質２０の表面積は、バイオ酸化中、実質的に、小表面バイオリアクターとして作用する。そのため、多数のコーティング化基質３９をバイオ酸化用のヒープ２６内に積み重ね、非常に広い総表面積を有する非撹拌表面バイオリアクターを作る。
【００９４】
バイオリアクターまたはヒープ２６の総表面積は、基質２０の粒子サイズを下げ、粗い、不均質な表面形態を有する基質を用い、および／またはヒープ２６上に積み重ねたコーティング化基質３９の数を増加することにより、増加させることができる。ヒープ２６内の基質２０の総表面積を増加させる利点は、基質２０上に載せることができる精鉱２２の量が比例して増加することであり、そうすることによって、特定のヒープ２６にてバイオ酸化され得る精鉱２２の量が増加する。
【００９５】
基質２０に好ましい粒子サイズ範囲は、篩またはその他の適切な方法で約０．３ｃｍ未満の粒子が除去された、名目（nominal）上、約＋０．６２ｃｍから約−２．５ｃｍである。しかしながら、およそ＋６００μmより下の粒子サイズを有する基質２０を用いてもよい。より小さい基質粒子サイズでは積載増加が達成されるのに対し、より大きい粒子サイズでは、空気流、流体流、および熱放散の増大が達成される。名目（nominal）＋０.６２ないし−２.５cmサイズ範囲は、精鉱積載と、適切な空気流、流体流、および熱放散の確保とをうまく折り合いつけるものである。
【００９６】
基質２０には、コーティングプロセス中に、プロセス処理量を最大にするのに可能なだけの精鉱２２を載せる。基質２０上に載せることができる精鉱２２の量は、粒子サイズおよび基質２０の表面形態によって変わる。そのため、粗基質２０および硫化鉱物精鉱２２は、硫化鉱物精鉱粒子の集塊形成を最小限に抑えながら、各基質３９上に載せた硫化鉱物精鉱２２の量を最大にするのに十分な量で回転ドラム２４に加えるべきである。硫化鉱物精鉱２２粒子の凝集または集塊は、上記のように、精鉱の粒子サイズがあまりにも微細な場合や、過剰量の精鉱をドラム２４に添加した場合に形成されることがある。精鉱粒子の集塊形成を回避しながら、同時に基質２０の適切な積載を確保するには、好ましくはおよそ１０ないし３０重量％の精鉱を回転ドラム２４に加え、そうすれば、およそ１０ないし３０重量％の精鉱２２がコーティング化基質３９上に載るであろう。
【００９７】
コーティング化基質３９を形成する場合、精鉱２２の水分含量を５ないし３０重量％の範囲内に維持するのが望ましい。精鉱の水分含量が５重量％より低い場合、精鉱は基質に適当に接着せず、水分含量が４０重量％を越える場合、精鉱スラリーは、あまりにも薄いため基質上に十分な厚さのコーティングを形成できない。このことは、基質２０に接着する精鉱の量を制限するものである。
【００９８】
その他のヒープ建造手段を用いることもできるが、コンベアー積重（conveyor stacking）が好ましい。コンベアー積重は、ヒープ内のコーティング化基質の圧密作用を最小にする。ブルドーザーによるエンドダンピング(end dumping)またはトップダンピング（top dumping）などのその他の積み重ね手段は、高い圧密作用およびコーティング化基質の分解のため、ヒープ内に流体流の低い領域を生じてしまう。
【００９９】
所望ならば、ヒープ２６に空気供給源（図示せず）につないだ穴開きパイプ２７を設けて、ヒープ内の空気流を増大させることができる。ヒープ２６内の空気流が増大すると、バイオ酸化速度が増大し、熱がヒープから放散する速度が向上する。更に、コーティング化基質３９の間の空気流路および流体流路が大きいため、穴開きパイプ２７につなげた空気供給源は、より高価なコンプレッサーよりもむしろ安価な送風機であることができる。
【０１００】
好ましくは、ヒープ２６に、コーティング化基質３９をヒープ２６上に積み重ねながら、またはヒープ２６形成後、またはヒープ２６のｐＨを２.５未満に下げた後、直ちに、金属硫化物粒子４０をバイオ酸化する能力のある細菌を接種する。下記の細菌は、本発明の実施に使用できる：
チオバシラス・フェロオキシダンス；チオバシラス・チオオキシダンス；チオバシラス・オルガノパルス；チオバシラス・アシドフィルス；レプトスピリラム・フェロオキシダンス；スルホバシラス・サーモスルフィドオキシダンス；スルホロブス・アシドカルダリウス；スルホロブス・ＢＣ；スルホロブス・ソルファタリクス、およびアシディアヌス・ブリエルレイ、など。
【０１０１】
これらの細菌は、全て、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション、または同様のカルチャー・コレクションから入手できる。上記細菌の１またはそれ以上および特定の細菌が本方法に使用するために選択されるかどうかは、鉱石の種類およびバイオ酸化最中のヒープ２６の予測温度などの要因によって変わる。しかしながら、これらの選択基準は、当分野の範囲内であり、ここに詳細に説明する必要はない。バイオ酸化するのに最も普通かつ好ましい細菌は、チオバシラス・フェロオキシダンスである。
【０１０２】
コーティング化基質３９の表面上にコーティングした金属硫化物粒子４０のバイオ酸化中、更に接種物および微生物栄養素溶液をスプリンクラー系２８により供給することができる。これらのバイオ浸出液保持溶液の添加は、典型的には、バイオ酸化プロセスの進行を監視するのに使用されるある種の性能指標に応答して為される。
【０１０３】
バイオ酸化速度は、バイオ酸化プロセス中、好ましくは、ヒ素、鉄、または硫黄の可溶化速度またはそれから計算できる硫化物の酸化速度などの選択した性能指標に基づき監視する。使用できるその他のバイオ酸化性能指標には、ｐＨ測定、滴定可能酸性度、および溶解Ｅhがある。
【０１０４】
好ましくは、ヒープ中に浸透するバイオ浸出液オフ溶液（bioleachate off solution）をドレイン２９に集め、ヒープ２６の頂点へリサイクルする。これにより、バイオ酸化プロセスに必要な新鮮な水の量を最小にする。さらに、バイオ浸出液オフ溶液が酸性であり、高濃度の第二鉄イオンを含有することから、ヒープ２６頂点へのその再施用はバイオ酸化プロセスにとって有利である。しかしながら、バイオ酸化プロセスの初期にできる流出物溶液もまた、微生物阻害を導く成分を含む顕著な濃度の塩基および重金属を含有している。阻害性物質がバイオ浸出液オフ溶液中で増えると、バイオ酸化プロセスは、遅延する。実際、処理せずにオフ溶液のリサイクルを続けると、バイオ酸化プロセスを全く停止させてしまうほどの阻害性物質の増加を導くことがある。
【０１０５】
阻害性物質の増加と、バイオ酸化プロセスへのその影響を最小限に抑えるために、オフ溶液を、その濃度が過剰になれば、阻害性物質を除去するためにリサイクルする前に、酸巡回域３０にて処理できる。リサイクル前にバイオ浸出液オフ溶液を調節する１つの方法は、そのｐＨを５より高くに上げ、形成されるあらゆる沈殿物を除去し、次いで、そのｐＨをオフ溶液の未処理部分またはその他の酸溶液を用いてバイオ酸化に適したｐＨまで下げることを含む。このような調節方法は、出典明示により本明細書の一部とする、Kohr等により１９９５年１０月２５日に出願された米国特許出願０８／５４７,８９４号に開示されている。
【０１０６】
バイオ浸出液オフ溶液は、本発明では非常に酸性の傾向にある。これは、相対的に高濃度の金属硫化鉱物を有する精鉱の方が鉱石全体よりもバイオ酸化されているからである。結果として、本発明のバイオ酸化プロセスは、過剰酸を大量に生成する傾向にある。これは、そのプロセスがヒープ２６の頂点へ実際にリサイクルされ得るよりも多くの酸を生成するということである。この過剰酸は、始末するか、または他の目的に使用しなければならない。この過剰酸の考えられる用途の１つは、硫酸が銅酸化鉱石の有効な浸出剤である銅酸化鉱石浸出プロセスである。しかしながら、本方法の副産物として生産される硫酸溶液もまた典型的には、高濃度の第二鉄イオンを含有する。このことから、輝銅鉱などの幾つかの銅硫化鉱石の有効な浸出剤にもなる。酸溶液中の第二鉄イオンは、銅硫化鉱物を化学的に酸化して、それらを溶解させる。従って、本方法由来の過剰酸は、銅浸出操作において有益に使用し、銅浸出操作の酸費用を低減すると同時に、その処理に関連する中和費用の発生を防止できる。
【０１０７】
バイオ酸化反応が経済的に所定の終了点に到達した後、即ち、粗基質２０の表面上の金属硫化物粒子４０が所望の程度までバイオ酸化された後、ヒープを破壊し、バイオ酸化精鉱２２を粗基質２０から分離する。しかしながら、ヒープを破壊する前に、典型的にはヒープを排水させ、次いで流水式洗浄を繰り返して洗浄する。採用した洗浄サイクルの数は、典型的には、鉄などの適切なマーカー成分および洗浄流出物のｐＨにより決める。
【０１０８】
分離は、コーティング化基質３９を篩にかけ、次いで、そのコーティング化基質に水を噴霧することにより、達成できる。あるいは、コーティング化基質をトロンメルを用いて水と共に回転（tumble）させてもよい。
【０１０９】
