2020 МАГ Тажитдин А.А.. Тажитдин Абдумалик Абдужамаллы Бактериальное выщелачивание медьсодержащих хвостов магистерская диссертация
 Скачать 1.91 Mb.
|
|
3.3.1 Перколяционное выщелачивание Условия эксперимента: Размер пробы руды - от -1мм до -0,074мм Время выщелачивания 96 часов Состав выщелачивающего раствора - 5 г/л H 2 SO 4 Содержание двухвалентного железа - +4-6 г/л Fe 2+ Концентрация клеток 10 6 кл/мл (Th.ferrooxidans) При проведении исследований раствор просачивался частично, с течением времени просачивание замедлялось. Перколяцию проводили для 58 проверки применимости кучного выщелачивания хвостов обогатительной фабрики. Проведение перколяции было затруднено на основе полученного тонкоизмельченного материала проб (-0,074 мм) при наличии глинистой составляющей (глинистая составляющая при Аl до 4 %). При проведении перколяции раствор просачивался очень медленно и показатели были низкими. 3.3.2 Агитационное выщелачивание В лабораторных условиях в активаторе выщелачивали пробу с навеской пробы 200 гр ( при Т:Ж=1:4 , при содержании H 2 SO 4 (5г/л) , рН=2) в течение 96 часов в четырех колбах с разными пробами. При химическом (без добавления бактерий) агитационном выщелачивании не были достигнуты необходимые параметры извлечения. Извлечение меди составило 30 % в течение 8 часов Для интенсификации процесса использовали бактериальное выщелачивание с штаммами бактерий Th.ferrooxidans. Из литературных источников извествно, что бактериальное выщелачивания позволяет ускорить растворение халькопирита в 12 раз, арсенопирита и сфалерита в 7 раз, ковелина и борнита в 18 раз по сравнению с обычными химическими методами. Данные минералогического анализа представленных проб подтверждают наличие таких минералов. 3.4 Исследование бактериально-химического выщелачивания проб Важнейший фактор бактериального выщелачивания – это быстрая регенерация сернокислого окисного железа тионовыми бактериями, что ускоряет процесс окисления и выщелачивания. В промышленных масштабах бактериальное выщелачивание применяется для кучного выщелачивания полезных ископаемых (меди и урана) из руд на месте их залегания. Экономически целесообразно извлекать с помощью бактериального выщелачивания медь из забалансовых сульфидных руд. Это осуществляется водными растворами трехвалентного железа в присутствии железоокисляющих бактерий [61]. Простота аппаратуры для бактериального выщелачивания и возможность быстрого размножения бактерий, особенно при возвращении в процесс отработанных растворов, содержащих бактерии, предоставляет возможность не только снизить себестоимость извлечения металлов, но и значительно увеличить сырьевые ресурсы за счет использования бедных, забалансовых руд в месторождениях, а также отходов обогащения и хвостов. 59 3.5 Механизм окисления сульфидов металлов Различают два основных механизмов бактериального окисления сульфидов: косвенный и прямой. Тионовые бактерии являются хемоавтотрофами, то есть единственный источник энергии для их жизнедеятельности – процессы окисления закисного железа, сульфидов различных металлов и элементарной серы. Эта энергия расходуется на усвоение углекислоты выделяемой из атмосферы или из руды. Получаемый углерод идет на построение клеточной ткани бактерий. А.Ferrooxidans окисляют сульфидные минералы до сульфатов прямым и косвенным путем. Косвенный механизм окисления сульфидов металлов протекает по следующей схеме: 2FeSO 4 +0,5O 2 + H 2 SO 4 Fe 2 (SO 4 ) 3 + H 2 0 (2.1) Fe 2 (SO 4 ) +MeS MeSO 4 +FeSO 4 +S 0 (2.2) Прямой механизм окисления сульфидов - этот механизм основан на прикреплении бактерий к сульфидам и за счет процессов во внеклеточном поверхностном слое происходит окисление сульфидов [60,4]. На рисунке ниже представлен этот механизм: Рисунок 1 - Контактное выщелачивание пирита бактериями При проведении исследований использовали среду 9 К (Сильвермана и Люндгрена). Концентрация бактерий в растворе составляла 10 6 кл/мл, что позволило достижение оптимума биообработки материала. 