Способ биовыщелачивания упорных золотосодержащих сульфидных флотоконцентратов
METHOD OF BIOLEACHING SOLID GOLD-CONTAINING SULFIDE FLOTOCONCENTRATES

Изобретение относится к извлечению благородных металлов из упорных сульфидных руд и может быть использовано для управления процессом биовыщелачивания, проводимого в чановых реакторах имеющих перемешивающее устройство, систему терморегуляции и аэрации.
Известен способ управления процессом биовыщелачивания (патент Евразийского патентного ведомства №013851, опубл. 30.10.2008 г; МПК С22В 3/18 С22В 3/02, 2006.01, который описывает процесс управления биовыщелачиванием суспензии минерала в реакторе путем изменения скорости подачи в реактор барботируемого газа и изменения количества энергии, подаваемой на электропривод перемешивающего устройства в реакторе, причем указанное управление осуществляют на основании измеренного или расчетного потребления кислорода в суспензии.
Недостатком данного способа является относительность показаний измеренного или расчетного потребления кислорода в суспензии, что приводит к неполноценному управлению процессом. Также недостатком данного способа является невозможность селективного окисления минералов.
Известен способ контроля микробного выщелачивания в отвале, который также может быть применен в условиях чанового выщелачивания (патент Евразийского патентного ведомства №015456. С22В 3/18 С22В 15/00, 2006.01, опубл. 30.10.2009), в котором управление процессом биовыщелачивания заключается в стимуляции роста микроорганизмов. Процесс микробного выщелачивания в отвале халькопиритной руды проводят путем добавления диоксида углерода к воздушному потоку, направляемому в отвал для стимулирования роста мезофильных микробов.
Недостатком данного способа является то, что управление процессом заключается только в стимуляции роста микроорганизмов без учета их активности и состава энергетического субстрата. Также недостатком данного способа является невозможность селективного окисления минералов.
3+
2+
2+
2+
3+
Наиболее близким является способ выщелачивания халькоперита (патент RU 2180360, МПК С22В 15/00, С22В 3/18, опубл. 10.03.2002), в котором для окисления сульфидного материала используется сульфат железа (III), условия процесса контролируются для поддержания поверхностного потенциала халькопирита в интервале 350-450 мВ. Дополнительно предусматривается контроль процесса путем регулирования, по меньшей мере, отношения ионов железа (Fe) к ионам железа (Fe). Причем такое регулирование осуществляется путем регулирования подачи кислорода в процесс окисления ионов железа (Fe), причем окисление ионов железа (Fe) в ионы железа (Fe) осуществляется с использованием бактериального способа окисления.
2+
Недостатком данного способа является разделение стадии биоокисления ионов (Fe) и стадии выщелачивания минерала, а также то, что управление процессом осуществляется путем регулирования подачи кислорода в процесс окисления и невозможность селективного окисления минералов.
Задача, решаемая посредством разработанного способа биовыщелачивания упорных золотосодержащих сульфидных флотоконцентратов, состоит в управлении процессом биовыщелачивания упорных сульфидных флотоконцентратов за счет регулирования значения окислительно-восстановительного потенциала биопульпы для окисления минералов, проведение селективного окисления минералов, а также обеспечение оптимальных условий биовыщелачивания золотосодержащих сульфидных минералов, снижение расхода реактивов (серной кислоты, цианида), повышение степени вскрытия золота.
