CC BY
37
--© A.B. Киореску, B.O. Мусихин,
A.C. Хомченкова, A.A. Балыков, 2015
УДК 66.061.34 + 579.66
А.В. Киореску, В.О. Мусихин, А.С. Хомченкова, A.A. Балыков
ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАНОВОГО БАКТЕРИАЛЬНО-ХИМИЧЕСКОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ СУЛЬФИДНЫХ МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ РУД МЕСТОРОЖДЕНИЯ ШАНУЧ (КАМЧАТКА) В ПРОТОЧНОМ РЕЖИМЕ
Проведено исследование процесса чанового бактериально-химического выщелачивания никеля, меди и кобальта в проточном режиме из сульфидных руд месторождения Шануч Камчатской никеленосной провинции. Был определен минимальный временной промежуток выхода работы установки на стабильный уровень извлечения целевых компонентов.
Ключевые слова: бактериально-химическое выщелачивание, сульфидные руды, никель, медь, кобальт, извлечение металлов, сообщество микроорганизмов, биореактор, биотехнология.
В последние десятилетия чановое бктериально-хими-ческое выщелачивание (БХВ) приобретает широкое применение для получения ценных компонентов из руд, отходов горнодобывающего производства, сточных вод и т.п. [1]. Данный метод используется промышленными компаниями разных стран, т.к. является экономически выгодным и экологически безопасным. БХВ в каскаде реакторов при проточном режиме имеет ряд преимуществ перед периодическим выщелачиванием. Непрерывность процесса позволяет более эффективно контролировать изменение основных параметров работы каскада реакторов и обеспечивать лучшую гомогенизацию пульпы по сравнению с периодическим режимом [2].
Материалы и методы
Рула
В работе использованы сульфидные руды медно-никеле-вого месторождения Шануч с содержанием 60-65 % сульфидных минералов, из которых 85-90 % составляет пирротин, 56 % - пентландит, 2-5 % - халькопирит, 0,2-0,5 % - виоларит. Исходные концентрации металлов в образцах представлены в табл. 1. Степень измельчения руды < 100 мкм.
Таблица 1
Исходные концентрации металлов в образцах руды
Шифр пробы N1, % Си, % Со, %
ИР-5 4,52 0,68 0,110
ИР-5/1 4,20 0,63 0,114
Бактериальная культура
В исследовании использована автохтонная мезофильная микробная ассоциация, выделенная [2] из зоны окисления месторождения Шануч. По данным ПЦР-диагностики, в состав ассоциации входят: Ас1Л1ЬюЬасШиз ¡етгоох1бапз, А. Шоох}6ат, БиИоЬасШиз ер.
Лабораторная установка проточного типа
Лабораторная установка проточного типа для БХВ сульфидных руд [2] позволяет моделировать промышленные процессы непрерывного чанового биовыщелачивания.
Установка состоит из контактного чана рабочим объемом 9 л, каскада четырех последовательно соединенных биореакторов (ферментеров) рабочим объемом 4,5 л каждый и приемной емкости для сбора окончательного продукта. Контактный чан используется для подготовки пульпы. В нем и ферментерах обеспечивается механическое перемешивание пульпы мотор-редукторами со скоростью 90-100 об/мин. В ферментеры через воздуховоды подается воздух для аэрации пульпы: с помощью терморегуляторов поддерживается ее постоянная температура 30±1°С, оптимальная для используемой мезофильной ассоциации бактерий. Подача пульпы из контактного чана в первый ферментер осуществляется перистальтическим насосом, подключенным через программируемый таймер, позволяющий устанавливать до 8 интервалов работы насоса в сутки. Перемещение пульпы из первого ферментера в последующие происходит самотеком.
Эксперимент
В пустой контактный чан было загружено 1695 г измельченной руды (< 100 мкм) и добавлено 8475 г минеральной среды Сильвермана-Люндгрена (9К) без железа, с рН = 2,3. Перемешивание осуществлялось с той же скоростью -90 об/мин. Температура комнатная, ~ 22,5 °С.
Все ферментеры были заполнены смесью пульпы и бактериальной культурой, наработанной в предыдущем эксперименте.
