CC BY
29
© A.B. Киореску, В.О. Мусихин, A.C. Хомченкова, 2016
УДК 550.72
А.В. Киореску, В.О. Мусихин, A.C. Хомченкова
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРОТОЧНОГО БАКТЕРИАЛЬНО-ХИМИЧЕСКОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ СУЛЬФИДНЫХ МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ РУД МЕСТОРОЖДЕНИЯ ШАНУЧ (КАМЧАТКА)
Получены экспериментальные данные о бактериально-химическом выщелачивании (БХВ) никеля, меди, кобальта в проточном режиме. Зафиксировано увеличение показателя извлечения никеля и кобальта при сниженной скорости протока (по сравнению с предыдущим экспериментом) [3]. Зависимости извлечения меди от скорости протока не обнаружено.
Ключевые слова: никель, медь, кобальт, извлечение металлов, бактериально-химическое выщелачивание, сульфидные руды, биотехнология.
Переработка различных руд с использованием БХВ является перспективным направлением гидрометаллургии, т.к. данная технология признана экономически выгодной и экологически безопасной. На сегодняшний день актуальным направлением является поиск способов интенсификации процессов БХВ, который позволит снизить себестоимость получаемых металлов, а также расширить сырьевую базу (использование бедных руд, отходов горнодобывающей промышленности и проч.).
Проточное БХВ обладает существенным преимуществом перед выщелачиванием в периодическом режиме - непрерывность процесса позволяет обеспечить более эффективный контроль изменения основных параметров.
Материалы и методы
Руда. В работе использовали образцы сульфидных руд медно-никелевого месторождения Шануч, с содержанием 6090 % рудных минералов, где основной минерал - пирротин (60-75 %), менее выражены пентландит (20-25 %), виоларит (до 10 %), ограничено представлены халькопирит (до 5 %), пирит (3-5 %). Исходное содержание металлов в образцах показано в табл. 1. Степень измельчения руды < 100 мкм.
Таблица 1
Исходные концентрации металлов в образцах руды
Шифр пробы N1, % Си, % Со, %
ИР-5/1 4,20 0,63 0,114
ИР-6 6,26 0,99 0,174
ИР-6/1 3,90 0,75 0,107
ИР-6/2 3,58 0,64 0,095
ИР-6/3 3,96 0,70 0,107
ИР-6/4 3,93 0,61 0,102
Бактериальная культура. В качестве биологического компонента процесса использовали автохтонную мезофильную микробную ассоциацию, выделенную авторами [2] из зоны окисления месторождения Шануч. По данным ПЦР-диагностики, в состав ассоциации входили АабНЫоЬасШиз {еттоохбапв, А. Шоох}6апв, БиИоЬасШт ер.
Лабораторная установка (ЛУ) проточного типа. ЛУ проточного типа для БХВ сульфидных руд [2] позволяла моделировать промышленные процессы непрерывного чанового биовыщелачивания.
ЛУ представляла собой каскад четырех последовательно соединенных биореакторов (ферментеров), объемом 4,5 л каждый. Подача пульпы из контактного чана в первый ферментер осуществлялась перистальтическим насосом, подключенным через программируемый таймер. Перемещение пульпы по каскаду реакторов происходило самотеком. Во всех реакторах обеспечивалось механическое перемешивание пульпы мотор-редукторами со скоростью 90 об./мин. Для аэрации раствора использовался воздушный компрессор. С помощью терморегуляторов поддерживалась постоянная температура пульпы 31±1°С.
Эксперимент. Протяженность эксперимента во времени составляла 96 суток. Все реакторы, включая контактный чан, были заполнены продуктивным раствором, наработанным в предыдущем эксперименте [3]. Ежесуточно добавлялась свежая порция руды (377 г) и питательной среды 9К (1884 мл). Объем смеси в контактном чане был равен 9000 мл, объем в каждом реакторе составлял 3360 мл. Скорость подачи пульпы из контактного чана в каскад реакторов составляла 20,3 мл/мин и
осуществлялась периодично - каждые 3 часа равными порциями, в сумме составляющими 2000 мл за сутки. Отбор и анализ проб производился ежесуточно на протяжении всего эксперимента: определялись значения параметров рН, БЬ, концентрация клеток микроорганизмов, соотношение твердой и жидкой фаз, плотность пульпы, плотность жидкой фазы пульпы, концентрации в ней ионов никеля, меди, кобальта, железа. Извлечение металлов из руды вычисляли как процентное отношение массы металла, перешедшего в раствор, к общей массе металла, содержащегося в пробе пульпы.
Результаты и их обсуждение
На рис. 1-3 представлены графики изменения концентрации целевых металлов в жидкой фазе пульпы.
При скорости протока пульпы 2 л/сут., установленной в данном эксперименте, средняя концентрация N1 в жидкой фазе увеличилась примерно на 63 %, а концентрации Си и Со увеличились на 64 % и 61 % соответственно, по сравнению с предыдущим исследованием [3], где выщелачивание проходило при скорости протока пульпы равной 2,7 л/сут. (табл. 2).
