Бактериальное выщелачивание металлов
Бактериальное выщелачиваниеосновано на феномене извлечения металлов из руд с помощью бактерий. Число бактерий в зоне окисления руд достигает 1 млрд, в 1 г руды или 1 см воды. Чаще всего эта технология совмещается с выщелачиванием слабыми растворами кислот, которые являются питательной средой для бактерий. Выщелачивание меди с помощью бактерий запатентовано в СССР и США в конце 50-х годов. Эта технология требует надежного контроля из-за возможности регенерации штаммов бактерий и их неуправляемой миграции.
Выщелачивание меди из руд в штабелях с неизученным механизмом было известно в Венгрии и Германии с XVI в., в Испании — XVII в. Впервые запатентовано в США в 1958 г. применительно к извлечению меди и цинка.
В 1947 г. американскими микробиологами из рудничных вод был выделен микроорганизм, который окисляет сульфидные минералы, серу и ряд ее соединений, железо, медь, селен, сурьму, уран при рН 1,0 — 4,8 и температуре 5 — 35 °С.
Избирательное извлечение химических элементов из многокомпонентных соединений посредством их растворения микроорганизмами в водной среде позволяет извлекать из руд и отходов горно-перерабатывающего производства ценные компоненты или вредные примеси (мышьяк). С использованием этой технологии в промышленных масштабах извлекают медь из забалансовых руд в США, Испании, Перу, Португалии, Мексике, Австралии, Югославии и других странах.
Технология пригодна при всех способах выщелачивания, не связанных с повышенными давлением и температурой. Наиболее широко применяют тионовые бактерии Thiobacillus ferrooxidans, способные окислять сульфидные минералы и закисное железо до окисного, и Thiobacillus thiooxidans. Тионовые бактерии являются хемоавтотрофами, так как единственным источником энергии для их жизнедеятельности служат процессы окисления закисного железа, сульфидов металлов и элементарной серы. Эта энергия расходуется на усвоение природной углекислоты. Получаемый углерод идет на построение клеточной ткани бактерий. Thiobacillus ferrooxidans окисляют сульфидные минералы до сульфатов прямым и косвенным путем. Микроорганизмы окисляют сернокислое закисное железо до окисного, являющегося сильным окислителем и растворителем сульфидов:
Основной фактор процесса — быстрая регенерация сернокислого окисного железа тионовыми бактериями, что ускоряет процессы окисления и выщелачивания. Оптимальная температура для развития тионовых бактерий 25 — 35 °С, рН от 2 до 4. Тионовые бактерии ускоряют растворение халькопирита в 12 раз, арсенопирита и сфалерита в 7 раз, ковеллина и борнита в 18 раз по сравнению с обычными химическими методами.
Комплекс подземного бактериального выщелачивания медной руды включает в себя прудок для выращивания и регенерации бактерий; насосную для перекачки бактериального раствора к руде; трубопровод; задвижку; коллектор; скважину для орошения рудного тела бактериальным раствором; орошаемый участок рудной залежи; горные выработки для сбора бактериального раствора; насос; отстойник для насыщенных медью растворов; цементационную ванну для получения порошкообразной меди; помещение для сушки цементной меди; транспортные средства; компрессорное хозяйство для обогащения бактериального раствора кислородом.
В штабеле или подземном блоке руду орошают растворами серной кислоты, содержащими ионы железа и бактерии. В присутствии кислорода воздуха и бактерий идет окисление сульфидных минералов, а металлы переходят из нерастворимых соединений в растворимые. Наибольшая скорость достигается при тонком измельчении руды (200 меш), в плотных пульпах (до 20 % твердого), при перемешивании и аэрации. Число клеток-бактерий в выщелачивающем растворе и руде должно быть не ниже 10 — 10 в 1 мл. В раствор за 1 ч переходит меди до 0,7 г/дм3, цинка — 1,3, никеля — 0,2 и т.д. Из олово- и золотосодержащих концентратов за 70— 80 ч извлекается до 90 % мышьяка.
Скорость окисления сульфидных материалов в присутствии бактерий возрастает в тысячи раз, а железа примерно в 2·106 раз по сравнению с химическим выщелачиванием. Интенсификация выщелачивания обеспечивается при активизации деятельности бактерий. Для этого необходимы рН 1,5 — 2,5, окислительно-восстановительный потенциал (600 — 750 мВ), благоприятный состав растворов, что достигается путем их регенерации и режимов аэрации и увлажнения. Добавляют соли азота и фосфора.
В промышленных масштабах технология применяется при кучном выщелачивании меди и урана. С ее помощью экономически целесообразно извлекать медь из забалансовых сульфидных руд. Это осуществляется водными растворами Fe2 (SО4)3 в присутствии А12(SО4)3, FeSО4 и тионовых бактерий Thiobacillus ferrooxidans. Раствор подается в скважины, пробуренные в рудном теле. Бактерии и сульфат оксида железа окисляют сульфиды меди по схеме
2Fe2(SO4)3 + 2CuS + 2Н2О + ЗО2 → 2CuSO4 + 4FeSO4 + 2H2SO4
Продуктивный раствор подают на установку для извлечения меди.
Выщелачивание с участием тионовых бактерий в опытном порядке используют для извлечения Zn, Co, As, Mn и других металлов. Например, для растворения и извлечения золота используют гетеротрофные бактерии Aeromonas, выделенные из рудничных вод.
За счет использования бедных и потерянных в недрах руд увеличиваются запасы, полнее используется сырье, повышается культура производства, улучшается состояние окружающей среды. Себестоимость 1 т меди, полученной этим методом, в 1,5 — 2 раза ниже, чем при обычных способах. Процессы окисления неорганических субстратов служат источником энергии.
Простота технологического процесса, возможность быстрого размножения бактерий, особенно при циркуляции растворов, содержащих живые организмы, открывает возможность не только снизить затраты на получение ценных компонентов, но и значительно увеличить сырьевые ресурсы за счет использования бедных, забалансовых и потерянных руд, хвостов обогащения, пыли, шлаков и других отходов. Процесс перспективен для полной автоматизации предприятий по получению металлов из недоступных при использовании традиционной технологии запасов, сложные горнодобычные и обогатительные комплексы при этом не используются.
ЛЕКЦИЯ 15. ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ОБОГАЩЕНИИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|