Объем смеси в каждом реакторе составлял 3360 л. Перемешивание осуществлялось со скоростью 90 об/мин при постоянной температуре 30±1°С, и продувке воздухом - 2 л/мин. Соотношение твердой фазы пульпы к жидкой составило ~ 1:5 по массе. В таком режиме реактор функционировал 40 суток. Ежесуточно определялись рН, БЬ, концентрация клеток микроорганизмов в 1 мл, соотношение твердой и жидкой фаз пульпы, ее плотность, плотность жидкой фазы пульпы, концентрация в ней ионов никеля, меди, кобальта, железа. Извлечение металлов из руды вычислялось как процентное отношение массы металла, перешедшего в раствор, к общей массе металла, содержащегося в пробе пульпы.
Пульпа из контактного чана, при помощи перистальтического насоса, подавалась в функционирующий ферментер, который занимал 1-е место в каскаде из 4 ферментеров. 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 2700 мл за сутки. Отбор и анализ проб производился ежесуточно на протяжении всего эксперимента.
Результаты и их обсуждение
На рис. 1-3 представлены результаты проведенного эксперимента (графики изменения концентрации целевых металлов в жидкой фазе пульпы).
0 ПО 30 40 ьи
с Гуткзв
Рис. 1. Изменение концентрации никеля в жилкой фазе пульпы контактного чана и реакторов установки
Рис. 2. Изменение концентрации меди в жидкой фазе пульпы контактного чана и реакторов установки
Рис. 3. Изменение концентрации кобальта в жидкой фазе пульпы контактного чана и реакторов установки
По представленным результатам видно, что извлечение металлов (N1, Со) при скорости протока пульпы 2,7 л/сут (что соответствует 10 суткам нахождения пульпы в системе реакторов), достигло стабильных показателей к 28-ым суткам. Однако в ходе эксперимента не было достигнуто стабильных результатов извлечения меди.
Таблица 2
Результаты вычисления извлечения целевых металлов в процессе БХВ
Сутки Ni, % Cu, % Co,%
16 42,87 36,86 41,92
26 36,59 22,08 36,06
31 46,45 20,8 43,23
Извлечение металлов из руды вычисляли как процентное отношение массы металла, перешедшего в раствор к обшей массе металла, содержашегося в пробе пульпы. Результаты вычислений представлены в табл. 2.
Выводы
Результаты исследований позволяют заключить, что извлечение никеля, меди, кобальта выходит на уверенное плато к 28 суткам. Необходимо дальнейшее совершенствование оборудования экспериментальной установки системой стабилизации в пульпе компонентов питательной среды, конденсации и возврата в реакторы испарений жидкой фазы пульпы, которые могут оказать положительное влияние на кинетику БХВ и повышение степени извлечения металлов [2].
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Каравайко Г.И., Росси Дж., Агате А., Грудев С., Авакян З.А. Биогео-технология металлов, практическое руководство. М., 1989
2. Балыков А.А., Трухни Ю.П. Исследования бактериально-химического вышелачивания сульфидной медно-никелевой руды в проточном режиме // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2014. Отдельный выпуск 2, С. 290-299. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Киореску Александр Вадимович - младший научный сотрудник, nigtc@kscnet.ru, Мусихин Вячеслав Олегович - младший научный сотрудник, nigtc@kscnet.ru, Хомчешова Анастасия Сергеевна - младший научный сотрудник, nigtc@kscnet.ru, Балыков Анатолий Анатольевич - научный сотрудник, nigtc@kscnet.ru, Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения Российской академии наук.
UDC 66.061.34 + 579.66
STUDY OF TANK BACTERIAL-CHEMICAL LEACHING OF THE SULFIDE COPPER-NICEL ORES FROM SHANUCH FIELD (KAMCHATKA) IN A FLOWING MODE
Kioresku A.V., junior scientist, nigtc@kscnet.ru, Research Geotechnological Center, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, Ruusia,
Musikhin V.O., junior scientist, nigtc@kscnet.ru, Research Geotechnological Center, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, Ruusia,
Khomchenkova A.S., junior scientist, nigtc@kscnet.ru, Research Geotechnological Center, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, Ruusia, Balykov A.A., research scientist, nigtc@kscnet.ru, Research Geotechnological Center, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, Ruusia.
A study of tank bacterial-chemical leaching of nickel, copper and cobalt in a flowing mode from sulfide ores of Kamchatka nickel-province (Shanuch field) was carried out. Minimum time interval for a stable level to extract target components was determined.
Key words: bacterial-chemical leaching, sulfide ores, nickel, copper, cobalt, metal extraction, microorganisms community, bioreactor, 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, 1989.
2. Balykov A.A., Truhin Yu.P. Issledovaniya bakterial'no-himicheskogo vyshchela-chivaniya 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
