Области применения биометаллургии, достоинства и недостатки

Для интенсификации процесса выщелачивания иногда растворы в кучи подают через скважины, которые бурят на глубину 2/3 высоты кучи. В скважины вставляют трубы с отверстиями, через которые подаются растворы и которые иногда продувают сжатым воздухом для повышения проницаемости.

Большое значение при кучном выщелачивании имеет время орошение и просушки куч, которые орошаются периодически с интервалом 7-15 суток, что необходимо для аэрации и окисления сульфидов. Цикл выщелачивания длится 1-2 месяца, после чего поверхность кучи сушат, снимают верхний слой высотой 500-900 мм  и цикл выщелачивания повторяется.

Растворы выщелачивания прошедшие через кучу, после удаления из них шламов в прудах-отстойниках направляются на установку для извлечения меди.  

Для успешного бактериального выщелачивания меди из руд необходимо содержание определенного количества пирита в рудном материале, благодаря которому при окислении образуются серная кислота и сульфат железа(III); наличие таких минералов меди в руде, которые легко растворяются в серной кислоте и окисляются бактериями и сернокислым железом; присутствие вмещающих пород с невысокой кислотопоглощающей способностью; недопущению гидролиза сульфата железа и забивания каналов в руде гидроокисью.

Получаемый в результате бактериального выщелачивания руд сернокислые растворы поступают далее на цементацию меди металлическим железом, в результате которой выделяется цементная медь, а раствор обогащается сульфатом железа(II);

CuSO4 + Fe Fe2SO4 + Cu

При проведении этой операции следует иметь в виду, что высокое содержание сульфата железа(III) удорожает процесс цементации, увеличивая расход железного скрапа:

Fe2(SO4)3 + Fe   3FeSO4

В целях борьбы с указанным явлением на практике прибегают к использованию растворов с ограниченной концентрацией сульфата железа (III) и общего железа. Последнее достигается путем вывода части растворов после цементации на нейтрализацию и в слив и  добавления в процесс свежей воды.

Сернокислые растворы цементационной установки перед повторным использование для выщелачивания руд подвергаются бактериальному окислению – переводу Fe(II) в Fe(III) с помощью Th. Ferroohidans при этом, обычное химическое окисление феросульфата в ферисульфат кислородом воздуха протекает медленно и только в слабокислых растворах. Другие способы регенерации сульфата железа(III) также связано с определенными трудностями и большими затратами. Поэтому бактериальный способ регенерации Fe2(SO4)3 представляется простым и экономически наиболее целесообразным, т.к. бактериальное окисление Fe(II) протекает во много раз быстрее даже в кислых растворах. Данная операция осуществляется в прудка – регенераторах, куда подается воздух для аэрации растворов. В первое время к регенерирующему раствору добавляется бактериальная затравка, в дальнейшем добавление бактерий из вне не требуется. Скорость бактериального окисления сульфата железа (II) при 20-250С примерно в четыре раза выше, чем при 13-140С. При снижении температуры до 4-60С процесс регенерации Fe2(SO4)3 протекает очень медленно.

6. Способы очистки бактериальных выщелатов от мышьяка.

Наиболее перспективно использование  бактериальных процессов окисления для извлечения золота и серебра из упорных мышьяковистых сульфидных концентратов с тонкой вкрапленностью этих металлов.  Чтобы извлечь благородные металлы из таких продуктов цианированием, необходимо разрушить кристаллическую решетку сульфидов. Обычно это достигается обжигом, однако этот процесс связан с загрязнением окружающей среды токсичными соединениями и  иногда приводит к пассивации золота. Кроме того, сульфиды мышьяка и сурьмы затрудняют переработку концентратов существующими методами.

Схема переработки, золотомышьяковых концентратов является комбинированной, в которой наряду с бактериальным окислением сульфидов применяются обогатительные и гидрометаллургические процессы.

Бактериальное выщелачивание осуществляется в замкнутом цикле в две стадии в девяти пачуках: на первой стадии в четырех и на второй - в  пяти. Перед подачей концентрата во вторую стадию проводили сгущение пульпы в конусе – сгустителе. Слив конуса, содержащий мышьяк и другие элементы, направляли на регенерацию и в дальнейшем использовали в процессе выщелачивания. Сгущенный продукт поступал на вторую стадию выщелачивания. Число клеток бактерий в процессе выщелачивания достигало 108 - 10 9   в 1 мл пульпы.

