СПОСОБ КУЧНОГО БАКТЕРИАЛЬНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ СУЛЬФИДСОДЕРЖАЩИХ ПРОДУКТОВ Российский патент 2008 года по МПК C22B3/18 C22B15/00 

Изобретение относится к гидрометаллургическому производству и может быть использовано при биовыщелачивании сульфидных продуктов, содержащих различные цветные и благородные металлы. В настоящее время все большее внимание уделяется процессам гидрометаллургической переработки сульфидных концентратов, одним из которых является биовыщелачивание с помощью бактерий.

Упорное минеральное сырье цветных, редких и благородных металлов перерабатывается пирометаллургическими, гидрометаллургическими и комбинированными способами (сульфатизирующий обжиг и выщелачивание).

Основными недостатками использования пирометаллургии является высокий расход электроэнергии и образование газов и пыли, имеющих вредное воздействие на окружающую среду.

Гидрометаллургическое извлечение металлов из упорного минерального сырья осуществляется выщелачиванием с использованием сильных окислителей (фтора, хлора, аммиака, азотной и азотистой кислот и др.), оказывающих вредное воздействие на окружающую среду и сопровождающихся сложной технологией извлечения металлов из растворов выщелачивания.

Выщелачивание сульфидных металлов в сернокислой среде трехвалентным железом является малозатратным и экологичным способом, так как в составе руд и продуктов, содержащих сульфиды металлов, присутствуют соединения, при окислении которых в растворе образуются необходимые для осуществления выщелачивания серная кислота и ионы железа.

Известны способы выщелачивания упорного минерального сырья трехвалентным железом в сернокислой среде с регенерацией окислителя железоокисляющими мезофильными бактериями при температуре 28-35°С (СА 2282848, С22В 3/18, опублик. 20.03.2001) или термофильными бактериями при температуре от 45 до 68°С (WO 0071763, С22В 3/18, опубл. 30.11.2000).

Недостатками способов являются: низкая скорость выщелачивания (время чанового выщелачивания составляет 75-120 часов) и сложность управления процессами, протекающими с участием живых микроорганизмов. Технологические параметры процесса ограничены условиями, необходимыми для поддержания окислительной активности бактерий, содержание твердой фазы при чановом выщелачивании не превышает 10-25%, необходима аэрация кислородсодержащим газом.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ подземного выщелачивания сульфидных медьсодержащих полиметаллических руд (RU 2124632, 6Е21В 43/28, С22В 3/08, опубл. 10.01.99). При кондиционировании маточного раствора дополнительно проводят окисление двухвалентного железа, концентрацию трехвалентного железа в растворе поддерживают в пределах 0,5-30 г/л, отношение концентрации трехвалентного железа к сумме концентраций двух- и трехвалентного железа устанавливают равным 0,5-1,0, а концентрацию двухвалентной меди - в пределах 0,5-5,0 г/л, при этом процесс выщелачивания ведут в присутствии кислорода. Окисление двухвалентного железа в растворе проводят с помощью бактерий в присутствии кислорода или в присутствии пирита. Кроме того, на раствор производят наложение акустических колебаний преимущественно гидродинамическими излучателями. Способ повышает эффективность выщелачивания при снижении расхода реагента и возможности проведения процесса в условиях затопленных медных рудников.

Недостатком способа, снижающим его эффективность, является ограничение на отношение концентраций ионов закисного и окисного железа. Оптимальным для выщелачивания сульфидных медьсодержащих руд является минимальное нахождение железа в двухвалентной форме и максимальное количество в трехвалентной форме. Это же условие определяет активный бактериальный процесс регенерации железа.

В изобретении достигается следующий технический результат: повышение степени извлечения металлов из сульфидсодержащего продукта, повышение скорости выщелачивания.

Указанный технический результат достигается следующим образом.

Способ кучного бактериального выщелачивания сульфидсодержащих продуктов, заключающийся в выщелачивании сульфидсодержащего продукта, сложенного на водонепроницаемой основе в кучу, водным раствором, содержащим серную кислоту при ее концентрации 2-10 г/л, ионы трехвалентного железа при концентрации 1-20 г/л и железоокисляющие бактериями с микроэлементами. Регенерация двухвалентного железа в жидкой фазе выщелачивания происходит в отдельном аппарате железоокисляющими бактериями с аэрацией озоно-воздушной смесью при концентрации озона 0,5-5 мг/л и с расходом 0,1-1 л на л обрабатываемой жидкой фазы в минуту и значении рН 1,5-2,2. Способ включает также экстракцию металлов из раствора выщелачивания.

