СПОСОБ ЧАНОВОГО 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 являются 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.

Известен способ получения сульфата окиси железа с помощью бактерий Thiobacillus ferrooxidans при одновременной аэрации озоно-воздушной смесью. (SU 715483, С01G 49/14, опублик. 15.02.1980) Способ имеет следующие недостатки. Длительное воздействие указанной концентрации озона 0,002-0,01 об.% (соответствует около 4-21 г/м³, т.к. плотность озона 2,144 г/л) в подаваемой для окисления воздушно-озоновой смеси с учетом усиления действия озона присутствием ионов железа оказывает ингибирующее действие на жизнедеятельность участвующих в процессе бактерий и будет способствовать их деструкции. В частности, концентрация озона 10-20 г/м³ используется для обеззараживания питьевой воды от присутствующих микроорганизмов на водопроводных станциях. В примерах представлены результаты повышения скорости окисления железа при добавлении озона в аэрирующий воздух и не контролируется уменьшение концентрации живых бактерий, которое будет происходить. Известно, что использование только озона позволяет быстро окислять железо, скорость окисления растет пропорционально концентрации используемого озона и концентрации железа, оказывающего каталитическое действие на процесс. Способ не предназначен для широко применяемого чанового бактериального выщелачивания сульфидных продуктов

Известен также способ переработки продуктов, содержащих сульфиды металлов, включающий выщелачивание трехвалентным железом в сернокислой среде с регенерацией окислителя железоокисляющими мезофильными бактериями (СА 2282848, С22В 3/18, опубл. 20.03.2001). Для регенерации трехвалентного железа реагенты, кроме серной кислоты и воздуха, не требуются, так как двухвалентное железо окисляют размножающиеся бактерии.

Недостатками способа являются низкая скорость выщелачивания (время чанового выщелачивания составляет 80-120 часов), зависимость деятельности бактерий от состава продукта, в том числе подавление окисления соединениями мышьяка, сурьмы, свинца, ртути и др., сложность управления процессами, протекающими с участием живых микроорганизмов. Технологические параметры процесса ограничены условиями, необходимыми для поддержания высокой окислительной активности мезофильных бактерий, содержание твердой фазы при чановом выщелачивании не более 25%, необходимость аэрации кислородсодержащим газом. При нарушении условий жизнедеятельности бактерий, несмотря на их способность к адаптации, окислительная активность микроорганизмов значительно снижается, происходит ингибирование процесса. В результате регенерация железа и окисление сульфидов прекращается.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ переработки сульфидных медно-цинковых продуктов (RU 2203336, С22В 3/18 15/00, опубл. 05.03.2002). Способ включает их бактериальное выщелачивание культурой Thiobacillus ferrooxidans с выделение металлов в раствор, проводимое в две стадии - выщелачивание ионами трехвалентного железа в сернокислой среде при перемешивании при температуре 60-80°С с отделением фракции +10 мкм и возврат ее на первую стадию и довыщелачивание иловой фракции с регенерацией ионов трехвалентного железа до 12-15 г/дм³ при аэрации воздухом и возврат раствора с трехвалентным железом на первую стадию.

Разделение процесса чанового выщелачивания на две стадии позволяет создать оптимальные условия для химического окисления сульфидов и для поддержания высокой окислительной активности бактерий для регенерации трехвалентного железа.

Недостатками способа являются ограничения на технологические параметры, определяемые бактериальным процессом, и необходимость применять для переработки продукта три аппарата: для выщелачивания продукта, для регенерации железа и для разделения твердой фазы по крупности.

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

Указанный технический результат достигается следующим образом.

Способ чанового бактериального выщелачивания сульфидсодержащих продуктов заключается в выщелачивании измельченного сульфидсодержащего продукта в водном растворе серной кислоты при значении рН 1,5-2,0 и температуре 10-40°С. Выщелачивание происходит в присутствии ионов трехвалентного железа концентрацией 5-20 г/л, железоокисляющих бактерий концентрацией 10⁵ кл/мл и микроэлементов, с аэрацией газовой смесью воздуха и озона. Содержании озона в газовой смеси в количестве до 0,01 об.%. Раствор выщелачивания разделяется на твердую и жидкую фазу.

При этом в качестве микроэлементов используют азот и фосфор в виде солей.

Кроме того, при выщелачивании добавляют культуры серуокисляющих бактерий.

Серная кислота является реагентом, участвующим в реакции окисления сульфидов, регенерации железа озоном и бактериями. Концентрация серной кислоты, соответствующая значению рН 1,3-2,2, позволяет обеспечить процесс окисления сульфидов, регенерации железа озоном и бактериями и одновременно соответствует значениям, при которых ионы трехвалентного железа находятся в растворе, не выпадают в осадок и окисляют сульфиды.

