16747

Разработка биотехнологии переработки коллективного сульфидного медно-молибденового концентрата

Научная статья

География, геология и геодезия

Разработка биотехнологии переработки коллективного сульфидного медномолибденового концентрата УДК 622 c Сагдиева М.Г. Борминский С.И. Мавжудова А.М. Айропетова Ж.С. Халматов М.М. 2009 г. Сагдиева М.Г. ведущий научный сотрудни

Русский

2013-06-25

104 KB

7 чел.

Разработка биотехнологии переработки коллективного сульфидного медно-молибденового концентрата

УДК 622                                            c Сагдиева М.Г., Борминский С.И., Мавжудова А.М., Айропетова Ж.С., Халматов М.М. 2009 г.

Сагдиева М.Г., ведущий научный сотрудник Института микробиологии АН РУз, докт. биол. наук; Борминский С.И., младший научный сотрудник Института микробиологии АН РУз; Мавжудова А.М., старший научный сотрудник Института микробиологии АН РУз, канд. биол. наук; Айропетова Ж.С., младший научный сотрудник Института микробиологии АН РУз; Халматов М.М., начальник технического отдела ОАО <АГМК>, канд. техн. наук


  1.  Несмотря на то, что роль бактерий в круговороте веществ известна издавна, многие десятилетия деятельность микроорганизмов сводилась только к разрушению и преобразованию различных органических соединений. В настоящее время известно более 5000 видов микроорганизмов и среди них немало тех, которые принимают участие в деструкции и синтезе неорганических веществ, в геохимических процессах на Земле. Начало исследований геохимической деятельности микроорганизмов было положено открытием С.Н. Виноградским явления хемосинтеза - автотрофного усвоения углекислоты микроорганизмами [1-5].
  2.  1947 г., когда Хинкелем и Колмером из дренажных кислых вод угольной шахты штата Западная Вирджиния были выделены микроорганизмы, способные принимать участие в окислении двухвалентного железа до трехвалетного, считается началом биогидрометаллургии, хотя первые установки по выщелачиванию металлов из руд и горных пород появились еще в ХV? веке (Венгрия, Германия, Испания) [6-7].

Теоретические исследования процесса взаимодействия микроорганизмов с минералами, а также имеющийся промышленный опыт применения биотехнологических методов позволили определить основные направления использования технологии бактериального выщелачивания. Это, прежде всего, бактериальное вскрытие золота, тонковкрапленного в сульфидные минералы, особенно в арсенопирит и пирит, удаление мышьяка как вредной примеси из мышьяксодержащих концентратов и продуктов, получаемых при обогащении руд цветных и редких металлов [8-10].
Этим методом можно эффективно разделять такие коллективные концентраты цветных металлов, как медно-цинковые, медно-никелевые и т.п. Предварительная бактериальная обработка минеральных продуктов и концентратов перед обогатительными, металлургическими процессами значительно интенсифицирует их и увеличивает полноту извлечения металлов.

