16756

ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ БИОВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ БЕДНЫХ СИЛИКАТНЫХ НИКЕЛЕВЫХ РУД

Научная статья

География, геология и геодезия

ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ БИОВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ БЕДНЫХ СИЛИКАТНЫХ НИКЕЛЕВЫХ РУД Крылова Л.Н. МИСиС Ким Е.А. МИСиС Адамов Э.В. МИСиС В условиях истощения запасов сульфидных никелевых руд оставшихся только в Канаде и России и наличия единственного в ...

Русский

2013-06-25

36 KB

10 чел.

ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ БИОВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ БЕДНЫХ СИЛИКАТНЫХ НИКЕЛЕВЫХ РУД

Крылова Л.Н. (МИСиС)

Ким Е.А. (МИСиС)

Адамов Э.В. (МИСиС)

В условиях истощения запасов сульфидных никелевых руд, оставшихся только в Канаде и России и наличия единственного в мире месторождения Voisey’s Bay (Канада), разработка которого еще не начата, актуальны исследования направленные на создание технологий обеспечивающих рентабельную переработку силикатных никелевых руд. В настоящее время большая часть мировых запасов никеля до 72% и кобальта до 58% сосредоточена в силикатных рудах, которые в основном бедные, среднее содержание никеля в российских рудах 1,0-1,3%, за рубежом встречаются руды с более высоким содержанием никеля - до 5% (Новая Каледония).

Металлы в силикатных рудах входят в кристаллическую решетку минералов, что является причиной невозможности их обогащения, основанного на различии физико-химических свойств минералов. В настоящее время перерабатывают в основном наиболее богатые руды с содержанием никеля более 1,5-2%, из которых производят 35-42% никеля в мире. Применяемые и проектируемые технологии переработки силикатных никелевых руд - плавка, автоклавное и атмосферное выщелачивание серной кислотой, аммиачно-карбонатное выщелачивание, для бедных руд не рентабельны, из-за невысокого извлечения металлов, большого расхода электроэнергии и реагентов (до 600 кг/т руды серной кислоты) [1].

Большинство металлосодержащих промышленных силикатов в руде относится к слоистому типу, строение которого обусловлено шестью различными комбинациями тетраэдрического Si-O и октаэдрического Me-O слоев, а также наличия межпакетных катионов и гидратных слоев [2]. В случае блокирования в минералах связей Ме-О связями Si-O для извлечения металлов необходимо разрушить тетраэдрический слой Si-O. В силикатах силоксановые связи Si-O обладают высокой энергией связи, их разрыв вызывают горячие щёлочи  и плавиковая кислота.

Исследованиями установлено, что силоксановые связи Si-O могут разрушаться в присутствии некоторых микроорганизмов, предположительно, за счет действия вырабатываемых ими карбоновых кислот. Таким образом, для выщелачивания силикатных руд вместо неорганических кислот можно использовать более слабые органические кислоты [3], которые образуются при жизнедеятельности микроорганизмов - грибов, дрожжей и бактерий. Применение автотрофных бактерий, использующих для энергетического и конструктивного обмена неорганические вещества, для гидрометаллургии является более привлекательным с точки зрения затрат на углеродный субстрат и безопасность работающего персонала. Для выщелачивания сульфидных руд и концентратов в промышленности применяются хемоавтотрофные железоокисляющие бактерии, использующих окислительные химические реакции для получения энергии. Железоокисляющие бактерии катализируют реакцию окисления закисного железа в растворе серной кислоты с образованием трехвалентного железа, которое окисляет сульфиды. Однако, образование карбоновых кислот микроорганизмами при автотрофном питании существенно ниже, чем на гетеротрофном органическом субстрате. В промышленности лимонную кислоту получают путем брожения отходов сахарного производства - патоки (мелассы), плесневыми грибами рода Aspergillius niger. В связи с этим в превалирующем большинстве исследований выщелачивания силикатных никелевых руд микроорганизмами использованы гетеротрофы класса грибы Aspergillus niger и Penicillinum. Выщелачивание латеритовых руд месторождения Sukinda Mines (Индия) с использованием гетеротрофных бактерий Bacillus circulans, Bacillus licheniformis и грибов Aspergillus niger, и автотрофных бактерий Acidithiobacillus ferrooxidans показало, что максимальное извлечение никеля получено при участии гетеротрофов [4]. Представленные результаты применения автотрофных бактерий для выщелачивания силикатов [5] определяются, вероятно, действием участвующей в процессе серной кислоты или присутствием в руде никеля в сульфидах.

