Кожанбердинов А.Н., Утешева О.А., Хорошева Н.А.

Восточно-Казахстанский государственный технический

университет им. Д.Серикбаева

УСЛОВИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КОНТРОЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ЧАНОВОГО БАКТЕРИАЛЬНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ

Извлечение металлов из сульфидных руд и концентратов основано на деятельности хемолитотрофных бактерий, которые переводят нерастворимые сульфиды металлов в растворимые сульфаты металлов. Как и многие биотехнологические процессы, этот метод использовали с доисторических времен. Греки и римляне более 2000 лет назад извлекали медь из кислых растворов месторождений методом "цементации" ^CuSО4 + Fe°→Cu⁰ +FeSO₄.

Тогда не знали, что это микроорганизмы обеспечивали перевод металлов из сульфидов руды в раствор

MS + 2O₂ → MSO₄,

где М — двухвалентный металл.

С середины прошлого века стало известно, что растворы в рудных месторождениях обогащаются металлами, главным образом благодаря бактериям. Процесс перевода металлов в раствор под воздействием микроорганизмов называют биовыщелачиванием. Он происходит в природе везде, где создаются подходящие условия для роста и деятельности хемоавтотрофных микроорганизмов — сульфидные руды, наличие кислорода воздуха и влага.

В настоящее время биовыщелачивание используют для извлечения меди, урана и золота. При этом применяют в основном такие способы, как подземное, кучное и чановое выщелачивание.

Подземное и кучное бактериальное выщелачивание – это медленно протекающие процессы с продолжительностью цикла от 2-3 до 5-7 лет. Целесообразность проведения этих процессов заключается в использовании природного сырья с низким содержанием ценных компонентов, но значительных по своим объемам.

В отличие от подземного и кучного методов выщелачивания, эффективность которых сильно зависит от внешних факторов окружающей среды (низкие температуры при подземном выщелачивании, сезонные перепады температур при кучном выщелачивании, инерционность управления физико-химическими параметрами процесса: рН и насыщенность растворов О₂), чановое выщелачивание проходит в полностью управляемых условиях, что делает процесс наиболее привлекательным перед другими способами переработки упорных концентратов. К преимуществам метода относятся низкая (почти комнатная) температура процесса, отсутствие вредных выбросов в атмосферу, полный водооборот, возобновляемость "живого катализатора", связанная с размножением бактерий в процессе окисления сульфидов, продолжительность чанового выщелачивания кучи не превышает нескольких десятков часов. Применение метода для тонкоизмельченных продуктов, значительно интенсифицирует процесс бактериального окисления и разрушения сульфидных минералов. Создавая определенные условия при чановом биовыщелачивании, можно достичь высокой селективности при извлечении ценных компонентов из комплексных и сложных продуктов.

Метод биологического окисления успешно применяется на Суздальском металлургическом комплексе (г. Семей Восточно-Казахстанской области) для переработки сульфидных руд Суздальского золоторудного месторождения, с целью извлечения золота из пирита и арсенопирита. Применение биовыщелачивания вызвано тем, что золото в данных минералах находится в виде субмикроскопических зерен, что исключает проведение прямого цианирования концентрата, а для высвобождения частиц золота, необходимо вскрыть матрицу сульфидных минералов. В процессе биовыщелачивания используется натуральная бактериальная популяция, которая включает Thiobacillus ferrooxidans, Thiobacillus thiooxidans и Leptospirillum ferrooxidans. Бактериальная культура, используемая на заводе Суздаль, адаптирована к высокому содержанию мышьяка. Бактерии безопасны для здоровья, получают энергию для роста при окислении двухвалентного железа в трехвалентное (в случае с Thiobacillus ferrooxidans и Leptospirillum ferrooxidans) и сульфида серы в сульфат (в случае с Thiobacillus ferrooxidans и Thiobacillus thiooxidans). Данные бактерии - аэробные, т.е. источником кислорода для окисления сульфидных минералов является воздух, а углекислый газ служит источником углерода и необходим для роста клеточной структуры бактерий.

Рисунок 1 – Микрофотоснимок бактерий Thiobacillus ferrooxidans

В связи с этим, важным вопросом является оптимизация условий в отделении биовыщелачивания, что непосредственно влияет на жизнеспособность и активность бактерий и, как следствие, на уровень окисления и воспроизводства. Контроль и регулирование процесса биовыщелачивания осуществляется главными контрольными параметрами: температурой пульпы, уровнем рН, концентрацией растворенного кислорода, уровнем преобразования двухвалентного железа в трехвалентное железо, т.е. степенью окисления, редокс-потенциалом, коэффициентом поглощения кислорода (КПК), уровнем питания сульфидной серы.

Наибольший интерес для чанового бактериального выщелачивания представляют руды золотодобывающей промышленности. В России и за рубежом все шире вовлекаются в переработку упорные мышьяксодержащие руды. Золото в них тонко вкраплено в арсенопирит и пирит, что представляет повышенную трудность для переработки.

Изыскание возможностей интенсификации процесса чанового бактериального выщелачивания позволит увеличить его конкурентную способность среди альтернативных методик.