  •  Разработанные научные основы и промышленный опыт показали, что наряду с другими методами биотехнологии, в промышленных масштабах может быть использован и метод чанового выщелачивания. Несмотря на относительную дороговизну, данный метод обладает рядом достоинств.
    •  Во-первых, этот метод в отличие от кучного и подземного выщелачивания является полностью контролируемым и управляемым. Во-вторых, он применяется для тонкоизмельченных продуктов, что значительно ускоряет процесс бактериального окисления и деструкции минералов. В-третьих, создавая определенные условия выщелачивания, можно достичь высокой степени селективности при извлечении ценных минеральных продуктов. В-четвертых, метод не требует применения сложного оборудования и может осуществляться, например, в кислотостойких чанах или пачуках различной конструкции. И, наконец, этот метод низкотемпературный, без выбросов в атмосферу вредных отходов, с возможностью создания замкнутого водооборота, т.е. экологически чистый. В настоящее время в промышленных масштабах бактериальные методы выщелачивания применяются примерно в двадцати странах мира, на 40 предприятиях при подземном и кучном выщелачивании меди, урана из бедных и забалансовых руд, при переработке отвалов обогатительных фабрик и горнорудных предприятий. Уже сейчас бактериально-химическими методами добывается около 20% меди и значительная часть урана (США, Канада, Мексика, Перу, Испания, Австралия, Югославия и др.). В США в 2000 г. этими методами добывалось меди и урана на сумму более 5 млрд. долларов.
    •  Современное микробиологическое выщелачивание независимо от вида применяемого технологического процесса представляет собой специфичный гидрометаллургический процесс, при котором окисление и выщелачивание сульфидных минералов осуществляется в сернокислой среде в присутствии хемолитоавтотрофных тионовых бактерий.
    •  В биовыщелачивании металлов метод чанового бактериального выщелачивания является сравнительно новым. Развитие его связано с необходимостью переработки труднообогатимых руд, промпродуктов и некондиционных упорных концентратов, получаемых при обогащении сложного полиметаллического сырья, для которых обычные механические и физико-химические методы переработки малоэффективны. Практическая ценность этого метода заключается в том, что он может применяться для очистки концентратов от таких вредных примесей, как мышьяк, для разрушения кристаллической решетки сульфидных минералов с целью вскрытия тонковкрапленного в них золота, для селективного извлечения металлов из коллективных концентратов или промпродуктов, для повышения качества некондиционных концентратов и т.п. Одним из преимуществ чанового выщелачивания металлов является то, что при сочетании его с другими методами переработки обеспечиваются гораздо большие скорости, нежели при подземном и кучном. Скорость процесса в основном и определяет технологию выщелачивания и ее экономичность.

В настоящее время исследованиями процесса бактериального окисления и выщелачивания занимается около 100 научных организаций и фирм в 25 странах. Построены и действуют около 15 промышленных установок бактериального выщелачивания в 8 странах (ЮАР, Австралия,

Бразилия, США, Канада, Замбия, Гана, Россия), большое количество опытно-промышленных установок в целом ряде стран [8].

В подавляющем большинстве, исследования и разработки биотехнологических методов в варианте чанового выщелачивания связаны с переработкой упорных сульфидных золотосодержащих руд и концентратов. К настоящему времени, промышленный опыт эксплуатации установки чанового выщелачивания на руднике Фэйрвью позволил разработать и внедрить этот процесс на ряде крупных золотодобывающих предприятий в Бразилии, Австралии, Гане, США, Канаде.

В России освоена и развивается в промышленных масштабах биотехнологическая переработка золотомышьяковистых концентратов руд Олимпиадинского месторождения ЗАО <Полюс>, мощность которого в настоящий момент составляет 3 млн. т первичной руды в год, а средняя производительность биоцеха - 300 т/сут. Время процесса 100-120 час, плотность пульпы 120-150 г/л, рабочая температура - 38-390С, концентрация клеток в пульпе 3-5 г/л.
Целью наших исследований, проводившихся в рамках Проекта А-4-030, является разработка технологической схемы переработки коллективного сульфидного медно-молибденового концентрата (КСММК) АГМК, могущей стать в перспективе альтернативной пирометаллургической схеме, используемой в настоящее время (табл. 1-5, рис. 1-3). Проведенный нами минералогический анализ КСММК показывает, что основными сульфидными минералами данного концентрата являются халькопирит, пирит и молибденит. Химический состав двух проб КСММК приведен в табл. 1.
На данном этапе исследований оценивалась возможность окисления сульфидных минералов

биологическим путем в варианте чанового  выщелачивания. Для проведения соответствующих работ была создана установка по биовыщелачиванию.

Лабораторная установка по биовыщелачиванию состоит: 1-промежуточные емкости-накопители оборотных растворов; 2-контактные чаны; 3- двигатели; 4- мешалки с эмпелером; 5-дозатор растворов и воды; 6-дозатор концентрата; 7- нутч-фильтр для отделения отделения твердой фазы; 8- ферментеры 4х стадий биовыщелачивания; 9-чан-репульпатор для промывки кека; 10-сорбционная колонка; 11-дозатор серной кислоты; 12-микрокомпрессоры

(рис. 1).

