Области применения биометаллургии, достоинства и недостатки

UO3 + H2SO4UO2 SO4 + H2O

UO2 + Fe2(SO4)3 2FeSO4 + UO2 SO4

Из растворов уран извлекается с помощью ионообменных смол.

9. Механизм действия микроорганизмов при сорбции цветных металлов.

Сорбционное выщелачивание руды проводили по схеме цианистого процесса, осуществляемого на золотоизвлекательных фабриках.  Брали 1 кг издробленной в щековой и валковой дробилках руды, смешивали с 1 л аминокислотного растворителя, полученную пыльцу обрабатывали в шаровой мельнице в течении 20 мин. Затем в суспензию добавляли 2 л свежего растворителя, смолу АМ-2Б в количестве 2,5% к раствору и агитировали до 24 часов при загрузке марганцевокислого калия 8г/л.

За первые 6 часов выщелачивания извлекается 50 % золота, общее извлечение за 24 часа составило 75%. Улучшить показатели удается путем увеличения продолжительности обработки руды и разбавления пульпы. Наиболее активный начальный период выщелачивания объясняется растворением субмикроскопического золота, а затем разлагаются прочие сравнительно крупные частицы золота, при этом процесс растворения замедляется. В кинетическом отношении аминокислоты уступают цианистым растворам, однако могут быть использованы в технологии сорбционного выщелачивания золотосодержащих руд при обеспечении требуемой продолжительности контакта фаз. Кинетический фактор при кучном и чановом выщелачивании не является определяющим т.к. извлечение золота в данных условиях лимитируется скоростью фильтрации растворителя и отмывки растворенного металла.

Проведены исследования по сорбционному извлечению золота из растворов смолой АМ-2Б и углем БАУ одного класса крупности (– 0,8 + 0,7 мм). Исходные золотосодержащие растворы были получены при выщелачивании руды и содержали, мг/л: Au 1,5; Сu 0,9; Ni 0,6; Fe 0,5; Zn 0,2 и Со 1,0.

Установлено, что золото из таких растворов успешно извлекается методом сорбции как на анионит, так и на активированный уголь.

При равновесной концентрации металла в гуматных растворах, равной 1,2 мг/л, насыщенная смола содержит золото в количестве 9,8 мг/л, а уголь 4,9 мг/л. Золото извлекается до остаточных содержаний в растворах: смолой – менее 0,001 мг/л и углем  - до 0,01 мг/л при равных прочих условиях, равновесная смола при этом содержит 2 мг/г  Au, уголь – 0,4 мг/г. Емкость по золоту смолы в два раза выше, чем угля, по селективности превышает уголь – содержание примесных элементов в нем значительно меньше, чем в смоле.

Состав сорбентов насыщенных в золотосодержащих растворах гуминовых кислот, мг/г:

	Au	Сu	Zn	Fe	Ni	Со
Смола АМ-2Б	9,80	0,34	0,08	0,70	0,70	0,06
Уголь БАУ	4,90	Сл.	0,01	0,25	-	-

 

Кинетический процесс сорбции золота из растворов гуминовых кислот аналогичен таковому, но из аминокислотных растворов. Сорбция металла углем протекает значительно медленнее,  чем смолой.

10. Механизм действия микроорганизмов при гетерокоагуляции минералов и металлов.

Рассмотрены коллоидно-химические аспекты гетерокоагуляции микроорганизмов с благородными металлами на  фоне породообразующих минералов. Установлена выраженная избирательность процесса как по типу минералов, так и по виду микроорганизмов. Так, водоросли  Chlorella и бактерии E.Coli  активно   аккумулируют частицы золота и серебра, но не взаимодействует с частицами SiO2; Al2O2; As2S3  и  AgJ.

Это важное свойство микроорганизмов гидросферы – не агрегировать с основными породообразующими минералами – выработано эволюционно как защитный механизм и является предпосылкой зонального накопления а природе других, редко встречающихся минералов, содержащих элементы, необходимые для жизнедеятельности микроорганизмов. Связь золота, серебра с Chlorella оказывается настолько прочной, что интенсивное перемешивание (встряхивание), промывка мощным потоком воды, обработка ультразвуком не вызывают отделения частиц от клеток.

