Настоящее изобретение относится к восстановлению металлов, в том числе золота и серебра, из биоокисленных руд, содержащих сульфидную и/или элементарную серу, таких как сульфидсодержащие выщелачиваемые пиритные, арсенопиридные руды, огнеупорные углеродистосульфидные руды, прошедшие предварительную обработку и подвергаемые последующей обработке хвосты, бедные руды, ранее считавшиеся отходами, которые, однако, имеют довольно высокое содержание металлов, а также покрывающие руды, которые имеют относительно низкое содержание металлов и могут считаться пустой породой.
Известны способы, в которых предусматривается механическое увеличение доступа бактерий биоокисления к руде. Эти способы (1) предлагают перемешивание руды в чанах, шламе, обеспечивая циркуляцию в емкостях или перегруппировку и перемешивание материала, включая рыхление, формирование шлама, передвижение материала, использование чанов с мешалками и соответствующее формирование и использование материала породы.
Однако при обработке больших количеств материала пустой породы и материала хвостов, обычные соображения, приемлемые для высококачественной руды, содержащей благородный металл, не приводят к успеху. При обработке пустой породы по экономическим соображениям осуществляют одноразовое формирование отвала, то есть на глубину, размеры и доступность для реагента и так далее. Кроме того, для биоокисления время индуцирования биоокислителей, циклы роста, биоцидная активность, жизнеспособность бактерий и другие факторы становятся важными, поскольку доступность реакции, размер частиц, осаждение, уплотнение становятся по экономическим соображениям необратимыми после формирования отвала и не могут восстанавливаться, за исключением очень небольшого объема. Для процесса биоокисления характерны проблемы, связанные с уплотнением отвалов, каналообразованием, недостатком питания, двуокиси углерода или кислорода, неравноценным распределением бактерий биоокислителя.
Известен способ извлечения металлов из руд, включающий формирование отвалов, биоокисление сульфидных руд в отвале и извлечение восстановленных металлов (2).
Недостатки известного способа аналогичны предыдущему способу.
В основу настоящего изобретения положена задача разработать способ биоокисления руды, содержащей сульфидную и/или элементарную серу, для восстановления металлов путем подбора соответствующих условий восстановления металла, диспергированного в руде или окклюдированного в ее матрице, который позволил бы увеличить выход благородных или недрагоценных металлов из руд при повышении его экономичности.
Задача решается тем, что предлагается способ биоокисления руды, содержащей металл и материал матрицы, в которой сера находится в состоянии окисления восстановления от нуля или менее, но не более, а точнее в виде сульфидной и/или элементарной серы, а также глину и/или мелкие частицы пыли, предусматривающий использование кислотоустойчивого совместимого с биоокислительными микробами водорастворимого винилового полимера, полученного ступенчатой полимеризацией в качестве агломерирующего средства, который согласно изобретению включает:
произвольное регулирование pН руды до значения pН менее 2,5, отдельно и вместе с частичной агломерацией в кислотном растворе;
образование макрочастиц из частиц руды с вкраплением, состоящим из микробных агентов (агента), способных по крайней мере частично окислить серу;
образование отвала (груды) из указанных макрочастиц;
биоокисление серы в матрице и
восстановление необходимого количества металла или из биоокисляющего раствора или специального выщелачивателя для определенного металла.
Термин "руда" или "рудный материал", употребляемый здесь, включает не только руду как таковую, но также концентраты, хвосты и пустую породу, где, однако, имеется достаточное содержание металла, оправдывающее восстановительную обработку.
Извлекаемые металлы относятся к:
группе IВ Периодической системы элементов (медь, серебро, и золото);
группе IIВ (цинк);
группе IVA (германий и свинец, в частности свинец);
группе VA (мышьяк и сурьма);
группе VIA (хром, молибден, вольфрам, в частности вольфрам);
группе VIII (железо, рутений, осмий, кобальт, родий, иридий, никель, палладий, платина, особенно никель, палладий и платина, и металлы из группы актиноидов (уран).
Из всех перечисленных металлов предпочтительными являются медь, серебро, золото, цинк, кобальт, никель и уран. Золото наиболее необходимый метал из указанных.
Материал матрицы, кроме необходимого содержания серы, может содержать одно или более неорганических металлосерных соединений, содержащих необходимое количество серы и металла, из упомянутых выше.
Металл может присутствовать в материале руды в виде:
1) металла, например золота, диспергированного и заключенного в матрице;
2) соединения, например в виде окиси металла, диспергированного или заключенного в матрице;
3) в виде компонента материала матрицы, например сульфида металла.
По способу согласно изобретению облегчается доступ к металлам в процессе восстановления в том смысле, что биоокисление серы дает возможность проведения дальнейшей восстановительной обработки элементов металла или соединения, а также делает этот металл растворимым, а значит, доступным для восстановительного процесса.
Способ согласно изобретению предпочтителен для восстановления золота из руд, имеющих содержание сульфидной серы и небольшое содержание золота, и в частности там, где материал матрицы содержит железосерное соединение. Особый интерес представляют огнеупорные пиритовые и арсенопиритовые золотые руды с низким содержанием золота.
Изобретение в особенности применимо для рудных материалов с высоким содержанием глины и мелких частиц. Частицы глины могут мигрировать в отвале и, разбухая и попадая в протоки между частицами руды, закупоривать эти протоки. Мелкие частицы (50 мас. 200 мешей) также могут мигрировать и, скопившись, закрыть проходы для просачивания в отвале. Это создает зоны низкой просачиваемости для рабочих жидкостей. Такие руды оказываются труднодоступными для обработки в отвалах выщелачивателями, а также для других видов обработки, поскольку глина и частицы уплотняют и закупоривают каналы для жидкости в отвале, мешая циркуляции рабочей жидкости в них. Это ухудшает равномерную обработку частиц, составляющих отвал, так как рабочая циркулирующая жидкость доходит до этих частиц неравномерно, оставляя некоторую часть без питания и, следовательно, необработанной. Поэтому снижается эффективность экстрагирования, увеличиваются время промывки и расход выщелачивателя.
Эффективность агломерации способствует предотвращению миграции глин и/или частиц из макрочастиц в отвал, в результате чего увеличивается сопротивление потоку раствора.
Мерой эффективности агломерации может служить скорость просачивания раствора.
При испытании скорости просачивания цилиндрическая колонка загружается испытуемым образцом и измеряется скорость просачивания.
Каждый образец приготавливается так, чтобы сохранить постоянные условия от образца к образцу, например содержание влаги, размеры частиц, макрочастиц, соотношение глин и/или частиц пыли и твердых частиц, площадь поверхности и т.д. причем единственная разница заключается в наличии или отсутствии и в количестве агломерирующего средства, проходящего испытание. Это позволяет точно сравнить различные способы агломерации. Колонка загружается определенным объемом приготовленного образца до заданной высоты. Фильтрующий раствор вводится до определенного уровня и циркулирует в колонке в течение определенного времени, сохраняя высоту столба на заданном уровне. По прошествии определенного времени измеряется скорость просачивания. Снижение скорости указывает на то, что глина и пыль отделились от своих макрочастиц и закупорили протоки.
Другой мерой эффективности агломерации для предотвращения передвижения глин и частиц пыли является прямое измерение количества глин и мельчайших частиц на разных уровнях в искусственном отвале. Оборудование и процесс такие же, как при испытании скорости фильтрации, за исключением того, что вместо измерения скорости просачивания в конце определенного отрезка времени берутся образцы на определенных глубинах в колонке, и каждый образец анализируется на содержание глин и/или мельчайших частиц. Процентное содержание их на каждой глубине по отношению к общему количеству указывает на отклонение от равномерного распределения, то есть содержатся ли они в своих макрочастицах или отделились от них.
Что касается настоящих отвалов в поле, эффективность агломерации для предотвращения этой миграции обычно определяется наблюдением за образованием участков отвала, где визуально можно определить накопившийся промывочный раствор.
Под термином "частицы" понимаются отдельные частицы руды непосредственно после добычи и образовавшиеся после первичного или вторичного дробления и измельчения; термин "макрочастицы" означает тело или форму, состоящую из отдельных частиц, покрытых надлежащим образом агломерирующим агентом, как было описано выше, до, совместно или после смачивания частиц инокулирующим раствором, содержащим бактерии, или агломерирующим агентом, как описано выше, используемым по той же системе, как и инокулирующий раствор, но формирующий частицы из раствора, содержащего серную кислоту, инокулирующим раствором, содержащим отдельные бактерии специального штамма или смесь бактерий. Такое построение или формирование макрочастиц, а также построение отвала создают благоприятные условия для реактанта, то есть распределения биомассы, диспергирования и доступа к: а) количествам металла в руде, находящегося, например, в небольших количествах; б) к сульфиду и металлу, содержащимся в небольших концентрациях в руде. Ни одна из ссылок не касается экономичного способа, улучшающего начальное формирование отвала для удобства биоокислительного процесса, и разработки эффективного способа цианирования для восстановления благородного металла после того, как произошло биоокисление в изначально правильно сформированном отвале.
