CC BY
30
- © О.О. Левенец, Ю.П. Трухин, 2014
УДК 66.061.34 + 579.66
О.О. Левенец, Ю.П. Трухин
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА НА БИОВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ СУЛЬФИДНОЙ КОБАЛЬТ-МЕДНО-НИКЕЛЕВОЙ РУДЫ
Приведены результаты исследования бактериально-химического выщелачивания сульфидной кобальт-медно-никелевой руды месторождения Шануч (Камчатка) в периодическом режиме при различных температурах: комнатной, 30 °С, 45 °С. Наивысшие показатели извлечения металлов достигнуты при 45 °С. Установлено, что динамика извлечения каждого из металлов существенно не изменяется в зависимости от температуры.
Ключевые слова: бактериально-химическое выщелачивание, биовыщелачивание, сульфидная руда, никель, медь, кобальт, хемолитотрофные микроорганизмы.
Традиционная переработка сульфидных руд, содержащих никель, медь, кобальт, обычно включает этапы флотации и высокотемпературной обработки полученных концентратов. Разработка новых технологий направлена на снижение капитальных затрат и повышение экологической безопасности гидрометаллургических процессов. Одной из таких альтернативных технологий является бактериально-химическое выщелачивание (биовыщелачивание), основанное на окислительно-восстановительных процессах, протекающих в пульпе под воздействием хемолитотрофных микроорганизмов. Одной из трудно поддающихся традиционной переработке разновидностей никельсодержащих сульфидных руд является сульфидная руда, состоящая, главным образом, из пирротина(Ре1-хБ), тесно ассоциированного с вкраплениями пентландита [(Ре,Н1)9Б8].
Исследования выщелачивания никельсодержащих сульфидов проводятся в широком температурном диапазоне [4, 5]. В работе [7] приводятся следующие данные по извлечению никеля из сульфидов при разных температурах с помощью хемолито-
трофных микроорганизмов: 40% при 30 °С (17% в абиотическом контроле), 45% при 45 °С (30% в абиотическом контроле), 90% при 60 °С (75% в абиотическом контроле).
В настоящей работе исследовано бактериально-химическое выщелачивание сульфидной кобальт-медно-ни-келевой руды месторождения Шануч (Камчатка) с целью определения динамики извлечения целевых металлов и выявления оптимальной температуры выщелачивания данной руды в условиях перемешивающего реактора.
Материалы и методы
Руда. Использована сульфидная кобальт-медно-никелевая руда месторождения Шануч (Камчатка). Содержание рудных минералов - 60-65%, из которых 85-90% - пирротин, 5-6% - пентландит, 2-5% - халькопирит, 0,2-0,5% - виоларит. Содержание металлов: N1 - 3,14%, Си -0,55%, Со - 0,10%. Степень измельчения 100% <100 мкм.
Микроорганизмы. В качестве ино-кулята использована автохтонная мезофильная ассоциация хемолито-трофных микроорганизмов, выделенная из зоны окисления месторождения
Шануч, состоящая из Acidithiobacillus ferrooxidans, Sulfobacillus spp. (по данным ПЦР-анализа).
Аналитические методы. Количество бактериальных клеток в жидкой фазе пульпы во всех экспериментах определяли прямым подсчетом в микроскопе с фазово-контрастной насадкой (МИ-КРОМЕД 3 вар. 3-20, Россия-Китай). Величины рН и Eh (окислительно-восстановительный потенциал) измеряли с помощью портативного мультимо-нитора рН и Eh PH-099-KL (Kelilong Electron Co., Ltd, Китай). Концентрацию ионов Fe3+ и Fe2+ в жидкой фазе пульпы определяли методом комплек-сонометрического титрования три-лоном Б [3]. Определение никеля, кобальта и меди в жидкой и твердой фазах осуществляли атомно-абсорб-ционным методом при помощи атом-но-абсорбционного спектрофотометра 6300 Shimadzu (Япония).
Условия эксперимента. Эксперимент проводили в реакторах с механической мешалкой («120 об/мин) при плотности пульпы Т:Ж 1:5, соотношении культуры и свежей питательной среды Сильвермана-Люндгрена 9К [1] без железа 1:4 и трех температурах: комнатной, 30 °С, 45 °С.