При этом в качестве микроэлементов используются соли азота и фосфора.

Кроме того, для выщелачивания добавляют культуры серуокисляющих бактерий.

Руду для выщелачивания складывают в кучу на водопроницаемое основание, расположенное под уклоном, для сбора всего вытекающего раствора и улучшения условий вытекания его из кучи.

Серная кислота является реагентом, участвующим в реакции окисления сульфидов, регенерации железа озоном и бактериями. Окислителем сульфидов в данном способе выщелачивания являются ионы трехвалентного железа, которые находятся в растворе серной кислоты. При концентрации серной кислоты более 2 г/дм³ ионы трехвалентного железа выпадают в осадок и окислительное действие прекращается. Это может произойти внутри кучи, когда серная кислота расходуется, поэтому для эффективного разложения сульфидов необходимо подавать раствор для выщелачивания, содержащий такое количество кислоты, чтобы после прохождения через слой кучи концентрация не снижалась ниже 2 г/дм³. С этой же целью необходимо поддерживать концентрацию серной кислоты в растворе, подаваемом на выщелачивание, не менее 2 г/дм³. Концентрация серной кислоты 2-10 г/л позволяет обеспечить процесс окисления сульфидов регенерации железа бактериями и одновременно соответствует значениям, при которых ионы трехвалентного железа находятся в растворе, не выпадают в осадок и окисляют сульфиды.

С увеличением концентрации железа при выщелачивании скорость выщелачивания возрастает, но для эффективного извлечения в раствор металлов из бедного минерального сырья, которое обычно используют для кучного выщелачивания и в котором количество металлов и сульфидных минералов невысоко, достаточно применять раствор с концентрацией не менее 1 г/дм³. Большинство сульфидных руд металлов содержат в составе минералы железа - кислоторастворимые или растворимые применяемым в изобретении раствором, содержащим ионы трехвалентного железа в серной кислоте. В результате выщелачивания железо из руды переходит в раствор и концентрация его увеличивается, окислительное воздействие повышается. При концентрация железа более 20 г/дм³ может происходить переход железа в осадок, так как при повышении концентрации значение рН, при котором начинается осадок, ниже.

После воздействия на сульфидные минералы трехвалентное железо переходит в двухвалентную форму и перестает действовать на сульфидные минералы. Окисление двухвалентного железа бактериями частично происходит непосредственно в куче, но условия жизнедеятельности и окислительного действия бактерий в куче часто создаются неблагоприятные, например, недостаточно кислорода, низкая или высокая температура. В результате раствор после выщелачивания содержит двухвалентное железо. Для регенерации окислительных свойств железа, т.е. перехода его в трехвалентное состояние, наиболее малозатратным способом является использование железоокисляющих бактерий. Процесс производится в отдельном аппарате, куда поступает собранный раствор, бактерии из культиватора и осуществляется аэрация воздухом. Повышение скорости окисления железа достигается добавлением в аэрируемый воздух озона.

Присутствие озона в аэрирующей газовой смеси позволяет повысить скорость окисления железа и сульфидов, снизить концентрацию бактерий и время выщелачивания, повысить технологичность процесса. При выщелачивании минерального сырья могут происходить значительные изменения параметров раствора, которые нарушают условия жизнедеятельности бактерий. В результате происходит ингибирование процесса, окислительная активность микроорганизмов значительно снижается и часто происходит гибель всей биомассы. В результате регенерация железа и окисление сульфидов прекращается. Применение озона для выщелачивания позволяет повысить скорость окисления, а также не останавливать технологический процесс и заменить бактерии в случае их гибели на период восстановления биомассы. Концентрация озона в подаваемом на бактериальное выщелачивание воздухе до 0,5-5 кг/м³ обеспечивает окисление железа и не оказывает деструктивного действия на бактерии.

Кислород, содержащийся в подаваемом на выщелачивание воздухе, необходим для дыхания бактерий и участвует в реакции окисления бактериями ионов двухвалентного железа.

На скорость размножения и активность бактерий влияет наличие необходимых микроэлементов, в основном это калий, азот и фосфор. Эти элементы могут подаваться для бактериального выщелачивания в виде солей, например фосфорнокислого калия, сернокислого аммония, а также в виде минеральных продуктов, в частности являющихся отходами химической и металлургической промышленности.

Для окисления образующейся при окислении сульфидов серы выщелачивание проводят с добавлением культур серуокисляющих бактерий, условия жизнедеятельности которых близки к условиям железоокисляющих бактерий. В результате процесса окисления серы бактериями образуется серная кислота, которая используется при выщелачивании.

