ФЕРМЕНТЕР ДЛЯ БАКТЕРИАЛЬНОГО ОКИСЛЕНИЯ СУЛЬФИДНЫХ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ

Полезная модель относится к области гидрометаллургии цветных и благородных металлов, и может быть использована для повышения биоокисления и выщелачивания из упорных сульфидных руд и концентратов.
Известен ферментер для бактериального окисления сульфидных руд и концентратов с использованием термофильных автотрофных бактерий (см. Политехнический словарь. Изд-во советская энциклопедия, М., 1980 с. 440), содержащий корпус круглой формы, выполненный из нержавеющей стали с расположенной внутри механической мешалкой, плотной крышкой, системы аэрации с подводом воздуха под лопатки мешалки.
Недостатком данного технического решения является забивка отверстий аэратора продуктами жизнедеятельности микроорганизмов биоокисления и выщелачивания минеральных продуктов, что ведет к вынужденной остановке ферментера с целью последующей замены аэратора, а, следовательно, к снижению производительности ферментера.
Известен также ферментер для бактериального окисления металлов из сульфидных руд и концентратов (см. Волова Т.Г. Биотехнология - Новосибирск: Изд-во Сибирского отделения Российской Академии наук, 1999. - с. 18-20), содержащий корпус, механическую мешалку, крышку, систему аэрации.
Недостатками данного ферментера является низкая степень аэрации пульпы, что ведет к трудностям получения высокопроизводительного штамма микроорганизмов для биоокисления и выщелачивания пульпы (по этой причине степень окисления не превышает 40%). Отсутствие в устройстве ферментера терморегуляции не позволяет системе поддерживать заданную температуру культивирования бактерий в рабочей зоне аппарата.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является ферментер для бактериального окисления сульфидных руд и концентратов (см. международную заявку WO 2013057557 A1. Bioleaching bioreactor with system for injection and diffusion of air. МПК C22B 3/18, B01F 7/16, B01J 8/00, опубл. 25.04.2013), включающий корпус цилиндрической формы, выполненный из нержавеющей стали, с размещенной внутри него механической мешалкой, снабженный герметичной крышкой с технологическими отверстиями под датчики контроля параметров, устройство подачи пульпы, систему подачи воздуха в пульпу, устройства для подачи и вывода минеральных продуктов.
Существенным недостатком известного технического решения является низкая степень аэрации пульпы кислородом (до 3,5 мг/л), ввиду низкой производительности аэраторов, в результате чего невозможно реализовать требуемую высокую скорость окисления сульфидных минералов. Также существующая система аэрации данного устройства не позволяет во время эксплуатации производить замену и обслуживание аэраторов (очистку). В результате чего снижаются технологические показатели и нарушаются заданные режимы.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности работы за счет увеличения скорости окисления сульфидных минералов (до 90%), за счет повышения содержания растворенного кислорода в пульпе (до 8 мг/л), что достигается увеличением площади контакта жидкость-газ. Также, при необходимой замене блоков аэраторов во время его работы, не нарушаются заданные технологические режимы, за счет предусмотренной системы легкой их замены. В результате чего обеспечивается оптимизации режимов биоокисления и выщелачивания минеральных продуктов микроорганизмами в рабочей зоне ферментера. При этом система аэрации выполнена из четырех блоков аэраторов, размещенных внутри корпуса по окружности на равном расстоянии.
Технический результат достигается тем, что ферментер, включающий корпус цилиндрической формы, выполненный из нержавеющей стали, с размещенной внутри него механической мешалкой, снабженный герметичной крышкой с технологическими отверстиями под датчики контроля параметров, устройство подачи пульпы, систему подачи воздуха в пульпу, устройства для подачи и вывода минеральных продуктов, отличается тем, что система подачи воздуха в пульпу выполнена в виде компрессора, связанного с помощью трубопровода с аэраторами, расположенными на внутренней поверхности корпуса на равном расстоянии друг от друга и выполненными в виде профильной трубы с микроотверстиями по всей поверхности для осуществления контакта пульпы с диспергированным воздухом, при этом аэраторы установлены в корпусе с возможностью вертикального перемещения, корпус также снабжен камерой терморегуляции, установленной в нижней части корпуса, и содержащей нагревательный элемент и лопастное колесо с электродвигателем.
