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

9 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

10891. Благоустрій і озеленення приміщень і території 36 KB
  Тема: Благоустрій і озеленення приміщень і території. Мета уроку: Засвоєння знань про роль і місце зелених насаджень у житті людини умови використання у насадженнях різних порід породи декоративних і захисних рослин. Об’єкт навчальної праці: проектування зелених нас...
10892. Практична (проектна) робота. Процес випилювання з фанери та ДВП 33.5 KB
  Тема уроку: Практична проектна робота. Процес випилювання з фанери та ДВП. Мета уроку. Формування вмінь виконувати пиляння фанери лобзиком; закріплення знань про пиляння деревини. Розвивати точність окомір. Виховувати акуратність виконавчу дисципліну творче ставл
10893. Планирование ресурсного потенциала предприятия 118 KB
  Под потенциалом предприятия принято понимать совокупность показателей или факторов, характеризующих его силу, источники, возможности, средства, запасы, способности, ресурсы и многие другие производственные резервы
10894. Процес обробки матеріалів різанням 29 KB
  Тема: Процес обробки матеріалів різанням. Мета: 1 ознайомити учнів з основними способами різання деревини елементами і назвами інструментів. Забезпечити засвоєння правил ТБ; 2 виховувати в учнів уважність відповідальне ставлення до обладнання майстерні бережливі...
10895. Прийоми розмічання за шаблонами та інструментами 36.5 KB
  Тема: Прийоми розмічання за шаблонами та інструментами. Мета: 1 вдосконалювати в учнів знання про процес розмічання дати основні поняття про розмічальний інструмент навчити правильно використовувати цей інструмент; 2 виховувати естетичний смак культуру праці; ...
10896. Розмічання: за шаблоном, копіюванням. Підготовка заготовки до роботи 40.5 KB
  Тема уроку: Розмічання: за шаблоном копіюванням. Підготовка заготовки до роботи. Мета: навчальна: сформувати уявлення про призначення та будову вимірювальних інструментів. Прийоми розмічання за шаблоном. Відомості про припуски на обробку. Виховна: виховувати стара...
10897. Сутність поняття естетика. Основні естетичні категорії 110.5 KB
  Історія виникнення поняття естетика у давньогрецькій культурі та країнах давнього сходу. Виділення естетики у самостійну науку. Естетична діяльність та її форми. Структура естетичної свідомості. Основні естетичні категорії. Мистецтво як складова частина предмета естетики.
10898. Методи проектування (фантазування, елементи біоніки). Вибір обєкту проектування на основі зібраної інформації 123.5 KB
  Тема уроку: Методи проектування фантазування елементи біоніки. Вибір об’єкту проектування на основі зібраної інформації. Складання ескізу майбутнього виробу. Мета уроку. Засвоєння знань про етапи проектування ескіз технічний опис макет креслення шаблони; форм
10899. Технологія зєднання деталей з тонколистового металу 26.5 KB
  Тема 8: Технологія з’єднання деталей з тонколистового металу. Мета: Навчальна: сформувати знання вміння та навички з’єднання виробів з тонколистового металу. Виховна: виховувати в учнів культуру праці та бережливе ставлення до інструментів. Розвиваюча: р...