Все чаны оборудованы мешалками и устройствами для подачи воздуха от микрокомпрессоров. Концентрат, растворы и расчетное количество серной кислоты поступают в установку через соответствующие дозаторы.
На первом этапе производился запуск установки и перевод её в рабочий режим. Запуск установки осуществлялся путем непосредственного заполнения четырех рабочих чанов (ферментеров) установки пульпой, состоящей из предварительно закисленного КСММК и бактериального раствора при соотношении Т:Ж=1:5.
В работе использовали ацидофильную ассоциацию А-7-10 железо-и сероокисляющих бактерий, выделенную из руд отвала 7А и

предварительно адаптированную к исследуемому концентрату КСММК (адаптацию проводили на среде 9К, в которой сернокислое железо заменяли концентратом). Выращивание ассоциации проводили в условиях качалки 180 об/мин при температуре 300С.
После заполнения всех чанов в установке содержалось 800 г концентрата и 4 л бактериального раствора. При последующей работе установки, раз в сутки проводили передвижение пульпы по чанам в режиме отлив/долив. При этом в каждом чане заменялось 50% объема пульпы. Затем, в чан № 1 загружали очередные 100 г предварительного концентрата и добавляли 500 мл раствора. Для получения достоверных результатов по количеству выщелоченной меди замкнутый водооборот в полном объёме не осуществлялся из-за высоких остаточных концентраций меди после используемых для

извлечения меди из раствора операций сорбции и/или цементации. Большая часть продуктивных растворов вынужденно выводилась из оборота и в ферментёр № 1 подавался модельный раствор, содержащий не более 1,5 г/л меди.
Модельный раствор готовили путём смешивания растворов в следующей пропорции: 20% раствора после сорбционной колонки +20% раствора из отдельного ферментёра для выращивания используемой ассоциации железоокисляющих бактерий +60% воды, подкисленной до значений рН 1,8-2,0. Кроме того, в раствор вносили 0,7г/л (NH4)2SO4 и 0,125 г/л K2HPO4. В результате раствор, поступающий в ферментер №1, содержал: 1,0-1,5 г/л Cu2+; 1,8-3,1 г/л Fe3+; 106-8кл/мл железоокисляющих клеток.
Отобранная пульпа из ферментера № 4 поступала на операцию отделения твердого от раствора, которая осуществлялась фильтрацией под вакуумом. Отделенный раствор поступал в накопительную емкость, из которой он подавался на операцию по извлечению меди.

 

 Твердая фаза с нутч-фильтра поступала в отдельный чан, где осуществлялась промывка кека. Кек складировался, а промывной раствор направлялся в накопительную емкость и использовался для коррекции объемов растворов в ферментерах № 2, № 3, № 4. Результаты проведенных испытаний по биовыщелачиванию меди из КСММК на лабораторной установке представлены в табл. 2 и 3. Приведенные данные свидетельствуют о том, что по мере функционирования установки наблюдается постепенное увеличение меди во всех ферментёрах, наиболее значительно её концентрация увеличилась в ферментёрах № 2 и № 3 с 4,23 до 8,17 г/л и с 8,45 до 12,30 г/л соответственно. Абсолютный максимум был выявлен в ферментёре № 4 - 15,84 г/л на 13 сутки работы установки. Напротив, содержание меди в ферментёре № 1 наблюдалось в достаточно узких границах (2,15-3,95 г/л), несмотря на самую высокую численность железоокисляющих бактерий. В данном ферментёре происходили процессы, сходные с текущими в лаг - фазе стационарной культуры. Следует отметить, что по мере работы установки, в операции закисления также отмечалось развитие <аборигенной> микрофлоры и происходило выщелачивание меди, концентрация которой в норме испытаний достигала 3,2 г/л (эта выщелоченная медь нами в расчёты и таблицы не включалась). Таким образом, в ферментёр № 1 поступали клетки как с закисленным материалом (в основном прикреплёнными к частицам концентрата), так и вместе с оборотными растворами.