Основным аспектом изобретения является стадия биоокисления руды в форме макрочастиц, включая этапы предварительной и последующей обработки, касающейся биоокисления. Последующая стадия восстановления металла для извлечения благородных и/или недрагоценных металлов из биоокисленного рудного тела становится более целесообразной, поскольку макрочастицы руды формируются с самого начала, особенно микрочастицы руды, имеющие высокое содержание глины, и используется кислотно- и бактериально-устойчивое средство агломерации описанного типа с бактериальной оболочкой, что в результате улучшенного окисления делает руды чрезвычайно поддающимися для дальнейшего восстановления, например, цианидом или другим экстрагирующим агентом для извлечения нужного количества металла (металлов) из таких биоокисленных руд. Далее, соответствующие агенты агломерации согласно изобретению облегчают биоокисление и, главным образом, дальнейшие процессы извлечения.
В соответствии с изобретением предлагается комбинация этапов, которые делают возможной обработку руд, особенно рудных материалов с низким содержанием благородного металла, которые до сих пор считались пустой породой, не годных к восстановлению из них благородных металлов из-за показателей, ограничивающих возможность обработки, что относится к рудам с высоким содержанием глины, в которых затруднена проницаемость, и при биоокислении золотых руд, имеющих низкое, среднее и высокое содержание глины и низкое содержание серы. Низкое содержание серы имеет место в рудах, имеющих приблизительно менее 0,2-0,3 мас. сульфида.
Однако, несмотря на то, что изобретение описывает случаи с низким содержанием серы при восстановлении драгоценных металлов, например золота, оно также имеет ценность для руд с высоким содержанием серы. Руды с низким содержанием глины это те, в которых содержание глины приблизительно менее 5 мас. среднее содержание глины в руде приблизительно менее 20 мас. высокое содержание глины в рудах около 30 мас. и более.
Таким образом, в соответствии со способом согласно настоящему изобретению отходы пустой породы с содержанием золота 2,0 граммов на тонну руды, даже до 0,6 грамма на тонну руды, можно экономично обработать для его восстановления.
Предпочтительным является содержание золота выше 0,6 грамма на тонну руды.
Естественно, данное изобретение применимо для руды с более высоким содержанием золота, но для руд с высоким содержанием золота имеется целый ряд других способов и средств для успешного его восстановления, поэтому это изобретение может быть одним из них.
Таким образом, считается целесообразным в соответствии с данным изобретением обрабатывать хвосты, пустую породу, перекрывающие породы и уже использованные материалы отвалов, если количество благородного металла в таких рудных телах находится в пределах около или выше 0,6 грамма или его монетный эквивалент при наличии золота с серебром или одного серебра; если руда обрабатывается на кислотной стороне pН, при значении pН от 1,5 и выше; если руда содержит глинистые материалы в количестве приблизительно более 10 мас. и если руда была агломерирована соответствующими кислотоустойчивыми агломерирующими агентами.
Далее, было обнаружено, что усовершенствования, описываемые здесь, делают способ чрезвычайно пригодным для низкокачественных руд при обработке в груде или отвале и обеспечивают значительные результаты, несмотря на присутствие глины в руде при обработке их данным способом.
Например, данное изобретение предполагает правильную агломерацию распределением мелкозернистого и крупнозернистого рудного материала со значительным содержанием глины с сопутствующим правильным распределением бактерий биоокислителя.
Понятно, что в рудном теле, содержащемся в отвале, частицы имеют различные размеры и разное расположение, что также является предметом изобретения с точки зрения обеспечения доступа к участкам, которые раньше считались "мертвыми" в отвале, и теперь к ним обеспечен доступ в результате данного изобретения.
Эти рудные макрочастицы, правильно сформированные и распределенные в отвале, обеспечивают преимущества, поскольку агломерированный инокулированный биоокислительный материал входит в контакт с отдельными частицами и/или меньшими частицами и располагается соответствующим образом на больших частицах, образуя нужные структуры. Следует заметить, что агломерация только агломерирующим агентом является единственно приемлемым способом формирования макрочастиц. Внутри таких образовавшихся макрочастиц или на их поверхностях образуется соответствующая устойчивая флора, которая способствует правильному распределению бактерий биореактанта по всему рудному телу в отвале, образованном из всевозможных, даже нежелательных, очень небольших частиц, например глины и мелких частиц "шлама" различного состава и в примесях с более крупными частицами. Одни и те же или разные бактерии могут быть теперь введены в нужное место, определяемое температурой, pН, биоцидностью, доступом, насыщением водой и другими факторами. Далее, это изобретение также касается правильного формирования макрочастиц агломерацией из раздробленных рудных пород в процессе образования отвала с одновременной обработкой рабочей жидкостью, содержащей бактерии, нужные для определенных слоев отвала.
Другие различные особенности формирования инокулированных макрочастиц в соответствии с этим изобретением будут описаны в связи с формированием отвала и распределением бактерий биоокислителя по массе руды и отвала.
В добавление к вышесказанному стадии предварительной обработки могут включать обработку серной кислоты для нейтрализации или частичной нейтрализации руды с высокой поглощаемостью кислоты (таким образом также частично агломерируя руды), после чего следуют обработка агломерирующим средством и дальнейшая инокуляция и формирование макрочастиц, и распределение бактерий биоокислителя по массе руды по мере ее переработки для отложения на отвале.
В соответствии с изобретением формирование макрочастиц, покрытие их поверхности и распределение биоокислителя в них происходят очень успешно.
Эти преимущества обеспечивают чрезвычайно благоприятный доступ бактерий в сульфидную матрицу руды в частицах различных размеров, а также быстрый рост и размножение бактерий.
По данному изобретению способ предусматривает обработку арсенопиритов и тому подобных руд и разрабатывает последующую или дополнительную обработку биоокислительными выщелачивающими растворами, таким образом давая возможность выбирать оптимальный вариант обработки для каждого отдельного вида руды.
Из-за возможности получения смешанных макрочастиц руды и бактерий биоокислителей в отвале, возможности послойного формирования отвала, а также возможности добавления различных видов бактерий в различных точках формирования макрочастиц, способ помогает проектировать пластичное построение отвалов. Эта пластичность проявляется в послойном расположении, поочередном или совместном с взаимно совместимыми бактериями, что является целесообразным для обработки материала, так как открывает доступ к другим компонентам в руде, например к кислотонерастворимому углероду.
Таким образом, различные бактерии, которые обладают прекрасными свойствами для обработки рудных материалов, содержащих биоцидно-активные металлы, такие как мышьяк, сурьма, кадмий и им подобные, в больших количествах, в присутствии железа, обеспечивают успешное введение различных культур в различные места отвала и на различных этапах обработки.
Вследствие этого сокращается индукционный период роста, улучшается доступ воздуха и двуокиси углерода, а также введение питания и прочих добавок, больше биомассы сохраняется по всему объему отвала, улучшается просачивание, сводятся к минимуму трамбование и каналообразование, отсутствует водный каротаж и так далее. Новая практика формирования макрочастиц и построения отвала обеспечивает выдающиеся результаты при извлечении металлов из руды, в особенности благородных металлов из металлических руд с низким их содержанием. Одним из преимуществ изобретения является то, что на первой стадии обработки, проводимой в кислотных условиях с использованием специальных средств агломерации, создаются условия для дальнейшего по ходу процесса восстановления нужного металла, например на второй стадии, то есть цианированием или обработкой другим выщелачивателем для извлечения металла, или восстановлением прямо из биовыщелачивающего раствора. Эти преимущества, которые дает вторая стадия, возникают в результате улучшенной пористости, достигаемой тем, что средство агломерации не пострадало от биовыщелачивания, а также хорошей проницаемостью выщелачивателя, что, в свою очередь, исключает отрыв глины от своих макрочастиц и так далее. Кроме того, увеличивается скорость извлечения как таковая; достигаются значительные успехи в обеспечении доступа для цианида или другого выщелачивателя, или выщелачивающего раствора; снижается потребление цианида (выщелачивателя); создаются условия для регенерации выщелачивателя и различных вариаций в процессе обработки, а также обеспечивается возможность упрощения процесса нейтрализации отвала, если это необходимо, снижается потребность в нейтрализации из-за хорошего промывания как результат первой стадии обработки отвала биоокисляющим материалом и так далее.
Следовательно, формирование отвала для обработки цианидом или другим выщелачивателем перестает быть необходимостью из-за получения диспергированной пористой биоокисленной матрицы, дающей возможность промывать и нейтрализовать кислотный материал отвала для последующего цианирования или другого вида выщелачивания руды. Эти и другие преимущества обеспечивают свободное использование цианоцидных грибков и других микроорганизмов, понижающих количество цианида, для последующей обработки иcтощенного отвала. При этом улучшенный доступ цианида внутрь частиц и между ними позволяет обойтись без него.
