Бактериальное выщелачивание сульфидной кобальт-медно-никелевой руды месторождения Шануч в мезофильных условиях Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

© О.О. Лсвснсп, A.A. Балыков, O.A. Яковишина, 2013

УДК 66.061.34 + 579.66

О.О. Певенец, А.А. Балыков, O.A. Яковишина

БАКТЕРИАЛЬНОЕ ВЫЩЕПАЧИВАНИЕ СУПЬФИДНОЙ КОБАПЬТ-МЕДНО-НИКЕПЕВОЙ РУДЫ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ШАНУЧ В МЕЗОФИПЬНЫХ УСЛОВИЯХ

Исследовано бактериальное выщелачивание сульфидной кобальт-медно-никелевой руды месторождения Шануч. Установлено, что в полунепрерывном режиме биовыщелачивания в мезофильных условиях достигается извлечение Ni - 69,1%, Со -69,2%, Си - 8,2%. Разработана технологическая схема переработки сульфидной руды.

Ключевые слова: бактериальное выщелачивание, биовыщелачивание, сульфидная кобальт-медно-никелевая руда.

Гидрометаллургические способы переработки рудного сырья получают все большее распространение в геотехнологии благодаря отсутствию газовых и пылевых выбросов. В частности, микробное выщелачивание сульфидных руд и концентратов было признано привлекательной альтернативой традиционным физическим и химическим методам благодаря сокращению потребления энергии, транспортных затрат и менее пагубному воздействию на окружающую среду (Han, 1998). Технология биовыщелачивания основывается на окислительно-восстановительных реакциях, протекающих с участием ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов, для которых рудные залежи, рудничные воды являются естественным местом обитания. Окисляя железо, серу и сульфиды, данные микроорганизмы способствуют разрушению минералов.

В Камчатском крае осуществляется разработка кобальт-медно-никелевого месторождения Шануч (Западная Камчатка), перспективной для дальнейшей разработки является и Кви-

нум-Кувалорогская рудная зона (Тру-хин и др., 2008). Применение инновационных, малоотходных биогеотех-нологических методов представляется наиболее рациональным путем развития горнодобывающей и перерабатывающей промышленности Камчатского края ввиду уникальности его экосистем. Актуальным является и исследование бактериально-химических технологий применительно к сульфидным медно-никелевым рудам с использованием автохтонных ассоциаций хемолитотрофных микроорганизмов.

Целью настоящего исследования являлась оценка перспективности использования и определение оптимального варианта бактериального выщелачивания для извлечения ценных компонентов из сульфидной ко-бальт-медно-никелевой руды месторождения Шануч.

Материалы и методы

Руда

В работе использованы образцы сульфидной кобальт-медно-никелевой руды месторождения Шануч. Содер-

жание рудных минералов - 60-65 %, из которых 85-90 % - пирротин, 5-6 % - пентландит, 2-5 % - халькопирит, 0,2-0,5 % - виоларит. Степень измельчения ~44 мкм. Содержание металлов в руде: N1 - 7,38 %, Со - 0,17 %, Си - 0,97 %.

Микроорганизмы В качестве инокулята использована автохтонная мезофильная микробная ассоциация, выделенная автором с коллегами из зоны окисления медно-никелевого месторождения Шануч, адаптированная к руде. По данным ПЦР-диагностики, в состав ассоциации входили Acidithiobacillus ferrooxi-dans, Sulfobacillus эр.

Условия экспериментов Исследования проводили в трех повторах в колбах Эрленмейера объемом 250 мл (объем пульпы = 150 мл) на качалке (=120 об/мин), в термостате при температуре 28±1 °С, плотности пульпы Т:Ж = 1:20. Пульпу не подкисляли.

В эксперименте 1 жидкая фаза пульпы состояла из инокулята и питательной среды 9К без железа (Кара-вайко и др., 1989) в соотношении 1:4.

В эксперименте 2 жидкая фаза пульпы состояла из бактериальной суспензии, содержащей ~9 г/л «биогенного» Ре3+, полученного путем окисления бактериями Ре2+.

