Развитие технологии бактериального выщелачивания упорных золотосодержащих концентратов - Реферат

Тогда не знали, что это микроорганизмы обеспечивали перевод металлов из сульфидов руды в раствор [8]. И только с середины прошлого века стало известно, что растворы в рудных месторождениях обогащаются металлами, главным образом благодаря бактериям [9]. Процесс перевода металлов в раствор называют бактериальным выщелачиванием. Он происходит в природе везде, где создаются условия для роста и деятельности хемоавтотрофных организмов – сульфидные руды, наличие кислорода воздуха и влага.

В настоящее время бактериальное выщелачивание используют для извлечения меди, урана и золота. При этом применяют в основном такие способы, как подземное, кучное и чановое выщелачивание.

Как подземное, так и кучное выщелачивание – медленно протекающие процессы с продолжительностью цикла от 2 3 до 5 7 лет. Целесообразность проведения этих процессов заключается в использовании природного сырья с низким содержанием ценных компонентов, но значительных по своим объемам.

В отличие от подземного и кучного методов выщелачивания, эффективность которых сильно зависит от внешних факторов окружающей среды, чановое выщелачивание проходит в полностью управляемых условиях.

Продолжительность процесса чанового выщелачивания кучи не превышает нескольких десятков часов. Создавая определенные условия при чановом выщелачивании, можно достичь высокой селективности при извлечении ценных компонентов из комплексных и сложных продуктов. И наконец, этот метод не связан с загрязнением внешней среды опасными техногенными выбросами.

Наибольший интерес для чанового бактериального выщелачивания представляют руды и продукты золотодобывающей промышленности. В последние годы в ней как в России, так и за рубежом все шире в переработку вовлекаются упорные мышьяксодержащие руды. Анализ разведанных запасов свидетельствует о том, что доля таких руд в будущем будет преобладать.

Чановое бактериальное выщелачивание обладает рядом преимуществ перед другими способами переработки упорных концентратов. К ним относятся низкая (почти комнатная) температура процесса, отсутствие вредных выбросов в атмосферу, полный водооборот, возобновляемость «живого катализатора», связанная с размножением бактерий в процессе окисления сульфидов. Это делает метод чанового бактериального выщелачивания перспективным. Вместе с тем, как уже отмечалось, недостатком метода является продолжительность процесса (несколько десятков часов). Изыскание возможностей интенсификации процесса позволило бы дополнительно увеличить его конкурентную способность.

Бактериальное выщелачивание сульфидных минералов – сложный по своей сути процесс, который содержит множество различных путей и их комбинаций (химические, биологические, электрохимические) [10]. Эти химические, биологические и электрохимические реакции взаимодействуют и их наиболее удачные взаимодействия лежат в основе успешного бактериального выщелачивания.

При бактериальном выщелачивании реализуется уникальная природная способность хемоавтотрофных бактерий использовать для синтеза биомассы сульфидные минералы, серу и закисное железо как энергетический субстрат, а в качестве источника углерода – углекислый газ атмосферы.

Существует несколько точек зрения относительно механизма окисления сульфидов в присутствии железо- и сероокисляющих микроорганизмов, однако большинство из них сводится к двум. В соответствии с первой, окисление сульфидов происходит при непосредственном участии микроорганизмов (прямой механизм); вторая предполагает, что бактерии лишь катализируют окисление кислородом ионов Fe2+ до Fe3+, а Fe3+ окисляет сульфиды чисто химическим путем, без участия бактерий (косвенный механизм).

В настоящее время большинство исследователей склоняются ко второй точке зрения [11]. Вместе с тем показано, что бактерии прикрепляются к поверхности минерала с помощью полисахаридного слоя (слизистой капсулы) и именно в этом слое, а не в объеме происходит ускорение реакции окисления ионов Fe2+ до Fe3+ [12].

Рассматривая вопрос о бактериальном выщелачивании упорных золотосодержащих минералов, необходимо напомнить историю развития данного направления в переработке минерального сырья. Наша страна является одной из первых, где создавались теоретические и практические разработки по чановым бактериальным методам как самостоятельного направления в области обогащения и переработки полезных ископаемых. Основные положения биотехнологии разработаны в СССР в 70 80 е годы прошлого столетия. В работе принимали участие такие организации, как МИСиС, ЦНИГРИ, ИМНИ РАН, УНИПРОмедь, ИРГИредмет, ИБФ СО РАН в результате чего была создана и запущена в 1974 году первая в мире опытная установка по биогидрометаллургической переработке упорных золотосодержащих концентратов.