分離後、金をバイオ酸化精鉱２２から抽出する。これは、当分野でよく知られている多くの技術を用いて達成できる。しかしながら、典型的にはバイオ酸化精鉱は、パルプ中炭素（carbon-in-pulp）または浸出中炭素（carbon-in-leach）プロセスにてシアニドなどの浸出剤を用いて浸出させる。これらのプロセスでは、浸出剤は遊離した金またはその他の貴金属（precious metal value）を溶解するものであり、次いで、当分野ではよく知られているように、これらを活性炭に吸着させる。
【０１１０】
シアニドを浸出剤として用いる場合、精鉱を浸出前に中和させる必要がある。中和の必要性を回避するには、浸出剤としてチオ尿素を用いて、金をバイオ酸化精鉱から抽出することができる。チオ尿素抽出法は、出典明示により本明細書の一部とする、米国特許４,５６１,９４７号に開示のように、ナトリウムメタビスルファイトを用いて浸出溶液のＥｈを調整することにより、改良できる。チオ尿素を浸出剤として用いるならば、活性炭よりはむしろ、好ましくは合成樹脂を用いて、浸出物溶液から溶解した貴金属（precious metal value）を吸着させる。
【０１１１】
遊離した金またはその他の貴金属（precious metal value）をバイオ酸化精鉱から抽出させた後、バイオ酸化精鉱を廃棄物または尾鉱パイル３６にとり、当分野ではよく知られている技術を用いて、金を炭素または合成樹脂から回収する。
【０１１２】
バイオ酸化精鉱から分離しておいた粗基質２０は、硫化鉱物精鉱２２の新たなコーティングのために回転ドラムへとリサイクルできる。基質２０は、それらがその機構的精度を保持する限り再利用できる。粗難処理性硫化鉱石粒子を基質２０として使用する場合、それらを、好ましくは、ある時点まで処理して、好ましくは１ないし３サイクル後に、遊離した金（gold value）を回収する。
【０１１３】
図２に例示説明したように、粗難処理性硫化鉱石基質２０は、収蔵された金およびその他の貴金属（precious metal value）を含有する金属硫化物粒子４０を含有する。このプロセスに１ないし３サイクル通した後、粗鉱石基質２０内の多くの金属硫化物粒子４０は、部分的にバイオ酸化される。この状況で粗鉱石基質をリサイクルを続けて、遊離した金（gold value）を不要物にするよりはむしろ、その金（gold value）を回収するために粗鉱石基質を処理できる。これは、好ましくは、粗鉱石基質を金属硫化物粒子を大量の脈石物質から分離させるのに適した粒子サイズまで粉砕巡回域３２にて粉砕することにより、達成される。次いで、粉砕した粗鉱石基質由来の金属硫化物粒子４０の精鉱２２を硫化物選鉱機３４にて産出する。好ましくは硫化物選鉱機３４は、浮遊選鉱セルであり、バイオ酸化粗鉱石基質は、硫化物浮遊選鉱および基質２０のコーティングに適したサイズまで粉砕する。次いで、粉砕した鉱石基質から産出した精鉱２２を、第二の多数の粗基質２０上にコーティングする硫化鉱物精鉱供給物２２と合わせ、これを更なるバイオ酸化のために新たなヒープ２６に加える。
【０１１４】
硫化物選鉱機由来の浮遊選鉱テイル３４は、ヒープ２６由来のバイオ酸化精鉱２２と共に、金抽出プロセスにて処理すべきである。浮遊選鉱テイルは、浮いてこなかった、完全におよび部分的に酸化された多数の金属硫化物粒子を含有する。これらの酸化粒子は、顕著な金（gold value）を含有しており、既にこれらの金（gold value）の多くが遊離しているであろうから、シアニドまたはチオ尿素を用いて浮遊選鉱テイルから容易に浸出させることができる。浸出後、浮遊選鉱テイルを、既に金抽出を終了したバイオ酸化精鉱と共に廃棄物または尾鉱パイル３６にて廃棄する。
【０１１５】
バイオ酸化プロセスを終了した難処理性粗硫化鉱石基質２０は、別法として、粉砕、次いで、浸出により単純に処理することもできる。しかしながら、この代替プロセスは、粗鉱石基質内の金属硫化物粒子４０の多くが、そこに内包されている金（gold value）を遊離させるほど十分に酸化されないため、全実収率が低くなる。  基質２０としての物質選択については、粗難処理性硫化鉱石粒子を用いる幾つかの利点がある。
【０１１６】
第１に、採掘される難処理性硫化鉱石本体は、典型的には、精鉱２２産出に適した粒子サイズに到達する前に数回の破砕および粉砕工程を終了しなければならない。結果として、粗難処理性硫化鉱石基質を破砕プロセスの適切な段階から除去でき、このことから粗難処理性硫化鉱石粒子が安価な基質２０源となる。
【０１１７】
第２に、図２に例示説明し、また上記したように、粗難処理性硫化鉱石を基質物質として用いるならば、それは、金属硫化物粒子４０を含有するであろう。これらの金属硫化物粒子は、バイオ酸化プロセス中に部分的にバイオ酸化され、また、粗鉱石基質をそのプロセスで数回リサイクルするならば、金属硫化物粒子４０は、結果的に、その貴金属（precious metal value）を回収できるほど十分にバイオ酸化されることとなる。
【０１１８】
第３の利点は、第２の利点に関連するが、難処理性硫化鉱石中の鉄硫化物または他の金属硫化物粒子４０のフラクションは、非常に微細であるので、選鉱プロセスではうまく浮遊しないということである。基質２０として鉱石の粗粒子を使用することにより、これらの非常に微細な金属硫化物粒子は、バイオ浸出液中の第二鉄イオンにより経時的に化学的酸化される。このとき、粗鉱石粒子を最終的に粉砕し、浮遊選鉱して、金属硫化物粒子の精鉱を産出すると、酸化された微細金属硫化物粒子は、浮遊選鉱テイル中に残る。浮遊選鉱テイルは、シアニドまたはその他の浸出剤で浸出させるため、これらの非常に微細な硫化物粒子から遊離した金（gold value）は、回収される。一方、粗鉱石粒子を粉砕および浮遊選鉱前に基質２０として使用しないならば、非常に微細な金属硫化物粒子は、精鉱２２の産出時に、依然、浮遊選鉱テイル中に残ったままである。しかしながら、これらの非常に微細な硫化物粒子は、この時点で部分的にバイオ酸化されないので、それらに収蔵されている金（gold value）は、浸出剤では回収できない。
【０１１９】
基質２０として難処理性粗硫化鉱石を用いる第４の利点は、バイオ酸化支持物質中の金属硫化物粒子はバイオ酸化後、浮遊し易いということである。これは、金属硫化物粒子の表面が、バイオ酸化プロセス中に変化するからである。そのため、粗鉱石支持物質を数回再利用し、それを粉砕し、浮遊選鉱して、硫化鉱物精鉱を産出した後、浮遊選鉱結果を向上できる。
【０１２０】
粗鉱石粒子が無機炭酸塩成分も含有する場合は、粗基質２０として粗難処理性硫化鉱石粒子を用いる第５の利点が存在する。無機炭酸塩は、非常に酸を消費する傾向がある。結果として、これらの鉱物を含有する鉱石は、従来的には、バイオ酸化前に大量の酸調節を必要とした。これらの鉱石の酸調節は、バイオ酸化前に無機炭酸塩成分を除去または低減して、バイオ酸化反応が進行できるようにするために必要である。さらに、一般に、粗難処理性硫化鉱石粒子は、大量の無機炭酸塩をその鉱石中に包含する場合、前調節しなければ、非常にゆっくりと−−しばしば９カ月またはそれ以上かかる−−バイオ酸化される傾向があるが、粗鉱石粒子は、全くバイオ酸化できない。しかしながら、本発明の方法では、無機炭酸塩を含有する粗難処理性硫化鉱石粒子は、基質２０として有利に使用できる。バイオ酸化プロセス中、粗鉱石基質の表面上の精鉱２２のバイオ酸化から生じた酸は、基質中の無機炭酸塩をゆっくりと中和する。中和プロセスの副産物は二酸化炭素であり、本発明に使用した独立栄養性細菌は、これを代謝合成実施のための炭素源として使用できる。故に、二酸化炭素生成は、ヒープ２６中の細菌生育を促進するものであり、次には、精鉱２２のバイオ酸化速度を増大させるものである。そのため、支持物質２０として無機炭酸塩を含有する粗鉱石を用いることにより、粗基鉱石は、後のバイオ酸化のためにゆっくりと中和され、ヒープ２６中の細菌生育を促進する。付随する利点は、上記のように、粗鉱石中にある非常に微細な浮遊不可能な硫化物粒子のバイオ酸化である。
【０１２１】
当業者ならば理解するように、基質２０として使用される粗難処理性硫化鉱石粒子は、精鉱２２の産出に使用したものと同じ鉱石本体由来のものである必要はない。実際、ある状況では、ある鉱石本体由来の精鉱２２と、その他のもの由来の粗鉱石基質２０を使用するのが有利なこともある。例えば、一方の鉱石本体は容易に選鉱できるか、または既に精鉱に望まれる特徴を有していてよく、もう一方の鉱石本体は、高濃度の無機炭酸塩を有していてよい。このような状況では、精鉱２２を産出するための第１の鉱石本体および基質２０を産出するための第２の鉱石本体を用いるのが有利である。この方法では、第２の鉱石本体由来の鉱石は、第１の鉱石本体由来の精鉱のバイオ酸化結果を高めつつ、同時にバイオ酸化準備中に中和できる。同様にして、鉱石本体が浮遊困難な高濃度の金属硫化物を含有するならば、まず、本発明の方法において、粗鉱石基質２０として鉱石を用いることにより、浮遊選鉱結果を向上できる。
【０１２２】
基質２０として好ましいその他の物質には、溶岩、砂利、および無機炭酸塩を含有する粗岩石がある。典型的には、採掘している難処理性硫化鉱石本体が廃棄物ヒープまたは尾鉱パイルである、よって、鉱石が既に破砕および粉砕を終了している場合にこれらのタイプの基質を用いる。
