Переработка сульфидных концентратов, содержащих золото и цветные металлы, с применением интенсивной биогидрометаллургии

Фомченко Н.В., Муравьев М.И.,
Кондратьева Т.Ф.

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского, Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук

e-mail: natalya.fomchenko@gmail.com

 

При обогащении колчеданных руд получают значительные количества некондиционных продуктов, которые циркулируют в обогатительном цикле, делая процесс менее эффективным. При обогащении бедных сульфидных руд удается получать концентраты лишь с низким содержанием цветных металлов, которые невыгодно перерабатывать традиционными пирометаллургическими способами.

Решение проблемы повышения качества сульфидных концентратов связывается в основном с совершенствованием процессов флотации. Однако более целесообразным представляется вывод некондиционных продуктов из обогатительного процесса и переработка их в отдельном цикле преимущественно гидрометаллургическими способами, в том числе и биогидрометаллургическими. При этом флотационными способами предлагается получать богатые концентраты с минимальным количеством примесей и направлять только такие продукты на пирометаллургическую переработку. Это позволит удешевить процесс обогащения руд, упростить флотационные схемы, а также повысить эффективность пирометаллургических процессов.

Кроме того, гидрометаллургическими способами можно перерабатывать сложные низкокачественные сульфидные концентраты цветных металлов, содержащие несколько цветных металлов, а также золото. Однако в настоящее время не имеется готовых технологических разработок для переработки подобных продуктов, поэтому исследования в этой области весьма актуальны.

Биогидрометаллургическое извлечение, как цветных металлов, так и золота из сульфидных концентратов основано на разрушении сульфидных минералов, обеспечивающее перевод цветных металлов в раствор или вскрытие золота для его последующего извлечения традиционным способом цианирования. Это разрушение может эффективно осуществляться с помощью технологии биовыщелачивания, основанной на использовании окислительной активности ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов Основным преимуществом предлагаемой технологии является то, что автохтонные микроорганизмы из сульфидных концентратов, которые, как правило, содержат сульфиды железа (пирит и пирротин), производят сильный окислитель сульфидных минералов – сульфат трехвалентного железа.

Один из подходов к интенсификации биовыщелачивания цветных металлов состоит в разделении процесса на химическую и биологическую стадии с созданием оптимальных условий на каждой из них. Окисление ионов Fe2+ до Fe3+ осуществляется микроорганизмами в отдельном биологическом цикле, иногда в присутствии твердой фазы, которая поступает на биологическую стадию после химического выщелачивания.

При этом на химической стадии предполагалось обеспечение как максимально возможной температуры, так и плотности, и использование в качестве окислителя раствора сульфата трехвалентного железа, полученного на биологической стадии. В процессе химического окисления (выщелачивания) разрушается поверхностная структура сульфидных минералов. Мы предположили, что это может повысить эффективность их последующего биоокисления. На биологической стадии, где происходит окисление микроорганизмами всех поступающих с первой стадии продуктов, образуется активный окислитель сульфидных минералов – раствор, содержащий ионы Fe3+ и серная кислота.

Это делает технологию практически безреагентной и позволяет создать процесс с замкнутым потреблением технологических потоков при практически полном отсутствии сточных вод и газовых выбросов. При этом, после первой стадии выщелачивания образуются растворы сульфатов цветных металлов вместе с сульфатами железа. Концентрация получаемых цветных металлов позволяет выделить их в товарные продукты, в качестве которых могут быть как чистые сульфаты цветных металлов при селективной жидкостной экстракции, так и катодные металлы, выделенные электролизом. Развивающийся рынок селективных экстрагентов цветных металлов обеспечит серьезные технологические перспективы для биогидрометаллургии.

Перспективным объектом для двухстадийного бактериально-химического выщелачивания может служить медно-цинковый концентрат, полученный из Тарньерской медно-цинковой руды. Медь в концентрате присутствует в составе халькопирита при ее содержании 10.1%, а цинк – в составе сфалерита (7.36%). Кроме того, в концентрате содержится 36.1% железа, преимущественно в виде пирротина, а также 34.5 % серы. По предлагаемой технологии бактериально-химического выщелачивания возможно селективное окисление и растворение сфалерита, как минерала с меньшим электродным потенциалом по сравнению с халькопиритом. Это позволит получить медный концентрат с низким содержанием цинка, что исключит значительные потери цинка в шлаках при пирометаллургической переработке медного концентрата. Кроме того, при химическом выщелачивании может быть также удален пирротин как минерал с самым низким электродным потенциалом. В результате возможно значительное снижение содержания в концентратах цинка и железа при повышении содержания в нем меди.