Фиг. 1 схематично изображает ленточный конвейер устройства для агломерации частиц, обладающих необходимыми свойствами для формирования макрочастиц в отвале, для последующего биоокисления и выщелачивания металла.
Фиг. 2 изображает площадь поперечного сечения приготовленной макрочастицы руды.
Фиг. 3 схематично изображает вариант реализации данного изобретения в отвале биоокисляемого рудного материала, который затем реконструируется и обрабатывается цианидом.
Фиг. 4 изображает другой вариант реализации изобретения в отвале рудного материала, биоокисляемого по способу "гоночная трека".
Фиг. 5 схематично изображает еще один вариант биоокислительного выщелачивания рудного отвала с помощью выщелачивателя или другого раствора.
Система конвейера, показанного на фиг. 1, состоит из загрузочного бункера 1, в котором содержится сульфидная руда 2. Руда 2 подается на ленточный конвейер 3, расположенный наклонно к вертикали и имеющий разбрызгивающее устройство 4, оперативно связанное с конвейером 3. Ленточный конвейер 3 расположен внахлест с наклонным к вертикали ленточным конвейером 5, который, в свою очередь, расположен внахлест с круто наклонным ленточным конвейером 6, с которого частицы руды 7, постепенно формируясь на конвейере 3, выгружаются, образуя отвал 8.
На фиг. 2 изображена площадь поперечного сечения макрочастицы 9. Как показано, отдельные частицы 10 покрыты бактериальной оболочкой 11. Так как каждая руда имеет различные характеристики на излом и частицы могут быть измельченными, раздробленными и даже в натуральном виде из шахты, ясно, что частицы 10 могут присутствовать в руде в различной форме. Частицы глины обычно бывают мельче и располагаются на поверхности больших частиц. Следует заметить, что эти макрочастицы достаточно прочные и выдерживают в значительной степени любые уплотнения и/или когда подвергаются воздействию давящего сверху материала отвала. Более того, большие частицы глины выдерживают действие промывочных растворов. Обычно для сульфидных руд макрочастицы должны быть размером около 2,54 см и менее, при этом около 45-50% сульфидов в макрочастице окисляется. Оптимальный размер для сульфидных руд около 1,27 см до приблизительно 0,63 см, что дает возможность 80%-ного окисления сульфидов, правда, в зависимости от периода времени, отведенного на это. Частицы глины меньше размером и поэтому должны быть агломерированы и скреплены с макрочастицами или сформированы в макрочастицы.
Для углеродистых сульфидных руд размер макрочастиц должен быть около 3,81 см и менее, при этом окисляется приблизительно такое же количество сульфидов, как и в сульфидных рудах. Оптимальный низкий предел размеров приблизительно такой же, как в сульфидных рудах.
Для цианирования размер макрочастиц должен быть около 2,54 см и менее.
На фиг. 3 изображен отвал 12 в соответствии с данным изобретением. Отвал 12 имеет секцию 13 "индуцирования", только что сформированную, и схематично показывает временную задержку перед значительно более важной реакцией биоокисления. Секция 14 отвала 12 схематично изображает отвал в самой активной стадии биоокисления. Секция 15 изображает состояние заключительного биоокисления и период, когда достигается заданное содержание биоокисленного сульфида в руде. По достижении этого содержания секция 15 дренируется. Когда отвал 12 находится в своей наиболее активной стадии, может возникнуть необходимость в его охлаждении охлажденным раствором биоокислителя, прошедшего рециркуляцию, или охлажденным поддерживающим, то есть питательным, раствором.
После того, как нужный процент окисленного сульфида в секции 15 отвала 12 был достигнут и отвал 12 дренирован, отвал 12 промывается в течение продолжительного времени, как схематично показано секцией 16 отвала 12. После необходимого для промывки периода времени, например в течение двух недель, или в зависимости от остаточной кислотности железа в промывочном растворе секция 16 реконструируется, для чего ее разрушают, и при помощи конвейера 3 руда реагломерируется цементом или известью для создания нового отвала 17, который цианируется или обрабатывается раствором тиосульфата.
Фиг. 4 схематично изображает вариант реализации изобретения, где показано более ограниченное пространство, то есть "круговой" отвал 18, который постоянно формируется и переформировывается. Таким образом, зона простирания 19, которая является свободной поверхностью, движется постепенно по кругу, образованному "круговым" отвалом 18. По мере добавления новых слоев руды 7 на забой 20 агломерированная руда постепенно приближается к новому забою 21 свежеинокулированной руды 7.
Из соответствующего движущегося фронта 22 удаления породы руда отводится в щелочной отвал 17 (фиг. 3). Аналогично, движущийся фронт промывки 23 и его соответствующий новый фронт промывки 24 показывают секцию промывки 25, обеспечивающей снижение кислотности биоокисленной руды в "круговом" отвале 18.
Как показано на фиг. 5, несколько отдельных стволов могут обрабатываться биоокислением. После того, как реакция биокисления началась в отвале 8 и затем закончилась, отвал становится отвалом 26, который может дренироваться. Отвал 26 промывается и получает обозначение 27.
Вода 28 отвала 27 смешивается с дренирующим раствором 29 из отвала 26 и также частично с потоком из отвала 8. Хотя новый отвал 30 макрочастиц был предварительно агломерирован и инокулирован, при необходимости в этот отвал 30, в котором осуществляется биоокисление сульфидов руды, можно вводить дополнительные растворы 31 бактерий из емкости 32. Биоокисление отвала 8 осуществляют также из емкости 32.
В описанных вариантах изобретения отвал в фазе биоокисления может обрабатываться рециркулирующим биоокислителем от 3 до 8 дней, и от 3 до 8 дней приблизительно длится питательный цикл, то есть цикл сохранения влаги.
Достаточно от 4 до 7 дней рециркуляции биоокислителя и цикла питания для поддержания необходимого активного уровня обработки отвала.
Фиг. 5 изображает последовательную работу с раствором для полного биоокисления, дренирования и промывки. Из фиг. 5 видно, что все объемы раствора используются повторно, включая кислоту, ионы железа и бактерии. Это еще одно преимущество настоящего изобретения. Работа с раствором, показанная на фиг. 5, применима также для вариантов реализации изобретения, показанных в фиг. 3 и 4.
Что касается термина "агломерация", это рабочий термин, а более подробно подразумевает формирование макрочастиц, размеры частиц, распределение частиц в рудном теле.
Эти макрочастицы получают в результате соответствующего послойного расположения, образования и соединения частиц руды. Это придает им необходимые свойства, что зависит от качества кислотоустойчивого агломерирующего средства и бактериальной инокуляции. Следствием этого является улучшение пористости, проницаемости, просачиваемости и уменьшение расхода жидкости.
Для правильного формирования макрочастиц важно снизить до минимума влияние глин на "жизнеспособность" макрочастицы в течение процесса биоокисления и далее, в процессе выщелачивания, и, следовательно, агломерации и инокуляции, а также на "слипание" частиц и устойчивость к дроблению материала макрочастиц, приготовленных согласно данному изобретению.
Средняя скорость растворения железа по данному изобретению является другой отличительной чертой для установления правильного формирования макрочастиц рудного материала агломерирующим средством и бактериями биоокислителя. Порог скорости растворения железа определяет границу, когда макрочастица становится некондиционной в результате неправильной агломерации, от которой зависят пористость и правильное построение макрочастицы.
Другим способом, определяющим правильное формирование макрочастицы, является отрезок времени перед тем, как маркировочный элемент появится в выщелачивающем растворе. Такие маркировочные элементы и условия по данному изобретению определялись в зависимости от соотношения в системе матриц золота, железа и серы, как полностью растворимое железо, растворимое двухвалентное железо, растворимое трехвалентное железо, соотношение трехвалентного и двухвалентного железа, которое должно превышать 4:1 и предпочтительно 3:1, растворимый мышьяк, pН и Еh. Далее, скорость выщелачивания и расход выщелачивающего раствора для растворов с достаточным питанием и для растворов с недостаточным питанием также принимаются во внимание. В приведенном выше описании маркером процесса служило железо, но и другой металл, растворимый при биоокислении, также годится в качестве маркировочного элемента.
Что касается приготовления руды до формирования макрочастиц, руда может быть необработанной, то есть натуральным сырьем непосредственно после добычи, или уже прошедшей первичное или вторичное дробление.