60 3.6 Подготовка бактериального раствора Для проведения бактериального выщелачивания выращивали биомассу бактерий A.Ferrooxidans в течение 5 суток. Питательная среда A.Ferrooxidans состоит из: FeSO 4 - 5 г/l NH 4 SO 4 - 1,5 г/l MgSO 4 – 0,5 г/l K 2 HPO 4 - 0,5 г/l H 2 SO 4 – 1г/l 3.7 Методика проведения эксперимента Агитационное бактериальное выщелачивание хвостов проводили на пробе массой 200 грамм при соотношении Т:Ж = 1:4, температура 25 С, 250 об/мин. Промывка образца Н 2 SO 4 (1%) + бактериальное вскрытие. По 200 гр пробы выщелачивали в 1000 мл раствора, содержащего до 10 г/л серной кислоты. После кислотной обработки провели бактериальное выщелачивание. Бактериальное выщелачивание проводили в течение 120 часов бактериальным раствором A.Ferrooxidans. Содержание трехвалентного железа Fe3+ составляло 3г/л. Выщелачивание проводили при Т=25С, Т:Ж =1:4. Используемые микроорганизмы адаптированы к данной пробе для проведения эффективного биоокисления. Использовали температурный режим при 25 ⸰С c использованием мезофильных бактерий. Как видно из рисунка биовыщелачивание меди в лабораторных исследований приблизились в течение 4 суток к 80 % Данные показывают применимость использования агитационного бактериального окисления для хвостов данного месторождения. Результаты химического и спектрального аналаиза приведены в таблице 3. Результаты анализов исходной пробы хвостов показали, что промышленное значение имеет медь. В пробах при РФА-е отмечено наличие большого количества редкоземельных металлов. Возможность выделения их при выщелачивании требует дополнительных исследований. Из полученных данных следует, что агитатационное бактериально- химическое выщелачивание позволяет извлечь до 72 % меди в раствор с 0,18% до 0,05% 61 Рисунок 2 - Зависимость извлечения от времени биовыщелачивания Таблица 3 - Результаты химического анализа № Компоненты Содержание , % 1 Cu 0,08 4 Zn 0,01 6 Fe Общ 0,5 7 S 0,08 Показатели агитационного бактериально-химического выщелачивания приведены ниже: Следует выделить результаты по одной из проб №(Б6 (2)+0,15 m . Исходная проба №(Б6 (2)+0,15 m =1 g содержание меди 0,647 % . После выщелачивания в проба №(Б6 (2) 0,15) m=1 g содержание меди составила 0,117 %. Эти данные показывают, что фактически степень извлечения меди была достигнута 81,9 %. Сернокислотное агитационное бактериальное выщелачивание пробы проводили в течение 120 часов. Эти данные показывают эффективность сернокислотного биовыщелачивания в агитаторе. Примечание: В одной из исходных проб было зафиксировано отсутствие серы (общей), что объясняется естественным выщелачиванием сульфидов (лежалые хвосты). 