В процессе бактериального выщелачивания руды в полунепрерывном режиме (эксперимент 3) жидкая фаза пульпы состояла из инокулята и питательной среды 9К без железа в соотношении 1:4. По истечении 10 суток Э жидкой фазы слили и залили такой же объем свежей питательной среды 9К без железа. Продолжали процесс еще в течение 10 суток.

Результаты и обсуждение Во всех экспериментах, кроме второго этапа полунепрерывного ре-

жима (эксперимента 3), в первые трое суток наблюдается 1ад-фаза развития бактериальной культуры, характеризующаяся следующим изменением параметров:

1) повышением рН раствора вследствие расходования ионов Н+ в реакциях окисления минералов (рис. 1, а);

2) снижением БЬ и количества клеток в жидкой фазе пульпы в результате прикрепления бактерий к руде и адаптации их к выщелачиваемому субстрату (рис. 1, б);

3) снижением концентрации Ре3+ в растворе в эксперименте 2 в результате его восстановления после взаимодействия с рудой (рис. 1, в).

С третьих суток начинается экспоненциальный рост бактериальной биомассы (рис. 1, г), активизирующей окислительно-восстановительные процессы в пульпе, что отражается в снижении рН в результате образования серной кислоты, повышении БЬ, увеличении концентрации Ре3+ в растворе. Однако в эксперименте 2 часть железа, изначально присутствующего в растворе, к шестым суткам выпадает в осадок.

После замены части жидкой фазы пульпы на свежую питательную среду второй этап бактериального выщелачивания в эксперименте 3 протекает без существенных колебаний основных параметров процесса при отсутствии выраженной 1ад-фазы развития бактериальной культуры, что подтверждает целесообразность обновления раствора питательных солей. Повышение концентрации Ре3+ в растворе в экспериментах без добавления в питательную среду железа незначительно (порядка 1-2 г/л).

Показано, что проведение бактериального выщелачивания руды в полунепрерывном режиме позволяет снизить потери металлов в результате

Время, сут

Время, сут

б

в г

Рис. 1. Изменение рН (а), окислительно-восстановительного потенциала (б), концентрации окисного железа (в), количества бактериальных клеток (г) в жидкой фазе пульпы в процессе биовышелачивания сульфидной кобальт-медно■ никелевой руды: 1 - эксперимент 1,2- эксперимент 2, 3.1 - первый этап эксперимента 3, З.П - второй этап эксперимента 3.

Таблица 1

Извлечение металлов в процессе бактериального выщелачивания руды

Эксперимент Продолжительность, сут N1 Со Си

извлечение, % потери*, % извлечение, % потери*, % извлечение, % потери*, %

1 14 52,7 1,5 46,2 7,4 6,8 14,0

2 14 47,3 12,2 46,2 5,3 5,5 11,0

3 20 69,1 - 69,2 - 8,2 7,1

Примечание. * - в результате переотложения в виде нерастворимых форм.

Среда 9К без Ре Руда

л I

Бактериальное окисление ( Ьтап)

Сульфидокисляющая микробная культура

Среда 9К без Ре

кек 3/4 жидкой фазы

1/4 жидкой фазы

л

Бактериальное окисление ( Нэтап)

На извлечение №, Со, Си

Остаток

раствор

На извлечение Щ Со, Си

Рис. 2. Технологическая схема бактериального выщелачивания сульфидной ко-бальт-медно-никелевой руды

переотложения в виде нерастворимых форм (табл. 1), т.к. при замене части жидкой фазы пульпы на свежую питательную среду удаляется часть продуктов окислительно-восстановительных реакций, которые впоследствии при взаимодействии с металлами могут образовывать нерастворимые соединения и пассивировать поверхность руды.

Таким образом, из трех исследованных способов бактериального выщелачивания сульфидной медно-никелевой руды наиболее эффективным является биовыщелачивание в полунепрерывном режиме.