Результаты и обсуждение
Бактерии сохраняются в пульпе даже при 45 °С (107 клеток в 1 мл), хотя и в гораздо меньшем количестве, чем в мезофиль-ных условиях (109 клеток в 1 мл). При комнатной температуре и при 30 °С развитие биомассы происходит практически одинаково, без выраженной 1ад-фазы, т.к. микробная культура предварительно была адаптирована к условиям
выщелачивания путем культивирования в перемешивающем реакторе с добавлением в качестве источника энергии той же сульфидной кобальт-медно-никелевой руды, что использовалась в эксперименте по бактериально-химическому выщелачиванию. Активный прирост бактерий в ме-зофильных условиях наблюдается в первые 9 суток.
При комнатной температуре и 30 °С из руды извлекается железо (10-12 г/л), его полное окисление бактериями происходит в период с 8-х по 16-е сутки (рис. 1). При 45 °С концентрация железа в пульпе низкая на протяжении всего эксперимента (2-3 г/л), при этом тоже происходит его полное окисление, но только к 20-м суткам. Таким образом, при повышении температуры снижается роль микроорганизмов и участие ионов окисного железа в разрушении сульфидов, т.е. возрастает роль химического выщелачивания.
Извлечение никеля, меди и кобальта при различных температурах в виде функции от времени отображено на рис. 2. Максимальное извлече-
Рис. 1. Изменение концентрации трехвалентного и суммарного железа в процессе биовыщелачивания сульфидной руды при разных температурах: Ре3+
комнатная (1), Ре3+ 30 °С (2), Ре3+ 45 °С (3), Ре б комнатная (4), Реобщ 30 °С (5), Реоб„ 45 °С (6)
Рис. 2. Извлечение никеля (а), меди (б) и кобальта (в) в раствор в процессе биовыщелачивания при разных температурах: комнатной (1), 30 °С (2), 45 °С (3)
ние металлов происходит при 45 °С. Особенно сильно повышение температуры влияет на извлечение меди, т.к. халькопирит в мезофильных ус-
ловиях плохо поддается выщелачиванию. При этом динамика извлечения каждого из металлов существенно не изменяется в зависимости от температуры. Максимальные скорости извлечения никеля и кобальта наблюдаются после 14 суток, в то время как медь переходит в раствор, главным образом, в первые 3-8 суток. Установлено, что в начале процесса биовыщелачивания (в среднем, до 7-х суток) извлечение металлов практически одинаково при комнатной температуре и при 30 °С.
По данным, представленным в работе [4], чем ниже температура выщелачивания, тем более высокий уровень рН следует поддерживать в пульпе. По всей видимости, это заключение справедливо в большей степени для бедных руд (в указанной работе приведены результаты выщелачивания руды с общим содержанием сульфидов около 2% и содержанием никеля 0,31%). При выщелачивании богатой руды, какая использовалась в настоящем исследовании, наблюдается противоположная картина: максимальному извлечению никеля при комнатной температуре соответствует значение рН 2,04, при 30 °С - 2,05, при 45 °С - 2,32.
Выводы
Таким образом, проведенные исследования позволили найти решение проблемы селективности извлечения металлов, заключающейся в том, что из сульфидных кобальт-медно-никеле-вых руд выщелачиваются, преимущественно, никель и кобальт; при этом концентрация меди в получаемом растворе ниже в несколько раз [6]. Выщелачивание данной руды целесообразно проводить при 45 °С. Также можно выщелачивать медь при 45 °С на начальном этапе, после чего направлять кек на довыщелачивание и извлечение никеля и кобальта в мезо-фильных условиях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Каравайко Г.И., Росси Дж., Агате А., Грудев С., Авакян З.А. Биогеотехнология металлов: практическое руководство. - М.: Центр международных проектов ГКНТ, 1989. - 375 с.