Реакции при бактериально-химическом окислении концентрата:

ZnS + Fe2(SO4)3 = ZnSO4 + S + 2FeSO4 (хим.)                                                                  (1)

CuFeS2 + 2Fe2(SO4)3 = CuSO4+ 2S + 5FeSO4 (хим.)                                                          (2)

FeS + 2Fe2(SO4)3 = 2S+5FeSO4 (хим.)                                                                                (3)

4FeSO4 + O2 + 2H2SO4 = 2Fe2(SO4)3 + 2H2O (биол.)                                                         (4)

2S + 2H2O + 3O2 = 2H2SO4 (биол.)                                                                                     (5)

При совместном присутствии сфалерита и халькопирита в коллективном концентрате реакции (1) и (3) протекают значительно быстрее, чем реакция (2). С помощью реакций (4) и (5) процесс выщелачивания обеспечивается постоянной регенерацией активного окислителя – сульфата трехвалентного железа.

Для исследования возможности селективного удаления цинка из исследуемого медно-цинкового концентрата была использована ацидофильная хемолитотрофная культура бактерий Acidithiobacillus ferrooxidans. Установлено, что в процессе биоокисления в жидкую фазу переходил преимущественно цинк, а медь оставалась в твердой фазе. Это свидетельствует о потенциальной возможности селективного удаления цинка из медно-цинкового концентрата путем его биоокисления исследуемой культурой микроорганизмов. Кроме того, в растворе присутствовало железо только в трехвалентной форме. Расчеты по результатам анализа концентраций металлов в жидкой фазе показали, что скорость выщелачивания цинка, в среднем, почти в 6 раз выше скорости выщелачивания меди. При этом возможно селективно перевести в раствор около 100% цинка при минимальном выщелачивании меди (около 6%). Кроме того, в жидкую фазу перешло около 90% железа из пирротина. Содержание цинка в концентрате снизилось с 7.36 до 1.3%, железа с 36.1% до 21.6%, а содержание меди повысилось с 10.1 до 16.9%.

Таким образом, показано, что применение используемой нами культуры микроорганизмов позволит удалить цинк и железо из медно-цинкового концентрата, что будет способствовать получению высококачественного медного концентрата с низким содержанием цинка и железа. Медь и цинк из растворов после выщелачивания могут быть также выделены в товарной форме, а растворы, полученные после выделения цветных металлов и содержащие ионы двухвалентного железа, после их биоокисления, использованы в качестве оборотных на стадии химического выщелачивания. Проведенные исследования показали, что исследуемые культуры могут быть использованы в двухстадийной технологии для регенерации оборотных растворов.

Экспериментальная проверка предложенной концепции проводилась также на медно-цинковом промпродукте, полученном на Учалинском ГОКе. Двухстадийное бактериально-химическое выщелачивание медно-цинкового промпродукта, содержащего 15.3% цинка в виде сфалерита и 1.5% меди в виде халькопирита, было проведено на опытной установке в непрерывном режиме. При этом на первой стадии проходило химическое выщелачивание твердой фазы раствором трехвалентного железа (~10 г/л) при температуре 70°С и плотности пульпы 33%. В данном процессе осуществлялась непрерывная рециркуляция жидкости между первой и второй стадиями, при этом регенерация окислителя осуществлялась при 30°С мезофильным сообществом микроорганизмов, в котором доминировала культура Acidithiobacillus ferrooxidans. За 24 часа выщелачивания было достигнуто 92 и 62% извлечения цинка и меди соответственно. Кроме того, в данном промпродукте содержалось 4 г/т золота, которое цианированием извлекалось на 95% из осадков (кеков) биоокисления, полученных в биореакторе. Следует отметить, что традиционный одностадийный процесс, испытанный на этом же сырье, продолжался 120 часов (5суток) при извлечении цинка всего 70% и меди до 20 %, что неперспективно.

Таким образом, разделение процесса выщелачивания сульфидного сырья цветных металлов на химическую и биологическую стадии приводило к его значительной интенсификации. Полученные результаты указывают на перспективность выведения из процессов обогащения низкокачественных коллективных концентратов и промпродуктов с целью переработки их в отдельном цикле с применением предлагаемой технологии. При этом в качестве товарных продуктов могут быть получены сульфаты меди и цинка при селективной жидкостной экстракции, из которых медь и цинк могут быть выделены электролизом. Кроме того, чистые сульфаты меди и цинка могут быть использованы на обогатительных фабриках как реагенты для флотации медно-цинковых руд. Это позволит исключить потребление порошков сульфатов меди и цинка в реагентном хозяйстве обогатительных фабрик, и соответственно, снизить затраты на процессы обогащения.