На основании результатов исследования биовыщелачивания разрабо-

тана технологическая схема переработки сульфидной кобальт-медно-никелевой руды, изображенная на рис. 2.

Продолжительность биовыщелачивания на втором этапе можно сократить до 6 суток, т.к. к этому времени происходит выход извлечения никеля, кобальта и меди «на плато». Следовательно, общая продолжительность бактериального выщелачивания сульфидной медно-никелевой руды месторождения Шануч по схеме, представленной на рис. 2, составит 16 суток. За это время в раствор извлекается 65,3 % N1, 63,1 % Со, 8,2 % Си.

В табл. 2 приведено сравнение показателей извлечения никеля,

Таблица 2

Сравнительная характеристика способов биовыщелачивания никеля, кобальта и меди из сульфидных минералов и руд в мезофильныгх условиях

№ Источник Выщелачиваемый субстрат Условия Время, сут Извлечение, %

Ni Co Cu

1. Pogaku, Kodali, 2006 Си-^-№ концентрат 120 об/мин, рН 2,5, 30°С, Т:Ж = 1:10 20 ББ 64,3 У

2. Rodrigues et al., 2003 Халькопирит 150 об/мин, рН 1,7, 35°С, Т:Ж = 1:20 34 8

3. Mehta et al., 199У Медная руда из отвалов Без перемешивания, рН 2,0, 32°С, Т:Ж = 1:20 Б0-90 60% за УБ сут 80% за 90 сут 90% за Б0 сут

4. Левенец, Балыков, Яковишина Сульфидная ^-Си-№ руда Бактериальное выщелачивание в полунепрерывном режиме; 120 об/мин, рН 1,8, 28±1°С, Т:Ж = 1:20 20 69,1 69,2 8,2

16 6Б ,3 63 ,1 8, 2

кобальта и меди с помощью предлагаемого в настоящей работе биогео-технологического способа (№ 4) с известными результатами биовыщелачивания в мезофильных условиях (данные лабораторных исследований).

1. Каравайко Г.И. Биогеотехнология металлов: практическое руководство / Г.И. Каравайко, Дж. Росси, А. Агате, С. Грудев, З.А. Авакян. - М.: Центр международных проектов ГКНТ, 1989. - 375 с.

2. Трухин Ю.П. Камчатская никеле-носная провинция / Ю.П. Трухин, В.А. Степанов, М.Д. Сидоров // Доклады Академии наук. - 2008. - Т. 418. - № 6. - С. 802-805.

3. Han C.J. Physiological studies of extremely thermoacidophilic microorganisms under normal and stressed conditions : Dissertation for the Degree of Doctor of Phylosophy. -North Carolina State University. - 1998. -220 р.

Таким образом, предлагаемый в настоящей работе биогеотехнологиче-ский способ позволяет достигать более высоких показателей извлечения целевых металлов при меньшей продолжительности биовыщелачивания.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4. Mehta K.D. Bio-leaching of copper, nickel and cobalt from copper converter slag by Thiobacillus ferrooxidans / K.D. Mehta, B.D. Pandey, Premchand // NLM Technical Journal. - 1997. - V. 39. - № 2. - P. 59-70.

5. Pogaku R. Optimization of bacterial oxidation process parameters for selective leaching of nickel by Thiobacillus ferrooxidans / R. Pogaku, B. Kodali // International Journal of Chemical Reactor Engineering. - 2006. - V. 4. - № 1. - P. 1307.

6. Rodriguez Y. New information on the pyrite bioleaching mechanism at low and high temperature / Y. Rodriguez, A. Ballester, M.L. Blazquez, F. Gonzales, J.A. Munoz // Hydro-metallurgy. - 2003. - V. 71. - P. 37-46. S2S

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Левенец Ольга Олеговна - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, leveolga@yandex.ru,

Балыков Анатолий Анатольевич - научный сотрудник, ana-bio-z@yandex.ru, Яковишина Ольга Александровна - научный сотрудник, oyakovishina@yandex.ru, Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения Российской академии наук.