Конкретные примеры реализации способа.

Пример 1.

Кучное выщелачивание меди из сульфидной медной руды Удоканского месторождения, содержащей 1,56% меди, включающее орошение руды крупностью 5,0 мм, размещенной на водонепроницаемое основание с уклоном 5° в виде кучи, осуществляли при температуре 20°С водным раствором, содержащим серную кислоту при концентрации 5 г/дм³ и сернокислое окисное железо при концентрации ионов железа 3 г/дм³, железоокисляющие и серуокисляющие бактерии, соли калия, азота и фосфора в концентрации, соответствующей среде Лунгрена. Собранный после просачивания через руду раствор окисляют в отдельном реакторе железоокисляющими бактериями с аэрацией воздушно-озоновой смесью, содержащей 5 мг/л озона.

Содержащиеся в поступающем в реактор растворе ионы двухвалентного железа окислялись и на выходе раствор содержал только трехвалентные ионы железа. Выходящий из реактора раствор направлялся на орошение кучи руды. Из раствора выщелачивания производится извлечение металлов. Извлечение меди из руды за 145 дней повысилось на 7,2% и достигло 87%.

Пример 2.

Кучное бактериальное выщелачивание сульфидных медно-цинковых руд, содержащих 5,1% цинка и 0,8% меди крупностью 10,0 мм, размещенной на водонепроницаемое основание, осуществляли затоплением руды, сложенной в кучу в виде усеченного конуса, водным раствором серной кислоты концентрацией 10 г/дм³, содержащим сернокислое окисное железо концентрацией ионов железа 15 г/дм³ и железоокисляющие бактерии и серуокисляющие бактерии, соли калия, азота и фосфора в концентрации, соответствующей среде 9К/2.

Раствор, вытекающий из кучи, окислялся в чане железоокисляющими бактериями и аэрацией воздушно-озоновым газом с концентрацией озона 2 мг/л. Содержащиеся в поступающем в реактор растворе ионы двухвалентного железа полностью окислялись до трехвалентной формы. Применение озона повысило скорость окисления железа на 58%. Концентрация биомассы в реакторе возросла с 10⁶ до 10⁷ кл/мл. Выходящий из чана раствор направлялся на верхнюю поверхность кучи руды. Цинк и медь извлекались из раствора выщелачивания. Скорость окисления железа в чане составляла 2,2 г/л в час. Извлечение цинка и меди из руды за 165 дней повысилось соответственно на 4,3% и 3,8%.

Изобретение относится к гидрометаллургическому производству и может быть использовано при кучном биовыщелачивании сульфидных продуктов, содержащих различные цветные и благородные металлы. Техническим результатом является повышение степени извлечения металлов из сульфидсодержащего продукта, повышение скорости выщелачивания. Способ включает выщелачивание сульфидсодержащей руды, сложенной на водонепроницаемой основе в кучу, водным раствором, содержащим серную кислоту концентрацией 2-10 г/л и ионы трехвалентного железа 1-20 г/л и железоокисляющие бактерии с микроэлементами. Регенерацию двухвалентного железа осуществляют в жидкой фазе выщелачивания в отдельном аппарате железоокисляющими бактериями с аэрацией озоно-воздушной смесью при концентрации озона 0,5-5 мг/л и с расходом 0,1-1 л на л обрабатываемой жидкой фазы в минуту и значении рН 1,5-2,2. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ кучного бактериального выщелачивания сульфидсодержащих продуктов, заключающийся в выщелачивании сульфидсодержащего продукта, сложенного на водонепроницаемой основе в кучу, водным раствором, содержащим серную кислоту при ее концентрации 2-10 г/л, ионы трехвалентного железа при концентрации 1-20 г/л и железоокисляющие бактерии с микроэлементами, регенерации двухвалентного железа в жидкой фазе выщелачивания в отдельном аппарате железоокисляющими бактериями с аэрацией озоновоздушной смесью при концентрации озона 0,5-5 мг/л и с расходом 0,1-1 л на л обрабатываемой жидкой фазы в минуту и значении рН 1,5-2,2.2. Способ по п.1, в котором в качестве микроэлементов используют элементы азот и фосфор в виде солей.3. Способ по п.1, в котором при выщелачивании используют культуры серуокисляющих бактерий.4. Способ по п.1, в котором водонепроницаемое основание располагают под уклоном и кучу формируют в виде усеченной пирамиды.