Способ получения и регенерации сернокислого раствора для подземного выщелачивания Советский патент 1993 года по МПК C12N1/20 C22B3/00 E21B43/22 

Изобретение относится к гидрометаллургии и может найти применение в техно- ;логиях кучного и подземного выщелачивания (ПВ) сульфидов и металлов переменной валентности.

Целью изобретения является интенсификация и упрощение процесса получения JM регенерации выщелачивающего сернокис- шого раствора, содержащего соединения трехвалентного железа путем окисления юульфита закисного железа культурой бактерий T.f. большой концентрации.

Указанная цель достигается тем, что. культуру бактерий T.f. предварительно закрепляют на носителе, отвечающем следующим требованиям: кислотостойкость, нейтральность, развитая поверхность с

удельной площадью 1000-4000 квадратных метров на метр кубический обьема аппарата и соотношении эффективного объема аппарата к объему носителя Д/зф./Vn. 5:1, где VH - объем носителя. Van-объем аппарата, УЭф Van - VH. Исследования показали, что даже при большой удельной поверхности (более 4000 м /м, но эффективном объеме аппарата менее 0,5 Van, показатели процесса резко падают. Это объясняется тем, что, во- первых, уменьшается время нахождения раствора в аппарате, а, во-вторых, увеличивается скорость фильтрации раствора сквозь носитель, что приводит к механической десорбции биомассы с носителя. Так, например, при испытании в качестве носителя боросиликатного волокна получили следующие данные: при массе носителя

00

со VJ

о

v| N5

глн 10 г/дм и 4/1 скорость окисления равнялась 0,45 г/(дм3 ч), при тн 20 г/дм3 и УЭФ/VH 2/1 - 0,95 г/(дм3 -ч) и при тн 40 г/дм3 и Уэф/ин 1/2 - 0,35 г/(дм3 -ч). Применение носителя позволяет увеличить концентрацию биомассы с 10 кл/мл в прототипе до 1011 - 1012 кл/мл в предлагаемом способе. Сопоставтельный анализ заявленного решения с прототипом показывает, что резко возрастает скорость Б.О. с 0,1-0,3 г/(дмэ.час) до 0,9-1,5 г/ (дм -час) при t 30°C. При этом увеличивается стабильность системы. Так,при изменении величины протока от 0 до 0,67 не наблюдается значительного изменения кон- центрации биомассы на носителе и только при протоке равном 1 скорость десорбции клеток с носителя возрастает настолько, что концентрация их начинает падать. Тогда как на прототипе малейшее колеба- ние протока ведет к изменению концентрации бактерий вплоть до полного вымывания, Концентрация T.f., с использованием заявляемого способа в окисленном растворе снижается до 104-105 кл/мл про- тив 10 кл/мл в прототипе, что примерно соответствует концентрации бактерий в природных условиях в кислых шахтных или рудничных водах. Тем самым снижается нежелательное воздействие T.f. при попада- нии их в рудное тело. Исследования и произведенные на их основе расчеты показали, что при увеличении концентрации биомассы снижается зависимость скорости Б.О. Fe от температуры. Так,при снижении температуры раствора с 32 до 16°С скорость окисления снижается при концентрации биомссы 5,1 10 кл/мл в 3,3-2,8 раза, при 5 -108 кл/мл - в 1,6-2,0 раза. Таким образом, предлагаемый способ позволяет вести процесса широком температурном режиме - 16-35°С, против 30-35°С в хемостатном режиме. Снижается так же и значение константы ингибирования ионами Al + и N03 так, что окислительная активность бактерий близка к теоретической. Проведенные опыты показали, что биодобавки в виде P0/j3+ и NH4+ оказывают влияние на рост бактерий, но не на их активность, и соответственно, в предлагаемом способе они нужны только на стадии формирования ферментной пленки на носителе, а в рабочем режиме для регенерации уносимых с окисленным раствором клеток, достаточно того Р и N, который есть в маточниках сорбции. Т.е. по основным компонентам маточники сорбции вполне пригодны в качестве энергетического субстрата для нормальной жизнедеятельности T.f.

