СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ БИООКИСЛЕНИЯ СУЛЬФИДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ
METHOD OF CONTROLLING PROCESS OF BIOOXIDATION OF SULPHIDE CONCENTRATES

Изобретение относится к гидрометаллургии цветных и благородных металлов, а именно к извлечению металлов из сульфидных руд и продуктов обогащения, в частности из продуктов и отходов горно-обогатительных и металлургических производств, техногенного минерального сырья, в том числе из концентратов, промпродуктов и хвостов обогащения, шлаков, шламов, огарков и др. Изобретение может быть использовано для извлечения меди, цинка, никеля и др. в раствор выщелачиванием с последующей экстракцией металлов из раствора, для вскрытия золота, серебра и других благородных металлов, тонко вкрапленных в сульфиды с целью повышения их извлечения в последующих процессах.
Биоокисление сульфидных руд и продуктов обогащения является наименее затратным и экологически не напряженным способом выщелачивания и вскрытия металлов, так как проводится при атмосферном давлении, основной окислитель ионы трехвалентного железа Fe(III) в растворе серной кислоты образуются в зоне реакции окислением ионов Fe(II) аэробными автотрофными или миксотрофными железоокисляющими бактериями.
Одним из основных параметров, определяющих скорость и эффективность бактериального окисления железа и окисления сульфидов ионами трехвалентного железа, является расход воздуха или другого кислородсодержащего газа, в частности воздуха, обогащенного кислородом или/и углекислым газом. Для повышения растворения кислорода и углекислого газа на биоокисление воздух диспергируется через аэраторы под перемешивающее устройство, поэтому растворение кислорода и расход воздуха на биоокисление зависят от интенсивности перемешивания - конструкции и скорости вращения перемешивающих устройств.
Расход воздуха на биоокисление сульфидных концентратов и интенсивность перемешивания определяется на стадии проектирования и не регулируется при изменении состава сульфидных концентратов, содержания твердой фазы, производительности (загрузки) и др.
В наиболее известных способах биоокисления сульфидных золотосодержащих концентратов с участием железоокисляющих мезофильных бактерий «BIOX@process» (US №4822413, опубл. 04.06.1987) и термотолерантных бактерий «BacTech@process» (AU №652231, опубл. 21.10.1992) общий расход воздуха постоянен и не регулируется при изменении минерального состава концентрата, содержания твердой фазы при выщелачивании, скорости процесса и параметров среды.
-1
В способах переработки сульфидных медно-цинковых продуктов (RU №2203336, опубл. 05.03.2002 и RU №2005113258, опубл. 20.10.2006) с использованием бактерий, интенсивность аэрации и перемешивания задана объемным коэффициентом массопередачи по кислороду в пределах 200-800 ч без указания как его регулировать.
3
3
В способе переработки первичных золотосульфидных руд BIONORD (RU №2256712 С22С 11/00, 3/18, опубл. 20.07.2005) аэрацию пульпы при биоокислении проводят сжатым воздухом с постоянным удельным расходом 0,5 м/м.
В способе переработки упорных золото-мышьяковых руд и концентратов БИОС (RU 2234544, опубл. 20.08.2004) предлагается использовать аэраторы, обеспечивающие при постоянном расходе воздуха концентрацию кислорода в пульпе не менее 2-3 мг/л, и не учитывает активность биомассы по окислению железа.
Наиболее близким аналогом является способ управления процессом биоокисления сульфидных концентратов (ЕА 200800805, опубл. 30.10.2008), включающий регулирование расхода воздуха, подаваемого на биоокисление, и энергии на электропривод мешалок, то есть интенсивности перемешивания в чане, где проводится биоокисление, на основании измерений или расчета потребления кислорода в зависимости от минерального состава сульфидного концентрата.
Определение потребления кислорода по данному способу не характеризует действительно необходимого количества кислорода для биоокисления железа и сульфидных концентратов. Потребление кислорода, определяемое на основании расчета в зависимости от состава сульфидного материала и предполагаемой скорости окисления, может использоваться при проектировании системы аэрации для оценки предельных и средних значений расхода воздуха, так как только частично не отражает реальные условия биоокисления, например не учитывает важный показатель биоокисления как активность биомассы по окислению железа.
Потребление кислорода по данным измерений подаваемого в реактор кислорода, концентрации растворенного кислорода в среде и концентрации кислорода в выходящем газе не точно определяет необходимое количество кислорода на биоокисление. Например, высокая концентрация растворенного кислорода показывает, что потребление кислорода небольшое и его можно снизить, но в то же время является признаком хороших условий массообмена газ-жидкость, и может быть причиной низкой активности биомассы и скорости биоокисления, усугубляющихся при снижении расхода кислорода.
Применяемый показатель энергопотребления на единицу массы сульфидного материала не отражает эффективность биоокисления. Реализация этого способа сложна, так как требует большого количества контрольно-измерительных приборов и средств управления, применения для определения параметров управления герметизации биореакторов.
Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, заключается в более простом, точном и оперативном управлении процессом биоокисления сульфидных концентратов с участием железоокисляющих микроорганизмов. Дополнительным результатом реализации способа может быть повышение окислительно-восстановительного потенциала и эффективности биоокисления сульфидных концентратов, а также снижение энергозатрат на биоокисление.
3
Указанный технический результат управления процессом биоокисления сульфидных концентратов с участием железоокисляющих микроорганизмов достигается регулированием расхода воздуха, подаваемого в пульпу на биоокисление, и скорости перемешивания пульпы в чане в зависимости от концентрации ионов двухвалентного железа в пульпе, при этом при увеличении концентрации двухвалентного железа в пульпе более 0,5-1,0 г/дм расход воздуха и скорость перемешивания пульпы повышают, а при отсутствии ионов двухвалентного железа в пульпе расход воздуха и скорость перемешивания уменьшают до появления следов ионов двухвалентного железа.