【０１２３】
溶岩を用いる利点は、非常に粗く不均質な表面形態を有することであり、これは、特定の粒子サイズに対する基質２０の全体表面積を増大する。このため、所定の粒子サイズについて、より滑らかな表面を有するその他の基質よりも多い精鉱を溶岩に載せることができる。
【０１２４】
砂利は、典型的には、かなり滑らかな表面を有するが、安価な基質物質である。無機炭酸塩を含有する粗岩石は、上記説明のように、バイオ酸化プロセス由来の酸が無機炭酸塩を中和するので、二酸化炭素をゆっくりと放出するため、有利である。このタイプの基質は、好ましくは、バイオ酸化プロセス中に二酸化炭素を放出し続ける限り、このプロセスのみにて再利用する。
【０１２５】
本発明の第三の実施態様は、図３と共に説明する。本実施態様のプロセスは、実質的に、図１と共に説明した実施態様の変形である。従って、同様の項目は、同じ引用番号で表しており、図１にてこれらの項目について表現した説明および考察は、本実施態様に等しく適用することが理解されるであろう。
【０１２６】
第二の実施態様のように、本実施態様のプロセスを用いて、貴金属を含有する難処理性硫化鉱石から貴金属（precious metal value）を遊離および回収することができる。しかしながら、説明のために、硫化鉱物精鉱２２を、金を含有する難処理性硫化鉱石から産出すると仮定する。
【０１２７】
本実施態様によれば、多数の基質２０を回転ドラム２４にて硫化鉱物精鉱２２でコーティングして多数のコーティング化基質３９を製造する。次いで、多数のコーティング化基質３９を積み重ねてヒープ２６を形成し、これを大きい非撹拌表面バイオリアクターとして使用する。
【０１２８】
基質２０、硫化鉱物精鉱２２、コーティング化基質３９の形成、およびヒープ２６の形成に関する上記様々な考察は、全て、ここにも等しく適用できる。
【０１２９】
ヒープ２６を形成後、そのヒープにバイオ酸化性細菌を接種して、バイオ酸化プロセスを開始する。バイオ酸化プロセスが進行するように、更に硫化鉱物精鉱２２をヒープ２６の頂上に添加できる。バイオ酸化プロセス中、ヒープ２６の頂上に更に硫化鉱物精鉱２２を添加する利点は、ヒープにて処理される精鉱の量を解体および再築の前に増大できるということである。更に、粗難処理性硫化鉱石を基質２０として使用するならば、精鉱２２は、金属硫化物粒子４０より迅速にバイオ酸化される傾向がある。従って、更なる精鉱２２をヒープ２６の頂上へ添加することにより、粗鉱石基質のバイオ酸化度をヒープ解体前に増大させることができる。更に、硫化鉱物精鉱２２をヒープ２６の頂上へ添加することにより、そのバイオ酸化中に生成する酸および第二鉄イオンが、バイオ酸化プロセスの初期に鉱石から洗浄されていない毒素により、または酸素欠乏により細菌生育が阻害され得るヒープの低部へ移動する。結果として、硫化鉱物精鉱および粗鉱石基質のバイオ酸化は、その領域での細菌生育が好まれないとしても、進行するであろう。
【０１３０】
ある場合には、バイオ酸化を受けた後に硫化鉱物精鉱２２をヒープ２６の頂上へ添加することには、このような添加によりヒープ内のバイオ酸化速度を上昇するため、別の利点がある。コーティング基質３９のバイオ酸化の後期段階では、露出した反応性硫化物の殆どは、既に酸化されており、バイオ酸化速度の減速が起こる。このバイオ酸化速度の減速は、鉄レベルの低下およびヒープ２６内のｐＨの増大を導き得る。新たな反応性硫化鉱物精鉱２２のヒープ２６頂上への添加は、添加した精鉱のバイオ酸化により生じた高い第二鉄レベルのため活発なバイオ酸化プロセスを再開でき、次には、基質２０上にコーティングされた硫化鉱物精鉱２２および粗鉱石基質２０中に包埋された金属硫化物粒子の間接的化学浸出を増大する。
【０１３１】
新たな精鉱２２は、ヒープ内の流路が精鉱およびその精鉱由来のバイオ酸化残渣でふさがり始めるまで、ヒープの頂上へ添加できる。
【０１３２】
図１のものに由来する本実施態様の第２の変形は、どのようにして、貴金属（precious metal value）をバイオ酸化後ヒープから回収するかということに関する。本実施態様では、ヒープを解体し、次いで、バイオ酸化した精鉱を金抽出のためにヒープから分離する代わりに、ヒープを貴金属浸出剤により直接浸出することにより、金をバイオ酸化精鉱から−−および、粗鉱石基質を用いるならば、その基質から−−抽出する。好ましくは、浸出剤は、チオ尿素などの低ｐＨで機能するものであり、そうすれば、ヒープを浸出前に中和する必要がない。更に、チオ尿素またはその他の酸和合性浸出剤を用いることにより、遊離した金（gold value）を間欠的にヒープから抽出できる。例えば、ヒープ２６をある期間バイオ酸化し、適切な浸出剤により抽出された金（gold value）を遊離させ、次いで、バイオ酸化プロセスを再開することができる。バイオ酸化プロセスの再開と共に、新たな精鉱２２を好ましくはヒープ２６の頂上へスラリー形態で加える。
【０１３３】
金は、望ましい程度のバイオ酸化に続いて、バイオ浸出液溶液をヒープから酸巡回域３０にまず流出せしめて、ヒープ２６から抽出される。ヒープから排出せしめた後、チオ尿素のような酸和合性の浸出剤を浸出供給域３８からスプリンクラー系２８にポンプで送り、そこでヒープ２６に散布する。浸出剤がヒープ中に浸透すると、これは硫化鉱物精鉱２２および粗鉱石基質から遊離の金（gold value）を溶解する。充填された浸出物はドレイン２９に集まり、そこで酸巡回域から金除去プロセス４４（望ましくは、溶解した金を活性炭または合成樹脂上に吸着することを含む）へ移される。用いられなかった浸出剤を浸出供給域３８へリサイクルし、金を充填活性炭または合成樹脂から回収する。活性炭または合成樹脂から吸着している金（gold value）を剥がす工程は当業者によく知られており、ここに記載する必要はない。
【０１３４】
本発明の第四の実施態様の方法を図４に示す。図４は、金属（metal value）を硫化鉱石から遊離し、回収する方法を示す。この実施態様による方法は図１に関連して述べた実施態様に類似しているので、同様の事項は同じ引用番号が付与されている。さらに、図１に関連しての記述および考察は、本実施態様に同様に適用されると理解されるものである。
【０１３５】
本実施態様によると、硫化鉱物精鉱２２は硫化鉱石から最初に製造される。精鉱２２は、多数の微細金属硫化物粒子４０および砂や他の脈石物質４２の微細粒子の両方を含んでいる。
【０１３６】
多くの異なる硫化鉱石が硫化鉱物精鉱２２を製造するのに用いられる。本方法で処理され得る硫化物のうち最も重要なのは、銅、亜鉛、ニッケル、鉄、モリブデン、コバルトまたはウランなどの卑金属の硫化鉱物を含む硫化鉱石である。これらの鉱石中の望ましい金属（metal value）は、鉱石中の硫化鉱物粒子の金属部分に存在している。従って、遊離・回収される金属（metal value）は、鉱石から製造された精鉱２２中に存在する特殊な硫化鉱物に依存している。例えば、精鉱２２の製造に用いられた硫化鉱石が輝銅鉱、ハン銅鉱および／または黄銅鉱を含有していると、回収される金属（metal value）は銅のそれである。一方、精鉱２３が閃亜鉛鉱の精鉱であると、回収された金属（metal value）は亜鉛のそれである。
【０１３７】
精鉱２２を製造した後、硫化鉱物精鉱２２を多数の基質２０上にコーティングして、コーティング化基質３９を形成する。これは図１に関して記載されているように、多数の乾燥基質２０と精鉱２２のスラリーを回転ドラム２４に加えるか、別法として、多数の乾燥基質２０と精鉱２２を回転ドラム２４に加え、次いで混合物に水溶液を噴霧することにより、行われる。回転ドラム２４中に製造された多数のコーティング化基質３９を積み重ねて、ヒープ２６を形成する。これは大きい非撹拌表面バイオリアクターをつくる。
【０１３８】
基質２０、硫化鉱物精鉱２２、コーティング化基質３９およびヒープ２６の形成について上記の種々の考察は、ここにすべて等しく適用され得る。
【０１３９】
ヒープ２６が形成された後、ヒープにバイオ酸化細菌を接種すると、バイオ酸化工程が始まる。精鉱２２中の金属硫化物粒子４０がバイオ酸化するので、硫化物粒子の金属部分はバイオ浸出液溶液中に溶け、ヒープ中に浸透する。バイオ浸出液溶液がヒープ中に浸透した後、それをドレイン２９に集める。次いでバイオ浸出液溶液は、既知の技術を用いてバイオ浸出液溶液から１以上の望ましい卑金属（base metal value）を除去して回収する工程に付す。
【０１４０】
バイオ浸出液溶液から所望の金属（metal value）を回収した後、その溶液を酸巡回域３０の工程に回し、図１に関して記載されているように過剰の毒素を除去し、ヒープ２６の上に再び用いる。
【０１４１】
バイオ酸化反応が経済的に定められた終了点に達すると、すなわち、粗基質２０の表面上の金属硫化物粒子が望む程度にバイオ酸化された後、ヒープを破壊して、粗基質２０からバイオ酸化精鉱を分離する。バイオ酸化精鉱は水または尾鉱パイル３６中で処理される。しかし、本実施態様は硫化鉱物精鉱２２中の金属硫化物粒子４０から卑金属（base metal value）を遊離・回収する観点から記載されており、硫化物粒子４０が記載されていない貴金属も含み得ることを理解されるべきである。従って、精鉱２２のバイオ酸化後、精鉱２２から遊離された貴金属（precious metal value）は、バイオ酸化精鉱の処理に先立って図１に関して記載されるように、抽出そして回収され得る。