На фиг. 1 изображен общий вид ферментера, на фиг. 2 - вид А на фиг. 1.
Ферментер состоит из: корпуса 1 цилиндрической формы, изготовленного из нержавеющей стали, механической лопастной мешалки 2 с электродвигателем 3, герметичной прозрачной крышки 4 с технологическими отверстиями, загрузочной горловины 5, съемных блоков аэратора 6, установленных внутри корпуса ферментера в ребрах 7, камеры терморегуляции 8, автоматического насос-дозатора 9, электродов 10, компрессора 11, воздухопровода 12, расходомера 13, датчика контроля температуры 14, блока управления и терморегуляции 15, загрузочного патрубка 16, разгрузочного патрубка 17, нагревательного элемента 18, лопастного колеса с электродвигателем 19 и направляющего кожуха 20.
Ферментер состоит из корпуса цилиндрической формы, изготовленного из нержавеющей стали, внутри которого размещена лопастная механическая мешалка, а нижняя часть корпуса соединена с камерой терморегуляции. Ферментер сверху корпуса закрыт герметичной прозрачной крышкой во избежание испарения воды и распространения летучих соединений. Крышка ферментера снабжена горловиной с отвинчивающейся пробкой для загрузки минеральных продуктов и удобства отбора технологических проб с целью контроля и анализа вещественного состава пульпы (продуктов). Контроль параметров рН, ОВП, растворенного кислорода осуществляется с помощью электродов, пропущенных через технологические отверстия в крышке, уплотненные резиновым кольцом. Корпус ферментера дополнительно снабжен автоматическим насосом-дозатором для регулирования рН среды и возможности подачи модификаторов для интенсификации процесса. Воздух внутрь подается с помощью системы, состоящей из компрессора, воздухопровода и расходомера. Для регулирования скорости окисления в зоне выщелачивания минеральных продуктов, под дном корпуса размещена камера терморегуляции, содержащая нагревательный элемент с датчиком контроля температуры, лопастное колесо с электродвигателем, причем корпус камеры и нижняя часть зоны выщелачивания пульпы охвачены по окружности желобом транспортирования тепла из камеры по стенкам корпуса.
Периодическая смена блоков аэраторов осуществляется путем ручного перемещения по направляющим, закрепленным в ребрах корпуса (фиг. 2).
Работа ферментера заключается в следующем.
Сульфидный продукт, подлежащий окислению, подается через загрузочный патрубок 16 в рабочее пространство ферментера, предварительно заполненного инокулятом, где перемешивается лопастной мешалкой пропеллерного типа 2, приводимой в движение от электродвигателя 3. Одновременно с перемешиванием, пульпа насыщается воздухом с помощью системы аэрации, состоящей из компрессора 11, воздухопровода 12, расходомера 13 и четырех блоков для аэрации 6, установленных в ребрах корпуса, и имеющих микроотверстия по всей поверхности, через которые воздух под давлением поступает в пульпу, образовывая микропузырьки, которые эффективно насыщают пульпу кислородом. Для поддержания заданной температуры, ферментер снабжен нагревательным 18 и охлаждающим элементом 19. Нагревательный элемент представлен в виде закрытой спирали, установленной непосредственно на дне рабочей камеры ферментера. При нагреве спирали тепло передается стенке ферментера и при контакте с пульпой она подогревается. Охлаждающий элемент выполнен в виде лопастного колеса с электродвигателем, установленным под днищем ферментера, при отклонении от заданной температуры, электродвигатель начинает вращаться, вращая лопастное колесо, в результате чего снизу на корпус ферментера нагнетается атмосферный воздух и, проходя между кожухом и корпусом ферментера, охлаждает камеру, понижая температуру пульпы. Контроль за температурой пульпы осуществляется блоком управления и терморегуляции 15.
Для поддержания и регулирования рН среды пульпы, а также подачи реагентов модификаторов в процесс биоокисления, конструкцией предусмотрен насос-дозатор 9, установленный в боковой части корпуса ферментера, который, при отклонении от заданных параметров, дозирует рабочий раствор смеси реагентов в рабочее пространство. Окисленный в результате биоокисления продукт в потоке самотеком сливается через разгрузочный патрубок 17 в приемную емкость.