На базе опытной установки в Тульском филиале ЦНИГРИ в укрупненном масштабе испытаны технологические схемы переработки упорных руд практически всех месторождений (порядка 30, в т.ч. Бакырчик, Нежданинское, Олимпиадинское, Майское и т.д.) с применением бактериального выщелачивания концентратов. Испытания показали, что извлечение золота из всех упорных концентратов различного состава достигало 90,0 98,4 %.

После распада СССР начавшиеся работы по внедрению в промышленное производство разработок в области применения биотехнологии для переработки упорных золотосодержащих концентратов различных месторождений не получили развития и не были отработаны до готовности к промышленному применению.

Промышленное освоение бактериального выщелачивания тесно связано с фирмой Gencor (ЮАР). Менее 20 лет назад Gencor начал отрабатывать варианты биовыщелачивания упорных золотосодержащих концентратов на месторождении Fairview. Это был промышленного масштаба завод с производительностью 10 т/сут. Сейчас эта технология известна как BIOX®. Основана она на использовании мезофильных микроорганизмов (до 40°C) для окисления сульфидных минералов и освобождения тонкодисперсного золота, находящегося в упорных сульфидных золотосодержащих концентратах.

Эксплуатация построенного в 1994 году завода в Ashanti Sansu по технологии BIOX® подтвердила, что биовыщелачивание весьма привлекательно для крупномасштабного использования в золотодобывающей промышленности. Успехи в конструировании биореакторов позволили увеличить их полезный объем до 1000 м3. Используя систему реакторов, удалось перерабатывать до 1000 т/сут концентрата. Это в 100 раз превышало производительность первого завода, построенного на Fairview. Извлечение золота из продуктов биоокисления концентрата составляет 91,0 92,0 %. Специалисты компании, имеющие опыт эксплуатации окислительных, обжиговых и автоклавных установок, считают BIOX® наиболее простым, экономичным, эффективным и экологически безопасным способом переработки упорных золотомышьяковистых концентратов.

В настоящее время нашли применение две основные разновидности технологии бактериального выщелачивания упорных золотосодержащих концентратов.

BIOX® – разработана фирмой Gencor (ЮАР), процесс проходит при температуре 40°C, pH 1,6, содержании твердого в питании около 18 % в течение примерно 4 сут. В окислении участвуют ассоциации мезофильных бактерий L. ferrooxidans, L. ferriphilum, A. thiooxidans и A. ferrooxidans.

BacTech – разработана фирмой BacTech (Австралия). Ее главное отличие заключается в том, что процесс бактериального выщелачивания ведется при более высокой температуре – 42 50°C. Микрофлора процесса представлена ассоциацией умеренно термофильных микроорганизмов A. caldus и L. ferrooxidans.

В настоящее время построено и действует около 16 промышленных установок бактериального выщелачивания в 12 странах мира – ЮАР, Австралии, Бразилии, США, Канаде, Замбии, Гане, России, Китае, Тасмании, Узбекистане, Казахстане (таб. 1).

Таблица 1 – Заводы, использующие бактериальное выщелачивание в переработке упорных золотосодержащих руд

Обе технологии предполагают дробление, измельчение, флотационное обогащение руды, бактериальное выщелачивание флотационных концентратов, разделение твердой и жидкой фаз, нейтрализацию кислых растворов, цианирование твердого остатка по методу CIP (уголь в пульпе), CIL (уголь в растворе) или классическим методом.

На действующей золотоизвлекательной фабрике Олимпиадинского ГОКа (Россия) переработка упорной золотосодержащей руды ведется по флотационно-биогидрометаллургической схеме с использованием уникальной для климатических условий Крайнего Севера технологии бактериального выщелачивания концентратов BIONORD®.

Бактериальное выщелачивание сульфидного флотационного концентрата проводят постадийно при температуре 37 45°C, с использованием отличающихся сообществ бактерий на каждой стадии, с повышением температуры на последних стадиях, нейтрализацию продуктов бактериального выщелачивания сульфидного флотационного концентрата проводят при аэрации пульпы сжатым воздухом, а после аэрации производят окисление пульпы кислородом и ее цианирование, при этом сорбционное выщелачивание нейтрализованных продуктов ведут при дробной подаче цианида.

Наращивание общего объема биореакторов в мире, используемых для бактериального выщелачивания золотосодержащих концентратов, имеет устойчивую тенденцию.