62 Ниже представлена технологическая схема по биовыщелачиванию меди из хвостов месторождения с получением медного концентрата на рисунке 3. Рисунок 3 - Технологическая схема выщелачивания меди 63 ЗАКЛЮЧЕНИЕ При выполнении магистерской диссертации были исследованы: 1. На пробах хвостов хвостохранилища Боргезсай проводили исследования по использованию сернокислотного выщелачивания. Хвосты тонкоизмельченные и классификация варьируется от от +0,15 мм до – 0,074 мм. 2. Минеральный анализ показывает, что зерна медных минералов тонковкраплены в кварце и других минералах. Размеры зерен меньше 20 мкрн. Такая тонковкрапленность медных зерен обьясняет наличие высокого содержания меди, которое не было извлечено при переработке на обогатительной фабрике. Для полного раскрытия минералов требуется деструкция минералов с целью освобождения медных включений. 3. Показано, что для оптимального извлечения меди из хвостов предполагается провести выщелачивание с доизмельчением на следующих этапах исследования. Сверхтонкое измельчение для деструкции минералов является дорогостоящей процедурой. Альтернативой такого процесса является проведение биоразложения кварцевых зерен с целью высвобождения медных минералов и доступа выщелачивающих реагентов к ним. 4. Перколяционным выщелачиванием (аналог кучного выщелачивания) не достигнут технологический эффект. 5. Агитационное химическое выщелачивание проб показало эффективность процесса. За 96 часа извлечение меди составило около 30 %. 6. Использование бактериально-химического выщелачивания позволяет достигнуть извлечения свыше 80 % за 72 часа. Рекомендовано использование бактериального сернокислотного выщелачивания для интенсификации процесса. 64 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Адамов Э.В. Процессы бактериального выщелачивания в комбинированной технологии переработки минерального сырья / Э.В. Адамов, Г.И. Каравайко // Горный информационноаналитический бюллетень (научно-технический журнал). 1999. №2. С. 20-25. 2. Александров В.Г. Силикатные бактерии. М: Сельхозгиз, 1953. 114 с. 3. Аленичев В.М., Уманский А.Б., Клюшников А.М. Разработка технологии кучного выщелачивания окисленных никелевых руд уральских месторождений / // Известия Томского политехнического университета. — 2013. —Vol. 322 № 3. — pp. 124-128. 4. Бектай Е.К., Турысбекова Г.С., Меретуков М.А., Бектаев М.Е. «Природные наночастицы и наноструктуры». Алматы, 2018 г. 600 стр. 5. Белан Л.Н. Эколого - геохимическое состояние горнорудных районов Башкирского Зауралья // Вестник ОГУ. - 2005. - № 6. - С. 113-117. 6. Бердинова К. Магистральный вектор Акбакая // Горнометаллургическая промышленность, 2013. №5,6. С. 50-54. 7. Беркинбаев Г.Д., Федоров Г.В., Бенсман В.А. ТОО «Экосервис С», Обращение с радиоактивными отходами в Казахстане, 2008 8. Биологические науки – Экология и биотехнология. —, 2012. 9. Блайда И.А. Влияние состава выщелачивающих растворов на процессы бактериального извлечения металлов из промышленных отходов / И.А. Блайда, Т.В. Васильева, Л.И. Слюсаренко и др. // Biotechnologia Acta, 2012. № 3. С. 084-090. 10. Варданян Н.С., Нагдалян С.З. Периодический процесс биовыщелачивания упорной золотосодержащей пиритной руды // Прикладная биохимия и микробиология. - 2009. - Т. 45, № 45. - С. 446 - 451. 11. Вилкул Ю.Г., Азарян А.А., Азарян В.А., Трачук А.А., Проблемы переработки минерального сырья техногенных месторождений Украины, НТ журнал «Горная промышленность», Москва, 2011, с. 13-15. 12. Воздействие силикатных бактерий на минеральные составляющие промышленных руд / М.Пурэвдаш, С.Н.Салтыкова, Е.С.Афанащенко, Н.М.Теляков // Обогащение руд. 2011. № 1. С.15-19. 13. Волженский А. В., Иванов И. А., Виноградов Б. Н. Применение зол и топливных шлаков в производстве строительных материалов. М. : Стройиздат, 1984. 