Из табл. 3 видно, что при снижении скорости протока, показатель извлечения никеля и кобальта увеличился на 25 % и 28 % соответственно. Показатель извлечения меди остался на прежнем уровне, из чего следует отсутствие зависимости извлечения этого металла от скорости протока.
<>? 00 е 8200 ^ 7200
0 10 20 )0 40 50 Г.О 70 80 90 100
Время, сутки
Рис 1. Изменение концентрации никеля в жидкой фазе пульпы контактного чана и реакторов установки
Рис. 2. Изменение концентрации кобальта в жидкой фазе пульпы контактного чана и реакторов установки
Рис. 3. Изменение концентрации меди в жидкой фазе пульпы контактного чана и реакторов установки
Таблица 2
Средняя концентрация металлов в жидкой фазе
|ротока, л/сут Средняя концентрация металлов в жидкой фазе
К 1Р 2Р 3Р 4Р
5 № Со Си № Со Си № Со Си № Со Си № Со Си
2 715 15,4 110 1319 29,5 257 2386 58,2 339 3343 81,5 385 4354 109 398
2,7 442 9,5 77 770 17,3 174 1481 32,4 201 2188 52,1 235 2972 72,7 254
Таблица 3
Сравнительная таблица показателей извлечения целевых металлов при разных скоростях протока
V протока, л/сут. Среднее извлечение, %
№ Со Си
2 39,62 37,62 19,04
2,7 31,63 29,32 19,49
Таблица 4
Коэффициенты корреляции между показателем извлечения никеля и количеством металла, перешедшего в раствор
Реактор Извлечение : т(№)р-р, г Извлечение : т(№)кек, г
К 0,95 -0,63
1Р 0,92 -0,86
2Р 0,73 -0.93
3Р 0,62 -0.94
4Р 0,34 -0.86
Статистический анализ показал: снижение коэффициента корреляции (от контактного чана к 4-му) между показателем извлечения никеля и количеством металла, перешедшего в раствор, говорит о том, что бактерии, участвующие в процессе выщелачивания, при данных условиях способны восстановить лишь определенное количество металла (табл. 4). Увеличение процентного содержания никеля в пробе не приводит к увеличению количества металла в жидкой фазе пульпы. Поэтому при переработке бедной руды процентные показатели извлечения выше, чем при выщелачивании богатой руды.
Заключение
В ходе эксперимента установлено, что при сниженной скорости протока пульпы по системе ферментеров (2 л/сутки) процентный показатель извлечения никеля и кобальта выше (39,62 % и 37,65 %), чем в предыдущем эксперименте (скорость протока 2,7 л/сутки). Однако извлечение меди не зависело от скорости протока и осталось на прежнем уровне
(«19 %).
Выявлено, что вне зависимости от изначальной концентрации металлов в образцах исследуемой руды (пробах бедной и
богатой руды), выщелачивающее бактериальное сообщество способно восстанавливать только определенное количество металла, это указывает на целесообразность применения метода БХВ для переработки бедных руд или отходов горнодобывающей промышленности.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Каравайко Г.И., Росси Дж., Агате А., Грудев С., Авакян З.А. Био-геотехнология металлов, практическое руководство. М., 1989.
2. Балыков А.А., Трухин Ю.П. Исследования бактериально-химического выщелачивания сульфидной медно-никелевой руды в проточном режиме // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2014. Отдельный выпуск 2, С. 290-299.
3. Киореску А.В., Мусихин В.О., Хомченкова А.С., Балыков А.А. Исследование чанового бактериально-химического выщелачивания сульфидных медно-никелевых руд месторождения Шануч (Камчатка) в проточном режиме // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015. Специальный выпуск 63, С. 360-365.
4. Хайнасова Т.С., Кунгурова В.Е., Позолотина П.А., Балыков А.А., Певенец О.О. Биовыщелачивание сульфидной кобальт-медно-никелевой руды месторождения Шануч различными культурами аборигенных микроорганизмов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015. Специальный выпуск 63, С. 297-334.
5. Ёевенец О.О., Балыков A.A., Яковишина О.А. Бактериальное выщелачивание сульфидной кобальт-медно-никелевой руды месторождения Шануч в мезофильных условиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2013. №10, С. 89-93.
6. Хомченкова А. С. Микробиологические аспекты бактериально-химического выщелачивания сульфидных руд // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015. Специальный выпуск 63, С. 371-377
7. Хайнасова Т.С., Трухин Ю.П. Прикрепление микроорганизмов в ходе биовыщелачивания сульфидной кобальт-медно-никелевой руды // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015. Специальный выпуск 63, С. 285-290.