Частицы руды так распределяются по размеру, как было установлено для проведения правильного формирования макрочастиц. Рудные материалы, которые были измельчены натуральным образом и готовы для правильного формирования макрочастиц, обеспечивают наиболее быстрое протекание процесса биоокисления; одновременно принимается во внимание наиболее экономичный способ дробления для каждого отдельного вида руды. Так, например, для легкодробимых руд размер должен быть менее, например, 1,27 см до минус 10 мешей, а для труднодробимых руд от 2,54 см до 0,63 см. Обычно такие размеры частиц обеспечивает наличие пустоты. Эти пустоты могут образовываться сочетанием размеров частиц и их распределением, формой частиц и формой образовавшихся макрочастиц. Обычно наиболее благоприятные результаты дают почти круглые макрочастицы, но для всего отвала трудно получить желаемую конфигурацию из-за разнообразия характеристик различных руд. В соответствии с правильным формированием макрочастиц в биоокислительном растворе находятся слоистые округлые макрочастицы, после чего более мелкие частицы (каждая из которых, в свою очередь, покрывается оболочкой) увеличиваются до нужных размеров. Поэтому формирование макрочастиц с использованием биоокисления является средством для увеличения площади поверхности, но, что более важно, для получения устойчивых к дроблению, несмотря на индивидуальную бактериальную обработку, макрочастиц с увеличенной площадью поверхности, на которые не оказывает влияния высокое содержание глины.
Такое физико-химическое воздействие делает возможным использование биовыщелачивания на практике для обработки материалов породы, считавшейся ранее пустой, то есть с низким содержанием металла, золота, в частности, и низким содержанием сульфида.
В добавление к вышесказанному инокуляция биоокислителя быстро инициирует реакцию биоокисления. Это способствует быстрому прямому, косвенному и гальваническому выщелачиванию.
Таким образом, железный сульфат, получаемый реакцией биоокисления, ускоряет реакцию в целом, и становится очевидно, что окклюдированное золото в матрице пирита является более приемлемым для второй стадии процесса, то есть для цианирования.
В случае, если нужный металл является компонентом материала матрицы и биоокисление растворяет этот металл, раствор биоокислителя функционирует в качестве биовыщелачивателя и нужный металл может быть восстановлен прямо из его потока. С уменьшением концентрации растворенного металла в потоке при его рециркуляции через отвал растворение нужного металла из руды облегчается из-за его низкой концентрации в руде.
Поскольку дробление и измельчение руды составляют значительную часть расходов при формировании отвала, способ, описываемый здесь, практичен для наиболее больших по размеру частиц руды, что делает биоокисление экономичным.
Проникающая способность бактериального раствора и далее, выщелачивающего раствора, и формирование частиц в макрочастицы (это касается биоокисления) позволяют использовать большие макрочастицы, однако существенную роль играет размер мелких частиц. Так, например, частицы глины задерживаются на поверхности макрочастиц, поскольку агломерирующее средство улучшает образование макрочастиц, особенно в сочетании с инокулирующим раствором.
Образование макрочастиц с помощью средств агломерации можно осуществлять с рудами, имеющими начальное содержание влаги приблизительно от 2 до 3% где добавление жидкости приводит к содержанию влаги в руде максимум 8-12% Более высокие количества делают растворы недееспособными. Расход большого количества жидкости может оказаться нецелесообразным, если руда не смешивается так, чтобы соблюдалось соотношение сухой и мелкодробленой руды в макрочастицах. Кроме того, рудный "шлам", то есть мелких частиц, теперь может пригодиться в процессе формирования макрочастиц.
Однако наилучший способ образования макрочастиц заключается в укрупнении или соединении частиц при помощи инокулирующего раствора (как показано на фиг. 1), а также в использовании агломерирующих средств, например полимерных смесей.
Для руд с высоким содержанием глин необходимо установить требуемое количество агломерирующего средства и использовать связующий агент, то есть кислотоустойчивые полимеры или сополимеры для улучшения "прилипания" в бактериальном растворе.
Глиносодержащие руды наиболее трудны для выщелачивания, так как они поглощают огромные количества воды, закупоривают каналы для прохода раствора в отвале и, отделяясь от макрочастиц, образуют непроницаемый слой в отвале. Материал руды, содержащий мельчайшие частицы, также трудно доступен для выщелачивания, так как мельчайшие частицы свободно мигрируют с потоком жидкости и тоже способствуют закупорке протоков.
Содержание глины в руде более 10 мас. или мельчайших частиц больше 30 мас. (200 мешей), или комбинированное содержание глины более 5 мас. и мелких частиц более 25 мас. (200 мешей) предусматривает включение агломерирующего агента при образовании макрочастиц, который служил бы связующим агентом. Обычно добавляемые количества составляют от 22,68 г до 4,536 кг на тонну рудного материала. Термин "мелкие частицы" относится к материалу, проходящему через сито, имеющее 200 мешей, то есть частицы, имеющие минус 200 мешей.
Кислотоустойчивые совместимые с микробным биоокислителем водорастворимые виниловые полимеры, полученные ступенчатой полимеризацией, включают агломерирующие средства согласно способу по данному изобретению. Такие полимеры должны быть кислотоустойчивыми, так как микробные биоокислители, такие как Т. ferroxidans, требуют кислотной среды для выживания и окисления железа и серы, то есть физиологической активности. Далее, метаболизм этих микроорганизмов производит кислоту и стремится снизить pН в их среде. Кислота также необходима при выщелачивании материала из отвала. Так, для эффективности процесса предпочтение отдается кислоте, полученной из микробов. Полимерные агломерирующие средства должны быть микробосовместимыми в том смысле, что они не должны быть микробобиоцидными или ухудшать жизнеспособность и метаболизм микроорганизмов, или вызывать серьезные нарушения метаболических направлений. Полимерное агломерирующее средство должно быть не только совместимым с микробным биоокислителем, но процесс биоокисления не должен оказывать никакого влияния на его свойства. Предпочтительно, агломерирующее средство не должно действовать в качестве метаболического субстрата для биоокислителя, а также, что даже более важно, не должно функционировать в качестве физической опоры или приспособления для биоокислителя или его колоний.
Агломерирующее средства должны быть водорастворимыми, чтобы они свободно могли применяться или в растворе, или в сухом порошке распылением, который затем размачивался бы в процессе формирования макрочастиц.
Предпочтительно виниловый полимер, получаемый ступенчатой полимеризацией, является кислотоустойчивым и щелочноустойчивым. Устойчивость к щелочи позволяет использовать выщелачиватели с сильной щелочной средой, такие как каустиковый цианид или циосульфат для восстановления металла без реагломерации рудного материала отдельным щелочноустойчивым агломерирующим средством и перестроения отвала.
Виниловые полимеры, полученные ступенчатой полимеризацией, это те, который полимеризуются после добавления виниловых или акриловых мономеров в растворе со свободным радикалом. Такие полимеры имеют ионные функциональные группы. Подходящие виниловые полимеры выбираются из группы гомополимеров, сополимеров, терполимеров или высших полимеров соединения, имеющего общую формулу:
C C•R (I)
где: R нитрил, амид, радикал карбоксила общей формулы COOR1, где R1 низший радикал алкила, предпочтительно имеющий от 1 до 4 атомов углерода, и его водорастворимые соли.
Подходящие мономеры включают акриловую кислоту, метакриловую кислоту, этакриловую кислоту, α-хлороакриловую кислоту, коричную кислоту, β-стирилакриловую кислоту, итаконовую кислоту, лимонную кислоту, малеиновую кислоту, фумаровую кислоту, малеиновый ангидрид, диметиламиноэтилметакрилат, стирол, этилакрилат, метилакрилат, метилметакрилат, этилметакрилат, акриламидометилпропансульфоновую кислоту, этилметакрилат, бутилакрилат, изобутилакрилат, додецилакрилат, 2-этилоксилакрилат, винилацетат, винилпропионат, винилбутират, α--метилстирол, винилтолуол, пропилвиниловый эфир, бутилвиниловый эфир, изобутилвиниловый эфир, метилвиниловый эфир, этилвиниловый эфир, винилхлорид, винилиденхлорид и так далее.
Предпочтительно мономер является акриламидом или акриловой кислотой, или тем и другим. Следует понимать, что нитрил, амид и R1 радикалы в формуле I могут быть замещены и что гомополимер и сополимер могут быть модифицированы без отклонения от сущности изобретения.
Предпочтительными полимерами являются незамещенные и замещенные гомополимеры акриламида, гомополимеры акриловой кислоты, сополимеры акриламида с одним или более мономером нонакриловой кислоты, сополимеры акриловой кислоты с одним или более мономером нонакриловой кислоты, катионные и неионные сополимеры акриламида или акриловой кислоты или их производные, как мономеры и полимеры акриламида или акриловой кислоты, и один или более других мономеров.
Эти предпочтительные мономеры, акриламид или акриловая кислота, или и то и другое, могут быть сополимеризированы с другими мономерами, такими как N-винилпиридин, винилацетат, стирол, сложный эфир винила, винилгалогениды, эфиры винила или ненасыщенные углеводороды такие, как изобутилен.
