16735

Методика контроля параметров биотехнологических процессов в технологических схемах бактериального выщелачивания золота

Научная статья

География, геология и геодезия

Методика контроля параметров биотехнологических процессов в технологических схемах бактериального выщелачивания золота И. Б. Насридинов Г. 2000 г. УДК 349.283:552.57 Истощение богатых зон месторождений полезных ископаемых заставляет горнорудные кампании искать новые зале...

Русский

2013-06-25

64.5 KB

17 чел.

Методика контроля параметров биотехнологических процессов в технологических схемах бактериального выщелачивания золота

И. Б. Насридинов Г. 2000 г.

УДК 349.283:552.57

Истощение богатых зон месторождений полезных ископаемых заставляет горнорудные кампании искать новые залежи и в то же время развивать новые способы разработки тех участков "старых залежей", где содержание ценного компонента ниже бортового.
На некоторых месторождениях низкое содержание минералов и малые запасы делают нерентабельной их эксплуатацию обычными способами. На этих залежах эффективно можно применять бактериальное выщелачивание, сущность которого заключается в совокупности использовании специальных операций для извлечения ценных металлов из руд растворами, содержащими микроорганизмы, причем содержание ценного компонента в руде может изменяться от бортового до забалансового.
Этот процесс очень прост и продолжается в естественных условиях уже миллионы лет. При обнажении сульфидных руд на них воздействуют атмосферный кислород, вода и микроорганизмы, приводя к образованию, а затем к растворению окисленных продуктов.
Для количественной оценки результатов бактериального выщелачивания используется понятие - эффективность выщелачивания.
Чем больше металла извлекается из руды, тем выше степень извлечения и, следовательно, эффективность процесса. Процентное отношение количества растворенного металла к количеству металла, находящегося в руде, называется извлечением металла (Fм); процентное отношение степени извлечения металла в данном промышленном процессе к максимальной степени извлечения при оптимальных условиях (например, на лабораторной или экспериментальной установке) называется кинетической эффективностью (Кк); эффективность бактериального выщелачивания (Кв) - это произведение извлечения металла на кинетическую эффективность:
Кв = Fм х Кк                                   (1)
Величины Fм, Кк изменяются от 0 до1.
Степень извлечения металлов (Fм) зависит от множества условий, важнейшими среди которых являются:
а) Выщелачивающие растворы, содержащие микроорганизмы, должны максимально соприкасаться с поверхностью выщелачиваемого минерала;
б) Необходимо обеспечить доступ газов для метаболизма микроорганизмов (О2 и СО2) и окислительного процесса (О2), к максимально большей части поверхности выщелачиваемого минерала.
Величина Fм является функцией многих переменных и в общем виде ее можно записать;
Fм = k(х, у, z, :) Fw Fp Fo,                            (2)
где k(х, у, z) - коэффициент, учитывающий влияние температуры, окислительно - восстановительного потенциала, типа руды и т.п;
Fw - коэффициент, выражающей степень вскрытия руды;
Fp -  коэффициент проницаемости руды;
Fo - коэффициент, выражающий степень обеспечения кислородом.

Таким образом, для успешного проведения бактериального выщелачивания необходимо обеспечить доступ кислорода к частицам минерала и для достижения оптимальной ее эффективности необходимо создать следующие условия:
1. Создать благоприятные условия для роста бактерий;
2. Обеспечить максимально полный контакт выщелачивающих растворов, газов и микроорганизмов с кристаллической решеткой окисляемых минералов;
3. Полно и беспрепятственно удалить ионы металлов из растворов выщелачивания;
4. Обеспечить равенство потока выходящих растворов, содержащих растворенные металлы, потоку растворов, закачиваемых на выщелачивание; сбор растворов необходимо производить в специальные отстойники.
На развитие микроорганизмов оказывает влияние как физические так и химические факторы.
Температура является самым важным физическим фактором, хотя при промышленном использовании бактериального выщелачивания трудно воздействовать на естественный уровень температуры. Тем не менее, на подготовительной стадии работ очень важно оценить возможный диапазон изменения температуры внутри дробленной руды.
Прежде всего, необходимо различать температуру окружающей среды, где ведутся разработки, с ее суточными и, особенно, сезонными колебаниями, и температуру внутри измельченной руды. Бактериальное окисление максимально при температуре 350С.
На подготовительной стадии работ необходимо тщательно проанализировать ситуации, которые часто встречаются в промышленных условиях. Можно с уверенностью сказать, что в подземных условиях естественным образом поддерживается стабильная температура на более высоком уровне чем на поверхности, поэтому вполне рентабельным оказывается подземное выщелачивание рециркулирующими растворами, температура которых может даже повышаться благодаря теплу, выделяемому при окислении сульфидов металла. Постоянная температура продуктивного раствора связана с термостатным эффектом рудной массы, но необходимо принимать во внимание тепло, генерируемое экзотермическим окислением сульфидов.
При проектировании технологических схем бактериального выщелачивания необходимо учитывать следующие факторы:

1. Воздушная конвенция играет важную роль в процессе выщелачивания измельченной руды;
2. Зоны измельченной руды, где происходит экзотермические окислительные реакции, становятся источниками тепла, поэтому с течением времени руды нагреваются, и любая модель выщелачивания должна учитывать температурную зависимость этого процесса;
3. Проницаемость руды и скорость подачи выщелачивающего раствора решительным образом влияют на степень выщелачивания металлов из руды.
Для оценки эффективности бактериального выщелачивания, необходимо знать, какие микроорганизмы присутствуют в изучаемой дробленной руде, подвергающейся выщелачиванию. Прогноз и контроль микрофлоры затруднен там, где нет достаточных экспериментальных данных. Однако существует несколько путей модификации состава микрофлоры во время промышленных операций, например, регулирование величины рН и Еh  выщелачивающего раствора, изменение состава выщелачивающего раствора.
Иногда на концентрацию некоторых солей в выщелачивающем растворе воздействуют химические вещества, имеющиеся на месторождении.
Поэтому при подготовке питательной среды рекомендуется тщательно проанализировать воды, используемые для выщелачивающего раствора, и вести постоянный контроль за ними, а также проводить в лабораторных условиях подготовку штаммов бактерий, применяемых при выщелачивании.
Подобные эксперименты позволят обнаружить токсичные для бактерий соединения или элементы.
Необходимым условием успешного бактериального выщелачивания является эффективная аэрация.
Поступление кислорода к участкам внутри дробленой руды, где проходят реакции окисления, осуществляется посредством двух транспортных механизмов - диффузией через взаимосвязанные пустоты гранул, которые можно считать порами огромной псевдочастицы, или растворением в выщелачивающем растворе. Диффузия является основным механизмом подачи кислорода во внутрь измельченной горной породы.
Эффективность бактериального выщелачивания пропорциональна степени вскрытия, степени смачивания и степени кислородообеспечения. Поэтому при подготовке к бактериальному выщелачиванию дробленной руды необходимо создать такие условия, чтобы эти три параметра были максимальными.
Большой объем сведений о степени естественной вскрытости породы дают данные о ее пористости.
Пористость породы, обозначаемая безразмерным параметром n, представляет отношение общего объема пор к общему объему породы.
                                 (3)
где Vp - объем пор в Vt;
Vt - общей объем породы.

