СПОСОБ КУЧНОГО БАКТЕРИАЛЬНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ СУЛЬФИДСОДЕРЖАЩЕЙ РУДЫ 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.

Известен способ подземного выщелачивания сульфидных медьсодержащих полиметаллических руд (RU 2124632, 6 Е21В 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.

Известен также способ селективного выщелачивания металлов (ЕР 1281779, С22В 011/00, опубл. 03.02.2003), в котором минеральное сырье контактирует в водном растворе с окислителями последовательно в следующем порядке: в присутствии кислорода, затем - кислорода и озона и далее - кислорода, озона и третьего реагента. После применения каждого шага производится разделение твердой и жидкой фаз.

Недостатками способа является сложная технология выщелачивания, включающая три операции разделения и недостаточная селективность извлечения металлов. Например, мелистые песчаники содержат медь и серебро. Медь находится в окисленных минералах (малахит, брошантит), окисляемых кислотой без кислорода; вторичных сульфидах (халькозин, ковеллин), окисляемых частично серной кислотой, неэффективно окисляемых кислородом, только озоном; очень упорном минерале - халькопирите, который будет окисляться только озоном и более сильными окислителями; в силикате меди - хризоколле, для извлечения меди, из которой в определенных условиях озон и третий окислитель неэффективен. Аналогично серебро будет содержаться во втором и третьем растворе.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ высокотемпературного выщелачивания в кучах (US 6802888, С22В 3/18, опубл. 12.10.2004). В этом способе куча руды имеет высоту 2,5 м и ширину 5 м, содержит частицы сульфидного минерала в количестве, обеспечивающем содержание в куче 10 кг сульфидной серы на 1 т твердых компонентов, причем более чем 25% сульфидного минерала являются галогенным сульфидом меди, в котором находится более 50% меди, присутствующей в куче. Значительную часть кучи нагревают до температуры 50°С и более. В кучу вводят затравку культуры, содержащей по меньшей мере один штамм термофильных микроорганизмов, способных биологически выщелачивать сульфидные минералы при температуре более 50°С. Кучу обрабатывают выщелачивающим раствором, содержащим серную кислоту и ионы железа (III). При биовыщелачивании происходит биохимическое окисление частиц сульфидного минерала, соответствующее окислению более чем 10 кг сульфидной серы на тонну твердых компонентов, и происходит растворение более 50% меди, присутствующей в куче, в растворе выщелачивания 210 дней или менее от создания кучи. Концентрированный раствор, содержащий растворенную медь, собирают для извлечения из него меди.

Недостатками способа являются значительные энергетические затраты для нагревания кучи до температуры более 50°С, зависимость осуществления процесса от состояния бактерий, сложность управления параметрами процесса выщелачивания по данному способу, в частности концентрацией окислителя сульфидов трехвалентного железа, так как отсутствует возможность его регенерации вне кучи. Активность термофильных культур бактерий в большей степени, чем мезофильных, зависит от вещественного и минерального состава руды, т.е. они наиболее чувствительны или можно сказать капризны. Кроме того, для жизнедеятельности термофилов требуется органический субстрат, в качестве которого добавляется обычно биомасса дрожжевых клеток или мезофильные штаммы железоокисляющих бактерий, а также микроэлементы, что не предусмотрено в данном изобретении.

В изобретении достигается следующий технический результат: повышение степени извлечения металлов, уменьшение времени переработки.

Указанный технический результат достигается следующим образом.

Способ переработки сульфидсодержащей руды, заключающийся в выщелачивании руды, сложенной на водонепроницаемой основе, расположенной под уклоном, в кучу, имеющую форму усеченной пирамиды, водным раствором серной кислоты при концентрации 2-10 г/л, содержащим ионы трехвалентного железа концентрации 1-20 г/л, железоокисляющие бактерии с микроэлементами и серуокисляющие бактерии, сборе вытекающего раствора, регенерации железа в собранном растворе в отдельном аппарате иммобилизованными на нейтральном носителе бактериями с аэрацией воздухом, экстракции металлов из раствора выщелачивания.

При этом в качестве микроэлементов используются соли азота и фосфора.

Кроме того, в качестве нейтрального носителя используют керамзит.

В качестве нейтрального носителя также используют стекловолокно.

