СПОСОБ ПОДГОТОВКИ СУЛЬФИДНЫХ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ КОНЦЕНТРАТОВ К БАКТЕРИАЛЬНОМУ ОКИСЛЕНИЮ ПРИ ИЗВЛЕЧЕНИИ ЗОЛОТА
PROCEDURE FOR PREPARATION OF SULPHIDE GOLD CONTAINING CONCENTRATES TO BACTERIAL OXIDATION AT EXTRACTION OF GOLD

Способ подготовки сульфидных золотосодержащих концентратов к бактериальному окислению относится к гидрометаллургическим методам извлечения золота.
Известен способ подготовки сульфидных золотосодержащих концентратов к извлечению золота цианированием (пат. RU №1767900, опубл. 27.02.1995), основанный на бактериальном окислении пульпы, в которой жидкая фаза представлена биофильтратом с биомассой и серощелочным раствором с 10 г/л серы и рН 12,0.
В этом способе биофильтрат используется как переносчик микроорганизмов, а содержащееся в нем трехвалентное железо - как химический окислитель сульфидов. При этом карбонатная составляющая золотосодержащего концентрата уже нейтрализована серной кислотой, так как жизнедеятельность бактерий протекает в слабокислой среде при рН<2,0. Способ характеризуется повышенным содержанием серы в биокеке и увеличенным ~ в 2 раза расходом серной кислоты по сравнению с классическим методом биовыщелачивания [Полькин С.И., Адамов Э.В., Панин В.В. Технология бактериального выщелачивания цветных и редких металлов. - М.: Недра, 1972, с 287].
Наиболее близким по технологической сущности и достигаемому результату является «Способ бактериального окисления золотосодержащих сульфидных концентратов при получении золота» по пат. RU №2346063 от 10.02.2009, включающий предварительную обработку сульфидного концентрата кислотой при ее расходе 70% от количества, подаваемого на весь процесс бактериального окисления (10÷30 кг/т концентрата).
Однако, несмотря на то, что в данном способе повышается степень окисления сульфидов, расход серной кислоты и содержание элементарной серы в биокеке остаются высокими из-за протекания реакций:
Цианирование биокека с большим содержанием элементарной серы протекает с высоким расходом цианистого натрия (45÷55 кг/т биокека), что снижает технико-экономические показатели процесса извлечения золота.
2
4
Задачей изобретения является снижение расхода HSO на процесс подготовки концентрата к биоокислению, повышении скорости фильтрации биопульпы и уменьшение концентрации элементарной серы в биокеке.
3+
5+
2
4
Достигается это тем, что в способе подготовки сульфидных золотосодержащих концентратов к бактериальному окислению при извлечении золота, для приготовления пульпы из концентрата и нейтрализацию его карбонатной составляющей, используют оборотную жидкую фазу биопульпы, содержащую ионы Fе, Asи SO  с добавкой гидрофилизатора на основе кремневой кислоты или желатины и нейтрализацию ведут до рН 2,6÷2,8 при температуре не более 40°С и продолжительности перемешивания 2÷4 часа.
3
3
4
3+
5+
2-
Карбонатные составляющие сульфидного концентрата (СаСО, MgCO) нейтрализуются не серной кислотой, а ионами Fe, Asи SO , которые при взаимодействии с карбонатами образуют нерастворимые соединения по реакциям:
4
3
Образующиеся гипс и гидроксид железа (III), имеющие соответственно отрицательный и положительный заряд поверхности [Айлер Р.К. Коллоидная химия кремнезема и силикатов. - М.: Химия, 1959.- 423 с.] притягиваются друг к другу и компенсируют поверхностный потенциал, что приводит к их коагуляции и образованию крупнокристаллического осадка 3СаSO·2Fе(ОН). Это соединение в процессе бактериального окисления упрочняет свою кристаллическую структуру, не «схватывается» как гипс в порах фильтровальной ткани и скорость фильтрации биопульпы остается высокой.
2
3
2
Добавка в пульпу гидрофилизатора на основе кремневой кислоты или желатины снижает пенообразование в процессе нейтрализации карбонатов сульфидного концентрата, приводит к смачиванию раствором гидрофобных минералов антимонита (SbS) и пирита (FeS), что при бактериальном окислении облегчает доступ к ним микроорганизмов и реагентов - растворителей. Все это способствует ускорению процесса и повышению степени окисления MeS.
Способ осуществляется следующим образом.