Под "катионными" полимерами подразумеваются полимеры, синтезированные из катионозаряженных мономеров, проявляющих положительный заряд.
Под "неионными" полимерами подразумеваются полимеры из мономеров, в которых заряды достаточно невелики, в результате чего полученные полимеры не проявляют ионного действия.
Подходящие катионные мономеры это те, которые содержат амино- или иминогруппы, которые дают водорастворимые полимеры, совместимые с отобранными микробными биоокислителями. Такие мономеры могут быть отобраны из N-винилпиридина и его замещенных производных; алкиламина и его N-алкилзамещенных производных; аминоалкилакрилатов и диалкиламиноакрилатов, таких как аминоэтилакрилатгидрохлорид или аминоэтилметакрилатгидрохлорид; и его N-замещенные-(N'-диалкиламиноалкил) акриламиды и соли. Вышеуказанные мономеры могут быть замещены, например, низшими алкиловыми группами, имеющими от 1 до 4 атомов углерода.
Кроме того, другие катионные полимеры могут быть получены сополимеризацией азотсодержащего мономера с одним или более моноэтиленоненасыщенным мономером, полимеризацией винила, чтобы получить водорастворимый, совместимый с микробным биоокислителем полимер.
Подходящие моноэтиленоненасыщенные мономеры могут быть выбраны из акриламида, метакриламида, акрилонитрила, низших сложных эфиров алкила акриловой и метакриловой кислот, эфира винилметила, N-винилоксазолидинона и N-винилпирролидинон.
Например, катонными сополимерами акриламида и акриловой кислоты и их производными в качестве мономеров могут быть сополимеры акриламида и диметиламиноэтилметакрилата.
Помимо этого, неионные полимеры, такие как поливиниловый спирт, также могут приниматься во внимание.
Неионные полимеры также могут быть получены обеспечением уравновешенного количества катионных и анионных групп в полимере таким образом, что в то время как молекула полимера является неионной, катионные и анионные функциональные группы могут проявлять катионную и анионную активность как, например, в случае субстрата.
Поэтому эти катионные компоненты могут присутствовать в той же полимерной молекуле с анионными компонентами, такими как производные акриловой кислоты и метакриловой кислоты.
Полимерное агломерирующее средство должно иметь со средним молекулярным весом приблизительно от 10000 до около 25 миллионов, предпочтительно от среднего до высокого молекулярного веса, такого как вес, равный среднему молекулярному весу, от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов, предпочтительно более одного миллиона. Предпочтительно, агломерирующее средство должно включать поверхностно-активное вещество или деэмульгирующее средство, например этоксилированный алкилфенол, этоксилированный амин или этоксилированный жирный спирт. Предпочтительные поверхностно-активные вещества это этоксилированные алкилфенолы, имеющие по крайней мере одну алкильную группу или от 6 до 12 атомов углерода, в среднем до 30 этоксилированных групп на молекулу. Этоксилированный октилфенол и этоксилированый нонилфенол являются предпочтительными этоксилированными алкилфенолами.
Желательно, чтобы анионным полимером был полиакриламид, умеренно анионный, с высоким молекулярным весом, однокомпонентный жидкий флокулянт, который может применяться в количестве от 22,68 г до 2,268 кг полиакриламида на тонну рудного материала, предпочтительно от 45,36 г до 1,134 кг на тонну. Этот материал обеспечивает прекрасное агломерирующее действие в широком диапазоне pН в отвале, не разрушая макрочастицы и не вызывая миграцию глин и мелких частиц. Материал особенно подходит для кислотных и окислительных условий при биоокислении. Он также не оказывает вредного воздействия на микробный биоокислитель. К тому же, поверхностно-активное вещество, используемое с этим акриламидом оксилированный нонилфенол, также совместим с биоокислителем. При концентрации, равной одному весовому проценту, в деионизированной воде он имеет pН, равную 7.
Предпочтительный неионный полимер это полиакриламид, неионный, с высоким молекулярным весом, однокомпонентный жидкий флокулянт, применимый в качестве агломерирующего средства в качестве агломерирующего средства в количестве обычно приблизительно от 22,68 г до 2,268 г полиакриламидного материала, предпочтительно от 45,36 г до 1,134 кг на тонну, что делает успешным агломерирования в условиях широкого диапазона pН. Этот материал и его поверхностно-активное вещество, этоксилированный нонилфенол, обеспечивают биосовместимость с микробными биоокислителями.
Каждый из названных материалов легко растворяется в воде, делая ее пригодной для формирования макрочастиц, с использованием связующего агента. Благодаря их прекрасной ожидаемости, очищающим, укрепляющим и дегидрирующим свойствам при обработке шламов, они легко используются при агломерации частиц руды и глин и/или мелких частиц в макрочастицы. Как однокомпонентные полимерные флокулянты они не требуют активатора, что делает их использование проще и дешевле.
Предпочтительное агломерирующее средство содержит от 1 до 5 мас. этоксилированного нонилфенола или этоксилированного октилфенола и 20-40 мас. гидроочищенного легкого дистиллята, остальное хлорид натрия и вода.
Другое агломерирующее средство содержит 1-5 мас. этоксилированного октилфенола, 20-40 мас. гидроочищенного легкого дистиллята, остальное вода.
Агломерирующее средство должно применяться в количестве от 22,68 г до 4,536 кг полимера на тонну рудного материала, предпочтительно от 45,36 г до 226,8 г, оптимально от 45,36 г до 1,134 кг на тонну, и быть в виде сухого порошка, струи раствора, разбрызгивателя или пены.
Такая система позволяет оценить агломерирующее средство для использования его свойств в процессе согласно данному изобретению. Аналогично, кислотоустойчивость агломерирующего средства по данному изобретению может измеряться по шкале от 1 до 5 сравнением с кислотоустойчивостью стандартного средства, причем полиакриламид, для которого дается количество 2,5, сохраняет достаточную целостность макрочастиц в течение периода времени по крайней мере 200 дней в кислой среде с pН от 1,3 до 2, а предпочтительно 1,8, для проведения каустического цианирования (при величине, равной 1, стандартное средство оказывает наихудшее действие).
Таким образом, есть возможность оценить действие агломерирующего средства для использования его в данном изобретении в отношении кислотоустойчивости. Так как свойства макрочастиц изменяются в течение длительного периода и из-за характерного длительного периода биоокисления, оценка, основанная на вышеуказанных стандартах агломерирующей способности и кислотоустойчивости, является целесообразной для применения изобретения на практике.
Вместе с кислотоустойчивостью устойчивость к биоокислению также измеряется таким же образом с использованием того же стандарта, как описано выше, по той же шкале. Должен быть баланс трех свойств, способствующих агломерации, кислотоустойчивости и устойчивости к биоокислению в последовательном режиме, где средние величины должны быть в пределах приблизительно от 2 до 5, предпочтительно от 2,5 до 5, таким образом, что при более высокой допустимой величине агломерационной способности допускается меньшее значение для остальных свойств. Средняя величина трех свойств должна быть в пределах 2,0 и выше, предпочтительно 2,5.
В изобретении вышеуказанные агломерирующие средства используются при образовании макрочастиц из частиц, содержащих рудный материал и глины, и/или мелкие частицы в сочетании с инокулирующим средством, содержащим бактерии, способные хотя бы к частичному биоокислению содержания серы с применением при необходимости кислотной обработки. Частицы предпочтительно обрабатываются агломерирующим и инокулирующим средством одновременно с формированием макрочастиц или поэтапно, когда макрочастицы сначала обрабатываются агломерирующим средством, а затем формируются в макрочастицы в присутствии инокулирующего средства. Обычно частицы можно обрабатывать агломерирующим средством до образования макрочастиц или одновременно с образованием. Также частицы руды можно обрабатывать инокулирующим агентом до, во время и после образования макрочастиц. Частицы могут пройти предварительную обработку кислотой до формирования макрочастиц или после, а также макрочастицы могут быть сформированы в присутствии кислоты.
Типичным способом формирования макрочастиц является разбрызгивание жидкости на руду, также могут применяться погружение в жидкую ванну ленточного конвейера с рудой и другие способы, например использование червячных (шнековых) экструдеров. Однако важно, чтобы содержание влаги и формирование макрочастиц были такие, чтобы при инокулировании обеспечивались распределение частиц и достаточная площадь поверхности, что способствует быстрому протеканию реакции, то есть индуцированию и окислению сульфидных реагентов в экономически допустимые сроки.
Например, настоящее изобретение предусматривает правильное формирование макрочастиц путем распределения мелких и крупных частиц рудного материала с сопутствующим правильным и более плотным распределением массы бактерий биоокислителя, как показано на фиг. 2.
