2020 МАГ Тажитдин А.А.. Тажитдин Абдумалик Абдужамаллы Бактериальное выщелачивание медьсодержащих хвостов магистерская диссертация
 Скачать 1.91 Mb.
|
|
1.5 Мировая практика промышленного использования микроорганизмов при переработке минерального сырья различного типа В процессах бактериального выщелачивания металлов из сульфидных руд и концентратов используются микроорганизмы, окисляющие железо (II), серу и сульфидные минералы. Наиболее широко биотехнология применяется при переработке золото- и медь содержащего сырья [29]. Существует несколько разновидностей технологии чанового биоокисления упорных сульфидных золотосодержащих концентратов, среди которых наиболее распространенной является схема ВIOХ™ [6]. Технология ВIOХ™. Развитие данной, технологии началось в конце 70-х гг. в Южной Африке компанией Дженкор (Gencor). Успешное развитие процесса привело к созданию опытно-промышленного завода ВIOХ™ в 1984 г., с последующим строительством первой промышленной установки на руднике Фэйрвью (Fairview) в1986 г. Данный завод вышел на полную производственную мощность в 1991 г., когда предприятие было расширено для переработки всего объема концентрата, получаемого на обогатительной фабрике, а обжиговые печи Эдвардса были демонтированы [79]. По технологии ВIOХ™ подлежат переработке флотационные концентраты с минимальным содержанием сульфидной серы 6%, что необходимо для стабильной и активной жизнедеятельности используемых для биоокисления микроорганизмов, которые представлены ассоциацией мезофильных бактерий. В данную ассоциацию входят следующие виды: Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillns thiooxidans, Leptospirillum ferrooxidans. Представленная смешанная культура может работать в интервале температур 30-45°С. Температура пульпы в промышленных реакторах держится на уровне 40-45°С [95, 40]. В цикле биоокисления обычно установлено 6 реакторов одинакового размера. Первые три реактора работают параллельно, остальные три - последовательно. Плотность пульпы питания составляет 20% тв. Крупность 35 концентрата, подвергаемого бактериальному выщелачиванию, составляет 80% -75 мкм. Увеличение тонины помола до80% -20 мкм может увеличить скорость окисления сульфидных минералов, однако приведет к трудностям на следующих этапах переработки: увеличит вязкость пульпы и потребует большей площади сгустителей [94,95]. Продолжительность бактериального выщелачивания составляет 4-6 дней в зависимости от состава перерабатываемого концентрата. После биоокисления пульпа поступает на сгущение, где подвергается 3хкратнойпротивоточной декантации. Слив сгустителя направляется на операцию осаждения мышьяка и железа из раствора, а разгрузка - на дальнейшее извлечение золота методом цианирования с углем (CIP/CIL) [94]. BacTech процесс является еще одним эффективным, но менее распространенным вариантом вскрытия заключенного в сульфиды золота с помощью микроорганизмов. Компания BacTech была основана в начале 1980-х для развития биотехнологии с использованием умереннотермофильных бактерий. Первым заводом, использующим представленную технологию для переработки упорных сульфидных золотосодержащих руд, стал завод Юнами (Yunami) в Западной Австралии. Технология предусматривает рабочую температуру в реакторах на уровне 50°С. В 1997 г. BacTech вступает в партнёрские отношения с компанией Mintek (Йоханнесбург, Южная Африка) для развития технологии биовыщелачивания. В результате данного сотрудничества были построены заводы в Тасмании (Beaconsfield, Tasmania) и Китае (Laizhou, Shandong Province) для переработки сульфидных золотосодержащих концентратов с использованием мезофильных бактерий A.caldus, L.ferrooxidans. BIONORDR. Данная технология создана для переработки упорного концентрата, получаемого при обогащении первичной золотосодержащей руды в суровых климатических условиях Севера России. С её помощью отрабатывается месторождение “Олимпиадинское”. Бактериальному окислению подвергается флотационный концентрат, полученный при обогащении первичной руды. Далее следует операция фильтрации (ЗИФ-3), промывки, репульпации биокека, нейтрализации и интенсивной аэрации перед цианированием. Сорбционное выщелачивание продукта бактериального окисления проводят с использованием метода «уголь в пульпе» [58]. Ассоциация микроорганизмов, используемая в процессе BIONORDR, состоит из следующих видов микроорганизмов: Sulfobacillusolympiadicus, Ferroplasmaacidiphilum, Leptospirillum ferrooxidans. Температура пульпы поддерживается на уровне 37-39°С.