Карбонатная составляющая сульфидного концентрата нейтрализуется ионами
3+
5+
2-
4
Fе, Asи SO , содержащимися в оборотной жидкой фазе биопульпы, до рН (2,6÷2,8) с добавкой гидрофилизатора на основе кремневой кислоты или желатины. Процесс осуществляется при температуре не более 40°С и продолжительности перемешивания (2÷4) часа.
Повышение температуры процесса ускоряет реакции (3, 4) и способствует формированию осадков кристаллической структуры, которые хорошо фильтруются [Зеликман А.Н., Вольдман Г.М., Беляевская Л.В. Теория гидрометаллургических процессов. - М.: Металлургия; 1975, 504 с.], однако, повышение температуры более 40°С приводит к гибели микроорганизмов. Поэтому процесс приготовления пульпы осуществляется при температуре не более 40°С.
Продолжительность перемешивания пульпы зависит от содержания карбонатов в концентрате, определяется по стабилизации рН и составляет (2÷4) часа. По окончании процесса приготовления пульпы жидкую фазу анализировали на содержание железа, мышьяка и по убыли масс этих элементов рассчитывали степень разложения карбонатов.
2
4
2
4
2
4
2
4
2
2
4
Подготовленная таким образом пульпа отправлялась на бактериальное окисление в периодическом режиме. Условия бактериального окисления: объем биопульпы 2 л, концентрация твердого 15%, количество инокулянта 0,5 л, концентрация железо - и сероокисляющих бактерий в инокулянте 1,6 г/л, дыхательная активность бактерий 50 мкл O/мл·15 мин, температура процесса 38°С, питательные соли, г/л: 3 (NH)SO; 0,5 КНРO·3НO; 0,5 MgSO·7HO; 0,1 КSO, (рНбиопульпы)нач. 2,0, расход воздуха 1 л/мин.
После завершения процесса бактериального окисления сульфидного концентрата пульпу фильтровали на воронке Бюхнера при вакууме ~20кПа через бумажный фильтр с синей лентой диаметром 90 мм и определяли скорость фильтрации.
Твердый продукт - биокек анализировали на содержание сульфидной и элементарной серы.
s
SO4
7
8
2
2
3
3
4
0
3+
5+
3+
2-
Для экспериментов использовали исходные материалы: сульфидный золотосодержащий концентрат состава, %: 24,69 Fe; 7,44 As; 4,91 Sb; 16,88 S; 1,78 S; 1,71 S; 4,5 Ca; 89 г/т Au и прочие - до 100. Минералогический состав концентрата, %: 23,12 FeS; 16,06 FeAsS; 5,69 FeS; 5,45 SbS; 11,25 СаСО, и жидкую фазу биопульпы, содержащую, г/л: 20 Fe; 4 As; 0,9 Sb, рН 2,0. Ионы представлены кислородными соединениями серы SO .
3
разл.
По предлагаемому способу было проведено две серии экспериментов. В первой серии варьировали отношение концентрат (Т): жидкая фаза биопульпы (Ж) при продолжительности перемешивания пульпы 3 часа и температуре 40°С. Влияние отношения Ж:Т на показатели процессов приготовления пульпы и бактериального окисления, концентрацию элементарной серы в биокеке представлены в таблице 1 и на чертеж. Из представленных результатов видно, что наилучшие результаты по степени разложения СаСО, (ε  кривая 1, скорости фильтрации биопульпы υ, кривая 4, и содержание серы С, %, в биокеке кривая 2 наблюдаются при рН 2,6-2,8 кривая 3 при отношении Ж:Т=2:1 (чертеж). При получении исходной пульпы с рН 2,6÷2,8 для подкисления биопульпы до рН 2,0 потребуется не более 8÷10% серной кислоты от ее общего расхода, поэтому снижение расхода кислоты по сравнению с прототипом может составлять 60%.
3
При более высоких значениях рН>4÷6 и отношении Ж:Т<1,75 степень разложения СаСО становится менее 80%, что приведет при бактериальном окислении сульфидов к увеличению расхода серной кислоты для нейтрализации карбонатов и повышению концентрации элементарной серы в биокеке, образующейся по реакциям (1) и (2).
3+
При рН<2,5 (Ж:Т>2,5) карбонаты разлагаются на 98-98,5%, но из-за неполного расходования ионов Feв пульпе начинает протекать процесс окисления пирротина по реакции:
Образующаяся элементарная сера при бактериальном окислении практически не окисляется [Совмен В.К., Гуськов В.Н., Белый А.В. и др. Переработка золотоносных руд с применением бактериального окисления в условиях Крайнего Севера. - Новосибирск: Наука, 2007. - 144 с.] и при извлечении золота из биокека цианированием увеличивает расход дорогого и ядовитого реагента - цианида натрия.