Сформулированы представления о роли диффузионного слоя экометаболитов в явлении избирательной гетерокоагуляции. Теоретически было показано, что в тонком слое, окружающем клетку и соизмеримым с ее размерами, избирательная гетерокоагуляция может быть связана, во-первых, с селективной адсорбцией метаболитов на минеральных частицах различной природы и, во – вторых, с направленным диффузионно-форетическим транспортом частиц в электрическом поле диффузионного слоя.

Экспериментально показано, что максимальное коллоидное поглощение золей благородных металлов и минимальное – частиц породообразующих минералов – имеют место в конце эспоненциальной фазы роста хлореллы и коррелируют с максимальным в данном случае возрасте выделение клетками полисахаридов, а также фотосинтетической активностью и активностью дыхательных ферментов.  Внеклеточные полисахариды являются основной группой,  ответственной за избирательность гетерокоагуляции хлореллы с золотом. Избирательность гетерокоагуляции хлореллы с золотом  можно повысить путем введения в питательную среду веществ, активирующих синтез внеклеточных полисахаридов. Адсорбция на поверхности частиц металла внеклеточных полисахаридов при концентрации 20-50 мкг/см3, соответствующей концентрации их в пределах диффузионного слоя клетки, приводит к понижению поверхностного заряда коллоидов и дестабилизации, тогда как заряд породообразующих минералов и, в частности, природного кремнезема не изменяется.

Процессы гетерокоагуляции способны протекать не только в золях золота, но и в суспензиях, содержащих более крупные частицы; при этом происходит избирательная адсорбция клеток на поверхности золотин. С учетом склонности микроорганизмов к агрегированию можно ожидать, что избирательное закрепление клеток на поверхности золотин приведет к их флокуляции с образованием биоминеральных (биометаллических) агрегатов.  Частицы свободного золота размерами 1-40 мкм могут содержаться в отходах гравитационного обогащения золотосодержащих россыпей, представляющих собой природные минеральные суспензии, содержащие золото в количествах 0,15 – 0,18 г/т, представленное преимущество классом 3-40 мкм.

11. Аппаратурно-технологическая схема бактериального вскрытия золота в сульфидных концентратах.

Исходный растворитель цианистого натрия концентрацией 0,05-0,25% при рН подают насосом в оросительные траншеи на поверхность рудного штабеля. Дренажные золотосодержащие растворы, поступают в шламоотсойник, затем самотеком проходят через три последовательно соединенные сорбционные колонны, которые загружены смолой АМ-2Б в количестве 450-500 кг. Смолу после завершения выгружают из колонн, транспортируют на ЗИФ для десорбции металла и регенерации сорбента. Подкрепляют растворы цианистым натрием до достижения в выходных фильтрах устойчивого содержания реагента в пределах 0,015-0,010 %.

С момента ввода в эксплуатацию проведена два цикла испытаний на убогой и забалансовой рудах и отработаны вопросы техники и технологии формирования отвалов заданной массы. Первый цикл проведен на песчано-глинистой руде крупностью -500 +0 мм (отвал – 200 т). Содержание класса крупностью -74 мкм в руде 38,7% максимальная производительность установки по растворам около 4 л (т сут).

Наибольшая концентрация золота в выходных растворах составила 7-8 мг/л при незначительном содержании металлов-примесей.

По результатам анализа валовой пробы (с учетом неорошаемых откосов рудного штабеля) за 60 сут кучного выщелачивания в раствор извлечено 59,9% Au при остаточном его содержании в хвостах 0,58г/т. При этом даже из класса крупности руды + 20 мм извлечено 46%, а из блоков интенсивного орошения – до 63,2%.

Второй цикл кучного выщелачивания проведен на забалансовой руде крупностью –500+0 мм (отвал 2 500 т). Руда содержала только 26% класса крупностью -74 мкм, максимальная производительность установки по растворам была доведена до 15 л/(т сут). При  этом обезметаленные растворы первого цикла, собранные в приемные емкости, после подкрепления цианидом и известью, вновь использовали для выщелачивания рудного отвала второго цикла испытаний.

За 36 сут обработки руды извлечено в раствор 49,3%  Au. Насыщенная смола содержала золота  9,0 г/кг и по качеству не уступала смоле фабричной переработки руд с промышленным содержанием золота. В обоих циклах кучного выщелачивания руд балансовая неувязка находилась в пределах 5-6%. Расход воды на смачивание, восполнение потерь при испарении и выщелачивании составил 0,1 м3/т руды. Убыль растворов за счет испарения восполняли привозной и дождевой водой. При температуре воздуха +25…300С испарение составило 5,5 л/(м2сут).