Основное количество арсенопирита в концентрате окисляется за 48 часов на первой стадии выщелачивания. Содержание сульфидного мышьяка снижается с 8,4 до 3,1%, а степень его  окисления 77,9%. Во второй стадии бактериального выщелачивания за 60 часов содержания сульфидного мышьяка снижается с 3,1 до 2,1%, а суммарная степень окисления арсенопирита достигает 86,1%.

Ведение процесса выщелачивания в две стадии может быть оправдано при содержании мышьяка в исходном концентрате более чем 8,0%.

Полученный в процессе бактериального выщелачивания твердый остаток подвергается цианированию (Т:Ж=1:3; концентрация NaCN 0,1%; CaO 0,01 - 0,02%). При этом извлечение золота составляет 88-92%, а при цианировании исходного концентрата – только 7-10%.

Мышьяк из арсенопирита переходит в раствор при выщелачивании в трех – и пятивалентной формах при соотношении As3+ : As5+ = 5,1 : 1 и присутствует в виде мышьяковистой кислоты, которая затем окисляется кислородом до мышьяковой кислоты:

As3+ + 3Н2О = + 6Н+= Н3 AsО3 + 3Н+

Н3 AsО3 + 0,5О2     Н3 AsО4

Образуется арсенат железа, который выпадает в осадок:

Fe3+ + H2 AsО Fe AsО4 + 2Н+

Осаждение арсената железа начинается при более низких значениях рН, чем осаждение гидроксида железа.

Считают целесообразным для переработки упорных золотомышьяковых концентратов применять комбинированную схему.

Технология бактериального выщелачивания применима также для высокомышьяковистых концентратов, содержащих более 20% As. В перспективе при оптимизации параметров процесса и схемы в целом возможно снижение времени выщелачивания до 20 – 30 часов при степени окисления As более 95%.

7. Бактериальное выщелачивание золотосодержащих руд.

Бактериальные методы, т.е. методы с применением микроорганизмов или продуктов их метаболизма, могут применяться при переработке золотосодержащих руд и концентратов как для растворения (выщелачивания) самородного золота, так и для вскрытия тонковкрапленного золота из сульфидных минералов при бактериальном окислении и выщелачивании.

Из руд  при рН 8 за 283 суток гетеротрофные микроорганизмы переводят в раствор до 82% золота. Была выделена группа гетеротрофных микроорганизмов, которые наиболее активно растворяют и переводят в раствор золото. Такие культуры, как Bac. megatherium 20, Bac. megatherium  30,  Ps. liguefaciens 9 и Bac. mesentericus niger 12, за 2-3 месяца переводят в раствор до 1,5 – 2,15 мг/л золота.

Повышение скорости бактериального выщелачивания золота этими культурами можно увеличить использованием в качестве выщелачивающих веществ предварительно полученных продуктов метаболизма бактерий, т.е. продуктов их жизнедеятельности, и в первую очередь аминокислот. Культивирование микроорганизмов в оптимальных условиях позволяет получать растворы с содержанием  до 14 г/л золоторастворяющих кислот, наиболее активными из которых являются аспарагиновая кислота и гистидин. Растворимость золота в таких растворах значительно повышается в присутствии окислителей, например перекиси натрия.

Изучение основных факторов, регулирующих бактериальное выщелачивание золота из руд различных типов, показало, что этот метод является наиболее эффективным для извлечения золота из руд и песков.

Выщелачивание проводится культуральными растворами, содержащими аминокислоты и белки при рН 9-10 в присутствии перекиси натрия. В этих условиях за 120-240 ч извлечение золота достигает 70-82%. Оптимальная концентрация аминокислот в выщелачивающем растворе составляет 3-5 г/л.

Эффективное растворение золота осуществляется продуктами метаболизма бактерий – микроскопических плесневых грибов As-pergillus niger 119, белковыми экстрактами и гидролизаторами, в которых содержатся в основном аминокислоты: фенилаланин, аспарагин, глицин, гистидин, серин, аспарагиновая и метионин. Белковые гидрализаторы могут успешно применяться при кучном выщелачивании золота из бедного сырья с тонковкрапленным золотом.  Для вскрытия золота, тонко вкрапленного в такие сульфидные минералы, как арсенопирит, возможно применение метода бактериально-химического выщелачивания с использованием тионовых железоокисляющих бактерий Тh ferrooxidans.  Для этого из руды после измельчения флотируется коллективный сульфидный концентрат с высоким извлечением в него золота. Полученный таким образом концентрат направляется на бактериально-химическое выщелачивание, которое проводится в пачуках с воздушным перемешиванием при соотношении  Т:Ж=1:4, температуре 300С.

