Способ кучного бактериально-химического выщелачивания меди из сульфидных руд

(51) 22 15/00 (2006.01) 22 3/08 (2006.01) 22 3/18 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ На поверхности конструируется наземный биореактор, который оснащен устройством для аэрации и заполнен твердым кислотостойким носителем для иммобилизации железоокисляющих микроорганизмов. Эта конфигурация позволяет увеличить до максимума контакт между микроорганизмами, прилипающими к инертному носителю, потоком раствора, содержащим сульфат двухвалентного железа, и воздухом - поставщиком кислорода для окисления иона двухвалентного железа до трехвалентного и диоксида углерода источника углерода для роста микроорганизмов. Для запуска биореактора предварительно проводят иммобилизацию одним или более железоокисляющими психротолерантными,мезофильными или термофильными микроорганизмами из родаи. После иммобилизации бактерий культивирование проводят в непрерывном режиме с подачей раствора сульфата двухвалентного железа и оттоком раствора,содержащего 1-5 г/л трехвалентного железа, содержащим серную кислоту с концентрацией 6-12 г/л и значении 1,41,6. Скорость протока зависит от рабочего объема биореактора. Полученный выщелачивающий раствор подается на кучу, просачиваясь через слой руды, при этом происходит бактериальнохимическое выщелачивающие меди,затем продуктивный раствор поступает в сборные канавы и пруды-сборники продуктового раствора. Далее продуктивный раствор, содержащий растворенный сульфат меди, поступает на участок жидкостной экстракций, где ионы меди схватываются органическими реагентами, а выщелачивающий раствор поступает в биореактор для регенерации двухвалентного железа и накопления биомассы.(72) Тен Олег Андреевич Раманкулов Ерлан Мирхайдарович Балпанов Дархан Серикович Ханнанов Ринат Асхатович Жакупов Ерганат Жанатович Жаппар Нариман Казыбекулы Шайхутдинов Валентин Минзакиевич(54) СПОСОБ КУЧНОГО БАКТЕРИАЛЬНОХИМИЧЕСКОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ МЕДИ ИЗ СУЛЬФИДНЫХ РУД(57) Изобретение относится к биотехнологии и гидрометаллургическому производству и может быть использовано для извлечения меди из сульфидных руд методом кучного выщелачивания. Целью нашего изобретения является разработка биогеотехнологического способа обработки медных месторождений, который позволит улучшить экономические показатели добычи цветного металла. Кроме того, использование такого метода решает ряд экологических проблем, связанных с загрязнением окружающей среды. Предлагаемая нами технология является двухстадийным процессом, в которой на первой стадии происходит кучное выщелачивание, на второй биологическая регенерация трехвалентного железа. Отличием является то,что биовыщелачиванию будут подвергаться не концентраты, а низкосортный рудный материал, а также то, что регенерация трехвалентного железа будет происходить в биореакторе с иммобилизованными на твердом носителе микроорганизмами. Изобретение относится к биотехнологии и гидрометаллургическому производству и может быть использовано для извлечения меди из сульфидных руд методом кучного выщелачивания. Описание изобретения Упорное минеральное сырье цветных, редких и благородных металлов перерабатывается пирометаллургическими и гидрометаллургическими методами. Основными недостатками пирометаллургического способа являются высокий расход электроэнергии и образование газообразных окислов серы и мышьяка, оказывающих вредное воздействие на окружающую среду. На сегодняшний день все большее внимание уделяется процессам гидрометаллургической переработки сульфидных руд, одним из которых является кучное бактериальное выщелачивание. В основе кучного выщелачивания меди лежит принцип вымывания сернокислыми растворами ионов меди из вмещающих пород. Преимущественно происходит сернокислотное растворение кислородсодержащих соединений, т.е. окисленной породы. Основной проблемой является выщелачивание медных сульфидных руд, в силу низкой кинетики растворения. Для повышения интенсивности процесса выщелачивания применяют различные окислители (фтор, хлор, аммиак, азотная и азотистая кислота и др.), что оказывает вредное воздействие на окружающую среду, а также усложняет технологию извлечения металлов из продуктивных растворов. Известно (Патент США 4729778, кл.