Продолжительность биоокисления - 120 часов при массовой доли твердого в исходном питании 14-18%. Процесс бактериального выщелачивания осуществляется в трех первичных, работающих параллельно реакторах, и далее в трех последовательных [49]. Чановая бактериальная переработка кобальтсодержащего сырья. В 1989 г. компания BRGM, Франция, начала изучение процесса 36 биовыщелачивания кобальтсодержащих пиритных хвостов рудника Килембе (Kilembe) в Уганде [76]. Результатом этих исследований явилось создание в 1993 г. пилотного реактора, рабочим объемом 65 м3. В 1999 г. для Казеской Кобалыовой Компании (Kasese Cobalt Company)был спроектирован и построен завод по биовыщелачиванию кобальта из пиритовых хвостов с мощностью 1 млн.т. хвостов. Уникальность данной технологии применительно к этому месторождению заключается в том, что из пиритных хвостов помимо кобальта попутно извлекаются еще 3 металла: цинк, медь, никель. При этом основную ценность составляет кобальт [78]. В процесс бактериального выщелачивания поступают пиритные хвосты, предварительно измельченные до 80% класса -35 мкм. Плотность питания цикла биовыщелачивания - 20% тв. Рабочая температура в танках поддерживается па уровне42.°С, рН составляет 1,4-1,5 и 1,5-1,7 в первичных и вторичных реакторах соответственно. Для окисления пирита используется ассоциация мезофильных и умеренно-термофильных микроорганизмов: Leptоspirillum, At.thiooxidans, At.caldus, Sulfobacilhisthermo sulfidooxidans [80,22]. Степень окисления пирита в первичных реакторах находится на уровне 60%. Во вторичных пирит доокисляется еще на 20-30%. Извлечение кобальта в раствор составляет 80%. Продолжительность биовыщелачивания - 6 суток. Пульпа после биовыщелачивания направляется на фильтрацию, а фильтрат – в цикл очистки насыщенного раствора от железа и последующего извлечения цинка, меди, кобальта и никеля. Извлечение кобальта из раствора составляет 99,9%. Чановое биовыщелачивание халькопиритового концентрата. В мире большое внимание развитию технологии чанового биоокисления халькопиритового концентрата уделяют такие компании, как: BRGM, BacTech/Mintek, BHP-Billiton [1]. В 2001 г. компанией Mintek был получен патент на процесс чанового и кучного выщелачивания халькопирита с контролированием окислительного потенциала пульпы. Для этого используются термофильные микроорганизмы, способные контролировать значение окислительного потенциала на границе халькопирит-бактерия. Показано, что термофильные микроорганизмы более эффективны для выщелачивания данного вида сырья. [81,55] В дальнейшем компания BacTech/Mintek совместно с Industrias Penoles (Мексика)на руднике в Монтеррее (Monterrey, Mexico) построила опытный завод с полным циклом переработки медного концентрата: биовыщелачивание умеренно-термофильными микроорганизмами, экстракция органическими растворителями, электроэкстракция [80,89]. Для переработки халькопиритового концентрата компания BHPBilliton разработала биотехнологию BioCOPR с использованием экстремально- термофильных архей [74]. Пилотные тесты с использованием данной технологии были проведены совместно с КОДЕЛКО (CODELCO) на руднике 37 Манса (Mansa Mina), Чили. Данная технология предусматривает чановое выщелачивание флотационного концентрата мезофильными, умеренно- термофильными и термофильными микроорганизмами при температуре 65- 80°С. После многочисленных лабораторных испытаний был построен опытно-промышленный завод производительностью 20000 т/год катодной меди, который успешно проработал 18 месяцев в период 2004-2005 гг. По полученным результатам работы данного предприятия было принято решение о строительстве завода производительностью 100000 т/год катодной меди [77]. Также промышленные реакторы установлены на руднике Перинг (Pering Mine), Южная Африка, для подтверждения ранее полученных результатов и отработки технологии [75]. В настоящее время этот процесс известен как Billiton-CODELCO [73]. Кучное бактериальное окисление концентратов цветных и благородных металлов. Компанией ГеоБиотикс (GeoBiotics) разработана и запатентована технология GEOCOAT™, предназначенная для переработки сульфидных концентратов благородных или цветных металлов методом кучного выщелачивания, которая, по утверждению разработчиков, совмещает в себе «высокое извлечение чанового процесса с низкими затратами кучного процесса» [77]. Для переработки руды благородных или цветных металлов кучным выщелачиванием, компания разработала технологию GEOLEACH™. В качестве инокулята используются мезофильные Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans, Leptospirillum ferrooxidans, а также термофильные археи Salfolobus и