8. Хайнасова Т.С., Певенец О.О., Кузякина Т.Н., Мурадов С.В., Балыков А.А. Состояние и перспективы развития технологии бактериально-химического выщелачивания металлов из сульфидных руд на Камчатке // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009. Отдельный выпуск 4, С. 306-310. НЗШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Киореску А.В. - младший научный сотрудник, [email protected], Мусихин В.О. - младший научный сотрудник лаборатории, [email protected],
Хомченкова A.C. - младший научный сотрудник, [email protected], Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения Российской академии наук.
UDC 550.72
STASY OF FLOWING MODE BACTERIAL-CHEMICAL LEACHING OF THE SULFIDE COPPER-NICKEL ORES FROM SHANUCH FIELD (KAMCHATKA)
Kioresku A.V. - junior scientist, [email protected], Research Geotechnological Center, Far Eastern Branch of Russian academy of Science, Russia,
Musikhin V.O. - junior scientist, [email protected], Research Geotechnological Center, Far Eastern Branch of Russian academy of Science, Russia,
Khomchenkova A.S. - junior scientist, [email protected], Research Geotechnological Center, Far Eastern Branch of Russian academy of Science, Russia.
Experimental data on bacterial-chemical leaching (BCL), nickel, copper and cobalt in the flowing mode. Recorded increase in the recovery of nickel and cobalt at a reduced flow rate (compared to the previous experiment). It is found that the percentage recovery of copper from the ore is not dependent on flow rate.
Key words: nickel, copper, cobalt, extraction of metals, bacterial-chemical leaching, sulfide ores, biotechnology. REFERENCES
1. Karavajko G.I., Rossi Dzh., Agate A., Grudev S., Avakyan Z.A. Biogeotekhnologiya metallov, prakticheskoe rukovodstvo (Biogeotechnology metals, a practical guide). Moscow,
2. Balykov A.A., Truhin Yu.P. Issledovaniya bakterial'no-himicheskogo vyshchelachi-vaniya sul'fidnoj medno-nikelevoj rudy v protochnom rezhime (Study of bacterial-chemical leaching of sulfide copper-Nickel ore in flow-through mode) // Gornyj informacionno-analiticheskij byulleten'. 2014. Otdel'nyj vypusk 2, pp. 290-299.
3. Kioresku A.V., Musihin V.O., Khomchenkova A.S., Balykov A.A. Issledovanie chanovogo bakterialno-himicheskogo vyshchelachivaniya sulfidnyh medno-nikelevyh rud mestorozhdeniya Shanuch (Kamchatka) v protochnom rezhime (Study heaps bacterial-chemical leaching of sulfide copper-Nickel ore deposits chanoch (Kamchatka) in flow-through mode) // Gornyj informacionno-analiticheskij byulleten'. 2015. Specialnyj vypusk 63, pp. 360-365.
4. Khainasova T.S., Kungurova V.E., Pozolotina L.A., Balykov A.A., Levenets O.O. Biovyshchelachivanie sulfidnoj kobalt-medno-nikelevoj rudy mestorozhdeniya Shanuch razlichnymi kulturami aborigennyh mikroorganizmov (Bioleaching of sulphide cobalt-copper-Nickel ore deposits Sanus various aboriginal cultures of microorganisms) // Gornyj informacionno-analiticheskij byulleten. 2015. Specialnyj vypusk 63, pp. 297-334.
1989.
5. Levenets O.O., Balykov A.A., Yakovishina O.A. Bakterialnoe vyshche-lachivanie sulfidnoj kobalt-medno-nikelevoj rudy mestorozhdeniya Shanuch v mezofilnyh usloviyah (Bacterial leaching of sulphide cobalt-copper-Nickel ore deposits chanoch under mesophilic conditions) // Gornyj informacionno-analiticheskij byulleten. 2013. No 10, pp. 89-93.
6. Homchenkova A.S. Mikrobiologicheskie aspekty bakterialno-himicheskogo vyshchelachivaniya sulfidnyh rud (Microbiological aspects of bacterial-chemical leaching of sulfide ores) // Gornyj informacionno-analiticheskij byulleten. 2015. Specialnyj vypusk 63, pp. 371-377.
7. Khainasova T.S., Truhin Yu.P. Prikreplenie mikroorganizmov v hode biovyshchelachivaniya sulfidnoj kobalt-medno-nikelevoj rudy (Attachment of microorganisms during the bioleaching of sulphide cobalt-copper-Nickel ores) // Gornyj informacionno-analiticheskij byulleten. 2015. Specialnyj vypusk 63, pp. 285-290.
8. Khainasova T.S., Levenets O.O., Kuzyakina T.I., Muradov S.V., Balykov A.A. Sostoyanie i perspektivy razvitiya tekhnologii bakterialno-himicheskogo vyshchelachivaniya metallov iz sulfidnyh rud na Kamchatke (Status and prospects of technology development of bacterial-chemical leaching of metals from sulfide ores in Kamchatka) // Gornyj informacionno-analiticheskij byulleten. 2009. Otdelnyj vypusk 4, pp. 306-310.
