СПОСОБ БАКТЕРИАЛЬНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ И БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ЗОЛОШЛАКОВ
METHOD FOR BACTERIAL LEACHING OF RARE-EARTH AND NOBLE METALS FROM ASH

Область техники
Изобретение относится к области переработки отходов, конкретно к способам извлечения ценных металлов из техногенных отходов, а именно к способам извлечения редкоземельных и благородных металлов из золошлаков, образующихся при сгорании каменного угля, в том числе на предприятиях энергетики.
Уровень техники
Известен способ извлечения редкоземельных металлов из золошлаков энергетических предприятий, включающий подготовку золошлаков, смешение их с выщелачивающими растворами, накопление биомассы микроорганизмов, бактериальное выщелачивание редкоземельных металлов, разделение полученной суспензии на осадок и осветленную жидкость с выделением из последней редкоземельных металлов и обезвоживание осадка (патент Японии JP 06315371 «Extraction of metal oxide from coal fly ash», МПК A62D 3/00; A62D 3/02; B03B 9/04; B09B 3/00; C01F 7/46; C01G 1/00; C01G 23/04; C01G 49/00; C12N 1/00; C12N 1/20; C12N 11/14; C12P 3/00; C12S 99/00; C22B 3/18; C12R 1/01; (IPC 1-7): C12N 1/00; B09B 3/00; C12N 1/20. Опубликовано 15.11.1994.).
Недостатком способа является сравнительно низкая степень извлечения редкоземельных металлов из золошлаков энергетических предприятий.
Наиболее близким техническим решением является способ бактериального выщелачивания редкоземельных и благородных металлов из золошлаков (патент США US5278069 (A) «Bioleaching method for the extraction of metals from coal fly ash using thiobacillus» МПК C12N 1/20; C12N 1/00, C22B 3/00; C22B 3/18; C12R 1/01; C12P 3/00; C02F 3/34; C12P 3/00; C12S 1/00. Опубликовано 11.01.1994.), включающий подготовку золошлаков, смешение их с выщелачивающими растворами, накопление биомассы микроорганизмов, в том числе Acidithiobacillales, бактериальное выщелачивание редкоземельных и благородных металлов, разделение полученной суспензии на осадок и осветленную жидкость с выделением из последней редкоземельных и благородных металлов и обезвоживание осадка.
Недостатком известного способа также является недостаточно высокая степень извлечения редкоземельных и благородных металлов.
Раскрытие изобретения Задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности извлечения редкоземельных и благородных металлов из золошлаков, а именно существенное повышение степени извлечения редкоземельных и благородных металлов из золошлаков.
Технический результат достигается за счет того, что способ извлечения редкоземельных и благородных металлов из золошлаков включает подготовку золошлаков, смешение их с выщелачивающими растворами, накопление биомассы микроорганизмов рода Acidithiobacillales, бактериальное выщелачивание редкоземельных и благородных металлов, разделение полученной суспензии на осадок и осветленную жидкость и выделение из последней редкоземельных и благородных металлов. При этом перед выделением металлов в осветленную жидкость добавляют флотоконцентрат активного ила, спустя от 1 до 600 минут после его получения, в объемном соотношении осветленная жидкость:флотоконцентрат активного ила соответственно 1:(0,1 … 1,5).
3
2
3
2
-1
Флотоконцентрат перед добавлением в осветленную жидкость преимущественно аэрируют с расходом воздуха от 0,1 м/м·мин до 0,3 м/м·мин. Интенсивность перемешивания флотоконцентрата активного ила с осветленной жидкостью, оцениваемая скоростным градиентом, обычно составляет от 50 до 500 с. Флотоконцентрат получают преимущественно путем флотации суспензии активного ила, образующейся в процессе биологической очистки сточных вод, с расходом воздуха от 1 до 15% от расхода суспензии активного ила и размером пузырьков воздуха от 0,01 до 0,9 мм.
Следует использовать флотоконцентрат активного ила, содержащий от 10 до 90% бактерий рода Pseudomonas. Способность концентрировать металлы на поверхности клеток микроорганизмов активного ила зависит от количества экзополисахаридов, находящихся на поверхности клеток микроорганизмов. Чем больше экзополисахаридов, тем больше может концентрироваться металлов на этой поверхности клеток.
В случае несоблюдения указанных цифровых диапазонов параметров режимов бактериального выщелачивания эффективность извлечения редкоземельных и благородных металлов может значительно снижаться.
Осуществление изобретения
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом:
1. Подготовка золошлаков на концентрационных столах.
2. После подготовки концентрата и суперконцентрата золошлаков на концентрационных столах смешение их с выщелачивающим раствором, представляющим набор необходимых для питания клеток микроорганизмов веществ, а также компоненты энергетического субстрата.
3. Проведение бактериального выщелачивания редкоземельных металлов в режиме перемешивания от 50 до 1000 об/мин. Такой режим позволяет осуществить доставку питательных веществ для микроорганизмов, в том числе бактерий рода Acidithiobacillales, поэтому интенсивность перемешивания регулируют в случае применения микроорганизмов отдельного вида и рода. В результате жизнедеятельности микроорганизмов происходит разрушение зольных частиц с выделением в раствор редкоземельных и благородных металлов.
3
2
3
2
-1
4. Выделение металлов из жидкой фазы осуществляют путем добавления флотоконцентрата активного ила в объемном соотношении осветляемая жидкость: флотоконцентрат активного ила соответственно 1:(0,1…1,5) спустя от 1 до 600 минут после его получения, причем флотоконцентрат перед добавлением в осветленную жидкость аэрируют с расходом воздуха от 0,1 м/м·мин до 0,3 м/м·мин. Интенсивность перемешивания, оцениваемая скоростным градиентом, флотоконцентрата активного ила с осветленной жидкостью составляет от 50 до 500 с. Флотоконцентрат активного ила получают путем флотации суспензии активного ила, образующейся в процессе биологической очистки сточных вод, с расходом воздуха от 1 до 15% от расхода суспензии активного ила и размером пузырьков воздуха от 0,01 до 0,9 мм.
