Биодобыча — метод извлечения минералов, который позволяет смягчить воздействие на окружающую среду, производимое традиционными горнодобывающими методами и технологиями. Кроме того, метод позволяет вовлечь в отработку руды, которые экономически нецелесообразно перерабатывать другими способами. Его важность, как альтернативы, возрастает ежедневно. На биодобычу уже приходится более 25 % мирового производства меди, расширяется ее применение для извлечения золота и других металлов.
Биологическая технология
Биодобыча — общий термин, описывающий обработку металлосодержащих руд и концентратов с помощью биологической (или микробиологической) технологии. Биодобыча выступает в качестве альтернативы более традиционным физико-химическим методам обработки минералов. Современная эра биовыщелачивания началась с открытия в середине 40-х годов бактерии Thiobacillus ferrooxidans (сейчас — Acidithiobacillus ferrooxidans) и его роли в процессе извлечения меди.
В 1958 году компания «Kennecott Mining» запатентовала использование Thiobacillus ferrooxidans для извлечения меди и применение биогидрометаллургической обработки для получения этого металла из низкосортных медных руд с месторождения «Bingham Canyon Mine» возле Солт-Лейк-Сити (Юта, США).
Сегодня биодобыча широко применяется по всему миру, увеличивая извлечение золота из руды и концентратов, в которых драгоценный металл блокирован сульфидными минералами. Этот метод позволяет извлекать медь из вторичных руд, а также на более ограниченной основе выщелачивать базовые металлы (помимо меди) из руд и концентратов.
Биодобыча коммерчески применяется с использованием трех различных инженерных методов: биовыщелачивания из отвалов, кучного биовыщелачивания/биооксидации и чанового биовыщелачивания/биооксидации минералов. Биовыщелачивание обычно относится к технологии биодобычи, применяемой для основных металлов, тогда как биооксидация минералов зачастую связана с золотоносными рудами и концентратами, которые с трудом поддаются обработке.
Биовыщелачивание из отвалов
Биовыщелачивание из отвалов в промышленных масштабах было впервые применено 50 лет назад и на сегодняшний день остается важным аспектом индустрии добычи меди.
На многих открытых карьерах можно найти огромное количество материала, слишком низкосортного для того, чтобы оправдать затраты на его переработку. Такой материал (с содержанием обычно менее 0,5 % меди) дробят с помощью взрывчатых веществ и складывают в отвалы, содержащие миллионы тонн карьерного материала; глубина их может достигать более 60 метров. Окисленную воду подают на вершину отвала при помощи оросителей. Когда раствор проходит через отвал, создаются благоприятные условия, которые способствуют росту микроорганизмов, ускоряющих разрушение минералов, содержащих сульфидизированную медь.
Процесс выщелачивания меди из отвалов может занимать десятилетия вследствие большого размера частиц руды, низкой эффективности прохождения раствора сквозь отвал и слабого насыщения кислородом, что ограничивает активность микробов.
Кучное биовыщелачивание
Биодобыча применяется для выщелачивания медных руд и проведения предварительного этапа обогащения золотых руд, в которых золото связано с сульфидными минералами.
Кучное биовыщелачивание широко применяется для извлечения меди из вторичных медных руд, содержащих минералы халькопирит (Cu2S) и ковеллин (CuS).
Руду дробят до крупности 19 мм и менее, а затем перемешивают вместе с закисленной водой во вращающихся барабанах, что способствует проникновению в руду микроорганизмов.
Затем руду отвалообразователем укладывают в рудный штабель, основание которого выстилают высокоплотным полиэтиленом. На него кладут перфорированные дренажные трубы с выходящими коллекторами (линиями стока) для вывода продуктивных медных растворов. По окончанию сооружения рудного штабеля на его поверхности монтируют систему орошения для подачи кислых растворов.
Внутри штабеля руды монтируют сеть пластиковых линий для подачи воздуха. Через них воздух направляют в кучу к микроорганизмам с помощью внешних воздушных станций.
Повышенная кислотность и избыток сульфидных минералов и железа способствуют появлению и развитию в куче микроорганизмов, облегчающих извлечение меди.
Продуктивные медьсодержащие растворы поступают на извлекательную фабрику, где медь восстанавливают из растворов. Максимальное извлечение меди при биовыщелачивании составляет 80–90 % при продолжительности процесса 250–350 дней.
Принципиальные преимущества кучного биовыщелачивания заключаются в быстром запуске и вводе объекта в эксплуатацию, низких затратах, отсутствии любых токсичных выбросов, а также минимизации или полном отсутствии сбросов воды, так как все растворы циркулируют в замкнутом цикле.
Чановое биовыщелачивание
Чановый реактор (Aerated continuous stirred-tank reactor — CSTR) для биовыщелачивания обычно применяется с целью переработки концентратов полезных минералов. Реактор позволяет существенно снизить расходы на переработку сульфидных концентратов.
Процесс CSTR осуществляется в серии больших емкостей из нержавеющей стали (биореакторов), объем каждого из которых равен 380 м3. Емкости оборудованы мешалками, удерживающими мелкое золото во взвешенном состоянии и обеспечивающими эффективную передачу диоксида углерода в раствор, что необходимо для деятельности микроорганизмов (количество которых может достигать более 109 на мл раствора).
Поскольку этот процесс является продолжительным, внесение в него микроорганизмов требуется лишь однажды. Воздух, подаваемый специальными устройствами, подходит к нижней лопасти мешалки. Внутренне кольцо, по которому циркулирует охлаждающая вода, крепится по стенкам емкости.
Будущее биодобычи
В то время как спрос на большинство металлов продолжает устойчиво расти, открытия новых месторождений происходят все реже и реже, а те, что уже разведаны, истощаются.
Возможности отработки месторождений с низким содержанием ценного компонента и сульфидными рудами ограничены. Технологии биодобычи позволяют технически и экономически эффективно перерабатывать такие типы ресурсов.
Появляются новые возможности для промышленного применения и чановой биооксидации, поскольку эта технология уже более 2-х десятилетий присутствует на рынке и успешно соперничает с окислением при высоких давлениях и кальцинированием.
Поскольку будущее биодобычи связано в первую очередь с низкосортными комплексными рудами, очень важно, чтобы исследования и разработки фокусировались на технических аспектах, связанных с этим применением биотехнологий. Такие работы должны быть основаны на опыте, накопленном ранее при исследованиях, например, на определении влияния температуры на жизнедеятельность и миграцию микробов, их функции внутри кучи руды и др.
Перевод с англ.: С.С. Верхозин, С.Г. Григорьев
Дополнительная информация
Кучное биовыщелачивание сульфидных руд
Бактериальное выщелачивание золотосодержащих руд и концентратов
Биогидрометаллургическая переработка необогащенных золотосодержащих руд
Опыт бактериального выщелачивания золотосодержащих руд в КНР
Бактериальное выщелачивание сульфидных руд и золотосодержащих концентратов в Австралии
Международный симпозиум по биогидрометаллургии IBS 2011