Acidianus. Технология GEOCOATR с успехом применяется компанией African PioneerMining's на руднике Агнес (Agnes), Южная Африка. Данное предприятие было введено встрой в 2003 году для переработки 12000 т упорного сульфидного золотосодержащего концентрата в год. Продолжительность кучного биовыщелачивания составляет 60-75дней [82]. В настоящее время компания Геобиотикс проводит исследования по применению технологии для переработки дважды упорных руд золоторудного пояса Карлин, Невада и Ашанти, Гана. Кучное бактериальное выщелачивание сульфидных никелевых руд. В мире существует много крупных никелевых месторождений с низким содержанием никеля, одним из которых является самое крупное в Европе месторождение в Соткамо (Sotkamo),Финляндия. Запасы данного месторождения насчитывают 340 млн. тонн руды с содержанием, %. 0,27 Ni, 0,14 Си, 0,02 Со, 0,56 Zn. Содержание сульфидов железа составляет 16%. Из них 2/3 приходится на пирротин и 1/3 на пирит. Никель представлен пентландитом и виоларитом [48]. Многочисленные исследования, проведенные в 80-х годах, показали, что наиболее перспективным методом извлечения никеля является кучное биовыщелачивание всей массы руды. По результатам проведенных работ летом 2005 г. была воздвигнута 50000 т пилотная куча. 38 Ассоциация микроорганизмов, участвующая в процессе бактериального выщелачивания, представлена следующими видами: At. ferrooxidans, At. Thiooxidans или At.alertness, At. caldus, Leptospirillum ferrooxidans [83]. На Международном Конгрессе Обогатителей в Пекине в 2008 году (XXIV IMPC, Beijing, China) был сделан доклад об еще одном пилотном испытании кучного выщелачивания сульфидной никелевой руды. Речь шла о месторождении Моджианг (Mojiang), провинция Юннань (Yunnan), Китай, запасы которого оцениваются в 4 млн тонн руды с содержанием, %: 0,5 Ni, 0,34 As. На 50% никелевые минералы представлены герсдорфитом. Часть никеля заключена в пирите, содержание которого в руде составляет 22% [3,63]. В 2003 году были закончены, лабораторные испытания по бактериальному выщелачиванию никеля, и в июне того же года была сооружена 10000 т пилотная куча. Температура процесса варьировалась в пределах 38-55°С в зависимости от сезона. Выщелачивание проводилось 39 аборигенными адаптированными мезофильными и умереннотермофильными микроорганизмами. По результатам пилотных испытаний было показано, что извлечение никеля в раствор в промышленных масштабах должно составить70% при продолжительности выщелачивания 1 год [9]. Компанией Titan Resources NL разработана технология кучного выщелачивания медно-никелевых руд с использованием термофильных бактерий или комбинацией их с мезофильными. Исследования показали, что более 90% никеля, меди и кобальта можно извлечь из медно-никелевой руды (0,73% Ni и 0,87% Си) методом кучного бактериального выщелачивания с использованием бактерий при температуре 45-60°С [88]. Кучное бактериальное выщелачивание медных руд. Процесс кучного выщелачивания меди применяется уже более 400 лет: в 1566 году в Северной Венгрии был организован полный цикл выщелачивания меди с использованием системы орошения. В Испании на руднике Рио-Тинто начали применять принудительное кучное выщелачивание меди из руд, содержащих 1,5% меди и 45% пирита в 1725 году. Этот процесс используется там до сих пор. В России также проводилось извлечение меди методом кучного выщелачивания из руд Волковского, Николаевского и других месторождений. В настоящее время принято различать кучное выщелачивание отвалов бедных руд и вскрышных пород и выщелачивание руд из специально складируемых куч. Причем это может быть чисто химическое или бактериально-химическое выщелачивание. Химическое или сернокислое выщелачивание применяется для выщелачивания меди из окисленных руд, когда медь на 70% и более представлена окисленными минералами. Бактериально-химическое выщелачивание меди эффективно в тех случаях, когда сульфидными минералами меди представлено более 70% всей меди, содержащейся в руде [32]. 