Следует использовать флотоконцентрат активного ила, содержащий от 10 до 90% бактерий рода Pseudomonas. Микроорганизмы родов Pseudomonas и Acidithiobacillales используются на различных технологических стадиях способа и поэтому никоим образом не влияют друг на друга.
Эффективность предлагаемого способа иллюстрируется приведенными примерами осуществления способа с комбинациями количественных параметров в указанных диапазонах их варьирования.
Пример 1
Бактериальное выщелачивание редкоземельных и благородных металлов из золошлаков Кумертаузской ТЭЦ проводили следующим образом:
1. Подготовка золошлаковых материалов на концентрационном столе.
2. Смешивание полученного в результате обработки концентрата и суперконцентрата золошлаков с выщелачивающим раствором.
3. Проведение бактериального выщелачивания редкоземельных металлов в режиме перемешивания 500 об/мин.
3
2
-1
4. Выделение металлов из жидкой фазы осуществляли путем добавления флотоконцентрата активного ила в объемном соотношении осветляемая жидкость: флотоконцентрат активного ила соответственно 1:0,8 и спустя 300 минут после его получения, причем флотоконцентрат перед добавлением в осветленную жидкость аэрировали с расходом воздуха 0,2 м/м·мин. Интенсивность перемешивания, оцениваемая скоростным градиентом, флотоконцентрата с осветленной жидкостью  составляла 275 с. При этом флотоконцентрат активного ила получали путем флотации суспензии активного ила, образующейся в процессе биологической очистки сточных вод, с расходом воздуха 8% от расхода суспензии активного ила и размером пузырьков воздуха 0,45 мм, и использовали флотоконцентрат активного ила с содержанием 50% бактерий рода Pseudomonas.
В результате по завершении процесса бактериального выщелачивания получили извлечение с количественной оценкой на основании измерения концентраций металлов известным методом индуктивно-связанной плазмы:
по редкоземельным металлам:
Скандий - 89,4%;
Иттрий - 72,3%;
Лантан - 71,8%;
по благородным металлам:
Золото - 88,1%;
Серебро - 85,9%.
В случае бактериального извлечения по известному способу - прототипу количественная оценка на основании измерения концентраций металлов известным методом индуктивно-связанной плазмы дала следующие результаты извлечения металлов: скандий - 45,2%; иттрий - 41,2%; лантан - 40,7%; золото - 61,5%; серебро - 60,9% (прим.: эти данные одинаковы для сравнительного анализа во всех трех примерах).
Пример 2
3
2
-1
Осуществляли способ по примеру 1, за исключением того, что флотоконцентрат активного ила добавили в объемном соотношении осветляемая жидкость: флотоконцентрат активного ила соответственно 1:0,1 и спустя 1 минуту после его получения, причем флотоконцентрат перед добавлением в осветленную жидкость аэрировали с расходом воздуха 0,1 м/м·мин. Интенсивность перемешивания, оцениваемая скоростным градиентом, флотоконцентрата активного ила с осветленной жидкостью составляла 50 с. При этом флотоконцентрат активного ила получали путем флотации суспензии активного ила, образующейся в процессе биологической очистки сточных вод, с расходом воздуха 1% от расхода суспензии активного ила и размером пузырьков воздуха 0,01 мм, и использовали флотоконцентрат активного ила с содержанием 10% бактерий рода Pseudomonas.
В результате по завершении процесса бактериального выщелачивания получили извлечение с количественной оценкой на основании измерения концентраций металлов известным методом индуктивно-связанной плазмы:
по редкоземельным металлам:
Скандий - 63,2%;
Иттрий - 61,8%;
Лантан - 62,5%;
по благородным металлам:
Золото - 81,7%;
Серебро - 79,1%.
Пример 3
3
2
-1
Осуществляли способ по примеру 1, за исключением того, что флотоконцентрат активного ила добавили в объемном соотношении осветляемая жидкость: флотоконцентрат активного ила соответственно 1:1,5 и спустя 600 минут после его получения, причем флотоконцентрат перед добавлением в осветленную жидкость аэрировали с расходом воздуха 0,3 м/м·мин. Интенсивность перемешивания, оцениваемая скоростным градиентом, флотоконцентрата ила с осветленной жидкостью составляла 500 с. При этом флотоконцентрат активного ила получали путем флотации суспензии активного ила, образующейся в процессе биологической очистки сточных вод, с расходом воздуха 15% от расхода суспензии активного ила и размером пузырьков воздуха 0,9 мм, и использовали флотоконцентрат активного ила с содержанием 90% бактерий рода Pseudomonas.
В результате по завершении процесса бактериального выщелачивания получили извлечение с количественной оценкой на основании измерения концентраций металлов известным методом индуктивно-связанной плазмы:
по редкоземельным металлам:
Скандий - 67,5%;
Иттрий - 65,3%;
Лантан - 63,8%;
по благородным металлам:
Золото - 83,5%;
Серебро - 81,5%.
Сравнение с результатами осуществления способа-прототипа результатов извлечения редкоземельных и благородных металлов во всех трех примерах осуществления предлагаемого способа с варьированием параметров в заявленных диапазонах их изменения явно подтверждает достижение технического результата изобретения, а именно существенного сравнительного повышения степени извлечения редкоземельных и благородных металлов из золошлаков.