Исследовано выщелачивание силикатной никелевой руды железисто-магниевого типа, с содержанием никеля 1,2%, кобальта 0,022%, магния 17,6%, железа 12%, измельченной до крупности минус 1,25 мм с применением гетеротрофных микроорганизмов классов грибы и бактерии [6]. Никель в руде распределяется в сульфатах, оксидах и гидрооксидах, сульфидах и силикатах. Основные фазы силикатов, составляющих руду, являются серпенитизированными и имеют слоистую структуру,  включающую группы Si2O5 или Si4O10.

Грибы культуры Aspergillus niger в присутствии достаточного количества питания и начальном нейтральном значении среды образуют  кислоты (значение рН снижается до 2), при этом силоксановые связи силикатов разрушаются, кремний из силикатов откладывается на стенках грибов и наблюдается их рост, одновременно из руды выщелачиваются железо и никель. Перемешивание при выщелачивании и отсутствие углеродного питания для микроорганизмов останавливает разрушение силикатных минералов и рост грибов. Неблагоприятным фактором для извлечения металлов из руды является обнаруженная по данным рентгеновского микроанализа адсорбция грибами из раствора металлов и кремния, и образование коллоидов кремния, что затрудняет экстракцию металлов из растворов.

Исследования выщелачивания руды с участием грибов культуры Penicillium показали, что разрушение силикатов не происходит, несмотря на образование кислот, предположительно в процессе биосинтеза не образуются ферменты, которые действуют на силоксановые связи.

В присутствии гетеротрофных силикатных бактерий рода Bacillus из руды преимущественно выщелачиваются силикатные минералы, строение которых включает ослабленную связь Si-O вследствие расширения тетраэдрического слоя в природных условиях и сужения октаэдрического слоя. При биовыщелачивании силикатной руды в первую очередь разрушаются фазы силикатов - антофиллита, лизардита, талька, хлорит-клинохлора, кварца. При выщелачивании руды силикатными бактериями содержание металлов в кеке повышается, а кремния снижается, в результате образования карбоновых кислот значение рН среды снижается с 7 до 4, создается восстановительная среда - окислительно-восстановительный потенциал снижается с 105 до минус 450 mV.

Результаты исследований показывают, что разрушение силоксановых связей при выщелачивании силикатных минералов с участием гетеротрофных микроорганизмов происходит, в большей степени, за счет действия специфических ферментов синтезируемых микроорганизмами, чем карбоновыми кислотами.

Для переработки бедных силикатных никелевых руд перспективно использовать гетеротрофные силикатные бактерии, позволяющие разрушить тетраэдрический слой силикатов и обеспечить доступ к металлам для выщелачивания.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Резник И.Д., Ермаков Г.П., Шнеерсон Я.М. Никель. Т.2. Окисленные никелевые руды. - М.: Наука и технологии, 2004. -468 с.

2. Яхонтова Л. К., Зверева В. П. Основы минералогии гипергенеза.: Учеб. Пособие: - Владивосток: Дальнаука, 2000. - 331 с.

3. Alibhai K.A.K, Dudeney A.W.L., Leak D.J. et al. // FEMS  Microbiol. Revs. 1993. Vol. 11. Р.87-96

4. Sukla L.B. , Panchanadikar V.V. and Kar R.N. // World Journal of Microbiology and Biotechnology. 1993. Vol. 9, N 2 (Маrch). Р. 255-257.