【０１４２】
バイオ酸化精鉱から分離された粗基質２０は、硫化鉱物精鉱２２の新しいコーティングのために回転ドラムにリサイクルできる。別法として、粗硫化鉱石粒子が基質２０について使用されるとき、これらは、粗鉱石基質中に酸化されない金属硫化物粒子４０の硫化鉱物精鉱を形成させるために１回以上のサイクル後に次の工程に付されるのが望ましい。硫化鉱物精鉱２２は、第二の実施態様に関して記載されるように、バイオ酸化粗鉱石基質から製造される。
【０１４３】
本発明の第五の実施態様に関する方法は図５に示される。図５に表示する方法は、非撹拌バイオリアクターを用いて貴金属含有の難処理性硫化鉱石から貴金属を遊離し、回収することに関する。この方法には、難処理性硫化鉱石から金属硫化物粒子４０の精鉱２２を製造することが含まれる。精鉱２２は、第二の実施態様に関して記載されたように回転ドラム２４を用いて、多数の粗基質２０上にコーティングし、コーティング化基質３９を形成する。形成後、コーティング化基質３９はバイオ酸化のためにタンク４５に移される。タンク４５中の基質３９をバイオ酸化することにより、大きい非撹拌表面バイオリアクターがつくられ、これは非常に大きい表面積を有する。このように、タンク４５は、第二の実施態様の方法におけるヒープ２６の代わりをする。従って、基質２０、硫化鉱物精鉱２２、コーティング化基質３０の形成およびヒープ２６の形成に関する第二の実施態様においてなされた様々な考察は、本実施態様におけるタンク４５中でのコーティング化基質３９のバイオ酸化にすべて等しく適用され得る。
【０１４４】
コーティング化基質３９上での精鉱２２のバイオ酸化中に、バイオ浸出液保持溶液は、数多くの既知技術のいずれかを用いて、タンクに上から加えられる。タンク中に浸透するバイオ浸出液溶液は、タンクから引き出され、再使用に先立って、図１に関して記載のように酸巡回域３０中で処理される。
【０１４５】
バイオ酸化工程中タンクに空気を吹き込んで、バイオリアクター中の酸化レベルを改善したり、熱放散を改善したりする。空気は、望ましくは送風機（表示せず）に連結した多数の穴開きパイプ４６を通してタンク４５中に吹き込まれる。
【０１４６】
所望により、追加の精鉱２２がタンク４５中のコーティング化基質３９の上にバイオ酸化を通して加えることができる。第三の実施態様に関して上記されたように、バイオ酸化工程中バイオリアクターに追加の精鉱を加えることにより、バイオリアクター内のバイオ酸化速度をバイオ酸化工程中、高レベルに維持することができる。
【０１４７】
バイオリアクターについてヒープ２６に対するタンク４５使用の有利な点は、基質２０からのバイオ酸化精鉱２２の分離を容易にすることである。精鉱２２が望む終了点にバイオ酸化された後、基質からのバイオ酸化精鉱の分離は、タンクに水を満たし、次いで迅速にタンクを空にすることによりなされる。バイオ酸化精鉱は排出水と共に運ばれる。この工程は分離結果を改善するために数回繰り返される。分離工程のために、タンクには底に篩を装着するのが望ましく、その網目は基質の大きさよりも小さく、精鉱粒子の大きさよりも大である。
【０１４８】
分離後、バイオ酸化精鉱を貴金属浸出剤で浸出して、遊離した金または他の貴金属（precious metal value）を抽出する。溶解金（gold value）は、溶液を活性炭または合成樹脂に接触せしめることにより浸出物から回収される。浸出は活性炭または合成樹脂の存在下になされることが望ましく、溶解金（gold value）はその溶解している溶液から直ちに回収される。活性炭または合成樹脂上に吸着された金は既知の技術により回収することができる。
【０１４９】
貴金属（precious metal value）がバイオ酸化精鉱から回収されてしまうと、精鉱は廃棄物すなわち尾鉱パイル３６中で処理される。
【０１５０】
第二の実施態様のように、バイオ酸化精鉱から分離された粗基質２０は、硫化鉱物精鉱２２の新しいコーティングのために回転ドラムへリサイクルされ得る。基質２０は、その機構的精度を保有している限り再使用し得る。粗難処理性硫化鉱石粒子が基質２０として用いられると、遊離の金を回収するために、望ましくは１〜３サイクル後の適当な時点で処理される。これは第二の実施態様に関して記載したのと同じ方法で実施される。
【０１５１】
本発明の他の点を次に記載する。貴金属含有の難処理性硫化鉱物の精鉱から貴金属（precious metal value）を回収する方法が述べられる。この方法は、（a.）微細難処理性硫化鉱物含有の精鉱を粗支持物質のヒープの頂上に配し、（b.）難処理性硫化鉱物の精鉱をバイオ酸化し、（c.）浸出剤でバイオ酸化した難処理性硫化鉱物から貴金属（precious metal value）を浸出し、（d.)浸出物から貴金属（precious metal value）を回収することを含む。
【０１５２】
貴金属含有難処理性硫化鉱物の精鉱は、典型的には貴金属含有難処理性硫化鉱石から製造される。この精鉱は、既知の重力分離法または浮遊選鉱法を用いて、かかる鉱石から製造される。重力分離法が安価であるが、浮遊選鉱法が工程の選択性からして望ましい分離法である。浮遊選鉱過程において硫化鉱物を選鉱するために最もよく用いられる収集剤は、キサンテートである。キサンテート浮遊選鉱法は当業者によく知られており、詳細をここに記載する必要はない。
【０１５３】
精鉱の粒子の大きさは、精鉱の８０〜９０％が１００〜４０μm未満であることが望ましい。さらに望ましくは精鉱の８０〜９０％が１５０〜１００μm未満である。
【０１５４】
しかし、最適の大きさは種々の鉱石のタイプによって変わる。一般的に、選鉱過程において最適の分離を可能にし、バイオ酸化対更なる微細微粉砕費用増加の比率を最適にする粒子の大きさが選ばれるべきである。
【０１５５】
精鉱内での硫化鉱物の粒子の大きさが小さくなればなるほど、バイオ浸出中に精鉱がより迅速に酸化する。しかし、より速いバイオ酸化速度が、常に鉱石の微細粉砕または精鉱の浮遊選鉱に関するエネルギー費用を小さくするのではない。
【０１５６】
本発明のこの方法において、ヒープ上で精鉱をバイオ酸化する費用は最小である。従って、少し長い目のバイオ酸化期間が追加の粉砕に関する費用の発生を防止するのに適している。この点から、本方法はミル（mill）型方法より優れている。ミル型では、バイオ反応体が方法の経済性を維持し得る短い時間的期間内で、できるだけ多くの精鉱を処理し得るように、硫化鉱物精鉱は高いバイオ酸化速度を保つために非常に細かく粉砕されなければならない。
【０１５７】
硫化鉱物精鉱は、形成後、支持物質のヒープの頂上に配する。望ましくは、精鉱が最初に乾燥されなくてもヒープに直接的に管で送り得るように、精鉱をスラリー形態でヒープの頂上に配する。精鉱のパルプ密度は、精鉱がよく流れ、しかし支持物質のヒープ中で単に洗われないように、調整されるべきである。硫化鉱物粒子は、疎水性であるので、適当な支持物質を選択すると、ヒープを通過して完全に移動するよりもむしろ支持物質に固着しやすくなる。もし適当な大きさの支持物質が選択されておれば、流路が詰まることは問題にならないばずである。
【０１５８】
支持物質の目的は、支持物質が大きい表面積バイオリアクターとして働くように、ヒープを通って徐々に移動するにつれて、硫化鉱物を捕獲し、保持することである。この理由で、高多孔度または粗い表面を有する支持物質が、精鉱を捕獲し、保持しやすいので、望ましい。流路をつまらさないで、支持体岩石が支持できる精鉱が多いほどよい。本発明のこの点を実施できるのに用い得る支持物質としては、バイオ酸化細菌のためのＣＯ２源として少量の無機炭酸塩を含む、溶岩、砂利または荒岩がある。他の適当な粗基質にはレンガ、シンダー・ブロックおよびスラグが含まれる。溶岩は、その粗さおよび高多孔度により、特に好ましい支持物質である。
【０１５９】
少量の無機炭酸塩を含有する支持物質は、それが産生するＣＯ２による利点のみでなく、バイオ酸化の結果として生じる酸溶液を緩衝するのを助ける利点も有している。これは、バイオ酸化プロセスにおいてバイオリアクターのｐＨを調整するのを容易にする。
【０１６０】
支持物質の適当な大きさを選択するに際し、いくつかの競合する点を考慮しなければならない。支持物質の直径が小さくなればなるほど表面積は大きくなって、支持物質のヒープよりつくられるバイオリアクターの有効面積は増加する。しかし、小さい直径の支持物質は、望ましい大きさを得るために粉砕することにより費用が高くなることがある。さらに、小さい直径の支持物質は、ヒープの頂上に加えられる精鉱により流体流路がよりつまりやすくなる。支持物質が大きくなるほど、流路が詰まるおそれなしに、より高いヒープが可能となる。
【０１６１】