Поставленная задача решается тем, что в способе биовыщелачивания упорных золотосодержащих сульфидных флотоконцентратов, включающем биовыщелачивание флотоконцентрата с получением биопульпы и регулирование значения окислительно-восстановительного потенциала биопульпы для окисления минералов, согласно изобретению проводят селективное окисление минералов: пирита, пирротина, арсенопирита и антимонита, процесс биовыщелачивания контролируют окислительно-восстановительным потенциалом биопульпы при постоянном определении минералогического состава флотоконцентрата подаваемого на питание, определяя в последнем содержание арсенопирита и антимонита и соотношение пирротин/пирит, регулирование значения окислительно-восстановительного потенциала проводят изменением скорости подачи питания и содержания твердого в питании реактора, при этом значение окислительно-восстановительного потенциала биопульпы поддерживают на уровне 600 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения;
- после определения минералогического состава флотоконцентрата для флотоконцентрата с содержанием арсенопирита менее 7% и антимонита менее 5%, выбор значений окислительно-восстановительного потенциала биопульпы проводят по соотношению пирротин/пирит;
- при отношении пирротин/пирит, равном единице, процесс биовыщелачивания ведут при окислительно-восстановительном потенциале биопульпы не менее 580 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения;
- при отношении пирротин/пирит более единицы процесс биовыщелачивания ведут при окислительно-восстановительном потенциале биопульпы в интервале 560-570 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения;
- при отношении пирротин/пирит менее единицы, процесс биовыщелачивания ведут при окислительно-восстановительном потенциале биопульпы в интервале 600-630 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения;
- регулирование значения окислительно-восстановительного потенциала биопульпы осуществляют изменением скорости подачи питания и содержания твердого в питании, причем для снижения окислительно-восстановительного потенциала биопульпы, сначала повышают содержание твердого в питании и далее повышают скорость подачи питания, а для повышения окислительно-восстановительного потенциала биопульпы сначала снижают скорость подачи питания и далее снижают содержание твердого в питании;
- окислительно-восстановительный потенциала биопульпы для селективного окисления пирита, пирротина и арсенопирита поддерживают на уровне 600 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения;
- окислительно-восстановительный потенциал биопульпы для селективного окисления антимонита поддерживают в интервале 520-540 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения.
Технический результат заявляемого способа достигается тем, что за счет создания оптимальных условий биовыщелачивания золотосодержащих сульфидных минералов, а также снижения скорости окисления остальных минералов происходит вскрытие золота, содержащегося в сульфидных минералах (пирит, арсенопирит).
Технический результат заявляемого способа достигается также тем, что, регулирование значения окислительно-восстановительного потенциала биопульпы осуществляют изменением скорости подачи питания и содержанием твердого в питании реакторов.
3
Технический результат заявляемого способа достигается также тем, что для снижения значения окислительно-восстановительного потенциала биопульпы сначала повышают содержание твердого в питании, до верхнего значения 200 г/л и далее повышают скорость подачи питания до 10 м/час;
Технический результат заявляемого способа достигается также тем, что при высоком уровне температуры в реакторах повышают скорость подачи питания без увеличения содержания твердого в питании;
3
Технический результат заявляемого способа достигается также тем, что для повышения значения окислительно-восстановительного потенциала биопульпы, сначала понижают скорость подачи питания до нижнего значения 7 м/час и далее понижают содержание твердого в питании до 150 г/л.
Технический результат заявляемого способа достигается также тем, что за счет поддержания потенциала на уровне 600 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода) селективное окисление пирротина замедляется, это приводит к снижению расходов на охлаждение чана и снижению трат серной кислоты, т.к. окисление пирротина является экзотермической реакцией и требует значительного расхода серной кислоты.
Технический результат заявляемого способа достигается также тем, что за счет поддержания окислительно-восстановительного потенциала биопульпы на уровне 600 мВ (относительно Ag-Cl электрода) интенсифицируется селективное окисление арсенопирита - одного из основных золотонесущих сульфидных минералов, на порядок, что приводит к вскрытию заключенного в арсенопирите золота.
Технический результат заявляемого способа достигается также тем, что за счет поддержания значения окислительно-восстановительного потенциала биопульпы на уровне 600 мВ (относительно Ag-Cl электрода) интенсифицируется процесс селективного окисления пирита, являющегося основным сульфидом, при окислении которого микроорганизмами, нарабатывается серная кислота, что снижает в дальнейшем ее расход.
Технический результат заявляемого способа заключается также в том, что при работе в области окислительно-восстановительного потенциала биопульпы на уровне 600 мВ (относительно Ag-Cl электрода) скорость селективного окисления антимонита уменьшается в 3 раза.
Заявляемый способ поясняется рисунками, где на:
Рис. 1. Показана зависимость относительной скорости окисления пирротина от окислительно-восстановительного потенциала относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода),
Рис. 2. Показана зависимость относительной скорости окисления арсенопирита от окислительно-восстановительного потенциала относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода),
Рис. 3. Показана зависимость относительной скорости окисления пирита от окислительно-восстановительного потенциала относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода),
Рис. 4. Показана зависимость относительной скорости окисления антимонита от окислительно-восстановительного потенциала относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода),
Способ осуществляется следующим образом.