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 концентрации 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 увеличением концентрации бактерий. Наиболее надежным способом создания высокой концентрации при наименьших затратах является иммобилизация бактерий на нейтральном носителе. В этом случае бактерии прикрепляются к носителю, оказывают окисляющее действие на ионы протекающего раствора и не вымываются из аппарата с выходящим раствором.

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.

Материалами, обладающими хорошо развитой поверхностью и пористостью, а также способностью прикреплять бактерии, дешевыми с налаженным производством являются керамзит и стекловолокно.

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.

Кучное выщелачивание меди из сульфидной медной руды Удоканского месторождения, содержащей 1,56% меди, включающее орошение руды крупностью 5,0 мм, размещенной на водонепроницаемом основании 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. Собранный после просачивания через руду раствор, содержащий 5,8-8,7 г/л железа, направляют в трубчатый реактор, заполненный стекловолокном и с иммобилизованными на стекловолокне железоокисляющими бактериями. Реактор аэрировался воздухом, содержащиеся в поступающем в реактор растворе ионы двухвалентного железа окислялись и на выходе железо содержало только трехвалентные ионы. Выходящий из реактора раствор направлялся на орошение кучи руды. При концентрации меди в растворе выщелачивания более 2 г/дм³ из раствора производится извлечение металлов методом жидкостной экстракции с последующей электроэкстракцией. Времени прохождения раствора через реактор было достаточно для полного окисления железа. Скорость окисления возросла с 1 г/л в час до 9,4 г/л в час. Время кучного выщелачивания меди из руды снизилось с 174 дней до 145 дней при извлечении 86%.

Пример 2.

Кучное выщелачивание сульфидных медно-цинковых руд, содержащих 5,1% цинка и 0,8% меди крупностью 10,0 мм, размещенных на водонепроницаемом основании, 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.

Раствор, вытекающий из кучи, окислялся в чане, заполненном керамзитом, с иммобилизованными железоокисляющими бактериями и аэрацией воздухом. Содержащиеся в поступающем в реактор растворе ионы двухвалентного железа окислялись до трехвалентного и на выходе железо содержало только трехвалентные ионы. Выходящий из реактора раствор направлялся на верхнюю поверхность кучи руды. Цинк и медь извлекались из раствора выщелачивания. Скорость регенерации железа в чане с иммобилизованной биомассой составляла 11,2 г/л в час. Извлечение цинка из руды за 165 дней составило 89%, меди - 81%.

Изобретение относится к гидрометаллургическому производству и может быть использовано при биовыщелачивании сульфидных продуктов, содержащих различные цветные и благородные металлы. Способ переработки сульфидсодержащей руды включает выщелачивание руды, сложенной на водонепроницаемой основе, расположенной под уклоном, в кучу, имеющую форму усеченной пирамиды. Выщелачивание ведут водным раствором серной кислоты при концентрации 2-10 г/л, содержащим ионы трехвалентного железа концентрации 1-20 г/л, железоокисляющие бактерии с микроэлементами и сероокисляющие бактерии. После сбора вытекающего раствора осуществляют регенерацию железа в собранном растворе в отдельном аппарате иммобилизованными на нейтральном носителе бактериями с аэрацией воздухом. Экстракцию металлов проводят из раствора выщелачивания. Технический результат заключается в повышении степени извлечения металлов, уменьшении времени переработки. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ переработки сульфидсодержащей руды, заключающийся в выщелачивании руды, сложенной на водонепроницаемой основе, расположенной под уклоном, в кучу, имеющую форму усеченной пирамиды, водным раствором серной кислоты при концентрации 2-10 г/л, содержащим ионы трехвалентного железа концентрации 1-20 г/л, железоокисляющие бактерии с микроэлементами и сероокисляющие бактерии, сборе вытекающего раствора, регенерации железа в собранном растворе в отдельном аппарате иммобилизованными на нейтральном носителе бактериями с аэрацией воздухом и экстракции металлов из раствора выщелачивания.2. Способ по п.1, в котором в качестве микроэлементов используют соли, содержащие азот и фосфор.3. Способ по п.1, в котором в качестве нейтрального носителя используют керамзит.4. Способ по п.1, в котором в качестве нейтрального носителя используют стекловолокно.