С 22 В 3/00,08.03.1988), что бактерии окисляют сульфидные минералы либо прямо, либо косвенно. В случае прямого окисления разрушение кристаллической структуры сульфидного минерала происходит за счет ферментативных систем из живых микроорганизмов. Косвенное окисление сульфидных минералов связано с действием ионов окисного железа 3, который в свою очередь является продуктом микробного окисления соединений двухвалентного железа и железосодержащих сульфидных минералов. Известны способы выщелачивания упорного минерального сырья трехвалентным железом в сернокислой среде с регенерацией окислителя железоокисляющими мезофильными бактериями при температуре 28-35 С (СА 2282848, С 22 В 3/18,опублик. 20.03.2001) или термофильными бактериями при температуре от 45 до 68 С ( 0071763, С 22 В 3/18, опубл. 30.11.2000). Недостатками способов являются низкая скорость выщелачивания(время чанового выщелачивания составляет 75-120 часов) и сложность управления процессами, протекающими с участием живых микроорганизмов. Технологические параметры процесса ограничены условиями, необходимыми для поддержания окислительной активности бактерий, содержание твердой фазы при чановом выщелачивании не превышает 10-25,необходима аэрация кислородсодержащим газом. 2 Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ подземного выщелачивания сульфидных медьсодержащих полиметаллических руд ( 2124632, 6 Е 21 В 43/28,С 22 В 3/08,опубл. 10.01.99). При кондиционировании маточного раствора дополнительно проводят окисление двухвалентного железа, концентрацию трехвалентного железа в растворе поддерживают в пределах 0,5-30 г/л,отношение концентрации трехвалентного железа к сумме концентраций двух- и трехвалентного железа устанавливают равным 0,5-1,0, а концентрацию двухвалентной меди - в пределах 0,5-5,0 г/л, при этом процесс выщелачивания ведут в присутствии кислорода. Окисление двухвалентного железа в растворе проводят с помощью бактерий в присутствии кислорода или в присутствии пирита. Кроме того, на раствор производят наложение акустических колебаний преимущественно гидродинамическими излучателями. Способ повышает эффективность выщелачивания при снижении расхода реагента и возможности проведения процесса в условиях затопленных медных рудников. Недостатком способа,снижающим его эффективность, является ограничение на отношение концентраций ионов закисного и окисного железа. Оптимальным для выщелачивания сульфидных медьсодержащих руд является минимальное нахождение железа в двухвалентной форме и максимальное количество в трехвалентной форме. Это же условие определяет активный бактериальный процесс регенерации железа. Целью нашего изобретения является разработка биогеотехнологического способа переработки руд медных месторождений,который позволит улучшить экономические показатели добычи цветного металла. Кроме того, использование такого метода решает ряд экологических проблем,связанных с загрязнением окружающей среды. Предлагаемая нами технология является двухстадийным процессом, в которой на первой стадии происходит кучное выщелачивание, на второй биологическая регенерация трехвалентного железа. Отличием является то,что биовыщелачиванию будут подвергаться не концентраты, а низкосортный рудный материал, а также то, что регенерация трехвалентного железа будет происходить в биореакторе с иммобилизованными на твердом носителе микроорганизмами. На поверхности конструируется наземный биореактор, который оснащен устройством для аэрации и заполнен твердым кислотостойким носителем для иммобилизации железоокисляющих микроорганизмов. Эта конфигурация позволяет увеличить до максимума контакт между микроорганизмами, прилипающими к инертному носителю, потоком раствора, содержащим сульфат двухвалентного железа, и воздухом - поставщиком кислорода для окисления иона двухвалентного железа до трехвалентного и диоксида углерода источника углерода для роста микроорганизмов. Для запуска биореактора предварительно проводят иммобилизацию одним или более железоокисляющими психротолерантными,мезофильными или термофильными микроорганизмами из родаи. После иммобилизации бактерий культивирование проводят в непрерывном режиме с подачей раствора сульфата двухвалентного железа и оттоком раствора,содержащего 1-5 г/л трехвалентного