39 В 1980 году на руднике Lo Aguirre было начато промышленное освоение технологии SX/EW (жидкостная экстракция-электроэкстракция). Также было начато освоение технологии бактериального кучного выщелачивания, вследствие того, что в дальнейшем предполагалось преобладание сульфидных медных руд над окисленными. В1985 году данная технология была введена в строй. В 2001 году, из-за исчерпания запасов руды, предприятие было закрыто, демонтировано и заново построено на новом месте: руднике La Cascada. В данный момент в Чили работает 8 предприятий, перерабатывающих бедную сульфидную медную руду по технологии кучное бактериальное выщелачивание - жидкостная экстракция - электроэкстракция. Продолжительность биоокисления варьирует в пределах 300-500 дней для каждого предприятия в зависимости от состава сырья и температуры [77]. Также на руднике Chuquicamata действует бактериальное выщелачивание горных отвалов и вскрышных пород «на месте», то есть без создания специальной кучи. Содержание меди составляет 0,3% и менее, извлечение в раствор планировалось 25%, но по последним сообщениям это значение составляет 15%. Кучное бактериальное выщелачивание упорных руд золота (BIOPRO™) В 1988 г. вследствие сокращения запасов окисленных и увеличения сульфидных руд золота на руднике Голд Кори (Gold Quany), компанией Ньюмонт были начаты лабораторные исследования процессов биоокисления [85]. Опытно-промышленные испытания данной технологии начались в 1990 г. и продолжались четыре года, по результатам которых было принято решения о постройке промышленной кучи и ее переработки. В конце 1999 г. было получено первое золото. Данное предприятие успешно эксплуатируется и в настоящее время. В процессе кучного бактериального выщелачивания участвует ассоциация мезофильных, умеренно-термофильных и термофильных микроорганизмов [64,65]. При этом на ранних этапах исследований куча инокулировалась бактериями Acidithiobacillus ferrooxidans, Leptospirilhim и Sidfobacilhis. Термофильных архей в процессах испытаний обнаружено не было. Однако с увеличением размера кучи стали возникать высокотемпературные зоны, где разогрев доходил до 80°С, что поставило вопрос об исследованиях необходимости добавления новых родов микроорганизмов [27]. В результате проведенных экспериментов был сделан вывод о том, что в инокулят необходимо вводить термофильные археи Acidianus, Metallosphaera, Sulfolobus [41]. Продолжительность кучного биоокисления составляет 90-250 дней и зависит от вида перерабатываемого сырья. Извлечение золота при последующем цианировании по методу CIL находится на уровне 53,8%. Таким образом, анализ практики применения микроорганизмов в технологиях переработки минерального сырья показал, что перспективным 40 направлением интенсификации процесса бактериального окисления упорного золотосодержащего сырья может быть использование высокоэффективных штаммов термофильных, умеренно-термофильных или мезофильных бактерий, образующих ассоциации [58,28]. Так для кобальтсодержащего сырья используется ассоциация мезофильных и умеренно-термофильных микроорганизмов, активно работающая при г=42°С. Широкое применение термофилов и умеренных термофилов нашло при кучном бактериальном выщелачивании медных, никелевых и золотых руд и концентратов [62]. Несмотря на широкое использование ассоциаций микроорганизмов, в литературе отсутствуют данные по изучению кинетических закономерностей процесса биоокисления упорных золотосодержащих концентратов различными культурами бактерий, а также влияния технологических параметров на формирование качественного и количественного состава ассоциации микроорганизмов [8]. 1.6 Выводы после исследования биовыщелачивания меди в литературных источниках Преимущества биотехнологических методов добычи и переработки меди металлов заключаются не только в экологических и экономических аспектах, которые бесспорны в данном случае, но и в том, что они направлены на переработку упорных концентратов, хвостохранилищ, и забалансовых руд хранящих в себе сотни миллионов валюты. Помимо этого классические методы переработки в данном случае малоэффективны. Несмотря на то, что процессы добычи и переработки геогенного и техногенного сырья с участием микроорганизмов уже заняли прочную позицию в мировой практике, они способны конкурировать на сегодня с традиционными технологиями только в отраслях цветной металлургии, связанных с добычей и переработкой сульфидного (медного, уранового, цинкового, никелевого, золотосодержащего) сырья. В литературе отсутствуют данные о разработках биотехнологических подходов к переработке перспективного техногенного сырья, в частности, для извлечения редких металлов – отходов добычи. Что касается сведений о возможности целенаправленного или попутного получения редких металлов бактериальным выщелачиванием, то они весьма ограничены и сводятся к известной работе профессора Arpad E. Torma, в которой он приводит данные о выщелачивании с помощью Thiobacillus ferrooxidans германия и галлия из побочных продуктов переработки алюминия, цинка и меди, в частности, сульфидных минералов - сфалерита и халькопирита, причем с весьма низкими показателями по извлечению редких металлов (до 20%). |