5. Живаева А.Б., Башлыкова Т.В., Дорошенко М.В. и др. // Цветные металлы. 2007. №3. С.65-67.

6. Полькин С.И., Адамов Э.В., Панин В.В. Технология бактериального выщелачивания цветных металлов. - М.: Недра, 1982. - 288 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

52098. Фізико-географічне положення та берегова лінія Африки 49 KB
  Розмістити порядкові номери географічних обєктів по океанам до яких вони належать Острів Камчатка Острів Шпіцберген Півострів Аравійський Острів Шрі-Ланка Півострів Скандинавський Острови Японські Острів НоваЗемля Острів Ісландія Хребет Ломоносова Острови Бермудські Острів Мадагаскар Море Червоне Острови Гавайські Море Карське Море Чорне Море Берингове Хребет Менделеєва Півострів Індостан Півострів Сомалі Острові Філіппінські Море Азовське Море Саргасове Острови Маріанські ...
52100. Общая характеристика климата Африки 5.32 MB
  Общая характеристика климата Африки Цель: формировать у учащихся систему знаний об общих особенностях климата Африки и основных климатообразующих факторах; совершенствовать практические умения объяснять особенности климата Африки характеризовать влияние климатообразующих факторов на его формирование развивать коммуникативные навыки воспитывать интерес к предмету. Оборудование: физическая карта Африки климатическая карта Африки учебники атласы шаблоны в рабочей тетради приготовлена картосхема Африки. В рабочей тетради вы должны были...
52101. Природні зони Африки 7.36 MB
  Мета: повторити вивчений матеріал; зясувати рівень оволодіння учнями навчальним матеріалом з попередніх тем; формувати знання про особливості розміщення природних зон Африки; поглибити систему знань учнів про взаємозвязки природних компонентів у складі природних зон; сформувати в учнів вміння складати характеристику природних зон в певній послідовності за типовим планом...
52102. Особливості географічного положення Африки. Елементи берегової лінії. Дослідження та освоєння 1.58 MB
  Мета: формувати загальні уявлення про зміст та структуру розділу Материки; ознайомити з планом вивчення материків; розкрити поняття географічне положення;познайомити учнів з історією відкриття Африки. Обладнання: фізична карта світу фізична карта Африки плани характеристики географічного положення материка контурні карти портрети дослідників підручники атласи. До Африки взимку відлітають птахи України: лелеки ластівки журавлі тощо.
52103. Води суходолу Африки 890.5 KB
  Мета: сформувати в учнів уявлення про особливості вод суходолу Африки; охарактеризувати головні річкові системи та басейни основні типи озер; систематизувати знання учнів про гідрологічні особливості території; продовжити формування практичних умінь характеристики водних ресурсів; сформувати поняття учнів про гідроекологічні проблеми Африки; удосконалити навички роботи з картами атласу контурною картою; виховувати бережливе ставлення до природи водних...
52104. Африка. Особливості географічного положення та історія дослідження материка 101 KB
  Мета: ознайомити учнів з історією дослідження Африки, своєрідністю природи материка, яка пов`язана з особливостями географічного положення, сформувати уявлення про періоди дослідження материка; закріпити вміння визначити координати крайніх точок материка; розвивати творчу уяву...
52105. Внутрішні води Африки 53 KB
  Кагера що впадає в озеро Вікторія. Що таке озеро Які за походженням вони бувають Виступи дітей ОЗЕРА Більшість озер Африки розташовані уздовж Східноафриканських розломів. Найбільше з них озеро Танганьїка глибиною 1470 метрів друге за глибиною після Байкалу і найдовше світі озеро 670 км. Найбільше озеро Африки і друге за площею пріноводне озеров світі після о.
52106. Agatha Christie 72 KB
  Аgatha Mary Clarissa Christie is possibly the worlds most famous detective story writer. She wrote 79 novels and several plays. Her sales outnumber those of William Shakespeare. However, behind her 4,680,000 words was a painfully shy woman whose life was often lonely and unhappy.