2. Левенец О.О. Исследование бактериального окисления сульфидной кобальт-мед-но-никелевой руды / Актуальные аспекты современной микробиологии: материалы VII молодежной школы-конференции с международным участием. Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН. - М.: МАКС Пресс, 2011. - С. 121-123.
3. Резников А.А., Муликовская Е.П., Соколов И.Ю. Методы анализа природных вод. - М.: Недра, 1970. - 480 с.
4. Cameron R.A., Lastra R., Mortazavi S., Gould W.D., Thibault Y., Bedard P.L., Morin L.,
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Kennedy K.J. Elevated-pH bioleaching of low-grade ultramafic nickel sulphide ore in stirred-tank reactors at 5 to 45 °C // Hydrometal-lurgy. - 2009. - V. 99. - P. 77-83.
5. Gericke M., Govender Y. Bioleaching strategies for the treatment of nickel-copper sulphide concentrates // Minerals Engineering. -2011. - V. 24. - P. 1106-1112.
6. Pogaku R., Kodali B. Optimization of bacterial oxidation process parameters for selective leaching of nickel by Thiobacillus fer-rooxidans // International Journal of Chemical Reactor Engineering. - 2006. - V. 4. - № 1. -P. 1307.
7. Watling H.R. The bioleaching of nickel-copper sulfides // Hydrometallurgy. - 2008. -V. 91. - P. 70-88. EES
Левенец Ольга Олеговна - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, e-mail: [email protected],
Трухин Юрий Петрович - доктор геолого-минералогических наук, профессор, зав. лабораторией, e-mail: [email protected],
Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения РАН.
UDC 66.061.34 + 579.66
THE INFLUENCE OF TEMPERATURE CONDITIONS ON BIOLEACHING OF SULFIDE COBALT-COPPER-NICKEL ORE
Levenets O.O., Candidate of Technical Sciences, Chief Researcher, e-mail: [email protected], Trukhin Yu.P., Doctor of Geological and Mineralogical Sciences, Professor, Head of Laboratory, e-mail: [email protected],
Scientific Research Geotechnological Centre, Far Eastern Brunch of Russian Academy of Sciences.
The results of bacterial-chemical leaching of sulfide cobalt-copper-nickel ore from Shanuch deposit (Kamchatka) in periodic mode under different temperatures (room temperature, 30 °C, 45 °C) are shown in this article. The highest amounts of metal extraction were achieved at temperature 45 °C. The research results showed also that the dynamics of each metal extraction doesn't change noticeably depending on temperature.
Key words: bacterial-chemical leaching, bioleaching, sulfide ore, nickel, copper, cobalt, chemolithotrophic microorganisms.
REFERENCES
1. Karavaiko G.I., Rossi Dzh., Agate A., Grudev S., Avakyan Z.A. Biogeotekhnologiya metallov: praktich-eskoe rukovodstvo (Biogeotechnology of metals: Practical guide), Moscow, Tsentr mezhdunarodnykh proektov GKNT, 1989, 375 p.
2. Levenets O.O. Aktual'nye aspekty sovremennoi mikrobiologii: materialy VII molodezhnoi shkoly-konferent-sii s mezhdunarodnym uchastiem. Institut mikrobiologii im. S.N. Vinogradskogo RAN (Actual Aspects of Modern Microbiology: Proceedings of VII Youth School-Conference with Foreign Partnership. Vinogradsky's Institute of Microbiology RAS), Moscow, MAKS Press, 2011, pp. 121-123.
3. Reznikov A.A., Mulikovskaya E.P., Sokolov I.Yu. Metody analiza prirodnykh vod (Analytical methods for natural water), Moscow, Nedra, 1970, 480 p.
4. Cameron R.A., Lastra R., Mortazavi S., Gould W.D., Thibault Y., Bedard P.L., Morin L., Kennedy K.J. Hydrometallurgy. 2009. V. 99. P. 77-83.
5. Gericke M., Govender Y. Minerals Engineering. 2011. V. 24. P. 1106-1112.
6. Pogaku R., Kodali B. International Journal of Chemical Reactor Engineering. 2006. V. 4. № 1. P. 1307.
7. Watling H.R. Hydrometallurgy. 2008. V. 91. P. 70-88.