典型的には、支持物質は、直径が約０.６２cmより大きく、約２.５４cmよりも小さい。望ましくは、支持物質は、直径が約０.９５cmより大きく、約１.９cmよりも小さい。直径約１.２７cmの支持物質が最適の大きさである。
【０１６２】
精鉱をバイオ酸化するために、精鉱中で硫化鉱物をバイオ酸化する能力のある細菌または他の微生物をヒープに接種する。かかる微生物処置は既知の方法である。この目的に用いられる細菌には、チオバシラス・フェロオキシダンス、レプトスピリラム・フェロオキシダンスおよびチオバシラス・チオオキシダンスがある。チオバシラス・フェロオキシダンスがバイオ酸化のために特に好ましい微生物である。
【０１６３】
バイオ浸出液溶液をリサイクルするならば、バイオ酸化の速度があまり遅くならないように、リサイクル溶液中で毒性物質が形成されるのを防止するために予め処置する工程が必要となる。その方法は、１９９４年１０月２５日出願の米国特許出願番号０８／３２９,００２に記載され、阻害物質がバイオ酸化プロセスをを損なう程度には生成しないように用いることができる。
【０１６４】
難処理性硫化物精鉱を充分にバイオ酸化した後、遊離した貴金属（precious metal value）をチオ尿素またはシアニドの浸出剤で浸出する。シアニドは、ヒープのｐＨを浸出の前にまず上げねばならないが、望ましい浸出剤である。チオ尿素の優れた点は、バイオ酸化する微生物に対して毒性でないことである。結果的に、間欠的浸出を行い、遊離した貴金属（precious metal value）を溶解し、次いでバイオ酸化プロセスを再開することができる。
【０１６５】
溶解した貴金属（precious metal value）は、当業者によく知られた技術を用いて、浸出中の炭素またカラム法の炭素などの浸出物から回収される。
【０１６６】
本方法の他の有利な点は、ヒープの頂上に新しい精鉱を間欠的に加えることによる継続的な方法として、本法を行うことができることである。ヒープの頂上に新しい精鉱を加えることの利点は、一旦ヒープが形成されて、バイオ酸化が迅速に起きると、バイオ酸化物質を処理するヒープを解体する必要なしに、ヒープ内で高速のバイオ酸化を維持するために、新しい精鉱を加え得ることである。
【０１６７】
発明の本方法は、比較的低い資本と操作費用の故に、ミル（mill）バイオ酸化方法よりも、非常に低い品位の精鉱を、結果として低い品位の鉱石を経済的に処理するために用いることができる。さらに、貴金属を産生する難処理性硫化鉱物を支持物質のヒープの頂上に配することにより、ヒープ内において良好な流体流（空気および液体の両方）が確保される。
【０１６８】
本発明の他の点について以下に記述する。この点において、硫化鉱石から卑金属（base metal value）を回収する方法が提供される。このような鉱石には、例えば、黄銅鉱、セン亜鉛鉱、ニッケル硫化鉱石およびウラン硫化鉱石がある。本法は、（a.）微細金属硫化物粒子を含む硫化鉱物精鉱を形成し、（b.）この精鉱を粗支持物質のヒープの頂上に配し、（c.）精鉱をバイオ酸化し、次いで（d.）金属硫化鉱物をバイオ酸化するのに用いた溶液から金属（metal value）を回収することを含む。本方法では、貴金属を産生する硫化鉱物の精鉱を処理するための本発明方法について上記したのと同様に、バイオリアクターのために粗支持物質のヒープを使用し、その資本および操作費用はミルバイオ酸化操作におけるよりも小さい。しかし、ヒープ中に良好な空気流によって、硫化鉱物のバイオ酸化速度は非常に高くなって、ミル型操作でみられるものに達し得る。
【０１６９】
精鉱が得られる硫化鉱石によるが、発明の本方法で回収される卑金属（base metal value）には、銅、亜鉛、ニッケルおよびウランがある。
【０１７０】
発明の本方法についての方法パラメーターおよび考察は、難処理性硫化鉱物の貴金属含有精鉱を処理するための上記の本発明方法とほとんど同じである。しかし、二方法の主要な相違は、本法において所望の卑金属（base metal value）がバイオ酸化プロセス中に溶解することである。結果として、金属（metal value）は、金属硫化鉱物の精鉱をバイオ酸化するのに用いた溶液から直接的に回収可能である。バイオ浸出液から所望の金属（metal value）を抽出するのに用いる技法は、望む特定の金属によって変わる。当業者はすぐに分かるように、これらの技法には、溶媒抽出法、鉄浸炭法、ｐＨ調整による沈降法が含まれる。溶媒抽出法は、バイオ浸出液溶液から銅を得るのに特に好ましい方法である。
本発明の上記した方法と同様に、本方法は、間欠的に精鉱を加えることにより継続的に操作することができる。例えば、精鉱は毎日あるいは週単位で加えることができる。上記したように、このような添加によって、ヒープの頂上に供給され、ヒープを通って移行する精鉱について、高速度のバイオ酸化が確保される。
【０１７１】
当業者は分かるように、発明の本方法は、難処理性硫化鉱物の精鉱から貴金属（precious metal value）を回収することについて上記した発明方法と併用することができる。それは、難処理性硫化鉱物からの卑金属はバイオ酸化プロセス中にバイオ浸出液溶液に本来、溶解するのに対し、硫化鉱物中に含有の収蔵貴金属は同時に遊離されるからである。次いで、これらのバリューは上記した技法を用いて回収される。
【０１７２】
本発明の種々な点について記載して来た望ましい実施態様は、次の実施例によってさらに詳細にされる。このような詳細は、開示する本発明を説明することを意図するものであって、本発明を実施例に限定しようとするものではない。
【実施例】
【０１７３】
実施例１
硫化物であるが故に、シアニドでの浸出では処理しにくいことが知られている低品位(３.４ppm)金鉱石のサンプルを破砕した。次いで、鉱石を−６.２cmフラクション(４７.４wt％)および−０.３１cmフラクション(残り)に分けた。次いで、−０.３１cmフラクションを７５％が７５μｍ篩を通過するように粉砕し、浮遊選鉱で難処理性黄鉄鉱精鉱の製造を助けた。
【０１７４】
粉砕したサンプルに、３０％パルプ(pulp)密度となるまで水を添加した。次いで、鉱石パルプをｐＨ１０に調節し、６Ｋg／鉱石トンのＮａ２ＳｉＯ３で１２時間処理し、粘度物質を除去した。粘度物質を１２時間後、硬化しないフラクションとして除去した。
【０１７５】
粘土が浮遊選鉱の問題となり得るため、非粘土物質を硬化させる工程を加え、サンプルの浮遊選鉱前に粘度物質を除去した。
【０１７６】
粘土フラクションは全鉱石重量の３％未満であったが、鉱石にほとんど５％の金が含まれていた。粘土フラクションの除去および続く浮遊選鉱により、非常に小さい重量フラクション(全鉱石重量の０.１％)が産出するが、１７ppmを超える金を含んだ。粘土浮遊選鉱テイルのシアニド浸出によりそれに含まれる７６％を超える金を抽出した。鉱石浮遊選鉱テイルに含まれる金の全量は１.０８ppmであった。  浮遊選鉱前に、粉砕した鉱石の主要フラクション(＋５μｍから−７５μｍ)を、Ｗemco浮遊選鉱セル中で１０分間混合することにより、２.０Ｋg／トンのＣａＳＯ４で調節した。続いて、１００ｇ／トンのキサントゲン酸で１０分混合し、次いで５０ｇ／トンのＤowfroth D-200と５分混合した。次いでサンプルをパルプ密度３０％で２０分浮遊選鉱した。主要フラクションのサンプル４キログラムを各５００ｇの８つの別のバッチで処理した。これらの浮遊選鉱から得られた硫化物精鉱を回収し、合わせ、カラムにて再浮遊させた。
【０１７７】
Ｗemco浮遊物からのテイル、カラムフローからのテイル、および硫化物精鉱の３つのフラクションを回収し、これらの各フラクションを乾燥し秤量した。Ｗemco浮遊物からのテイルは全鉱石重量の３５.４wt％であり、１.８８ppmの金を含んだ。このフラクションのシアニド浸出は、その金の６７％を産生した。これは全鉱石からのシアニド浸出からの回収が６３％であったよりも高かった。カラムテイルは３.５６ppmの金を含んだ。シアニド浸出によるこのフラクションからの金の実収率は７６.６％であった。
【０１７８】
硫化物精鉱は７５３ｇの重量であり、全鉱石の８.８％であった(＋０.３１cmおよび−０.３１cmフラクション)。精鉱の小フラクションの分析は、６.５ppmの金を含むことを示した。このフラクションを４７.４重量％の＋０.３１cm鉱石上にコーティングした。乾燥黄鉄鉱精鉱を粗鉱石の表面に、３０rpmで回転しているドラム中で回転させることにより散布し、同時に凝集助剤である２,０００ppmの第二鉄イオンおよび１％Ｎalco #7534の混合物を噴霧した。溶液のｐＨは１.８であった。
【０１７９】
粗鉱石支持岩上の精鉱の混合物を７.６２cmカラムに入れた。空気および液体を上から入れた。カラムにチオバシラス・フェロオキシダンス菌１０mlを、２.６のＯ.Ｄ.または１.１×１０１０細菌／mlの濃度で接種した。
細菌を５ｇ／ｌ硫酸アンモニウムおよび０.８３ｇ／ｌ硫酸マグネシウム７水和物を含む酸性栄養溶液で生育させた。溶液のｐＨを硫酸(Ｈ２ＳＯ４)で調節することにより１.７から１.９の範囲に維持した。溶液はまた硫酸第二鉄および硫酸第一鉄の形で鉄を２０ｇ／リットル含んだ。
【０１８０】