Воздух и выщелачивающие растворы должны иметь доступ даже к самым отделенным труднодоступным участкам дробленой руды. Для количественной оценки дробленой горной породы, с этой точки зрения, необходимо определить значения величин проницаемости и естественной трещиноватости породы.
Проницаемость можно определить, как "способность пород пропускать через себя жидкости". Для оценки проницаемости необходимо знать взаимосвязь пор и трещин. Дробленную руду можно рассматривать как агрегат рыхлых, более или менее пористых частиц со своим собственным разделением по размеру.
В зависимости от коэффициента проницаемости породы разделяются на непроницаемые
(k ? 1,16 х 10-6 мс -1); слабо проницаемые (1,16 х 10 -6 ? k ? 116 х 10-6 мс -1); средне проницаемые (116 х 10 -6 ? k? 5,8 х 10-3 мс -1) и высокопроницаемые ( k ?5,8 х 10-3 мс -1). Установлено, что предельно низкий коэффициент проницаемости для выщелачивания находится в интервале от 2 х 10-6 до 5 х 10-6 мс-1.
Прежде чем приступить к конкретной разработке деталей технологических схем бактериального выщелачивания необходимо провести предварительные испытания и исследования, чтобы оценить его рентабельность и оптимальные технико - экономические условия.
Проводимые испытания в основном универсальны, а специальные исследования часто определяются выбранным методам бактериального выщелачивания. С помощью испытаний оценивается пригодность руды к бактериальному выщелачиванию и определяются параметры этого процесса; кинетика растворения и извлечения полезного компонента; связанные с распределением по размеру частиц в раздробленной руде скорость и периодичность орошения; оптимальная температура, потребление серной кислоты, состав питательного вещества.
Эффективность процесса бактериального выщелачивания во многом определяется способом подачи выщелачивающих растворов.
Для правильного ведения процесса бактериального выщелачивания все основные технологические, химические и микробиологические параметры должны постоянно контролироваться.
Технологический контроль сводится к определению крупности исходного материала, плотность пульпы, скорости подачи пульпы, ее температуры, кислотности, расхода воздуха.


Крупность подаваемого на выщелачивание концентрата или продукта определяется ситовым анализом, плотность пульпы определяется взвешиванием пробы определенного объема.
Температура и кислотность пульпы и оборотных растворов определяется автоматически. Один или два раза в смену измеряют окислительно - восстановительный потенциал жидкой фазы в выщелачивающих аппаратах и контактных чанах. Расход воздуха измеряют ротаметрами при подаче его в выщелачивающие аппараты.
При химическом контроле определяют химический состав исходного концентрата или продукта, а также твердых продуктов выщелачивания. Для оперативного контроля полноты и скорости выщелачивания определяют содержание выщелачиваемого металла в растворе. Определение содержания выщелачиваемого металла производят, как правило, в твердой и жидкой фазах. Наряду с этим должно осуществляться определение содержания в растворах двух и трехвалентного железа, входящих в состав большинства сульфидов. Кроме того, по содержанию двухвалентного железа в жидкой фазе можно судить об активности происходящих окислительных бактериальных процессов. Отсутствие двухвалентного железа в растворе свидетельствует о том, что бактерии имеют высокую окислительную активность. При определении таких элементов, как железо и мышьяк, следует учитывать, что они в зависимости от кислотности среды могут присутствовать не только в растворенной форме, но и в осадке в виде окисленных соединений. Определение этих форм производят после подкисления раствора и их перевода в растворенное состояние.
При микробиологическом контроле определяют количество биомассы (количество клеток в единице объема) и активность бактерий в растворе или в пульпе. Определение биомассы можно проводить, наряду с методом предельных разведений, экспрессным центрифужным методом или по белку. Определение биомассы и ее активности производят не только в контактных чанах и аппаратах для выщелачивания, но и оборотных растворах.
Результаты измерений всех параметров технологического процесса фиксируются в специальном сменном журнале.