255 с. 14. Геология полезных ископаемых. Учебник для высшей школы.- М.: Академический проект, 2004. 512с.(«Gaudeamus», «Классический университетский учебник»). 15. Горлова О.В. Техногенные месторождения. - Магнитогорск: МГМА: 1997- С. 68. 16. ГОСТ 17520-72 Снаряды землесосные общего назначения. Термины и определения 65 17. Дарьин А.А. Изучение механизма деструктивного воздействия силикатных бактерий на кварцсодержащие руды / А.А. Дарьин, А.В. Максимова, А.Н. Теляков и др.// Обогощение руд, 2015. №4 (358). С. 8-12. 18. Заварзин Г.А. Литотрофные микроорганизмы. Москва: Наука, 1972. 254 с. 19. Закон Республики Казахстан от 11 апреля 2014 года "О гражданской защите" подпункт 14) статья 12-2. 20. Каравайко Г.И. Биогеотехнология металлов / Г.И.Каравайко, С.Н.Грудев / Центр международных проектов ГКНТ. М., 1989. С.11-29. 21. Каравайко Г.И. Роль микроорганизмов в выщелачивании металлов / Г.И. Каравайко, С.И. Кузнецов, А.И. Голомзик. М.: Наука, 1972. 272 с. 22. Кондратьева Т.Ф., Пивоварова Т.А., Каравайко Г.И. Структурные особенности хромосомной ДНК у штаммов Thiobacillus ferrooxidans, адаптированных к росту на средах с пиритом или элементарной серой // Микробиология. - 1996. - Т65, № 5. - С.675 - 681. 23. Коняев В.П., Крючкова Л.А., Туманова Е.С. Техногенное минеральное сырье России и направление его использования // Инф. сб. М., 1994. Вып. 1. 42 с. 24. Кочуров, Б.И. Экономика и управление природопользованием : учебное пособие / Б.И. Кочуров, В.Л. Юлинов ; Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова. – Архангельск : Северный (Арктический) федеральный университет (САФУ), 2013. – 215 с. 25. Крылова H.H., Адамов Э.В., Пивоварова Т.А., Кондратьева Т.Ф. Режимы кучного бактериально-химического выщелачивания медной руды Удоканского месторождения // Цветные металлы. - 2011. - № 7. - С. 16 - 20. 26. Лазутин Н.А. Развитие микроорганизмов в процессе кучного выщелачивания золотосульфидных руд / Н.А. Лазутин, Л.И. Зайнитдинова // Узбекский биологический журнал, 2006. №1. С. 87-91. 27. Левенец О.О. Научно-техническое обоснование способов биовыщелачивания в мезофильных условиях сульфидной кобальт-медно- никелевой руды месторождения Шануч (Камчатка): автореф. дис. … канд. тех. наук: 03.01.06 / Левенец Ольга Олеговна. Улан-Удэ, 2012. 20 с. 28. Левенец О.О. Изучение биологической активности мезофильных аборигенных сообществ хемолитотрофных микроорганизмов в ходе окисления сульфидной руды кобальт-медно-никелевого месторождения Шануч / О.О. Левенец, Т.С. Хайнасова, М.А. Суханова // Актуальные аспекты современной микробиологии: материалы IV моло- дежной школыконференции с международным участием / Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН. М.: МАКС Пресс, 2008. – С. 96–97. 29. Лисовский Г.Д. Кучное и подземное выщелачивание металлов / Г.Д. Лисовский, Д.П. Лобанов, В.П. Назаркин и др.. М.: Недра, 1982. 113 с. 30. Матвеева Л.А. Механизм разрушения алюмосиликатных и силикатных минералов // Кора выветривания, 1974. №14. С. 227-239. 66 31. Мезина О.А. Новый метод извлечения золота из руд и концентратов / О.А. Мезина, Н.М. Теляков // Записки горного института, 2004. Т.159. № 2. С. 119-121. 32. Нетрусов А.И. Практикум по микробиологии / А.И. Нетрусов, М.А. Егорова, Л.М. Захарчук. и др. М.: Академия, 2005. 608 с. 33. Низаметдинов Ф.К., Бесимбаева О.Г., Ожигин С.Г., Родина Е.Н. Инструментальные наблюдения за состоянием насыпных ограждающих дамб // Тр. Университета. КарГТУ. -2002. - № 4. - С. 36-41. 34. Отраслевой портал горно-металлургической промышленности «Metal Mining info» http://metalmininginfo.kz/archives/3224 35. Официальный сайт министерства природных ресурсов и экологии Ростовской области (минприродыро.рф) является сетевым изданием, учрежденным министерством природных ресурсов и экологии Ростовской области для обнародования официальной информации. 36. Патент РФ 2432409 Способ извлечения металлов из силикатных никелевых руд / Л.Н. Крылова, Э.В. Адамов, Е.А. Ким; заявл. 22.03.2010; опубл. 27.10.2011. 37. Патент РФ 2478127 Способ извлечения металлов из силикатных никелевых руд / В.Д. Стародубцева, Е.Б. Баланцева, Е.А. Ким и др.; заявл. 26.01.2012; опубл. 27.03.2013. 38. Патент RU 2367691 С1, 20.09.2009; Фомченко, Бирюков, 2009; Славкина и др., 2002; Palencia et al., 2002). 39. Питер В.А. Установка BIOХ Кокпатаса / В.А. Питер, И.Ш. Рашидов, Й.В. Оливиер и др. // Горный вестник Узбекистана, 2008. №1(34). 40. Плаксин И.Н. Взаимодействие сурьмяных и мышьяковых минералов с цианистыми растворами при извлечении золота / И.Н. Плаксин, М.Д. Ивановский. М.: Металлургиздат, 1940. 125 С. 409-425. 41. Полькин С.И. Обогащение руд и россыпей редких и благородных металлов. М.: Недра, 1987. 428 с. 42. Полькин С. И., Адамов Э. В., Панин В. В. Биогеотехнология металлов. М.: Недра, 1985. 243 с. 43. Полькин С. И., Адамов Э. В., Панин В. В. Технология бактериального выщелачивания цветных и редких металлов. М.: Недра, 1982. 286 с. 44. Разумов К.А., Перов В.А. Проектирование обогатительных фабрик. Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. – М., Недра, 1982. – 518 с. 45. Ребриков Д.В. ПЦР в реальном времени: монография / Д.В. Ребриков, Г.А. Саматов, Д.Ю. Трофимов и др. М.: Бином, 2009. 216 с. 46. Руководящие принципы обеспечения безопасности и надлежащая практика для хвостохранилищ (2014) ЕЭК ООН. Нью Йорк и Женева, 34 стр. 47. Сидякина Г.Г. Минералого-Технологические типы 121 медьсодержащих руд в вулканитах Волыни и особенности их 67 биовыщелачивания / Г.Г. Сидякина, Т.В. Носальская // Мінерал журнал, 2008. №4. С. 91-96. 48. Синельникова Н.В. Гидрометаллургия меди и никеля / Н.В. Синельникова, С.Н. Макарова, В.И. Береговский и др. М.: Цветметинформация, 1976. 62 с. 49. Совмен В.К. Переработка золотоносных руд с применением бактериального окисления в условиях Крайнего Севера / В.К. Совмен, В.Н. Гуськов, А.В. Белый. Новосибирск: Наука, 2007. 144 с. 50. Современные проблемы комплексной переработки труднообогатимых руд и техногенного сырья (Плаксинские чтения – 2017) : материалы Междунар. науч. конф., Красноярск, 12–15 сентября 2017 г. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2017. – 452 с. 51. Соколова Г. А., Каравайко Г. И., Физиология и геохимическая деятельность тионовых бактерий, М., 1964. 52. Справочник по проектированию рудных обогатительных фабрик: В 2 кн. / Редкол.: О.Н. Тихонов и др. – Кн.1 / В.Ф. Баранов, П.С. Вольфсон, П.И. Круппа и др. – М.: Недра, 1988.– 374 с. 53. Справочник по проектированию рудных обогатительных фабрик: В 2 кн. / Редкол.: О.Н. Тихонов и др. – Кн.2 / Г.И. Адамов, В.Ф. Баранов, Б.П. Бутусов и др. – М.: Недра, 1988. – 341 с. 54. Справочник по обогащению руд. Специальные и вспомогательные процессы, испытания обогатимости, контроль и автоматика / Под ред. О.С. Богданова, В.А. Олевского, 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1983. –376 с. 55. Султанбеков А.А. Бактериально-химическое выщелачивание цветных металлов // Вестник |