В соответствии с изобретением следующие бактерии оказались полезными для процесса:
Группа A. Thiobacillus ferroxidans; Thiobacillus thioxidans; Thiobacillus organoparus; Thiobacillus acidophilus;
Группа В. Leptospirillum ferroxidans;
Группа С. Sulfobacillus thermosulfidooxidans;
Группа D. Sulfolobus acidocaldarius, Sulfolobus BC;
Sulfolobus solfataricus and Acidianus brierleyi
Вышеуказанные бактерии далее классифицируются или как mesophiles (группы A и В), то есть микроорганизм способен к росту при средних температурах (то есть около 30oC), и факультативный thermophiles (группа С) (то есть при температуре от 50oC до 55oC), или обязательный thermophiles (группа D), которые являются микроорганизмами, способными расти только при высоких (термофильных) температурах (то есть приблизительно выше 50oC).
Также желательно применение настоящего изобретения к рудным материалам, в которых количество нужного металла и/или материала матрицы содержится в неорганическом металлосерном соединении, в котором металлическая часть молекулы отличается от железа и для которого могут быть использованы бактерии, которые также окисляют избранный металл.
Для того, чтобы описанные выше макрочастицы были правильно биоокислены, руды должны иметь определенную минералогическую характеристику. Эти руды не должны содержать более 1-10 мас. кальцита, доломита или других карбонатных минералов и должны иметь по крайней мере 0,2 мас. сульфида. Карбонат кальция увеличивает кислотопоглощаемость руд и делает их очень тугоплавкими для обработки. Эти типы руд также должны иметь высокое содержание сульфида для производства кислоты, необходимой для карбонатной нейтрализации, и в случае необходимости можно добавлять серную кислоту, чтобы регулировать pН в пределах, нужных для биоокисления.
Возможно производство бактериальной биомассы.
В соответствии с изложенным выше раствор, содержащий одну или более из указанных бактерий с концентрацией биомассы от 105 до 109 бактерий на миллилитр раствора, используется для формирования макрочастиц руды из частиц таким образом, чтобы покрыть частицы необходимым слоем бактерий, и затем, при правильном формировании макрочастиц мелкими частицами, прилегающими к ядру материала. Наращивание мелких частиц и образование из них таких макрочастиц, которые имеют соотношение поверхности к объему по крайней мерее 100 квадратных сантиметров на 100 кубических сантиметров руды, обеспечиваете пороговую величину.
Хотя допустимы продолжительные периоды выщелачивания, то есть низкие скорости, и настоящее изобретение допускает низкие скорости выщелачивания, предпочтительный способ требует периоды индуцирования по крайней мере от 5 до 20 дней для одного и того же количества маркирующего образца при обработке руды для правильного протекания формообразования макрочастиц.
Следует заметить, что для бактерий группы A и В температура не должна превышать 35oC, для бактерий группы С температура не должна превышать 55oC, для группы D не превышать 80oC. Следовательно, основываясь на профиле температур в отвале пустой рудной породы, когда окисление сульфидов идет полным ходом и достигается наивысшая экзотерма окисления сульфида, отвал можно промывать охлажденным выщелачивателем или при построении отвала должны быть предусмотрены другие средства обеспечения охлаждения (и/или подогревания). Далее, отвал может строиться с использованием соответствующих бактерий, учитывая температурные пределы для такого вида руды, например для руды с высоким содержанием сульфида. Как известно, из-за скоростей окисления сульфида и концентраций, температуры в выщелачиваемом отвале не равномерны, и часто бактерии не в состоянии сохранить жизнеспособность, если температура не контролируется надлежащим образом, а также при использовании неподходящих бактерий. Поэтому правильное построение отвала пустой рудной породы, где формируются макрочастицы с использованием соответствующего раствора термофильных бактерий, предупреждает действие этих температур в рудном теле, что является преимуществом настоящего изобретения.
Дальнейшая инокуляция руды с добавлением разнообразных бактерий может ускорить скорость биоокислительной реакции и составляет часть описанного здесь процесса. Использование инокулянта после построения отвала делает процесс пригодным для обработки руд, содержащих многие металлы, которые обладают биоцидными свойствами. Например, штаммы, устойчивые к мышьяку, могут быть введены с самого начала. Арсенопириты должны постепенно раствориться во время биоокисления. Однако выщелачивание арсенопиритов приводит к образованию свободной или элементарной серы. Поэтому можно использовать Thiobacillus thiooxidans для предотвращения ингибирующего действия свободной или элементарной серы. К тому же присутствие свободной или элементарной серы вызывает высокую поглощаемость (расход) цианида.
Как описано выше, окисление сульфида происходит при pН менее 2,5, а рабочий диапазон pН оказывается в пределах от 1 до 2. Более низкая величина pН требует употребления специальных бактерий, таких как Leptospirillum ferroxidans. Для индуцирования реакций следует принимать во внимание кислотопоглощаемые компоненты в руде (хорошо известные).
Поглощение кислоты задерживает или останавливает реакцию, что имеет место при удалении серной кислоты.
Хотя бактериальный состав руды можно определить микроскопией или окончательным разбавлением (что дает наиболее близкие к истине результаты), наилучшим образом развитие реакции контролируется скоростью растворения мышьяка или железа в пиритах или скоростью окисления сульфидов, которые можно вычислить.
Такой контроль демонстрируется кривыми, показанными на фиг. 4. Также возможны другие средства, например измерение pН, определение титруемой кислотности, снижение концентрации двухвалентного железа, поглощение кислорода, двуокиси углерода и так далее.
Несмотря на то, что все испытания на эффективность биоокисления должны основываться на сборе данных в действующем отвале, для сравнения допустимы данные испытания в колонке, например, для рудного материала, биоокисляемого в колонке рассчитанного размера. Однако сбор данных не должен тормозить процесс, что может сказаться на экономичности процесса.
Для того, чтобы облегчить растворение металлов, в раствор реагентов можно добавить железный сульфат. Вводимый в самом начале железный сульфат может находиться в бактериальной жидкости для того, чтобы с самого начала установить и поднять окислительно-восстановительный потенциал.
В случае предварительной кислотной обработки ее можно прервать прежде, чем начнется окончательное формирование макрочастиц. Однако целесообразнее проводить предварительную кислотную обработку и формирование частиц приблизительно в одно и то же время в непрерывном процессе, чтобы избежать затрат на перестройку таких огромных количеств рудного материала, которая может сделать процесс экономически невыгодным.
После того, как макрочастицы руды располагаются на подходящем непроницаемом основании (включая слой материала, облегчающий дренирование), образуя массу толщиной от 1,52 м приблизительно до 91,44 м, можно проводить выщелачивание и/или по необходимости подачу питающих добавок.
Типичный выщелачивающий раствор имеет следующий состав: от 10 до 30 г на литр суммарного растворимого железа (предпочтительно трехвалентное), приблизительно от 0,1 до 10 г на литр мышьяка или соли мышьяковистой кислоты, приблизительно от 30 до 100 г на литр сульфата. Отвал или сбрызгивается, или смачивается капельным орошением выщелачивателя или питательного раствора. Последний содержит Fe+3 в количестве от 4 до 30 г на литр; сульфат аммония (NH4)2SO4 приблизительно от 4 г на литр вначале до 1 г на литр в течение процесса. Дополнительно добавляется около 40 ppm фосфата в качестве питающего вещества. Добавление питающих веществ контролируется, меняется, увеличивается или сокращается в зависимости от показателей прохождения процесса. При орошении выщелачивателем или питающим раствором концентрация кислорода и в том, и в другом должна быть в пределах по крайней мере между 5 и 2 мг О2 на литр раствора.
Нужное значение pН сохраняется при добавлении серной кислоты, чтобы в обрабатывающем отвал растворе сохранялась pН от 1,6 до 2. Так как часть раствора испаряется, в отвале необходимо сохранять равновесие содержания влаги путем добавлений в процессе реакции.
Так как по данному изобретению отвал не перестраивается из-за неэкономичности ввиду больших объемов, описанные здесь формообразование макрочастиц и обработка строятся так, чтобы повысить эффективность биоокислительных реакций по сравнению с известными способами, например в кубе со шламом, с жидкостной промывкой и инокулированием при обработке руд биоокислительными растворами. Кроме того, данное изобретение позволяет обрабатывать руды с низким содержанием сульфида.
Также настоящее изобретение отличается от типичных биоокислительных реакций, в которых раствор биоокислителя орошает отвал разбрызгиванием или при помощи капельного орошения так, чтобы с течением времени там образовались колонии бактерий. Такое известное в практике распределение не эффективно, занимает много времени и, кроме того, не дает равномерного проникновения и распределения раствора в отвале. В таких отвалах бактерии, в основном, концентрируются только сверху на глубину от 30,48 см до 60,96 см. Трудно сохранять одинаковые условия в ходе процесса в таких отвалах, и реакция протекает, не давая тех результатов, которые можно получить данным способом.
Жизнестойкость бактерий можно контролировать только в верхней части отвала, и по всему отвалу образуются большие мертвые зоны. Поэтому в известных способах при выщелачивании руды использовались неглубокие отвалы (пологие отвалы).