При выбранной схеме работы установки, когда пульпа между ферментёрами перемещалась порционно, а не в режиме постоянного потока, в каждом ферментёре устанавливались относительно устойчивые физико-химические параметры среды (*рН и ОВП), что позволяет рассматривать бактериальные популяции в каждом ферментёре как различные друг от друга. При

этом устанавливался устойчивый градиент значений рН в сторону понижения, напротив, ОВП неуклонно возрастает от ферментёра  к  ферментёру.  В


результате, популяции в ферментёрах № 2 и № 3 должны соответствовать первоначальной фазе усиленного роста стационарной культуры. Ферментёр № 4, это популяция второй стадии усиленного роста и начало стадии угнетения, и именно в нём наблюдаются наиболее высокие концентрации меди и железа, наиболее низкие значения рН пульпы и наиболее высокие ОВП на фоне некоторого снижения количества жизнеспособных клеток.
Процентное распределение выщелоченной меди (табл. 3) свидетельствует о том, что в

ферментёре № 4 обнаруживается от 39 до 42% от общего количества меди, а в ферментёре № 1 только 8-11%. Разница по этим показателям меди для ферментёров № 2 и № 3 может измениться от 16,62 и 33,2% после запуска установки соответственно до 20,59 и 51,01% на 25 сутки.
При этом на 13 и 15 сутки разница ещё меньше - 21,04 и 23,91% (13 сутки) 20,3% и 24,39% (15 сутки). Такое распределение меди по всем четырём ферментёрам мало приемлемо для ферментёров № 1 и № 4 и сильно колеблющееся для ферментёров № 2 и № 3, также, соответствует различным участкам кривой роста ассоциаций в стационарных условиях.
Нами были проделаны расчеты по степени окисления основных сульфидных минералов КСММК в последнем ферментёре установки (табл. 4). Основой расчетов служили концентрации меди и железа в растворе, по которым рассчитывалась степень окисления халькопирита и пирита. Несмотря на некоторую условность данных расчётов (в расчётах не учитывалось окисление других сульфидных минералов и возможность нахождения меди не только в халькопирите), они однозначно показывают, что при работе установки в условиях бактериального выщелачивания наиболее интенсивно окисляется халькопирит, начиная с 13 суток (кроме расчётов на 17 сутки) степень окисления превышает 80% (Max - 83% на 13 сутки). Потеря веса материала, связанная с окислением сульфидных минералов, достигала 27,66% (55,02 по весу). Последние цифры близки к аналогичным показателям, полученным при взвешивании непосредственно самих бактериальных кеков выгружаемых из установки и прошедших стадию промывки: рекультивации и отделение твёрдого (табл. 5). По данным таблицы потеря веса кеков оказалась более значительной, чем расчетная. Но, следует отметить, что потеря веса кеков всегда была больше расчётной.

В табл. 5, наряду с весом бактериальных кеков, приведены цифры по остаточному содержанию (%) и количеству (граммы) меди в кеках и сделан расчёт степени выщелачивания (перевода в раствор) меди. Из приведённых данных следует, что на лабораторной установке при выбранной схеме работы в результате биовыщелачивания удаётся перевести в раствор от 68,9 до 89,3% меди, содержащейся в КСММК. Экспериментально показано, что в процессе работы установки процент выщелоченной меди стабильно растет и достигает максимума в конце данного периода испытаний. Всего в период испытаний в разработанном нами режиме было переработано 5 кг концентрата КСММК. На основании проведенных исследований и полученных результатов нами разработаны принципиальные технологические схемы переработки медьсодержащих концентратов методом чанового биовыщелачивания с извлечением меди из оборотных растворов двумя способами (цементацией на железном скрапе и сорбцией на ионообменной смоле S-930). Технологические схемы приведены на рис. 2 и 3.
Результаты проведённых научно-исследовательских работ показали:
- концентрат КСММК пригоден для переработки методом чанового выщелачивания;
- отобранная в результате скрининга железо- и сероокисляющая ацидофильная ассоциация А-7-10 и адаптированная к концентрату КСММК обладает способностью активно развиваться и окислять сульфидные минералы в пульпе при соотношении Т:Ж, равном 1:4-5;
- ассоциация А-7-10 устойчива к высоким концентрациям меди в выщелачивающем растворе, достигающим в 4 ферментере 15,84 г/л;
- первоначальное окисление преимущественно халькопирита или, по крайней мере, пиритов с включениями меди;
- в процессе проведения испытаний наблюдалось постепенное увеличение степени сквозного выщелачивания меди в раствор, которая достигла в конце испытаний 89%.