細菌をカラムの上から、ｐＨを１.８に調節した後に接種した。実験中、０.２×９Ｋ塩および２,０００ppm第二鉄と共に；カラムの上から入れた液体はｐＨ１.８であった。鉄酸化の程度は、２,０００ppm第二鉄供給により導入した鉄を引いた、カラムから溶出する溶液の分析により測定した。
【０１８１】
Ｔ. フェロオキシダンスのための標準９Ｋ塩培地の組成を下記に記載する。濃度はグラム／リットルで示す。
【０１８２】
【表１】
2008302356.tif 000002
【０１８３】
０.２×９Ｋ塩の標記は、９Ｋ塩溶液強度が標準９Ｋ塩培地の２０％であったことを示す。
【０１８４】
６０日後、カラムからの鉄浸出量は約５０％の黄鉄鉱がバイオ酸化されたことを示した。実験を停止し、混合物を＋６００μmフラクションおよび−６００μmフラクションに分離した。各フラクションを９５％−７５μmまで粉砕し、次いで９６時間、ボトル回転分析で５００ppmシアニド溶液で浸出した。活性炭をボトル回転試験に添加し、溶解した金を吸着させた。
【０１８５】
−６００μmフラクションの金実収率は８３.７％であった。−６００μm物質は黄鉄鉱重量の損失のため増加した８.８７ppmのヘッド金（gold value）を有した。粗＋６００μmフラクションは、一方、５７％の金実収率であり、ヘッド金（gold value）は２.２４ppmであった。これは、粗岩石の外側にコーティングした精鉱黄鉄鉱が岩石の粗フラクションより早くバイオ酸化されることを示した。
【０１８６】
実施例２
他の比較試験を行った。この実施例において、鉱石サイズフラクションのバイオ酸化速度を比較した。Ｒamrod Ｇold Ｃorporationから提供された鉱石を１.９cmに破砕した。−０.３１cm鉱石フラクションを除き、精鉱を使用するのに使用した。鉱石サンプルは鉱石トン当たり２.７ｇ(２.７ppm)より少ない金を有した。サンプルは硫砒鉄鉱および黄鉄鉱の両方を含んだ。精鉱は、−０.３１cm鉱石５Ｋgを、−７５μmを通過するまでボールミルで粉砕し、ボールミルで粉砕した鉱石を次いでキサントゲン酸で浮遊させ、黄鉄鉱精鉱を形成させた。浮遊選鉱の前に、６Ｋg／鉱石トンのＮａ２ＳｉＯ３で８時間またはそれ以上硬化させることにより粘土を除去した。浮遊選鉱は、各５００ｇの小バッチで、研究室Ｗemco浮遊選鉱セルで行った。キサントゲン酸アミルカリウムを、１００ｇ／トンの濃度で、１.５Ｋg／トンの硫酸ナトリウムおよび５０ｇ／トンのＤowfroth D-200と共に収集剤として使用した。黄鉄鉱精鉱は−０.３１cm鉱石フラクションの重量の４.５％を占めた。しかしながら、この鉱石フラクションは、粉砕した鉱石に関して８０％を越える金および黄鉄鉱を含んだ。精鉱は約１７.４％鉄、１５.７％硫黄および約４０ppm金を含んだ。＋０.３１cm鉱石は０.９％鉄および０.１８％硫黄を含んだ。
【０１８７】
この精鉱のサンプル１４０ｇを、＋０.３１cm粗鉱石５６０ｇにコーティングした。精鉱を粗鉱石に乾燥粉末として加えた。次いで、混合物を小プラスチックドラムで、３０rpmで回転させ、乾燥精鉱を岩石支持体に散布した。２,０００ppm第二鉄イオンおよび１％Ｎalco #7534を含む液体を、全ての精鉱を岩石にコーティングするまで噴霧した。液体のｐＨを１.８に維持した。使用した液体の量は粗鉱石および精鉱の重量の５から１０％の間と計算された。粗鉱石上の精鉱の混合物７００ｇを７.６２cmカラムに入れた。カラムに入れた後の鉱石の高さは約１２.７cmであった。空気および液体をカラムの上から入れた。粗鉱石基質上にコーティングした精鉱のカラムに、２.０のＯ.Ｄ.または細菌８×１０９／mlの細菌約１０mlを接種した。
【０１８８】
細菌はＡＴＣＣ株#19859および33020を用いて元々開始したチオバシラス・フェロオキシダンスの混合培養物であった。細菌を５g／l硫酸アンモニウムおよび０.８３ｇ／ｌ硫酸マグネシウム７水和物を含む酸性栄養溶液で生育させた。溶液のｐＨは、硫酸(Ｈ２ＳＯ４)での調節により１.７から１.９の範囲に維持した。溶液はまた硫酸第二鉄および硫酸第一鉄の形で２０g／リットルの鉄も含んだ。
【０１８９】
細菌を、ｐＨをｐＨ１.８に調節した後にカラムの上から加えた。実験中にカラムの上から導入される液体は、０.２×９Ｋ塩および２,０００ppmの第二鉄でｐＨ１.８であった。鉄酸化の程度は、２,０００ppm第二鉄供給により導入した鉄を引いた、カラムから溶出する溶液の分析により測定した。
【０１９０】
この鉱石は、その重量の１％より少ない濃度を有する硫化物では低かった。粗岩石上の精鉱を２０重量％にすることにより、黄鉄鉱および金の両方の濃度が１０倍以上増加した。これは、図６および７に見られるように、全鉱石よりもバイオ酸化の速度を増加させた。この方法は黄鉄鉱のほとんどを空気および水にさらすだけでなく、ヒープカラムモデルにおける鉱石の単位容量当たりで産生される第二鉄および酸の量も増加させた。
【０１９１】
図６は、＋０.３１cm粗鉱石上のこの鉱石の黄鉄鉱精鉱および全鉱石自体の両方で浸出した鉄の割合により測定した酸化の量である。グラフが示すように、精鉱処理を、最初の３０日で約４０％まで、そして最初の６０日で６５％以上バイオ酸化した。全鉱石は８４日で２４％までバイオ酸化されたのみであった。日平均バイオ酸化速度を図７に示す。コーティング化精鉱の最も高い日平均速度は１.８％／日であり、一方全鉱石は僅かに０.５％の日平均速度であった。図７に説明するように、コーティング化精鉱サンプルはサンプルのバイオ酸化が始まるほど長くかからなかった。これは、コーティング化精鉱処理が合理的に短時間で完全なバイオ酸化を達成するようであることを意味する。
【０１９２】
下記表１は、比較のために行った粗鉱石の精鉱処理および全鉱石処理の図６および７にグラフにした具体的なデータポイントを示す。
【０１９３】
６８日後、粗鉱石カラム上にコーティングした精鉱を外した。バイオ酸化物質を＋１８０μmフラクションおよび−１８０μmフラクションに分けた。微細物質の重量は１４０ｇから１５０ｇに増加した。６８日のバイオ酸化中にこの系から除去された鉄の量は２１.５ｇであり、黄鉄鉱４６ｇに相当した。粗岩石の重量は５４ｇ減少した。これは、岩石のバイオ酸化プロセスにより、より細かい物質へと破壊されたためであると考えられた。バイオ酸化後の全重量は６５６ｇであり、それは出発物質より４４ｇ少なかった。これは計算された酸化黄鉄鉱４６ｇと合致する。
【０１９４】
【表２】
2008302356.tif 000003
【０１９５】
−１８０μm物質の二つのサンプルおよび＋１８０μm物質の一つのサンプルをシアニドで浸出した。サンプルを浸出するために、ボトル回転を９６時間行い、浸出剤を５００ppmに維持した。＋１８０μm粗鉱石支持岩を、ボトル回転を行う前に９５％−７５μmまで粉砕した。全てのボトル回転物は浸出溶液中の活性炭で処理された。
【０１９６】
バイオ酸化６８日後の−１８０μmフラクションの硫化物分析は、出発レベルの５６％である８.８％硫化物をまだ含むことを示した。これはカラム実験で浸出させた鉄で示されたより低い酸化程度であった。金実収率は高品位(３８ppm)−１８０μmフラクションで８３.４％および＋１８０μm低品位(３ppm)フラクションで７９.５％に増加した。これは非酸化鉱石の実収率４５.６％からの実質的な増加である。
【０１９７】
実施例３
ドミニカ共和国の鉱山からの７０％−７５μm金鉱石のサンプルを使用して、硫化物浮遊精鉱を産出した。鉱石サンプルを、既にシアニド浸出されている鉱山の尾鉱の山から得た。鉱石サンプルはまた２ｇ／トンを越える金を含有し、それは硫化物中にあり、シアニドで直接浸出できなかった。
【０１９８】
硫化物精鉱を製造するために、数キログラムのこのサンプルを更に９５％−７５μmに粉砕した。次いで粉砕したサンプルを浮遊選鉱し、硫化物精鉱を形成させた。浮遊選鉱は各５００ｇの研究室Ｗemco浮遊選鉱セルで小バッチで行った。浮遊前に、粉砕した鉱石サンプルを３０％のパルプ密度に調節した。次いで、鉱石スラリーを１.５Ｋg／トン硫酸ナトリウム(Ｎａ２Ｓ)と５分間、ｐＨ８.５で混合した。次いで、キサントゲン酸アミルカリウムを１００ｇ／トンで収集剤として添加し、５分間混合した。次いで、Ｄowfroth D-200  ５０ｇ／トンを添加し、５分間混合した。最後に、空気を導入して１７.４重量％鉄および１９.４重量％硫化物および精鉱トン当たり１４ｇの金を含む硫化物精鉱を製造した。次いで、多くのコーティング化基質を、＋０.３１cmから−０.６２cm花崗岩５６０ｇ上に硫化物精鉱１４０ｇから１５０ｇをコーティングすることにより製造した。精鉱を乾燥粉末として花崗岩に加えた。次いで、混合物を小プラスチックドラムで３０rpmで回転させ、乾燥黄鉄鉱を支持物質上に散布した。２,０００ppm第二鉄イオンおよび１％Ｎalco #7534凝集助剤を含む液体を、すべての硫化物精鉱が湿潤花崗岩上に広がるまで噴霧した。溶液をｐＨ１.８に維持した。この場合の粗岩石は鉄または金（gold value）を有しなかった。しかしながら岩石は少量の無機炭酸塩を含有し、それが最初ｐＨを高く維持させる傾向にあるだけでなく、細菌の炭素源としてＣＯ２を提供する。