железа, содержащим серную кислоту с концентрацией 6-12 г/л и значении 1,41,6. Скорость протока зависит от рабочего объема биореактора. Полученный выщелачивающий раствор подается на кучу, просачиваясь через слой руды, при этом происходит бактериальнохимическое выщелачивающие меди,затем продуктивный раствор поступает в сборные канавы и пруды-сборники продуктового раствора. Далее продуктивный раствор, содержащий растворенный сульфат меди, поступает на участок жидкостной экстракций, где ионы меди схватываются органическими реагентами, а выщелачивающий раствор поступает в биореактор для регенерации двухвалентного железа и накопления биомассы. Возможность осуществления предлагаемого способа иллюстрирует следующими примерами. Пример 1 Для выполнения эксперимента использовали биореактор объемом 1 л, 50 в котором занимал твердый носитель. Биореактор инокулировали консорциумом микроорганизмови. Количество внесенного посевного материала составило 10 от рабочего объема. Биореактор с инокулятом заполнили сернокислым раствором сульфата двухвалентного железа. Раствор имел 2.0 и содержал 3 г/л закисного железа. После иммобилизации бактерий на твердом носителе запустили непрерывное культивирование. Эксперимент продолжался в течение 60 суток. Максимальная скорость протока составила 285 мл/ч,то есть время полного обновления раствора в рабочем объеме произошло в течение 3,5 ч. При этом содержание трехвалентного железа в растворе,вышедшем из биореактора, составило 2,7-2,9 г/л,двухвалентного железа - 0-0,3 г/л,490-555 мВ. Пример 2 Сульфид окисляющая активность консорциума оценивалась на перколяционных колоннах. Результаты многоэлементного химического анализа представлены в таблице 1, фазового анализа на формы нахождения меди в таблице 2 и фазового анализа на формы нахождения железа в таблице 3. Таблица 1 Результаты многоэлементного химического анализа медной руды Результаты химического фазового анализа на формы нахождения меди в руде Содержание,Формы нахождения меди Кислородсодержащие соединения (малахит, хризоколла и др.) Вторичные сульфиды (ковеллин, халькозин и др.) Первичные сульфиды (халькопирит) Суммарное содержание Результаты химического фазового анализа на формы нахождения железа в руде Содержание,Кислородсодержащие соединения (гематит, гидрооксилы железа,сидерит и др.) Сульфидые формы (пирит, пирротин, борнит и др.) Суммарное содержание В три перколяционные колонны высотой 3 м и диаметром 0,25 м поместили руду. В первую колонну циркулировали сернокислотным раствором с концентрацией 8 г/л. Вторую колонну орошали сернокислым раствором с концентрацией 8 г/л,регенерацию окисного железа осуществляли пероксидом водорода. Третью колонну орошали бактериально-химическим раствором, регенерацию,концентрацией серной кислоты 8 г/л и 3 3 г/л. Подачу растворов осуществляли через перистальтические насосы. Плотность орошения составляла 6 дм 3/м 2 час. Результаты выщелачивания меди представлены на фиг.1. Как видно из фиг.1 уже в начале эксперимента при бактериальном выщелачивании концентрация меди в продуктивном растворе больше чем при сернокислотном. По истечении 90 дней эксперимент был остановлен. Опыт наглядно демонстрирует корпоративность реакций лежащих в основе выщелачивания меди из сульфидных руд. Большой вклад в полноту и кинетику процесса вносит прямой механизм выщелачивания, что отчтливо видно при сопоставлении профилей выщелачивания колонн 2 и 3. Использование только трех валентного железа приводит к 60-65 извлечению, тогда как дополнительное применение консорциума микроорганизмов повышает извлечение на 10. Таким образом,выщелачивание медных сульфидных руд является сопряженным бактериально-химическим процессом. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ кучного бактериально-химического выщелачивания меди из сульфидных руд,включающий микробиологическую регенерацию трехвалентного железа в циркулирующих растворах консорциумом микроорганизмов иммобилизованных на твердом носителе,отличающийся тем, что в качестве посевного материала используют консорциум микроорганизмов (-8,,-22,23 и-12) в количестве 10 от общего объема биореактора,водородный показатель выщелачивающего раствора 1,4-1,6 (концентрация серной кислоты 6-12 г/л),выщелачивание проводят в течение 90 дней.