Таблица 1
Влияние соотношения жидкая фаза биопульры: концентрат (Ж:Т) на рН пульпы, степень разложения СаСО<sub>3</sub> и содержание элементарной серы в биокеке.
(Приготовление пульпы: загрузка концентрата в жидкую фазу биопульпы в течении 0,5 час, общая продолжительность процесса 3 часа, температура 40°С, добавка гидрофилизатора на основе кремневой кислоты). Бактериальное окисление пульпы: Ств=15%, объем реактора 2 л; температура 38 С; концентрация железо- и сероокисляющих бактерий в пульпе 1,6 г/л, активность дыхания бактерий 50÷20 мкл O<sub>2</sub>/мл·15 мин, продолжительность 10 сут.)
Соотношение биофильтрат: концентрат в исходной пульпе (Ж:Т)
Показатели процесса
Степень разложения СаСО<sub>3</sub>,%
рН пульпы
Скорость фильтрации биопульпы, т/м<sup>2</sup>·ч
Концентрация железа в растворе, г/л
Концентрация S<sup>0</sup> в биокеке, %
0,5:1
24,0
6,10
0,021
-
2,78
1:1
47,1
6.07
0,058
-
2,17
1,5:1
72,2
6,07
0,076
-
1,88
2:1
95,3
2,70
0,083
0,05
1,78
2,5:1
98,0
2,50
0,085
0,40
2,07
3:1
98,1
2,47
0,088
0,56
2,51
3,5:1
98,5
2,40
0,089
0,88
3,15
Во второй серии опытов изучено влияние добавок гидрофилизатора на ценообразование в процессе приготовления исходной пульпы и основные показатели бактериального окисления сульфидного концентрата (таблица 2).
2
3
2
K+
Расход гидрофилизатора определяется опытным путем для каждого сульфидного концентрата и зависит от концентрации гидрофобных минералов SbS и FeS. При переработке исследуемого концентрата расход кислого кремне-калиевого раствора  С=13,4 г/л, рН 1,3) составил 2 мл/л биопульпы, а 1% - ного раствора желатины - 1 мл/л биопульпы.
Добавка гидрофилизаторов в пульпу не только снижает устойчивость пены, образующейся при нейтрализации карбонатов щелочноземельных металлов, но и увеличивает производительность реакторов на стадии бактериального окисления пульпы на 16% и 18% соответственно в присутствии желатины или кислого кремне - килиевого реагента. Степень окисления сульфидов металлов при этом возрастает на (2,4-3,0)%.
Таблица 2
Влияние гидрофилизатора на ценообразование при приготовлении исходной пульпы и основные показатели бактериального окисления сульфидного концентрата (Ж:Т=2:1, t=40°C, n=500 об/мин, τ=3 часа)
№ п/п
Условия приготовления исходной пульпы
Пенообразование при приготовлении пульпы
Показатели бактериального окисления MeS
Производительность, кг/м<sup>3</sup>·час
Степень Окисления MeS, %
1
Без добавки гидрофилизатора
Наличие устойчивой пены в течение загрузки концентрата в биофильтрат
0,92
86,5
2
Добавка кислого кремне -калиевого раствора, 2 мл/л биопульпы
Незначительное, продолжительность "жизни" пузырьков газа СО<sub>2 </sub>равна 1-2 с
1,08
89,1
3
Добавка 1% раствора желатины, 1 мл/л биопульпы
Небольшое, продолжительность "жизни" пузырьков газа СО<sub>2 </sub>равна 2-3 с
1,06
88,5
Таким образом, оптимальными параметрами процесса приготовления пульпы сульфидного золотосодержащего концентрата для бактериального окисления являются:
- нейтрализация карбонатной составляющей сульфидного концентрата ионами
3+
5+
2-
4
Fe, Asи SO , содержащимися в оборотной жидкой фазе биопульпы (биофильтрат или осветленный раствор), до рН (2,6÷2,8);
- добавка в пульпу гидрофилизатора на основе кремневой кислоты или желатины;
- температура процесса не более 40°С;
- продолжительность перемешивания пульпы (2÷4)часа;
2
Проведение процесса получения пульпы с соблюдением указанных параметров позволяет снизить расход серной кислоты на 60%, повысить производительность бактериального окисления на (16÷18)%, снизить содержание элементарной серы в биокеке в 1,5÷1,7 раза и увеличить скорость фильтрации биопульпы до 0,083÷0,086 т/м·ч.