0

5

Предлагаемый способ получения и регенерации выщелачивающего сернокислого раствора, содержащего соединения трехвалентного железа, путем окисления сульфата закисного железа культурой бактерий T.f. реализован следующим образом. В качестве основного оборудования используется биореактор, представляющий собой трех- секционный пачук (объем секции - 1 дм, конструкция которого предусматривала как параллельную, так и последовательную работу секций, а также обогрев через водяную рубашку от термостата. Аэрация и перемешивание растворов осуществлялись в каждой секции водухом от микрокомпрессора. Расход воздуха около 1 дм3 в мин на секцию. Для культивирования бактер ий применялась среда 9К, а испытания в проточном режиме проводились на маточниках сорбции. Химический состав этих растворов приведен в табл. 1.

Пример 1 (прототип). В каждую секцию биореактора помещалось 0,1 дм инокулята с концентрацией клеток 107 кл/мл и доливалось питательной средой 9К до 1 дм . Устанавливалась температура 30°С. После полного окисления раствора подавался проток с использованием маточников сорбции. После стабилизации концентрации в растворе, подбирали проток при котором наблюдалась максимальная скорость окисления при отношении Fe +/Fe + в окисленном растворе не менее 3/2. В рабочем режиме окисление велось без нагрева, т.е. при t 18°C. Полученные результаты сведены в табл. 2.

Пример 2 (заявленный способ). В каждую секцию биореактора загружался носитель, в качестве которого на последней стадии исследований испытывались и далее были рекомендованы к применению, керамзит, ФРНК (фильтрационное нетканное полотно), полиэтиленовая стружка. В каждую секцию наливали по 0,1 дм3 Инокулянта с концентрацией биомассы 10 кл/мл, а затем уровень раствора доводился до 1 дм раствором 9К, рН раств,ора поддерживался в интервале 1,4-1,7. Формирование ферментной пленки продолжалось 40 дней в периодическом режиме, т.е. после полного окисления раствора он сливался на 2/3, а затем секция заполнялась свежим раствором 9К. Культивирование проводилось при температуре t 30°С. Затем биореактор пе-. реводили на проточный режим и окисление велось при температуре раствора t 18°С. Подбирался поток, при котором наблюдалась максимальная скорость окисления при соотношении Fe3+/Fe2 в окисленном растворе не менее 3/2. Полученные в резульrate испытаний результаты приведены в тарл. 2.

П р и м е р 3. Осуществляется по мето- примера 2, но рН поддерживается на уровне 1.0-1.3. В этих условиях закрепление биомассы на носителе практически не происходило. Скорость окисления составила ,0.08 г/дм3-час.

I Пример 4. Осуществляется по методике примера 2, но рН поддерживается на уровне 1,8-2.0. В этих условиях осадки гидроокислов образовали твердую корку на носит еле, препятствуя диффузии растворов. Скорость окисления составила 0,2 г/(дм3ч).

| Таким образом испытания показали, что благодаря увеличению концентрации биомассы предложенным способом, при условии правильного подбора соотношения удельной поверхности носителя на объем апг арата к степени заполнения им аппарата, три t 18°С скорость Б.О., по сравнению с прототипом, увеличивается в 11-13 раз, в зависимости от типа носителя, тем самым на с только же снижается потребная емкость биореактора.

Технико-экономическое обоснование способа проводили в соответствии с отраслевыми методическими указаниями по определению экономического эффекта новой техники, изобретений и рационализаторских предложений.

Формула изобретения

Способ получения и регенерации сернокислого раствора для подземного выщелачивания,предусматривающий использование бактерий Thlobacillus ferrooxldans в условиях непрерывного культивирования в жидкой среде с сернокислым железом (II), отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса, бактерии выращивают в периодическом режиме при рН 1,4-1,7 в аппарате, заполненном на

50% и более пористым носителем с площадью поверхности более 1000 м2/м3.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что в качестве жидкой среды используют маточник сорбции, содержащий 1,5-2,5

г/л ионов двухвалентного железа.

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к применению микробиоло- гических процессов для кучного и подземного выщелачивания металлов переменной валентности, и может быть использовано при регенерации растворов для подземного выщелачивания. Целью изобретения является интенсификация процесса. Сущность изобретения заключается в окислении Fe(ll) выщелачивающего раствора бактериями Thlobacillus ferrooxidans при рН 1,4-1,7, ваппарате,заполненном на50% и более пористым носителем с площадью поверхности более 1000 м2/м . 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Химический состав растворов, использованных для бактериального окисления Fe (концентрация г/дм3).

Сравнительные результаты Б.О. железа (И) иммобилизованной биомассой на различных носителях

Таблиц а 1

Таблица 1