По достижении разумного равновесия после периода индуцирования и после введения дополнительных выщелачивателей во время осуществления реакции развитие реакции биоокисления контролируется необходимыми маркирующими элементами, которые прямо или косвенно указывают скорости окисления сульфидов и условия окончания процесса. Например, мышьяк и железо используются в качестве маркирующих элементов, которые определяют окисление сульфидов, основываясь на наличии арсенопирита и сульфидов пирита. Поскольку скорость реакции биоокисления зависит от присоединения бактерий к руде, то есть субстрата, способ по данному изобретению обеспечивает особенно благоприятный механизм для преодоления такой ограничивающей скорость зависимости, которая характерна для процессов выщелачивания по известному уровню техники. Другими параметрами, которые иллюстрируют эффективную диффузию биоокислителя, а также скорость реакции в соответствии с изобретением, являются количество других материалов, найденных в растворе, а также максимальная экстрагируемость целевого металла, например золота. Другими образцами маркирующих элементов могут быть те элементы, которые находятся в сочетании с целевым металлом и которые могут контролироваться с этой целью соответствующим для каждого отдельного вида руды способом.
Что касается температуры, при которой достигается оптимальная активность в отвале, то она зависит от условий, в которых находится площадь формирования отвала. Внутреннее содержимое отвала устойчиво к температурным перепадам окружающей среды и мало изменяется, за исключением экзотермической реакции окисления сульфида, о чем говорилось выше.
Биоокислитель рециркулируется со скоростью от 0,0182 л в минуту на 0,093 м2 верхней площади поверхности рудного тела. Подходящая скорость варьируется приблизительно от 0,0113 л в минуту на 0,093 м2 до 0,0378 л в минуту на 0,093 м2.
Предпочтитльная скорость от 0,015 до 0,022 л/мин/0,093 м2.
Распространение выщелачивателя может производиться известными средствами, применяемыми в обычных процессах выщелачивания, но предпочтительным является капельное орошение. В дополнение к капельному орошению можно использовать "качающееся" орошение или распылительное орошение, причем последний вид орошения может увеличить содержание кислорода в растворе, и поэтому этот способ также может быть использован для контролирования избытка раствора по увеличении испарений.
Исходя из опыта, достигаемое окисление сульфида приблизительно от 50 до 60% по шкале времени, с точки зрения экономичности процесса.
Желательно, хотя и не обязательно, получить как можно большую степень окисления сульфида. Также желательно, чтобы любое содержание элементарной серы было окислено, в особенности, если она принимает участие в окклюзии необходимого количества металла.
Поскольку окисление железа (или другого выбранного металла) находится в соотношении с окислением сульфида, реакция может быть легко рассчитана. Было обнаружено, что приблизительно от 50 до 60 мас. серы может остаться в руде, что является допустимым.
Однако, если скорость реакции достаточная, предполагается более высокое окисление серы, способствующее дальнейшему восстановлению металла, например цианированием, описанным ниже.
При повторном использовании биоокислителя можно создать поток суспензии для удаления Fe3+; обычно содержание Fe3+ около 30 г на литр в стоке отвала считается пределом. Затем может начаться отрицательное влияние железа на скорость реакции, то есть ее торможение, и если присутствуют ионы мышьяка, они тоже способствуют этому торможению. Так как мышьяк является биоцидом, лучше всего сделать так, чтобы его количество не превышало приблизительно 14 г на литр. На сернопириты, главным образом, воздействует биоокислитель. Если бактерии нашли возможность приспособиться, как это происходит в природе в рудных шахтах с высоким содержанием мышьяка, реакция может начаться и протекать при довольно больших количествах мышьяка.
Таким образом, биоокисление способствует удалению излишков нежелательного мышьяка. Мышьяк может быть удален соосаждением с железом в подходящих для этого условиях. Обычно мышьяк в виде арсената (As5+) и железо (Fe3+ будут соосаждаться, когда соотношение в растворе Fe:As превышает 4:1, а pН раствора превышает 3. Для того, чтобы поднять pН раствора и способствовать соосаждению, используется известь.
Получаемый ферриарсенат очень стойкое соединение с очень небольшой способностью к диссоциации. К тому же присутствие ферриарсената и железных арсенатов вместе способствует высокому потреблению цианида.
Аналогично, в системах, где выщелачивается другой металл, также используется поток суспензии для удаления этого металла и его восстановления. Далее, весь поток после биовыщелачивания может быть обработан для восстановления этого металла.
В каждом из этих случаев восстановление нужного металла пpоисходит непосредственно из потока биоокислителя, восстановление металла делается частью стадии биоокисления/биовыщелачивания, и отдельная стадия восстановления становится ненужной.
Соответствующие технологические стадии для восстановления нужного металла из раствора биовыщелачивателя включают осаждение, извлечение растворителя и/или ионообмен.
После того, как реакция биоокисления подошла к экономически обоснованному концу, отвал можно дренировать и неоднократно промыть водой. Обычно достаточно двухнедельного срока для промывки. Циклы промывки и периоды времени основываются на показателях соответствующего маркирующего элемента, например железа, и pН полученного после пpомывки стока. Целевое количество около 500 ppm Fe в промывочном стоке.
Поскольку материально-производственные запасы для получения раствора и его обработка составляют значительную часть всех затрат, связанных с выщелачиванием отвала, необходимо, чтобы все манипуляции проводились следующим образом. Одним из аспектов предварительного окисления отвала является использование повторного раствора биоокислителя в качестве инокулянта при формировании макрочастиц для обработки следующей порции руды. Дренированный раствор из отвала до промывания последнего является кислотным и содержит бактерии и трехвалентное железо. Этот раствор затем может успешно использоваться для формирования макрочастиц с рециркулирующим раствором, то есть инокулирующим раствором руды, поступающим в процесс обработки. Промывочная вода также содержит эти бактерии и трехвалентное железо при кислой pН и может быть успешно использована после промывания выщелачивателем в стадии биоокисления для формирования макрочастиц и инокуляции бактерий. Таким образом, растворы находят применение в процессе, снижая при этом потребность в воде, пока не отпадет необходимость инокуляции (введении бактерий). В способе по настоящему изобретению создание раствора значительно облегчается из-за ускорения стадии инициирования и выщелачивания. Следовательно, для способа по настоящему изобретению требуется меньший объем раствора для восстановления такого же количества, как известными способами биовыщелачивания и цианирования.
При повторном использовании и рециркуляции выщелачивателя может возникнуть необходимость в циркуляции воздуха и двуокиси углерода, что может быть достигнуто введением в раствор биоокислителя соответствующего количества воздуха или кислорода и непосредственным введением в отвал определенного количества газов. При больших количествах кислорода, то есть при таких, которые значительно выше, чем уровень насыщения, равный 8 мг/литр раствора, кислород также оказывает ингибирующее действие. Обычно содержание кислорода не должно превышать 25-50 ppm выщелачивателя.
Во время процесса необходимо принимать меры против загрязнения системы излишними биоцидами, например биоцидными поверхностно-активными веществами и так далее.
Что касается восстановления металла отдельной стадией промывки или выщелачивания, после последующей обработки и промывки отвала и после того, как в отвале установлена pН такая, как при извлечении тиомочевиной, в пределах от 1,5 до 20, в отвал вводится тиомочевинный выщелачиватель и осуществляется его обработка. Обычно используется от около 0,1 г на литр до 10 г на литр тиомочевины. Предпочтительный уровень от 0,2 до 5 г на литр. Растворы тиомочевины могут содержать сульфид, так как он улучшает действие выщелачивания тиомочевиной. Другими агентами, которые могут быть добавлены, являются серная кислота для регулирования pН и лимонная кислота для стабилизации тиомочевины.
Тиомочевина не является таким благоприятным реагентом, как цианид. Типично для выщелачивания тиомочевиной то, что восстановление золота не дает таких результатов, как выщелачивание цианидом.
Несмотря на то, что стоимость перестроения отвала для цианирования дешевле, чем при использовании тиомочевины, тем не менее тиомочевина имеет некоторые преимущества по соображениям, касающимся окружающей среды.
Подобным же образом можно использовать тиосульфат, тиосульфат аммония или тиосульфат натрия. Характерно, тиосульфат аммония в качестве выщелачивателя работает при уровне pН от 8 до 10, а предпочтительно при pН 9, поэтому биовыщелоченная руда требует нейтрализации. При прямой нейтрализации процесс становится чрезвычайно дорогостоящим и к тому же может вызвать закупорку отвала в результате образования гидроокиси железа. Поэтому нейтрализацию можно проводить другими средствами, например разрушением отвала и введением цемента или извести, или и того и другого, чтобы привести pН к должному уровню при выщелачивании с помощью тиомочевины. Золото, растворенное тиосульфатом, восстанавливается цементированием или осаждением сульфида. Стоимость тиосульфатного выщелачивания ниже, чем тиомочевиной, однако недостатки этого способа заключаются в необходимости реконструирования отвала и нейтрализации. Для того, чтобы выбрать один из этих способов, необходимо оценить их преимущества при определенных условиях.