Температура при выщелачивании является одним из параметров, влияющих на интенсивность процесса и степень извлечения металлов. Температура от 10 до 70°С соответствует условиям, при которых работают различные штаммы железоокисляющих бактерий. При температуре от 10 до 40°С используются культуры железоокисляющих мезофильных бактерий, оптимальные параметры жизнедеятельности которых наиболее изучены, кроме того, созданы их производственные штаммы.

Ионы трехвалентного железа являются окислителем сульфидов. С увеличением концентрации железа при выщелачивании скорость выщелачивания возрастает.

Концентрация железа менее 5 г/дм³ не обеспечивает достаточную скорость окисления сульфидов, при концентрации более 20 г/дм³ может происходить переход железа в осадок, так как при повышении концентрации значение рН, при котором начинается осадок, ниже.

Для обеспечения высокой скорости окисления железа и сульфидов при бактериальном выщелачивании необходима высокая концентрация бактерий. В промышленности концентрация бактерий достигает 10⁶-10¹¹ кл/мл. При использовании при бактериальном выщелачивании в качестве дополнительного окислителя железа и сульфидов озона для интенсивного выщелачивания достаточной концентрацией бактерий является 10⁵ кл/мл.

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.

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 может происходить значительные изменения параметров процесса, 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 0,002 об.% 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.

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.

После проведения выщелачивания сульфидных продуктов производится разделение продукта на твердую и жидкую фазы, например, методом отстаивания или фильтрования, последующее извлечение металлов из разделенных фаз.

Пример 1

Золотомышьяковый упорный концентрат флотации, крупностью 70% -0,074 мм, содержащий 10,2% мышьяка, подвергался чановому выщелачиванию в растворе серной кислоты концентрацией, соответствующей значению рН 1,5, в присутствии ионов трехвалентного железа концентрацией 5 г/дм³ при температуре 30°С с участием мезофильных бактерий Acidithiobaccilus thiooxidans в количестве 10⁶ кл/мл и серуокисляющих бактерий Acidithiobaccilus thiooxidans 10⁵ кл/мл при содержании твердой фазы 20%. В чан подавалась озоно-воздушная смесь с содержанием озона 5 г/м³ с расходом 1 м³ на 1 м³ аппарата в минуту. За 80 часов выщелачивания содержание мышьяка снизилось до 0,45%, извлечение мышьяка составило 98,2%. После разделения фаз отстаиванием и подачи щелочи кек выщелачивался цианидом, извлечение золота в раствор составило 90%.

Пример 2

Медный сульфидный концентрат флотационного обогащения крупностью 60%, кл. -0,074 мм, содержащий 24,5% меди, подвергался чановому бактериальному выщелачиванию при перемешивании в растворе серной кислоты концентрацией, соответствующей значению рН 2,0, и трехвалентного железа концентрацией 12 г/дм³ при температуре 38°С и аэрации озоно-воздушной смесью, содержащей озона 3 г/м³, с расходом 1 м³ на 1 м³ аппарата в минуту, при участии железоокисляющих культур бактерий в количестве 10⁹ кл/мл. Извлечение меди за 30 часов выщелачивания составляет 56,2%, за 78 часов - 87%, содержание меди в кеке выщелачивания - 0,91%.

Изобретение относится к гидрометаллургическому производству и может быть использовано при биовыщелачивании сульфидных продуктов, содержащих цветные и благородные металлы. Техническим результатом является повышение степени извлечения металлов из сульфидсодержащего продукта, повышение скорости выщелачивания. Способ чанового бактериального выщелачивания сульфидсодержащих продуктов заключается в выщелачивании измельченного сульфидсодержащего продукта в водном растворе серной кислоты при значении рН 1,5-2,0 и температуре 10-40°С. Выщелачивание проводят в присутствии ионов трехвалентного железа концентрацией 5-20 г/л, железоокисляющих бактерий концентрацией 10⁵ кл/мл и микроэлементов с аэрацией газовой смесью воздуха и озона. Содержание озона в газовой смеси в количестве до 0,01 об.%. Раствор выщелачивания разделяется на твердую и жидкую фазу. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ чанового бактериального выщелачивания сульфидсодержащих продуктов, заключающийся в выщелачивании измельченного сульфидсодержащего продукта в водном растворе серной кислоты при значении рН 1,5-2,0 и температуре 10-40°С в присутствии ионов трехвалентного железа концентрацией 5-20 г/л, железоокисляющих бактерий концентрацией 10⁵ кл/мл и микроэлементов, с аэрацией газовой смесью воздуха и озона при содержании озона в газовой смеси в количестве до 0,01 об.%.2. Способ по п.1, в котором в качестве микроэлементов используют азот и фосфор в виде солей.3. Способ по п,1 в котором при выщелачивании добавляют культуру серуокисляющих бактерий.