【０１９９】
精鉱コーティング化岩石７００ｇをカラムに入れた。１.６のｐＨを有する０.２×９Ｋ塩および２,０００ppm第二鉄イオン溶液を、流速約３００ml／日でカラムの上から挿入した。次いで、カラムを１０mlの細菌で、実施例２のように接種した。精鉱コーティング化岩石基質のｐＨを１.８のｐＨに調節した後、流入液のｐＨを１.８にした。空気もまたカラムの上から挿入した。
【０２００】
図８は精鉱から浸出した鉄のパーセントにより測定したバイオ酸化のパーセントをグラフで示す。バイオ酸化の日平均パーセントを計算し、表２に示し、図９にグラフで図説する。バイオ酸化のパーセントは、除去された全鉄を精鉱に含まれる全鉄で割って決定した。バイオ酸化の速度は、ｐＨを調節し、細菌を構築し、さらに適合させるため、開始が遅かった。しかしながら、約２週間後、速度は急速に増加し、３０日後に最大に達した。この時に全鉄のほとんど５０％がバイオ酸化されていた。このプロセスは、残りの黄鉄鉱が消費されたため、徐々に減速して続いた。最後の６４日では、鉄のほとんど９７％がバイオ酸化されていた。ほとんど完全にバイオ酸化され、速度がこのプロセスの終了近くまで減速しても、日平均速度はまた１％／日近かった。７０日後、バイオ酸化が停止した。バイオ酸化精鉱を＋１８０μmフラクションおよび−１８０μmフラクションに分けた。バイオ酸化精鉱の重量は１４０ｇから１１５ｇに減少した。７０日のバイオ酸化でこの系から除去された鉄の量は、２５.９ｇであり、黄鉄鉱５５.５ｇに相当した。花崗岩の重量は９８.８ｇ減少した。これは、岩石の炭酸カルシウムが酸により破壊されたこと、および岩石がより細かい物質へと破壊されたことによるものであると考えられた。全重量は１２３.３ｇ減少し、これは黄鉄鉱単独のバイオ酸化で予定されていたものより６７.８ｇ多かった。
【０２０１】
【表３】
2008302356.tif 000004
【０２０２】
−１８０μm物質のサンプルをシアニド５００ppmで、ボトル回転で９６時間浸出した。＋１８０μm花崗岩もまたシアニド５００ppmで浸出し、支持基質として荒岩を使用した方法で、どの程度の金が支持岩石に貼り付くかを測定した。−１８０μm物質の分析は、９.７％の硫化物がまだ含まれることを示し、これは酸化が僅かに約５０％であることを示す。
【０２０３】
−１８０μmフラクションからの金抽出は７７％であった。この金を既にシアニドで浸出した金鉱石から回収し、従って本発明の方法が現在まで廃棄物と考えられていた鉱石にさえ適応できることを証明する。すべての実収率が鉱山で現在実施されている方法よりも向上しているが、本発明方法は以前は尾鉱と見なされていたものからの７７％の金の回収を可能にした。
【０２０４】
花崗岩支持岩石のシアニド浸出は、全金の３.４％である０.１５ppmの金の採取を示した。
【０２０５】
実施例４
８０％が０.６２cmを通過するように破砕した難処理性黄鉄鉱を有する金サンプルを支持岩石として試験するために製造した。鉱石はネバダ州のウエスタン・ステーツ鉱山からであり、高濃度の無機炭酸塩を石灰岩の形で含有する。微細物質(０.３１cm未満)は、良好な空気流を可能にするために除去した。＋０.３１cmから−０.６２cmの岩石の４キログラムのサンプルを、他の採鉱会社から提供された１キログラムの金含有黄鉄鉱精鉱でコーティングした。コーティングは、粗鉱石支持岩石および乾燥精鉱を小回転ドラムに入れ、第二鉄イオン２,０００ppmおよび１％Ｎalco #7534凝集助剤含有液体を、全ての硫化物精鉱が湿潤花崗岩上にコーティングされるまで、混合物に噴霧することにより、形成した。
【０２０６】
両方のサンプルの鉄分析は、精鉱が鉄２１０ｇおよび鉄４２.８ｇ含有支持岩石４キログラムを含むことを示す。
【０２０７】
５ｋｇのコーティング化鉱石基質を７.６２cmカラムに入れた。バイオ酸化プロセスを開始するために、ｐＨ１.３および２,０００ppmの第二鉄を有する溶液を、約１リットル／日でカラムを通過させた。７日後、カラムから溶出する溶液のｐＨはｐＨ２.５未満であった。この点で、カラムにチオバシラス・フェロオキシダンス菌の培養物１０mlを(実施例２のように)接種し、供給溶液のｐＨをｐＨ１.８に上げた。全１５日後、カラムはｐＨ１.７およびＥｈ７００mＶの酸を発生した。バイオ酸化プロセスの進行は、精鉱コーティングした名目（nominal）０.６２cm鉱石のカラムから浸出する鉄の測定により追跡した。このデータを荒岩のサンプル上にコーティングしたのと同じ精鉱を使用した実験のデータと比較した。両方の場合の浸出速度を図１０のグラフ形態で比較する。ウエスタン・ステーツ実験が僅かに速いという事実は、粗鉱石支持岩石がまた同程度酸化されたことを示す。
【０２０８】
ウエスタン・ステーツカラム実験は全７４日流し、全１６６グラムの鉄をその系から浸出させ、または精鉱および支持岩石の両方の全鉄の６６％を浸出させた。鉄のほとんどは精鉱から浸出したが、支持岩石からのもあった。精鉱の重量はバイオ酸化後１,０００グラムから７０５.８グラムに変化した。ウエスタン・ステーツ粗鉱石支持岩石４キログラムは３６９５.５グラムに減少し、これはバイオ酸化後の３０４.５グラムまたはその重量の７.６％の損失に相当する。粗鉱石支持岩石の重量減少は、その黄鉄鉱のバイオ酸化、鉱石の炭酸塩の酸浸出および鉱石の物理的削磨の組み合わせの結果であった。
【０２０９】
ネバダ州の他の鉱山由来のバイオ酸化精鉱７０５.８グラムを、シアニドボトル回転試験を使用して金抽出について試験した。バイオ酸化前の金実収率は４６％であった。バイオ酸化後、８６％に増加した。この同じ金実収率が、砂利支持物質で精鉱を同程度バイオ酸化することにより達成できた。
【０２１０】
ウエスタン・ステーツ鉱石の酸消費を、バイオ酸化の支持岩石として使用する前および後に測定した。ｐＨを２まで減少させるのに必要な硫酸の量はバイオ酸化前は１００ｇ鉱石当たり３１.４グラムであった。ｐＨを２まで減少させるのに必要な硫酸の量はバイオ酸化後は１００ｇ鉱石当たり１１グラムであった。これは、支持岩石の重量の約２０％が７４日のバイオ酸化で酸中和されたことを意味する。これは支持岩石の７.６％の重量損失より大きい。これはバイオ酸化後に岩石に形成される沈殿または石灰岩の割合のサンプル毎の変化によるものであり得る。
【０２１１】
この試験から幾つかの結論を導き出せる。第１に、低ｐＨバイオ酸化プロセスは高炭酸塩鉱石の表面で起こり得る。第２に、＋０.３１cmから−０.６２cm支持物質で、ｐＨ１.８酸による中和工程は鉱石の炭酸塩が７４日後に完全には除去されないほどゆっくりである。遅い酸中和工程は、鉱石中の石灰岩の中和がバイオ酸化細菌炭素源の必要なＣＯ２を提供するため、細菌にとっては有益である。第３に、粗鉱石支持岩石は、ウエスタン・ステーツ鉱石中の小さい浮遊不可能な硫化物がバイオ酸化されるため、この方法で利益を得る。
【０２１２】
＋０.３１cmから−０.６２cm粗鉱石支持岩石で約２カ月に起こる中和の量に基づくと、＋０.６２cmから−１.９cm粗鉱石支持岩石はフルスケール工程に適している。より大きい粗鉱石支持岩石の場合、石灰岩中和を最大限に使用し、粗鉱石支持岩石の小さい浮遊可能硫化物のバイオ酸化をするにはヒープバイオ酸化工程に９０から１２０日かかる。粗鉱石支持岩の外側に広がる硫化物のコーティングのバイオ酸化にかかる時間は、一般的に９０日未満である。従って、粗鉱石支持岩石は、粗鉱石支持岩石の表面のバイオ酸化のために黄鉄鉱精鉱を粉砕し、浮遊させる前に数回使用し得る。
【０２１３】
バイオ酸化の前に、ウエスタン・ステーツ鉱石の浮遊選鉱により精鉱を製造する二つの試みが成された。一つの方法はキサンンテートしか使用せず、黄鉄鉱精鉱内に僅かな金の実収率(１２％未満)しか成さなかった。この浮遊選鉱からのテイルはまだ４.０ｇＡｕ／トンを含んだ。浮遊選鉱テイルのシアニドでの抽出は、テイルに残る金の１７％しか回収しなかった。
【０２１４】
第２の試みは、浮遊選鉱でケロセンを炭素精鉱を浮遊除去するために使用し、続いてキサントゲン酸を黄鉄鉱精鉱を製造するために使用した。これらの精鉱を合わせた重量は、鉱石の１８％であり、キサントゲン酸のみを使用して製造された精鉱の７.４重量％の２倍であった。両方の精鉱からの合わせた金の実収率は、金の５３.８％に増加した。この浮遊選鉱からのテイルは、金が２.１２ｇ／トンに減少した。テイルのシアニドでの抽出は、両方の精鉱の浮遊選鉱後のテイルに残る金の３４.５％しか回収しなかった。
【０２１５】
第３の試みが、ウエスタン・ステーツ鉱石で、それが本実施例におけるバイオ酸化の支持岩石として使用された後に浮遊選鉱において成された。＋０.３１cmから−０.６２cm鉱石支持岩石を−７５μmに粉砕し、次いで収集剤としてキサントゲン酸を使用して浮遊させた。これは３３.４ｇ  Ａｕ／トンおよび本来の鉱石重量の７.９％である黄鉄鉱精鉱を形成した。この浮遊選鉱からのテイルは１.０９ｇ  Ａｕ／トンを含んだ。黄鉄鉱精鉱への金の実収率は７２.４％であった。１.０９ｇ／トンテイルのシアニド抽出物は、４８.７％の金を回収し、０.５６ｇ／トンの最終のテイルを製造した。
【０２１６】
