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

10448. Использование фильтров и медианной фильтрации для подавления шумов различных видов 46 KB
  Использование фильтров и медианной фильтрации для подавления шумов различных видов. Подавление шумов одна из наиболее часто встречающихся задач в обработке изображений. Как правило шум является дельта-коррелированным. Исключением может являться лишь шум связанный ...
10449. Соответствие между дискретным преобразованием Фурье, рядом Фурье и непрерывным преобразованием Фурье 62.5 KB
  Соответствие между дискретным преобразованием Фурье рядом Фурье и непрерывным преобразованием Фурье. Как правило сигнал представленный в цифровом виде состоит из последовательности из последовательности из N отсчетов xn. Такому сигналу можно поставить в соответс
10450. Математическое описание непрерывных изображений. Преобразование Фурье. Дискретизация и восстановление изображений. Теорема Котельникова 163 KB
  Математическое описание непрерывных изображений. Преобразование Фурье. Дискретизация и восстановление изображений. Теорема Котельникова. А. Распределение освещенности на изображении описывается в общем случае непрерывной функцией от четырех переменных двух про
10451. Схемы переходов от непрерывных преобразований к дискретным преобразованиям 44 KB
  Схемы переходов от непрерывных преобразований к дискретным преобразованиям. Введем определения следующих операций: Частотным окном FW frequency window называется ограничение спектра сигнала по частоте. При этом спектр сигнала становится финитным. Окно не обязательно дол
10452. Глаз и психофизические свойства зрения. Зрительные явления. Модель одноцветного зрения. Модель цветного зрения 301 KB
  Глаз и психофизические свойства зрения. Зрительные явления. Модель одноцветного зрения. Модель цветного зрения. На выходе изображающих систем обычно создается фотоснимок или изображение на экране которые рассматриваются человеком. Поэтому очевидно что для эффективн
10453. Квантование изображений. Фотометрия и колориметрия. Преобразование координат цвета. Цветовое тело 788.5 KB
  Квантование изображений. Фотометрия и колориметрия. Преобразование координат цвета. Цветовое тело. Рассмотрим случай чернобелого панхроматического изображения. Для его представления в цифровом виде величину каждого отсчета дискретного изображения необходимо предс...
10454. Двумерные унитарные преобразования. Преобразование Фурье, косинусное, синусное, Адамара, Хаара 2.03 MB
  Двумерные унитарные преобразования. Преобразование Фурье косинусное синусное Адамара Хаара. А. Унитарные преобразования являются частным случаем линейных преобразований когда линейный оператор точно обратим а его ядро удовлетворяет условию ортогональности. В...
10455. Вейвлет-преобразование. Алгоритмы Лифтинга и Маллата 192.5 KB
  Вейвлетпреобразование. Алгоритмы Лифтинга и Маллата. Вейвлет компрессия в последнее время стала передовой технологией среди методов представления и сжатия сигналов и изображений. Методы сжатия с вейвлет преобразованием можно отнести к классу методов с исполь
10456. Алгоритмы сжатия изображений 163 KB
  Алгоритмы сжатия изображений Введение В настоящее время в космических системах ДЗЗ отмечается быстрый рост производительности оптикоэлектронных систем съемки Земли в то время рост пропускной способности радиолиний передачи данных характеризуется более медленным...