Бактериальное выщелачивание

 

1.3 Преимущества бактериального выщелачивания

 

Преимущества бактериального выщелачивания заключаются в следующем:

1. Можно использовать  руды низкого качества. При обычных методах выделения металлов, которые очень дорогостоящи, целесообразно использовать только очень богатые металлом руды. Поэтому после использования обычных методов в районе разработок оставалось много потенциального продукта.

2. Если получать металл  методом бактериального выщелачивания,  можно обойтись без глубоких  разработок. Горную породу сначала  дробят с помощью взрывных  зарядов, а затем закачивают  в нее выщелачивающий раствор.  По окончании выщелачивания раствор,  содержащий растворимые соли  металлов, выкачивают из скважин,  пробуренных внутри горной породы. Такой метод требует меньше  затрат; при его использовании  существенно не нарушается окружающая  среда, как при глубоких разработках,  когда на поверхность выносят  большие количества горной породы и образуются горы отходов.

3. Традиционные методы  экстракции меди из руды требуют  высоких температур. Эти методы  дорогостоящи, потребляют ископаемое  топливо и, следовательно, загрязняют  воздух, вызывая, например, кислотные  дожди. (Возможно, бактериальное выщелачивание  можно будет в будущем использовать  для очистки ископаемого топлива  путем выщелачивания соединений серы.)

4. Неконтролируемое выщелачивание  из отходов горных разработок  привело к загрязнению близлежащих  водоемов тяжелыми металлами.  Этого можно избежать контролируемым  выщелачиванием и извлечением  металлов. Подсчитано, что в отвалах  горных разработок только на  западе США содержится более  33 млн. т меди. Обычно отвалы  размещают в долинах, и поэтому  металлы могут разноситься речными  водами на большие расстояния. Воду, содержащую растворимые выщелоченные  металлы, можно собирать у плотины  ниже по течению и закачивать  на фабрику, которая занимается  добычей металлов. Если требуется,  то очищенную воду можно повторно возвращать в отвал.

5. Предпринимаются попытки  усовершенствовать бактерии, в частности T.ferrooxidans с помощью генной инженерии.

 

 

2. Бактериальное выщелачивание медных руд

 

Важнейший фактор бактериального выщелачивания - быстрая регенерация сернокислого окисного железа тионовыми бактериями (Th. ferrooxidans), что в некоторых случаях ускоряет процессы окисления и выщелачивания. В значительных промышленных масштабах бактериальное выщелачивание применяется для кучного извлечения полезных ископаемых (меди и урана) из руд на месте их залегания. Например, экономически целесообразно извлекать медь из забалансовых сульфидных руд. Это осуществляется водными растворами Fe₂(SO₄)₃ в присутствии Al₂(SO₄)₃, FeSO₄ и тионовых бактерий Th. ferrooxidans. Раствор подаётся по шлангам в скважины, пробурённые в рудном теле (рис. 1); бактерии и сульфат окиси железа окисляют сульфиды меди по схеме:

 

 

 

Рис 2 - Схема подземного бактериального выщелачивания медной руды:

1 — прудок для выращивания  и регенерации бактерий; 2 — насосная  для перекачки бактериального  раствора к руде; 3 — трубопровод; 4 — задвижка; 5 — коллектор; 6 —  полиэтиленовый шланг; 7 — скважина

 

По горным выработкам раствор  из рудного тела подают на цементационную или др. установку для извлечения меди. В различных странах ведутся  исследования по выщелачиванию с  участием тионовых бактерий для извлечения металлов (Zn, Со, As, Мп и др.). Ведутся работы по выявлению бактерий иных видов для извлечения др. полезных ископаемых. Например, для растворения и извлечения золота предложено использовать гетеротрофные бактерии Aeromonas, выделенные из рудничных вод золотоносных приисков.

Простота аппаратуры для  бактериального выщелачивания, даёт возможность  быстрого размножения бактерий, особенно при возвращении в процесс  отработанных растворов, содержащих живые  организмы, открывает возможность  не только резко снизить себестоимость  получения ценных полезных ископаемых, но и значительно увеличить сырьевые ресурсы за счёт использования бедных, забалансовых и потерянных руд в месторождениях, отвалов из отходов обогащения, пыли, шлаков и др. В перспективе это открывает возможности создания полностью автоматизированных предприятий по получению металлов из забалансовых и потерянных руд непосредственно из недр Земли, минуя сложные горнообогатительные комплексы.

Орошение руды (см. рис 2) в отвале или в рудном теле осуществляется водными растворами H₂SO₄, содержащими Fe³⁺ и бактерии. Раствор подаётся через скважины при подземном или путём разбрызгивания на поверхности при кучном выщелачивании. B руде в присутствии O₂ и бактерий идут процессы окисления сульфидных минералов и медь переходит из нерастворимых соединений в растворимые. Раствор, содержащий медь, поступает на цементационную или др. установки (сорбция, экстракция) для извлечения меди, затем на отвал или рудное тело (схема замкнутая). Интенсификация выщелачивания достигается активизацией жизнедеятельности тионовых и др. сульфидокисляющих бактерий, присутствующих в самой руде и адаптированных к конкретным условиям среды (тип руды, химический состав растворов, температура и т.д.). Для этого необходимы pH 1,5-2,5, высокий окислительно - восстановительный потенциал (Eh 600-750 мB), благоприятный и стабильный хим. состав растворов, что достигается путём их регенерации и режима аэрирования и увлажнения (орошения) руды. B отдельных случаях следует добавлять соли азота и фосфора, a также бактерии, выращенные на оборотных растворах в прудах-регенераторах. Число клеток бактерий в выщелачивающем растворе и руде должно быть не ниже 10⁶- 10⁷соответственно в 1 мл или 1 г. Себестоимость 1 т меди, полученной этим способом, в 1,5-2 раза ниже, чем при обычных гидрометаллургических или пирометаллургических способах.

Бактериальное выщелачивание упорных сульфидных концентратов проводится прямоточно в серии последовательно соединённых чанов c перемешиванием и аэрацией аэрлифтом при t 30°C, pH 2,0-2,5 и концентрации клеток Th. ferrooxidans 10¹⁰ - 10¹¹ в 1 мл пульпы. Cхема переработки сульфидных концентратов замкнутая. Oборотные растворы после частичной или полной регенерации используются в качестве питательной среды для бактерий и выщелачивающего раствора. Наиболее активными являются культуры бактерий, адаптированные к комплексу факторов (pH, тяжёлые металлы, тип концентрата и т.д.) в условиях активного процесса Б. в. Примеры Б. в. в чанах: из коллективных медно-цинковых концентратов за 72-96 ч извлекаются в раствор до 90-92% Zn и Cd при извлечении Cu и Fe соответственно около 25% и 5%; из свинцовых концентратов можно полностью извлечь Cu, Zn и Cd. B растворах достигаются концентрации металлов: Cu до 50 г/л, Zn до 100 г/л и т.д. B олово - и золотосодержащих мышьяковистых концентратах арсенопирит практически полностью разрушается за 120 ч, что позволяет в одних случаях очистить концентраты от вредной примеси мышьяка, в других - при последующем цианировании извлечь до 90% золота. 

 

 

Рис 2 - Tехнологическая схема опытно-промышленной установки по бактериальному выщелачиванию меди: 1 - регенератов растворов; 2 - насосная оборотных растворов; 3 - трубопровод выщелачивающего раствора; 4 - вентили; 5 - подающие трудопроводы; 6 - оросительные шланги; 7 - скважины-оросители; 8 - блок c замагазинированной рудой; 9 - выработка для сбора продуктивных растворов; 10 - насосная продуктивных растворов; 11 - сгуститель; 12 - цементационные желоба; 13 - сушка цементной меди; 14 - транспортные пути; 15 - компрессорная станция; 16 - железный скрап.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Переработка никельсодержащих руд методом кучного бактериального выщелачивания.

 

Опыт фирмы «Talvivaara». Финская компания «Talvivaara Mining Company Р1с.» (ТМСР) является владельцем никелевого рудника на месторождении полиметаллических руд с одноименным названием (Talvivaara), расположенного в субарктической зоне на северо-востоке Финляндии. Измеренные и исчисленные запасы месторождения определены величиной 642 млн т руды со средней массовой долей никеля 0,23%. Кроме никеля, руда содержит в качестве попутных ценных компонентов медь (0,13%), кобальт (0,02%) и цинк (0,51%). Главные сульфидные минералы в руде — пирротин, пирит, халькопирит, сфалерит и петландит, суммарная массовая доля которых составляет в среднем 21%. Данная сырьевая база является достаточной для поддержания объема производства предприятия на период более 60 лет, при годовой добыче никеля 33 тыс. т, цинка — 60 тыс. т, меди — 10 тыс. т и кобальта —1,2 тыс. т. Оба рудных тела пригодны для их отработки открытым способом (экскаваторные работы), благодаря низкому коэффициенту вскрыши (примерно 1:1).

До последнего времени  месторождение оставалось невостребованным из-за низкого качества руд. Было сделано  заключение, что его эксплуатация с использованием общепринятых (главным  образом, пирометаллургических) методов, экономически не оправдывается. По ранее  выполненным в исследовательском  центре Оутокумпу технологическим исследованиям, проведенных после 2004 г. в ТМСР, был составлен проект предприятия с ориентацией на технологию кучного бактериального выщелачивания металлов.

Предусмотренная проектом технолого-аппаратурная схема включает в себя 4 стадии: горные работы, дробление, кучное биовыщелачивание и извлечение металлов из растворов с получением соответствующей товарной продукции. В качестве метода добычи руды приняты открытые горные работы, планируемые в объеме примерно 15 млн. т в год. Дробление руды осуществляется в 3 стадии. Дробленую руду подвергают агломерации. Затем руду с помощью конвейера укладывают в кучи высотой 8 м на соответствующие «подушки» для проведения первичного биовыщелачивания металлов, рассчитанного на период до 1,5 лет. Кучи снабжены трубами для аэрации. Кучи орошают выщелачивающими растворами, рециркулирующими в обороте до тех пор, пока концентрация металлов в растворах не достигает необходимого уровня. После 1,5-годового биовыщелачивания руду убирают с первичных оснований с укладкой ее на новые основания, где руда выщелачивается повторно для доизвлечения металлов. В цикле извлечения металлов никель, медь, цинк и кобальт осаждают из растворов сероводородом.

Летом 2005 г. непосредственно  на руднике была создана демонстрационная биовыщелачивающая установка на производительность 17 тыс. т руды. Орошение кучи начато в августе 2005 г. Пилотная куча была инокулирована местными бактериями, отобранными на месторождении. Температура раствора достигала более 50°С. Повышенные температуры сохранялись и в зимних условиях.

Зимой 2007 г. кучу подвергли  рештабелированию и началась фаза вторичного биохимического окисления. Бактерии, используемые в процессе биовыщелачивания на Talvivaara, присутствуют и развиваются в исходной руде. Таким образом, они являются эндемическими (т.е. свойственными данной местности) и поэтому хорошо приспособлены к условиям окружающей среды, что существенно повышает эффективность рассматриваемой технологии.

Одновременно с процессом  КБВ в 2005–2006 гг. проведены испытания  по осаждению металлов из получаемых технологических растворов. Принятые на Talvivaara методы извлечения никеля и сопутствующих ему цветных металлов (кобальта, меди, цинка) разработаны предприятием в содружестве с фирмой OMG Kokkola Chemicals (Финляндия).

Начало производства металлсодержащих продуктов на пилотных установках OMG датируются мартом 2006 г. Полученные продукты характеризуются высоким качеством, при извлечении из растворов близким к 100%. Результаты технологических испытаний 2005–2006 гг. позволили получить весьма ценную информацию и исходные данные в проект «Talvivaara». На опытных установках достигнут 96–98% извлечения металлов из руд.

Промышленное освоение технологии на руднике начато в 2008 г. В середине сентября 2009 г. пущена в строй установка  по производству сульфидов никеля и  цинка. В октябре того же года на фабрике установлено дополнительное дробильное оборудование с доведением общей производительности данного  технологического передела до 22 млн т в год.

В летний период 2009 г. осуществлены мероприятия, обеспечивающие возможность  расширения годового производства никеля к 2011 г. до 40, а к 2012 г. — до 50 тыс. т.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

B различных странах ведутся также исследования по бактериальному выщелачиванию металлов из отходов обогащения, пыли, шлаков и т.д.

Разрабатываются способы  бактериального выщелачивания золота, марганца, цветных металлов, a также обогащения бокситов c помощью гетеротрофных микроорганизмов (микроскопические грибы, дрожжи, бактерии). Эти микроорганизмы в качестве источника энергии и углерода используют органические вещества. Ведущее значение при выщелачивании c помощью гетеротрофов играют процессы комплексообразования органических соединений c металлами, a также перекиси и гуминовые кислоты. Bнедрение бактериального выщелачивания, как и др. гидрометаллургических способов добычи металлов, имеет большое экономическое значение. Pасширяются сырьевые ресурсы за счёт использования бедных и потерянных в недрах руд и т.д. Бактериальное выщелачивание обеспечивает комплексное и более полное использование минерального сырья, повышает культуру производства, не требует создания сложных горнодобывающих комплексов, благоприятно для охраны окружающей среды. B промышленных масштабах бактериальное выщелачивание применяется для извлечения меди из забалансовых руд в США, Пepy, Испании, Португалии, Mексике, Aвстралии, Югославии и др. странах. B ряде стран (США, Kанада, ЮАР) бактерии используются для выщелачивания урана.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1.  Иванов В.И., Степанов Б.А., Применение микробиологических методов в обогащении и гидрометаллургии, М., 1960;