Кислород используется аэробными бактериями в качестве акцептора в цепи переноса электрона при окислении железа, и необходим для окисления ионов двухвалентного железа до трехвалентного, являющегося окислителем сульфидов.
Реакция окисления железа из двухвалентного до трехвалентного с участием кислорода (1) катализируемая железоокисляющими бактериями имеет значительно большую скорость по сравнению со скоростью других реакций, происходящих при биоокислении сульфидных минералов, например реакций окисления арсенопирита и пирита (2), (3), поэтому присутствие двухвалентного железа в жидкой фазе биоокисления сигнализирует о дефиците растворенного кислорода.
При недостатке растворенного кислорода процесс биоокисления замедляется и прекращается, в результате в растворе появляется двухвалентное железо, концентрация которого увеличивается при увеличении дефицита кислорода, окислительно-восстановительный потенциал уменьшается, скорость окисления сульфидов снижается.
Дефицит кислорода при биоокислении может являться как следствием недостаточного его поступления, так и низких массообменных характеристик газ-жидкость, и может быть устранен увеличением расхода кислородсодержащего газа или скорости массообмена газ-жидкость, например повышением степени диспергирования кислородсодержащего газа за счет увеличения скорости перемешивания.
При изменении минерального состава сульфидных концентратов, содержания твердой фазы в пульпе биоокисления, производительности и др. присутствие или отсутствие двухвалентного железа в пульпе сигнализирует о необходимости регулирования расхода кислорода, или его растворения за счет интенсивности перемешивания.
3
При увеличении концентрации двухвалентного железа в пульпе более 0,5-1,0 г/дм для эффективного биоокисления расход воздуха на биоокисление необходимо увеличить до исчезновения двухвалентного железа.
При слишком большом расходе воздуха на биоокисление происходит коалесценция пузырьков воздуха, ускорение их подъема и выхода из аппарата и снижение растворения кислорода и углекислого газа, ухудшаются условия работы мешалок, мешалки «захлебываются» при образовании пробкового газового режима, в результате показатели биоокисления снижаются.
При отсутствии двухвалентного железа в пульпе биоокисления расход воздуха на биоокисление и скорость перемешивания можно уменьшить, и в результате снизить энергозатраты на биоокисление.
Регулирование расхода воздуха и скорости перемешивания по концентрации двухвалентного железа в пульпе является простым и достаточно точным способом управления процессом биоокисления сульфидных концентратов и позволяет осуществлять управление оперативно.
Управление процессом биоокисления сульфидных концентратов регулированием расхода воздуха и скорости перемешивания, обеспечивающее необходимое количество кислорода для биоокисления железа и жизнедеятельности бактерий, но не превышающего значительно этого количества позволяет повысить эффективность процесса и снизить эксплуатационные затраты на аэрацию.
Изобретение поясняется примерами реализации способа.
Пример 1.
Управление биоокислением сульфидного золотосодержащего концентрата флотационного обогащения крупностью 100% класса минус 0,074 мм, содержащего пирротин 27%, арсенопирит 20%, антимонит 7% и пирит 15% с участием ассоциации железоокисляющих бактерий путем регулирования расхода воздуха в шести чанах с механическим перемешиванием и барботированием воздуха, в зависимости от концентрации ионов двухвалентного железа в пульпе позволяет снизить расход воздуха по сравнению с проектными показателями в первые чаны в 1,2 раза, в 5-й чан в 2,0 раза, в 6 чан в 2,4 раза. Общий расход воздуха на биоокисление концентрата снизился в 1,6 раза, и соответственно снизились затраты электроэнергии на аэрацию.
Степень биоокисления сульфидного золотосодержащего концентрата составила: пирротина и арсенопирита 98-99%, антимонита 74%, пирита 63%, извлечение золота из кека биоокисления цианированием повысилось на 2,1% по сравнению с контрольным опытом без управления процессом биоокисления в зависимости от концентрации ионов двухвалентного железа в пульпе.
Пример 2.
Для биоокисления использовались лежалые цинксодержащие хвосты флотационного обогащения крупностью 65% класса - 0,044 мм, содержащие 5,6% цинка, 12,96% серы и 11,6% железа, основными рудными минералами являются пирит 25-30%, сфалерит 7-8%, пирротин 7-10% и маркезит, арсенопирит, халькопирит, галенит - всего 5-7%. Биоокисление цинковых хвостов флотации проводилось в непрерывном режиме каскаде из трех последовательных чанов с механическим перемешиванием и аэрацией воздухом, с участием ассоциации мезофильных железоокисляющих бактерий в водном растворе серной кислоты при рН 1,5-2,1, концентрации трехвалентного железа 10,5-15,0 г/л, содержании твердой фазы 40%.
Управление процессом биоокисления хвостов обогащения посредством изменения скорости перемешивания пульпы в чанах в зависимости от концентрации ионов железа в пульпе, при этом при появлении двухвалентного железа в пульпе до концентрации 1,0 г/л скорость вращения мешалки постепенно увеличивалась с 350 до 400 об/мин, и при отсутствии ионов двухвалентного железа в пульпе скорость вращения мешалки постепенно снижалась до появления следов ионов железа. В результате управления процессом за 98 часов биоокисления извлечение цинка в раствор повысилось по сравнению с контрольным опытом на 2,7%.