Внедрение предлагаемой технологии в обогатительно-металлургический комплекс может привести к модернизации существующих технологий производства цветных металлов и к повышению их извлечения из перерабатываемого сырья. При этом возможно также значительное снижение затрат на процессы обогащения сульфидных руд, т.к.  выщелачивание можно проводить на некондиционном сульфидном сырье, таком, как низкокачественные коллективные сульфидные концентраты. На пирометаллургическую переработку при этом направлять преимущественно богатые по содержанию цветных металлов концентраты с относительно небольшим выходом. Снижение нагрузки на пирометаллургию позволит снизить экологическую опасность металлургических предприятий вследствие уменьшения выбросов диоксидов серы, а также полной утилизации сернистого газа в виде кислоты в двухстадийном процессе биовыщелачивания сульфидного сырья.

В настоящее время большое внимание уделяется получению золота из коренных сульфидных руд с помощью биотехнологии. Биогеотехнология позволяет перерабатывать даже высокомышьяковые упорные золотосодержащие концентраты. При этом достигается высокая степень окисления и вскрытия сульфидных минералов, а последующим методом сорбционного цианирования извлекается до 98% тонкодисперсного золота, что значительно превышает извлечение их прямым цианированием или пирометаллургическим обжигом.

Наиболее распространенной технологией биоокисления в реакторах арсенопиритно-пиритных золотосодержащих концентратов является BIOX®. Актуальной задачей для повышения эффективности процессов биоокисления сульфидных концентратов является их интенсификация, т.к. процесс биоокисления в промышленных условиях продолжается, в среднем, от 4 до 6 суток.

На основании полученных ранее результатов нами предлагается новая концепция двухстадийного бактериально-химического процесса выщелачивания сульфидного сырья. Это концепция заключается в последовательном проведении стадий химического выщелачивания и биоокисления при использовании на первой стадии раствора трехвалентного железа из биологической стадии. При этом процесс химического выщелачивания (окисления) должен быть относительно кратковременным (не более 5–7 часов). Реализация двухстадийного процесса в этом варианте связана с его более легкой адаптацией к существующей в промышленном варианте одностадийной технологией биоокисления золотосодержащих сульфидных концентратов.

Исследованы процессы химического окисления арсенопиритного золотосодержащего концентрата раствором трехвалентного железа, полученного с помощью микроорганизмов. Биоокисление арсенопиритного и пиритного золотосодержащих концентратов проводилось в одностадийном (контроль) и двухстадийном (опыт) вариантах в реакторах в периодических условиях. За четверо суток степень окисления сульфидного мышьяка в арсенопиритном концентрате составила 38,4% в контрольном процессе и 92,8% в опытном; извлечение золота цианирование составило 67,76% и 93,0%, соответственно. За 8 суток биоокисления результаты, полученные в контрольном процессе, были хуже, чем за четверо суток биоокисления в опытном процессе: степень окисления сульфидного мышьяка составила 59,7%; извлечение золота – 82,4%. Полученные результаты показывают, что двухстадийный бактериально-химический процесс перспективен для интенсификации биогидрометаллургической переработки упорных сульфидных концентратов не только цветных, но и благородных металлов.

 

*Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект №15-08-03763а) и Программы №5 фундаментальных исследований РАН.


-0+0
Просмотров статьи: 7084, комментариев: 14       

Комментарии, отзывы, предложения

Viktor, 05.01.16 14:10:53 — Вопрос

Фрагментарно наблюдаю такую технологию. Сбор дождевых и поверхностных вод вблизи забалансовых отвалов медного карьера, вроде все работает, до катодной меди, правда объём не большой. В русском интернете смотрел, нашёл подобное в опытном виде в той же Башкирии, но там что то не пошло. И какие у нас подводные камни могут быть? Каким должен быть состав отвалов мне понятно.

alik , 05.01.16 16:22:32 — Авторам

"Однако в настоящее время не имеется готовых технологических разработок для переработки подобных продуктов, ..." - В этом направлении (биотехнология - выщелачивание) во многих странах проводятся соответствующие работы. Есть и готовые технол. разработки с промышленными испытаниями. Вопрос - чем отличаются ваши рекомендации от давно известных подобных многочисленных исследований (не отмеченных Вами), в частности Института ЦНИГРИ (г. Москва)? Кроме того, С точки зрения гидрометаллурга, технология промышленного извлечения цвет. металлов из рекомендуемых растворов представляется сложным и экономически малорентабельным.

Леша, 05.01.16 19:26:39 — Всем

BIOX(c)-смотрите по поисковикам. Это автстралийская технология биовыщелачивания. Работающая давно и успешно во многих странах. А в России холодновато просто. Надо ставить утепленные ангары-а это дорого.

Gen&Kap, 06.01.16 05:13:23

Cтатья деловая, так как нацелена на повышение извлечения металла из широкораспространенных упорных руд крупнотоннажных месторождений. Надеюсь, что привлечет внимание ПолюсЗолота, фирмы с подобными рудами на чукотском месторождении Майское.

Приходится сожалеть, что подобные работы ставятся на гранты, размер и постоянство которых заслуживают лучшего.

Мир давно обратил внимание на миллионы тонн золота в морской воде, находящегося там в "виде золотохлористоводородной кислоты и ее щелочных солей"(Георг Берг "Геохимия месторождений полезных ископаемых" Москва. 1937г.стр.290). Хочется верить, что русские первыми изобретут методику извлечения морского золота. Данная статья - залог реальности такой мечты.

alik , 06.01.16 12:51:10 — Gen&Kap

Вы опять в мечтах, далеких от реальности, что присуще некоторым академическим работникам, недостаточно полно (мягко говоря) оценивающим промышленную возможность предлагаемых рекомендаций, но умеющих завоевывать и осваивать, порой, пустые гранты.

Инженер, 06.01.16 13:56:02 — alik, Леша

Говорить о том, что многое уже сделано (Цнигри и др.) и о том, что BIOX можно посмотреть в Интернете и уже все известно, несколько преждевременно.

Реально биовыщелачивание в России, кроме Олимпиады, нигде практически не работает и данные о ее эффективности неоднозначные. В странах бывшего СССР его тоже реально нет. Это свидетельствует о том, что не все изучено и не все проблемы решены.

В связи с этим хорошо, что исследования продолжаются, в частности, в РАН РФ. Госфинансирование для такой сложной научной проблемы, необходимо. Кто иначе будет ее финансировать?

Хорошо также, что результаты исследований опубликованы. Их необходимо знать, чтобы не повторяться, а искать новые варианты.

alik , 06.01.16 17:18:15 — Инженеру

Вы неправильно интерпретируете мои комментарии. Безусловно необходимо и нужно проводить подобные исследования. Однако авторы этих разработок, особенно в РАН РФ, следует, на основании ранее выполненных аналогичных работ, изыскивать новые экономически рентабельные и экологически привлекательные решения, способные заинтересовать соответствующих инвесторов не цифрами извлечения металлов (порой не всегда корректными), а практической возможностью их осуществления и получения.

Как вы правильно отметили, по рассматриваемому вопросу не все изучено и не все проблемы решены. Поэтому хотелось бы получить новую, хотя бы технологически (не обязательно экономически) обоснованную информацию. К сожалению, в рассматриваемой статье это не наблюдалось.

1111111, 06.01.16 19:48:32 — alik

Полностью согласен с утверждением по поводу отрыва многих ииследований от реальности. С другой стороны никто не мешает хозяевам предприятий нанимать на работу людей реально разбирающихся в этих вопросах. К сожалению хозяева очень консервативны, и в основном работают старыми хоть и проверенными технологиями.

Некто, 12.01.16 13:38:44 — всем

BIONORD - давно работают три цеха биоокисления флотоконцентрата на Олимпиадинском ГОКе Полюса. Одна из самых острых проблем технологии - водоснабжении. Оборотная вода после сорбционного цианирования для этой технологии не годится, например.

арти, 03.04.17 19:51:46

Знаю где упорная руда.золота валом мышЯк тож есть.золотоно сная с люда тамже.кустарым методом взял.химическим немогу.устал быть нищем.детей хочу поднять

Иду во банк.89892655932 звони если сам в нужде.и имееш знание как забрать золото.стольное обсудем .1

арти, 03.04.17 20:04:17

Горчиичное золото.

Eduard , 03.04.17 20:22:24

Могу ежедневно выпускать до 80 тонн высоко упорного, бедного концентрата с содержанием по золоту 5-15 гр./т. Если реально есть технологии качественного извлечения, предлагаю сотрудничество. (Реклама на сайте платная, адрес удален).

Eduard, 05.04.17 09:57:15

И где Вы обнаружили рекламу? Вы своей коммерциализацией, и креативными подходами разрушаете обратную связь и препятствуете возможному развитию и распространению нужных и востребованных технологических решений. Сайт "золотодобыча" тормозит развитие отрасли? Не красиво. Итак, повторяю, с превеликим удовольствием и благодарностью, пообщаюсь с коллегами, освоившими качественное извлечение металла из высоко упорных концентратов. (Админ: общайтесь с коллегами здесь на сайте сколько угодно. Мое дело следить, чтобы обсуждения не уводили на другие ресурсы, то есть удалять ссылки.)

Админ, 06.04.17 06:12:40 — Eduard

Замечания, пожалуйста, высказывайте в раздел "О сайте".

Уважаемые посетители сайта! Пожалуйста, будьте как дома, но не забывайте, что в гостях. Будьте вежливы, уважайте родной язык и следите за темой: «Переработка сульфидных концентратов, содержащих золото и цветные металлы, с применением интенсивной биогидрометаллургии»


Имя:   Кому:


Введите ответ на вопрос (ответ цифрами) "пятнадцать прибавить 3":