В табл. 1 приведены основные контролируемые параметры процесса бактериального выщелачивания, место контроля и рекомендуемая частота их замера.
Для контроля и управления процессом бактериального выщелачивания в отобранных пробах определяют содержание тяжелых металлов, серы и других элементов в твердой и жидкой фазах пульпы. На основании полученных результатов химическогно анализа производят расчет распределения ( баланс) компонентов между твердой и жидкой фазами пульпы. Результаты зависят от правильности подбора проб из емкостей, их подготовки к проведению химических анализа и правильности самих анализов.
Проба, отбираемая в процессе бактериального выщелачивания, должна быть представительной всей массе опробуемой пульпы как по составу жидкой, так и твердой фазы. На равномерность распределения твердой фазы по всей пульпе большое влияние оказывают следующие факторы: способ и интенсивность перемешивания, конструкция аппарата, крупность измельчения твердой фазы, разжижение пульпы и некоторые другие факторы. При выщелачивании, проводимом в пачуках с недостаточно интенсивным перемешиванием с пульпой, твердая фаза может неравномерно распределяться по пачуку: крупные и тяжелые частицы пульпы могут находиться в донной части пачука, мелкие и легкие - в верхней. Поэтому опробование пульпы в процессе бактериального выщелачивания сульфидного продукта необходимо проводить при ее интенсивном перемешивании; частичные пробы, слагающие среднюю пробу, отбирают из верхней, средней и донной части пачука. При крупности 100% класса - 0,074 мм отбираемая средняя проба пульпы должна содержать не менее 15 г твердой фазы.
Способ обработки отобранных проб зависит от их  состава, условий выщелачивания. В процессе выщелачивания некоторых минералов, например, арсенопирита, пирита и других могут образовываться малорастворимые и нерастворимые соединения железа, мышьяка, которые составляют вновь образуемую твердую фазу пульпы. Поэтому сульфидные продукты подвергаемые бактериальному выщелачиванию, можно подразделить на две группы; образующих и не образующих осадки. Способ к осадкообразованию сульфидного концентрата определяется эмпирически в каждом отдельном случае. Для этого отобранную пробу обрабатывают по схемам для осадкообразующих продуктов (рис.1 и 2). По полученным результатам анализов делают заключение о способности к осадкообразованию данного концентрата.

 



 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

76136. Основные положения норманнской и антинорманской теории 57.82 KB
  Однако кроме этой книги он является также автором другого издания Опыт новейшей истории о России которую рассматривал как продолжение Истории Российской В. Каковы основные тенденции развития Европы и России в XVII в.
76137. Безработица: сущность причины формы и последствия 30.04 KB
  Безработица это социальноэкономическое явление при котором часть трудоспособного населения не находит применения своему труду не получает работу причиной этого является превышение числа желающих найти работу над числом имеющихся рабочих мест.
76138. Элементы процесса управления. Функции управления 52.65 KB
  Актуальность темы контрольной работы состоит в том что эффективность управления определяется степенью взаимодействия сознательной управленческой деятельности с законами рыночной экономики. Цель работы: изучить вопросы определения менеджмента как вида деятельности его место в процессе управления.
76139. Несогласованность расчетов рассеивания в атмосфере вредных веществ и нормирование их концентрации 263.5 KB
  В 1951 г. в нашей стране были утверждены ПДК для 10 наиболее распространенных атмосферных загрязнителей. Это были первые в мире нормативы качества воздуха введенные работами проф. В.А. Рязанова и его последователей.
76140. WiFi технология беспроводной связи 180.5 KB
  Во всем мире стремительно растет потребность в беспроводных соединениях особенно в сфере бизнеса. Пользователи с беспроводным доступом к информации всегда и везде могут работать гораздо более производительно и эффективно чем их коллеги привязанные к проводным телефонным и компьютерным сетям.
76141. ДОПИНГ В СПОРТЕ И ЖИЗНИ 147.5 KB
  В настоящее время для профессионального спорта остро стоит проблема применения спортсменами допинга. Решение данной задачи сразу же влечёт за собой цепь сопутствующих вопросов: как совершенствовать систему допингконтроля какие препараты запретить к использованию...
76142. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТОВ ИНЕРЦИИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ МЕТОДОМ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ 493.5 KB
  Если известен момент инерции тела относительно оси проходящей через центр масс то момент инерции тела относительно любой параллельной оси можно определить воспользовавшись теоремой Штейнера согласно которой момент инерции...
76143. Обонятельная ольфакторная сенсорная система 334.64 KB
  Сруктурно функциональная характеристика обонятельного анализатора. По волокнам обонятельного нерва импульсы поступают на обонятельную луковицу структуру переднего мозга в которой осуществляется обработка информации и далее следуют в корковый обонятельный центр.
76144. Сучасні імена українців 29.38 KB
  Візантійські імена крім давньогрецьких охоплювали давньоримські і давньоєврейські а також незначну частину імен тих народів з якими греки візантійської епохи підтримували торговельні і культурні зв’язки.