Выщелачивающая среда имеет рН 2 – 2,2 и содержит бактерии   Тh Ferrooxidans в количестве 106- 108 кл/мл. эти бактерии адаптированы к высокому содержанию в пульпе мышьяка, являющемуся ингибитором жизнедеятельности бактерий. В процессе бактериального выщелачивания, продолжительность которого составляет 72-90 ч, происходят окисление и разрушение арсенопирита и пирита, при этом с высокой эффективностью вскрывается в них золото.

После выщелачивания пульпа направляется на сгущение и фильтрование для отделения осадка от раствора. Осадок подвергается сернокислотной обработке для растворения арсенатов и затем направляется на цианирование или плавку для извлечения вскрытого золота. Растворы после удаления из них мышьяка повышением рН до 3 – 3,1, подачей извести направляются на регенерацию и затем используются в виде оборотных растворов. Осадки арсенатов подвергают захоронению. Такая технология позволяет извлечь в растворы до 89% сульфидного мышьяка и получить общее извлечение золота при цианировании осадка после выщелачивания более 90% , в то время как цианирование исходного концентрата без бактериального вскрытия дает извлечение золота только около 10 -30.  Если в исходной руде содержится большое количество углистых сланцев, они могут быть предварительно извлечены флотацией в среде NaCl. Углистый продукт при этом будет содержать 32 – 33% углерода и часть золота, которое может быть извлечено цианированием с предварительным окислительным обжигом или прямой плавкой.

8. Бактериальное выщелачивание урановых руд.

Значительные успехи в области кучного выщелачивания руд достигнуты в урановой отрасли промышленности. Технология кучного выщелачивания широко используется для извлечения урана из нестандартных руд. При этом перерабатывается крупнокусковой рудный материал и достигается сравнительно высокое извлечение урана в раствор, а конечная продукция, получается, по себестоимости в 1,5-2 раза меньшей, чем по обычной заводской технологии.

Подземное выщелачивание нашло распространение для получения урана из подземных выработок, заброшенных шахт и целиков. Принципиальная схема процесса подземного выщелачивания аналогична кучному. Разница заключается лишь в том,  что выщелачивающие растворы при подземном выщелачивании подаются непосредственно в рудное тело  через пробуренные с поверхности скважины; растворы, прошедшие через толщу руды, собираются в подземных выработках на одном из горизонтов, откуда насосами подаются на поверхность на цементационные установки.  Подземное выщелачивание это  один из самых рентабельных и экологически чистых способов добычи не требует ни карьеров, ни шахт. Технология абсолютно закрытая, герметичная. Недра практически не разрушаются и даже полностью восстанавливаются в течение нескольких лет. Подземное выщелачивание обладает значительными потенциальными возможностями для увеличения производства урана и расширения ее промышленных запасов.

Промышленные методы подземного извлечения выщелачивания урана разделяются на 2 типа: выщелачивание из скальных пород и выщелачивание из осадочных пород в пластовых условиях. Для рудных месторождений скального сложения используется схема с предварительным разрушением массива и последующим магазинированием руды в блоки. Последние оборудуются системами орошения, дренажа и сборов урансодержащих растворов. В качестве сборника растворов, как правило, используют выработку, пройденную под орошаемым блоком. Система орошения состоит из насосов, трубопроводов и набора форсунок, расположенных на коллекторе над поверхностью блока.

Бактериальное выщелачивание урана из руд производится по схеме аналогичной для медной промышленности. Урановые руды, содержащие пирит, выщелачиваются шахтной и дождевой водой, при этом необходимая кислотность растворов создается благодаря бактериальному окислению пирита. При отсутствии сульфидов в выщелачивающий раствор вводятся серная кислота и сернокислое железо, роль бактерий сводится к постоянному окислению Fe(II) в Fe(III). В исходных рудах уран находится как в четырех -, так и в шестивалентной формах. Соединения шестивалентного урана хорошо растворимы в сернокислых водных растворах в отличие от соединений 4- валентного урана. Поэтому в последнем случае для ускорения процесса растворения необходим окислитель, роль которого выполняет сульфат железа(III). В связи с этим химизм кучного и подземного выщелачивания урана представляется в следующем виде: