Бактериально-химический способ регенерации трехвалентного железа при подземно-скважином выщелачивании урана

(51) 22 3/18 (2006.01) 22 3/02 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ обеспечивающий регенерацию ионов трхвалентного железа более 90 при кислотности растворов около 1,5 и температуре 131 С, при этом в качестве посевного материала используется консорциум психротолерантных и мезофильных железоокисляющих микроорганизмов рода. Бассейн-биореактор,оборудованный компрессором для аэрации,заполняется кислотостойким носителем с развитой поверхностью для иммобилизации железоокисляющих микроорганизмов. Для запуска биореактора предварительно проводят иммобилизацию одним или более железоокисляющими мезофильными или психротолерантными микроорганизмами из рода. После иммобилизации бактерий культивирование проводят в непрерывном режиме с подачей раствора сульфата двухвалентного железа и оттоком раствора, содержащего не менее 1 г/л сульфата трехвалентного железа. Скорость протока зависит от рабочего объема биореактора. Полученный выщелачивающий раствор с содержанием трехвалентного железа не менее 1 г/л подается в закачные скважины, фильтруется через рудное тело, при этом происходит бактериальнохимическое выщелачивающие урана и цветных металлов, продуктивный раствор поднимается на поверхность через откачные скважины,перерабатывается и возвращается на бактериальную регенерацию.(72) Тен Олег Андреевич Раманкулов Ерлан Мирхайдарович Балпанов Дархан Серикович Ханнанов Ринат Асхатович Жакупов Ерганат Жанатович Жаппар Нариман Казыбекулы Шайхутдинов Валентин Минзакиевич(54) БАКТЕРИАЛЬНО-ХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ТРЕХВАЛЕНТНОГО ЖЕЛЕЗА ПРИ ПОДЗЕМНО-СКВАЖИНОМ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ УРАНА(57) Изобретение относится к биотехнологии и гидрометаллургии и может быть использовано для извлечения урана и цветных металлов методом подземного скважинного выщелачивания. Целью нашего изобретения является разработка биогеотехнологического способа регенерации трехвалентного железа в циркулирующих технологических растворах при подземно скважинном выщелачивании урана. Предлагаемый нами способ заключается в бактериально-химической регенерации трехвалентного железа в биореакторе с иммобилизованными на твердом носителе микроорганизмами,отличающийся тем,что биореактор исполняется в виде бассейна с временем обновления выщелачивающих растворов 1,25 ч, 31505 Изобретение относится к биотехнологии и гидрометаллургии и может быть использовано для извлечения урана и цветных металлов методом подземного скважинного выщелачивания. Основным реагентом рабочих растворов при сернокислотном выщелачивании урана является серная кислота, в растворе которой хорошо растворяется уран, находящийся в шестивалентном состоянии. Тогда как уран, находящийся в четырхвалентном состоянии,медленно взаимодействует с растворами серной кислоты. В связи с этим для эффективного перевода четырхвалентной формы урана в раствор, его необходимо окислить до шестивалентного состояния. Непосредственным окислителем урана являются ионы окисного железа, вымываемые из вмещающих пород. Проходя через пласт рудного тела, ионы железа восстанавливаются, вследствие чего необходима их регенерация. В настоящее время при сернокислотном выщелачивании используются различные окислители хлор, гипохлориты и хлораты, нитрит натрия, азотная и азотистая кислоты, перекись водорода, технический кислород и кислород воздуха и др. Широкое применение в мировой практике в качестве окислителя получил пиролюзит. 1982, 75, 841, .127). Существенным недостатком данного способа регенерации трех валентного железа является высокая стоимость реагента и сложность технологического исполнения,требующая поддержания повышенной температуры во время процесса окисления. Также в качестве окислителя применяется раствор натриевой соли хлорноватистой кислоты( .,М..., 1980,20, .8-11). Несмотря на высокую окислительную активность и минимальные требования к условиям протекания реакции значительным недостатком данного способа является высокая стоимость реагентов, а также образование хлорид ионов, которые конкурируют с сульфатированными ионами уранита при последующей ионообменной сорбции урана. В настоящее время наибольшее применение в качестве окислителя получил пероксид водорода( 4425307 А, заявка 06/256,675, заявл. 22.04.1981, опубл. 23.07.1985). Хотя данный реагент очень активный и не оказывает воздействия на окружающую среду,пероксид водорода дорогостоящий и взрывоопасный реагент. Добавка пероксида водорода к раствору 24 настолько повышает коррозионные свойства раствора, что обычные марки нержавеющих сталей не выдерживают его воздействия. Кроме того,использование пероксида водорода при выщелачивании урана требует тщательного контроля значения рН раствора во избежание образования малорастворимого пероксида уранила. Наиболее близким в исполнении способом регенерации трехвалентного железа является 2 способ, предложенный в (Патент 2068954,заявка 4924060/03, заявл. 02.04.1991, опубл. бюл. 10.11.1996). Суть способа регенерации трехвалентного железа заключается в бактериальнохимическом окислении.при температурах 10 С 27 С с одновременным осаждением избытка солей трехвалентного железа(гидроксиды железа,основные сульфаты и др.) на кусках руды при рН выщелачивающего раствора на уровне 1,8-2,5, а при низких температурах -1 С 7 С регенерация выщелачивающих оборотных растворов включает химическое растворение солей , осажденных на кусках руды, при этом рН выщелачивающих растворов поддерживают на уровне 1,0-1,5. Недостатком способа является дополнительное использование серной кислоты для поддержания рН на уровне 1,0-1,5 и отсутствие генерации бактериальных клеток при снижении температур растворов до -1 7 С. Целью нашего изобретения является разработка биогеотехнологического способа регенерации трехвалентного железа в растворах подземноскважинного выщелачивания урана и цветных металлов, сопряженного с большими объмами циркулирующих растворов, имеющих относительно низкие температуры порядка 10-12 С. Предлагаемый нами способ заключается в бактериально-химической регенерации трехвалентного железа в биореакторе с иммобилизованными на твердом носителе микроорганизмами,отличающийся тем,что биореактор исполняется в виде бассейна с временем обновления выщелачивающих растворов 1,25 ч,обеспечивающий регенерацию ионов трхвалентного железа более 90 при кислотности растворов около 1,5 и температуре 131 С, при этом в качестве посевного материала используется консорциум психротолерантных и мезофильных железоокисляющих микроорганизмов рода. Бассейн-биореактор,оборудованный компрессором для аэрации,заполняется кислотостойким носителем с развитой поверхностью для иммобилизации железоокисляющих микроорганизмов. Для запуска биореактора предварительно проводят иммобилизацию одним или более железоокисляющими мезофильными или психротолерантными микроорганизмами из рода. После иммобилизации бактерий культивирование проводят в непрерывном режиме с подачей раствора сульфата двухвалентного железа и оттоком раствора, содержащего не менее 1 г/л сульфата трехвалентного железа. Скорость протока зависит от рабочего объема биореактора. Полученный выщелачивающий раствор с содержанием трехвалентного железа не менее 1 г/л подается в закачные скважины, фильтруется через рудное тело, при этом происходит бактериальнохимическое выщелачивающие урана и цветных металлов, продуктивный раствор поднимается на поверхность через откачные скважины, 31505 перерабатывается и возвращается на бактериальную регенерацию. Пример 1 Биореактор объемом 2 л инокулировали консорциумом психрофильных микроорганизмови. Количество внесенного посевного материала составило 10 от рабочего объема. В реактор с инокулятом добавили выщелачивающий раствор сульфата двухвалентного железа с уранового месторождения. Раствор имел рН 1,5 и содержал 3,9 г/л закисного железа и 0,1 г/л окисного железа. Культивирование проводили с аэрацией при температуре 131 С в течение 7 суток, потом запускали проток. Эксперимент продолжался в течение 50 суток. Максимальная скорость протока для практически полного окисления двухвалентного железа составила 140 мл/ч, то есть время полного обновления раствора произошло в течение 14,3 ч. При этом содержание трехвалентного железа в растворе, вышедшем из биореактора, составило 3,73,9 г/л, двухвалентного железа - 0-0,3 г/л,500560 мВ. Пример 2 Биореактор объемом 2 л, заполненный твердым носителем инокулировали консорциумом психрофильных микроорганизмов. Количество внесенного посевного материала составило 10 от рабочего объема. В реактор с инокулятом добавили выщелачивающий раствор сульфата двухвалентного железа с уранового месторождения (рН раствора 1,5, 3,9 г/л закисного железа и 0,1 г/л окисного железа). Эксперимент проводили при температуре 131 С. После ступенчатой иммобилизации бактерий на твердом носителе запустили непрерывное культивирование. Эксперимент продолжался в течение 50 суток. Максимальная скорость протока для практически полного окисления двухвалентного железа составила 400 мл/ч, время полного обновления раствора в реакторе 1,25 ч. При этом содержание трехвалентного железа в растворе, вышедшем из биореактора, составило 3,5-3,9 г/л, двухвалентного железа - 0-0,4 г/л,490-575 мВ,ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Бактериально-химический способ регенерации трехвалентного железа при подземно-скважином выщелачивании урана, включающий бактериальнохимическое окисление двухвалентного железа в трехвалентную форму с применением микроорганизмов,отличающийся тем,что регенерацию производят в биореакторе,исполненным в виде бассейна с временем обновления выщелачивающих растворов 1,25 ч,обеспечивающий регенерацию ионов трхвалентного железа более 90 при кислотности растворов около 1,5 и температуре 131 С, при этом в качестве посевного материала используют консорциум психротолерантных и мезофильных железоокисляющих микроорганизмов рода