Список литературы:

1. Хемосинтез: к 100-летию открытия С.Н. Виноградским / М.: Наука, 1989;
2. Каравайко Г.И., Кузнецов С, И., Голомзик А.И. Роль микроорганизмов в выщелачивании руд // Москва, Наука, 1972;
3. Каравайко Г.И. Микроорганизмы рудных месторождений, их физиология и использование в гидрометаллургии//Автореферат докт. дисс., Москва, 1973;
4. Ehrlich H.L.Past, present and future biohydrometallurgy // Inter. Biohydromet. Symposium "Biohydrometallurgy and environment toward the of the 21st century", 1999;
5. J.A.Brierley and C.L. Brierley. Present and future commercial applications of biohydrometallurgy. A. Ballester and R. Amils (eds.). //International Biohydrometallurgy Symposium IBS '99, Elsevier, Amsterdam, 1999;
6. Сolmer A.R., Hinkle M.E. The role of microorganisms in acid mine drainage , A Preliminary Report, Science, 1947, 106;
7. Адамов Э.В., Панин В.В. Бактериальное и химическое выщелачивание металлов из руд. Итоги науки и техники. Обогащение полезных ископаемых. М., ВИНИТИ. АН СССР. 1974., т. 8;
8. Адамов Э.В., Панин В.В. Биотехнология металлов. Курс лекций // Москва, Изд-во МИСиС, 2005;
9. Чановый процесс бактериального выщелачивания. Технология и схемы переработки концентратов цветных металлов. Биогеотехнология металлов. М., 1985;
10. Адамов Э.В. Бактериальное выщелачивание в комбинированных схемах переработки минерального сырья / Новые процессы в комбинированных схемах обогащения полезных ископаемых. М., 1989.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

63456. Рекомендации по выбору средств и систем контроля доступа 145.5 KB
  Аппаратура СКД должна убедиться что доступ предоставляется именно тому лицу которое зарегистрировано как законный пользователь т. Известны разработки СКД основанные на считывании и сравнении конфигураций сетки вен на запястье образцов запаха преобразованных в цифровой вид анализе носящего уникальный характер...
63457. Ограждения периметра, отдельных участков территории. Элементы инженерной укреплённости охраняемых объектов 204.5 KB
  Контроль за выполнением требований настоящего руководящего документа осуществляется подразделениями вневедомственной охраны при включении их представителей в комиссии по обследованию и приемке в эксплуатацию объектов.
63458. Элементы инженерной укреплённости охраняемых объектов 6.99 MB
  Двери деревянные. Двери деревянные. Двери деревянные наружные для жилых и общественных зданий. Двери деревянные внутренние для жилых и общественных зданий.
63459. Основы проектирования систем охраны объектов. Методика определения варианта и тактики охраны 541 KB
  Требования к проекту оборудования объекта ТСОС Методика выбора системы сбора и обработки информации. Технические средства охраны. Состояние физических преград инженерных сооружений имеющих большую стойкость и в связи с этим не блокированных...
63462. Строительство в системе народного хозяйства страны 33.5 KB
  Эффективность капитальных вложений во многом определяется их рациональной структурой. Например технологическая структура капитальных вложений представляет собой соотношение между затратами на производство СМР на приобретение технологического оборудования и прочими затратами.
63464. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ КОММЕРЧЕСКОГО БАНКА 281.5 KB
  Сущность цели и задачи оценки надежности деятельности коммерческих банков Деятельность любого функционирующего коммерческого банка требует оценки как отражения достигнутых им результатов.