За период переработано 4 500 т весьма бедного по содержанию золота минерального сырья при извлечении 49,3 – 59,5%  Au.

12. Проблема извлечения тонкого золота и возможности её решения биотехнологическим путем.

В переработку все чаще вовлекаются россыпные месторождения со значительным содержанием мелкого и весьма мелкого золота, которое существующими методами обогащения извлекается лишь частично или полностью теряется. Основным методом, применяемым современной россыпной золотодобычей, является гравитационное обогащение на рифленых  шлюзах. Вследствие этого извлечение тонкого золота часто соответствует величине, достигнутой несколько десятков лет назад. Только некоторые типы шлюзов извлекают золото тоньше 100 мкм. Для извлечения золота крупностью менее 20 мкм технологическое оборудование вообще отсутствует.

Проблему извлечения тонкого золота можно решать на основе известных гравитационно- флотационных методов, если предварительно осуществить коагуляцию частиц его или (что особенно важно) поглощение Au активными материалами, например, водорослями, микроорганизмами, отходами микробиологической промышленности. Образующиеся золотосодержащие агрегаты или материалы могут быть выделены в отдельный продукт и переработаны.

Процессы биохимического поглощения и коагуляции могут быть также полезны для переработки различных растворов аффинажа золота и серебра, поскольку они содержат благородные металлы в растворенной  (чаще коллоидной) форме, и современные методы не всегда обеспечивают глубокую очистку. В равной степени это относится также и к сливным растворам цементационных установок, стокам хвостохранилищ золотоизвлекательных фабрик и .д.

Таким образом, биометаллургические процессы поглощения гетерокоагуляции золота являются прогрессивными и, как нам представляется, будут детально исследованы и практически использованы в ближайшем будущем.

13. Биологическая очистка сточных вод.

Основными методами очистки сточных вод в наши дни по праву считаются механический, химический и биологический способ.

Биологическая очистка сточных вод основана на применении особых бактерий, способных разлагать содержащиеся в сточных водах органические соединения на безопасные для жизни и здоровья человека компоненты. Необходимо отметить, что биологическая очистка сточных вод является наиболее универсальной, и благодаря этому способу избавления от ненужных загрязнений достигается максимально возможная степень очистки.

Органические соединения подразделяются на два основных вида бактерий: аэробные (развивающиеся в богатой кислородом среде) и анаэробные (для размножения которых требуется практически полное отсутствие кислорода).

Биологическая очистка сточных вод - процесс, требующий внимания и аккуратного использования устройств. Поскольку очистка производится живыми микроорганизмами, аэробными бактериями, то иногда приходится подстраиваться под их возможности. Так как, аэробные бактерии с трудом выдерживают залпового потока сточных вод.

Кучное, чановое, а также подземное выщелачивание различными растворителями предусматривает замкнутые циклы водоснабжения, максимальное использование оборотных растворов с локальными методами очистки сточных вод от загрязнений.

Традиционно при кондиционировании растворов и очистке сточных вод горнометаллургических предприятий от растворенных примесей используют реагентную обработку и физико-химическую очистку. Они имеют большой удельный вес в затратах на производимую продукцию, определяют качество получаемых продуктов, комплексность использования сырья, результат функционирования всего производства в целом, что обуславливает особое к ним внимание. К основным недостаткам процессов реагентной очистки сточных вод следует отнести ограниченность набора используемых реагентов,  недостаточно высокую эффективность, высокую стоимость, дефицитность.

Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов и растений использовать растворенные и коллоидно-органические загрязнения в качестве источника питания и необходимой энергии для своей жизнедеятельности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

1. Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн. 2006.
2. Минеев Г.Г. Биометаллургия золота. –М.: Металлургия, 1989. – 159с.
3. Минеев Г.Г., Леонов С.Б. Кучное выщелачивание золотосодержащих руд. – Иркутск.: ИрГТУ, 1997. – 81с.
4. Леонов С.Б., Минеев Г.Г., Жучков И.А. Гидрометаллургия в 2-х томах. Учебник. –Иркутск.: ИрГТУ, -1998. –Т.1. – 703 с., 2000. –Т.2.-492 с.
5. Полькин С.И., Адамов Э.В. Обогащение руд цветных металлов. Учебник. – М.: Недра,1983. – 400 с.