Цианирование руды в отвале также является эффективным способом. Следовательно, одним из преимуществ настоящего изобретения является крепкая макрочастица, которая позволяет вымывание отвала и дает возможность не прибегать к перестраиванию отвала. Перестраивание отвала возможно согласно настоящему изобретению при помощи добавления извести, портландцемента, каустиковой соды, цементной пыли или их смеси путем тщательного перемешивания руды с нейтрализующим агентом и затем агломерацией руды. Из-за довольно высокого потребления извести реакция нейтрализации должна проходить при хорошем контакте извести с кислотным рудным материалом. Руда остается кислотной, несмотря на промывку, и имеет уровень pН до 1,5 до 5.
Нейтрализация целесообразна при применении кислотно- и щелочно-устойчивого агломерирующего средства, и ее можно ускорить, разрушив биоокисленный отвал и перестаивая отвал при помощи конвейера и других подобных устройств.
Нейтрализация и перестроение путем правильного формирования макрочастиц, чему способствует биоокисление, и их формирования с самого начала неожиданно оказались чрезвычайно эффективными для последующего восстановления золота при помощи цианида. Такая ступенчатая обработка и формирование макрочастиц обеспечивают необходимую пористость, хорошее просачивание, хороший доступ ионов цианида и правильное распределение выщелачивающего раствора. Обнаружено, что соотношения пустот и поверхностей к объему приблизительно такие же, как при биоокислении, но одно биоокисление как таковое дает более низкие показатели. Перестроенный отвал также выдерживается в режиме вызревания в течение 1-2 дней для правильного дальнейшего функционирования. После того, как отвал был обработан раствором цианида в течение необходимого периода времени, определяемым предельным количеством золота в растворе выщелачивателя, отвал промывают или вводят соответствующие грибки или другие микроорганизмы, которые разрушают остаточный цианид в отвале.
В сочетании с обработкой цианидом в выщелачиватель можно также добавлять соответствующие поверхностно-активные вещества, кислород или озон, или их смеси, как описано в предшествующем уровне техники. Что касается биоокисления, то оно характерно для цианирования, то есть циклы выщелачивания и покоя в течение одного и того же времени способствуют извлечению золота. Также, если в отвале обнаруживается тенденция к закупориваю, он может быть вскрыт.
Известными растворами, используемыми для восстановления цианидом, являются выщелачивающие растворы на основе цианида натрия или цианида калия. Восстановление золота достигает от 35 до 80 мас. что показывает анализ, включающий определение золота в щелочном растворе атомной адсорбционной спектроскопией, испытания на воспламеняемость осадка выщелоченной руды или испытания на воспламеняемость углерода, использованного для восстановления золота. В тех случаях, когда необходимые количества металла присутствуют в качестве соединений, диспергированных в руде или окклюдированных в матрице биоокислителя, а сами эти соединения не окислены, биоокисление сделало эти количества более доступными для восстановления (по крайней мере до некоторой степени, освободив от материала матрицы). Теперь эти соединения поддаются дальнейшей обработке и тому способу восстановления, который им подходит. Дальнейшие примеры объясняют изобретение, уточняя его, но не ограничивая его объема.
Пример 1. Культура Thiobacillus ferroxidans или подобные микроорганизмы, способные окислить железо и расти в кислотных условиях, выращиваются в кислотном питательном растворе. Типичный питательный кислотный раствор содержит: 400 мг/л cульфата аммония [(NH4)SO4] 40 мг/л двухосновного фосфата калия (K2НРО4); 400 мг/л семигидрата сульфата магния (MgSO4•7H2O); 33,3 г/л семигидрата железного сульфата (FeSO4•7Н2O), имеющего pН от 1,6 до 2, полученного добавлением серной кислоты (Н2SO4). Культура микроорганизма растет от трех до десяти дней с аэрацией при температуре от 20 до 35oC в количестве, достаточном для получения раствора, необходимого для формирования макрочастиц. Раствор микробной культуры применяется в обработке руды для описанного выше формирования макрочастиц.
Пример 2. Два образца (А и Б) по 500 тонн дробленой руды (номинальный размер минус 1,89 см) использовались для образования макрочастиц с помощью раствора культуры (пример 1) T.ferroxidans. Около 19,278 л раствора культуры использовались для образования макрочастиц.
После этого образцы руды помещались на асфальтовые подкладки для предварительной обработки биоокислением, чтобы увеличить восстановление золота.
Образец А содержащая золото кварцевая руда, содержащая также серу в форме сульфида и сульфата. Руда содержала по весу 1% окисей железа, 4% ярозита, 10% алунита, 4% каолинита, 4% серицита, менее 1% пирита, остальное - по существу кварц (около 73% и более).
Испытание золота на воспламеняемость показало содержание золота до 0,051 г на тонну руды. Испытание цианидом на содержание золота, соответствующее 0,012 унций на тонну руды, показало, что значительная часть золота была в связанном состоянии, то есть окклюзирована в руде.
Общее содержание серы в руде А составляло около 1,42 мас. из которых серный сульфат составлял около 1,22 мас. а серный сульфид около 0,31 мас. Обще содержание углерода было 0,16% которое было кислотонерастворимым. Остальные ингредиенты включали 0,666 мас. As и около 2,19 мас. Fe.
Образец руды Б содержал по весу около 1% окисей железа, 3% барита, 3% ярозита, 12% алунита, 6% монтмориллонита, 4% серицита, 2% пирита, и остальное кварц (более 65%).
Количество золота, определенное испытанием на воспламеняемость, составляло 0,065 унций на тонну руды. Испытание цианидом не показало присутствие свободного золота, что означало, что все золото заключено в руде в связанном состоянии. Анализ также показал, что общее содержание серы по весу 2,31% при этом сульфатная сера составляла 1,16% а сульфидная сера около 1,15% Общее содержание углерода по весу составляло 1,27% из которого 1,21% был кислотонерастворимым. Руда также содержала по весу 0,035% As и 2,04% Fe (общее).
Пример 3. Образование макрочастиц из частиц руды (по примеру 2) проводилось добавлением бактериальной культуры в руду на ленте конвейера, как показано на фиг. 1.
Раствор культуры добавлялся в количестве от 60,48 до 75,6 л на 1,67 тонну руды в минуту. Два ленточных конвейера и отвалообразующий конвейер использовались как перегрузочные пункты с целью облегчения перемешивания руды с раствором культуры.
Инокуляция. Эффективная предварительная обработка выщелачиванием или биоокислением требует присутствия активной бактериальной популяции, такой как Thiobacillus ferroxidans. Руда, добываемая в последнее время, обычно не содержит достаточно большой популяции биовыщелачивающих бактерий. Для инициирования быстрого действия бактерий и обработки руды необходимо инокулировать руду бактериями, особенно в отвалах, содержащих очень большое количество твердых частиц по отношению к выщелачивающему раствору.
Предпочтительно инокулировать руду микробами, такими как Thiobacillus ferroxidans, во время формирования макрочастиц. Преимущество заключается в том, что бактерии можно распределять на частицах руды и послойно размещать макрочастицы, когда они поступают на биоокислительную обработку в отвале. Инокуляциия ускоряет инициирование активного биоокисления.
Несмотря на то, что изобретение было описано в связи с предпочтительными вариантами его реализации, понятно, что возможны другие варианты и модификации без отклонения от сути и объема изобретения, что понятно специалистам. Эти варианты не должны выходить за пределы объема изобретения. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4
Назначение: относится к области восстановления металлов, в том числе золота и серебра, из биоокисленных серусодержащих руд, имеющих низкое содержание металлов. Сущность изобретения: формируют макрочастицы из частиц руды и инокулирующего агента, содержащего серуокисляющие бактерии. Дополнительно макрочастицы могут содержать агломерирующее средство, стойкое к действию кислот и бактерий. Из макрочастиц строят отвал. В отвале происходит биоокисление руды и выщелачивание металлов. 6 с.п. ф-лы, 18 з.п. ф-лы, 5 ил.
С С R,
где R нитрил, амид, карбоксил общей формулы
СООR1,
где R1 алкильный радикал, содержащий не более четырех атомов углерода.
или их смесь.
или их смеси.
| Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
| Эндрюс | |||
| Широкомасштабная биообработка твердых частиц | |||
| Прогресс биотехнологии, 1990, т | |||
| Приспособление для точного наложения листов бумаги при снятии оттисков | 1922 |
|
SU6A1 |
| Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
| Патент США N 4056261, кл | |||
| Машина для добывания торфа и т.п. | 1922 |
|
SU22A1 |