３３.４g Ａｕ／トン  黄鉄鉱精鉱は、振盪フラスコ実験でバイオ酸化した。バイオ酸化後、シアニド抽出物は９９％金実収率まで増加した。この結果は、この精鉱が、コーティング化支持岩石法の他の精鉱と別にバイオ酸化される黄鉄鉱を含む金であることを示した。
【０２１７】
下記表３に示す浮遊選鉱結果からみられるように、バイオ酸化の支持物質として使用した後のウエスタン・ステーツ鉱石の浮遊選鉱により、高品位の黄鉄鉱精鉱がより簡単に製造され、浮遊選鉱テイルはシアニド抽出に対する難処理性が減少している。これはバイオ酸化の高第二鉄および低ｐＨ条件における７４日間の黄鉄鉱の化学的変化によるものであり得る。あるいは、非浮遊硫化物を、第二鉄および細菌酸化を組み合わせて、難処理性を減少し得る。
【０２１８】
【表４】
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【０２１９】
実施例５
二つの同時のバイオ浸出試験を、金含有黄鉄鉱精鉱のバイオ酸化速度を試験するために行った。最初の試験はカラムタイプ実験から成り、ヒープリーチング法を模倣し、第２は振盪フラスコ実験から成り、撹拌タンク工程を模倣する。
両方の試験の出発精鉱は、カリフォルニア州、トゥオルンネ群のジェームスタウン鉱山から得た。鉱山はＳonora Ｇold会社が所有し、主脈鉱脈システムに沿っている。精鉱はキサントゲン酸浮遊選鉱法で製造し、３９.８％硫化物および３６.６％鉄を含有した。精鉱内の鉱物硫化物は主に黄鉄鉱を成す。サイズ分析は、７６％を越える精鉱粒子が７５μmより小さいことを示す。精鉱は高い金濃度を有し(約７０ｇ／トン精鉱)、シアニド浸出に対して難処理性であることが知られている。
【０２２０】
各試験のバイオ酸化の割合は、カラムから除去された全ての溶液中の鉄濃度またはフラスコ実験の場合、溶液中の鉄濃度＋除去された鉄溶液により測定した。
チオバシラス・フェロオキシダンスの培養物を、各試験で鉱物硫化物精鉱のバイオ酸化に使用した。チオバシラス・フェロオキシダンスの培養物は、ＡＴＣＣ株19859および33020から開始した。培養物を、ｐＨ１.７から１.９および５ｇ／ｌ硫酸アンモニウム((ＮＨ４)２ＳＯ４)、０.８３３ｇ／ｌ硫酸マグネシウム７水和物(ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ)および硫酸第二鉄および硫酸第一鉄の形の２０ｇ／ｌ鉄含有酸性栄養培地で生育させた。溶液のｐＨを上記範囲に硫酸(Ｈ２ＳＯ４)を使用して調節した。
【０２２１】
培養物を試験サンプルに適用する前に、鉱物硫酸酸化細菌の混合培養を、４×１０９から１×１０１０セル／mlのセル密度に生育させた。
【０２２２】
カラム実験を、約１０８セル／グラム精鉱を有する精鉱サンプル１５０ｇを接種することにより開始した。これは５×１０９セル／mlの細菌３mlを黄鉄鉱精鉱のサンプル１５０ｇに添加することにより成した。黄鉄鉱精鉱懸濁液１５０ｇを、次いで、７.６２cm、１.８３メートルカラムに、.９５cm溶岩３lと共に約半分まで入れた。溶岩支持物質は、広い表面領域を有し、バイオ酸化中に遭遇する酸性条件に良好に耐えるので、選択した。
【０２２３】
接種および続く溶液添加の間、黄鉄鉱精鉱はカラム侵食をしなかった。ほとんどの黄鉄鉱精鉱は溶岩の最初の３０cmに含有されていた。バイオ浸出溶液はカラムのｐＨが約１.８に下がるまで再循環させた。カラム内のバイオ酸化を開始させた後、１.８のｐＨおよび２０００ppmの鉄を主に第二鉄の形で有する０.２×９Ｋ塩溶液をカラムに供給した。２,０００ppmの鉄はカラムから出る溶液中の鉄の全ての分析から差し引いた。
【０２２４】
バイオ酸化２６日後、黄鉄鉱精鉱の鉄３５％が酸化されていた。この点で、試験を３ｇの新しい精鉱を毎日カラムに加えることによる連続工程試験に換えた。更に９日後、黄鉄鉱添加速度を６ｇ／日に増加させた。
【０２２５】
フラスコ実験をカラム実験と同時に開始した。実験を開始するために、黄鉄鉱精鉱のサンプル５０ｇに、細菌培養物１mlを接種した。黄鉄鉱精鉱を、次いで、大きい振盪フラスコ中、ｐＨ１.８を有する０.２×９Ｋ塩溶液１リットルに添加した。同細菌で精鉱を接種するだけでなく、同数のセル／ｇで接種した。
【０２２６】
約２５０rpmでフラスコを軌道振盪することによりバイオ浸出溶液に空気を加えた。溶液をフラスコから経時的に回収し、カラムよりも高い濃度になるように第二鉄濃度を保った。
【０２２７】
２６日目にカラム実験を連続工程に換えた時、フラスコ実験もまたフラスコに１ｇ黄鉄鉱精鉱／日を添加することにより連続試験に換えた。更に９日後、精鉱の量を２ｇ／日に増加させた。
【０２２８】
５８日後、フラスコおよびカラム実験への黄鉄鉱添加を止めた。カラムおよびフラスコの両方を更に２０日間バイオ酸化させた。この点で、カラムの精鉱は約７６％酸化され、フラスコの精鉱は約８９％酸化された。次いでカラムを１０日間チオ尿素で浸出し、遊離金を抽出した。しかしながら、１.８のｐＨを有し、２,０００ppmの第二鉄を含む０.２×９Ｋ塩の添加に再び戻した３日後、カラム溶出液中のＥｈおよび鉄濃度は増加した。これはチオ尿素が細菌に非毒性であり、チオ尿素抽出が細菌を殺すことなく経時的にできることを示す。
【０２２９】
図１１は、カラムおよびフラスコ精鉱バイオ浸出試験のバイオ酸化の量対日数を示す。図８の“ＴＵ浸出”なるフレーズは、チオ尿素浸出を示す。図８の記載に使用したデータは、本実施例の最後の表４および５に表として示す。
【０２３０】
上記のように、フラスコは撹拌タンク工程を模倣する。フラスコ試験を、黄鉄鉱を毎日添加することにより連続工程に換えた時、鉱石に適した大量の細菌を含む急速バイオ酸化タンクに新しい黄鉄鉱を間欠的に導入する大規模工程の模倣を意味する。カラムへの黄鉄鉱の毎日の添加は、貴金属を有する硫化金属が、連続的にまたは断続的に、溶岩のような支持物質のヒープに配したバイオ酸化精鉱から成るヒープの頂上に添加される、連続工程の可能性を試験するために行った。
【０２３１】
上記試験が証明するように、バイオ酸化の速度はカラムとフラスコ試験で有意な差はなかった。バイオ酸化の開始は、カラム試験で僅かに遅かった。これはカラムのｐＨを１.８に下げる約１０日の遅れによるものであり得る。次いで、カラムのバイオ酸化の速度はフラスコと同程度に増加した。実験の終わりの方で、速度は再び減速し始めた。これは新鮮な黄鉄鉱とバイオ酸化黄鉄鉱の混合物の欠乏によるものであり得る。しかしながら、二つの試験のバイオ酸化速度は、本発明の方法の実施可能性を証明するのに十分近かった。本発明方法の実施可能性は、撹拌タンク方法と比較して、重積方法のより低い資本および作業費用の観点から特に魅力的である。
【０２３２】
【表５】
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【０２３３】
【表６】
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【０２３４】
本発明は好ましい態様および具体的実施例を参考にして記載しているが、当業者は本発明の方法の多くの変形および適合が後述の請求の範囲の精神および範囲から離れることなく可能であることを容易に理解する。例えば、本発明の方法は難処理性硫化鉱石または難処理性炭素質硫化鉱石からの金の回収について記載したが、この方法はこれらの鉱石に見られる銀およびプラチナのような他の貴金属に同様に応用可能である。同様に、本発明の方法は、当業者は容易に理解するように、黄銅鉱および閃亜鉛鉱のような金属黄鉄鉱石からのバイオ酸化硫化物精鉱に使用し得る。
【図面の簡単な説明】
【０２３５】
【図１】本発明の一実施態様に従う方法のフローチャートを略図例示するものである。
【図２】本発明に従い、金属硫化物粒子の精鉱でコーティングされた難処理性硫化鉱石基質の横断図である。
【図３】本発明のその他の実施態様に従う方法のフローチャートを略図例示するものである。
【図４】本発明の更に別の実施態様に従う方法のフローチャートを略図例示するものである。
【図５】本発明の更に別の実施態様に従う方法のフローチャートを略図例示するものである。
【図６】鉱石全体についての鉄酸化パーセント対時間を本発明に従う方法と比較したものを示すグラフである。
【図７】鉱石全体の日平均バイオ酸化速度を本発明に従う方法の場合と比較したグラフである。
【図８】本発明に従うその他の方法でのバイオ酸化パーセントを例示するグラフである。
【図９】図８に対応する方法での日平均バイオ酸化速度を例示するグラフである。
【図１０】荒岩支持体上にコーティングした黄鉄鉱精鉱および高濃度の無機炭酸塩含有難処理性硫化鉱石支持体上にコーティングした同じ黄鉄鉱精鉱について、バイオ酸化パーセントを時間の関数として示すグラフである。
【図１１】本発明の実施態様に従う方法対撹拌タンク型の方法の、溶岩ヒープの頂上に配した精鉱についてのバイオ酸化速度を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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