Биовыщелачивание флотоконцентрата ведут в чанах с механическим перемешиванием, аэрацией и терморегуляцией. В качестве питания подают концентрат оптимальной крупности - 80% класса - 0,041 мм. Контроль процесса осуществляют по значению окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) биопульпы (реакционной среды) с помощью любого прибора, работающего в данной среде, в определенном диапазоне значений ОВП. Процесс биовыщелачивания контролируют окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП) биопульпы при постоянном определении минералогического состава флотоконцентрата подаваемого на питание, определяя содержание в последнем арсенопирита и антимонита, а также соотношение пирротин/пирит, при этом значение окислительно-восстановительного потенциала биопульпы поддерживают на уровне 600 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода) для селективного окисления минералов.
В известных источниках уровень окислительно-восстановительного потенциала биопульпы определяют в основном соотношением ионов железа (III) и (II). Концентрация ионов Fe(II) определяется скоростью окисления сульфидов (реакция 1), концентрация ионов Fe(III) определяется микробиологической активностью (реакция 2):
Определение окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) осуществляют измерением ОВП относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода) в течение всего периода времени, в течение которого проводится биовыщелачивание.
В предлагаемом способе благодаря простоте и скорости проведения замеров ОВП биопульпы реакция на изменения процесса занимает гораздо меньше времени, чем при контроле с помощью других параметров (например, концентрация растворенного кислорода, клеточная активность, изменения концентрации растворенных веществ пульпы и др.). Регулирование значения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) биопульпы осуществляют изменением скорости подачи питания и содержанием твердого в питании реакторов.
Лабораторные исследования показали, что ведение устойчивого процесса биовыщелачивания флотоконцентрата с высоким содержанием пирротина должно быть при высоком окислительно-восстановительном потенциале (>580 мВ относительно Ag-Cl электрода). Данные исследований показывают, что даже при содержании железа в концентрате 43,6% (пирротина 57,4%) можно уверенно вести процесс со временем удержания 107 ч при схеме соединения реакторов: 5 загрузочных - 1 хвостовой.
Зависимость относительной скорости селективного окисления пирротина от окислительно-восстановительного потенциала относительно стандартного хлорсеребряного электрода (относительно Ag-Cl электрода) представлена на рис. 1.
Выбор режима работы с четырьмя или пятью загрузочными реакторами зависит от содержания пирротина во флотоконцентрате. Для успешного ведения процесса биоокисления флотоконцентрата с высоким содержанием пирротина (Fe > 33%) необходимо удерживать ОВП пульпы >580 мВ относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода). Отрицательными свойствами пирротина являются его высокая экзотермичность окисления и необходимость значительных трат кислоты. Следовательно, целенаправленно регулируя процесс в сторону высоких потенциалов на уровне 600 мВ относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода), уменьшают скорость селективного окисления пирротина, тем самым снижают расходы на охлаждение чанов и на потребление кислоты (рис. 1). Кроме того, снижение скорости окисления пирротина снижает образование элементной серы, на которую в процессе цианирования тратится значительное количество цианида.
Зависимость относительной скорости селективного окисления арсенопирита от окислительно-восстановительного потенциала относительно стандартного хлорсеребряного электрода представлена на рис. 2.
-1
Скорость селективного окисления арсенопирита увеличивается в интервале ОВП от 400 до 600 мВ относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода) (рис. 2). При снижении потенциала с 600 мВ до 480 мВ скорость селективного окисления снижается от 0,055 до 0,005 ч, т.е. в 10 раз. Увеличивая ОВП, интенсифицируют селективное окисление арсенопирита - одного из основных золотонесущих сульфидных минералов - на порядок. Селективное окисление арсенопирита приводит к вскрытию содержащегося в нем золота.
Зависимость относительной скорости селективного окисления пирита от окислительно-восстановительного потенциала относительно стандартного хлорсеребряного электрода (относительно Ag-Cl электрода) представлена на рис. 3.
-1
Скорость селективного окисления пирита увеличивается при повышении потенциала до 600 мВ от 0,01 до 0,7 ч, т.е. в 70 раз (рис. 3). Следовательно, поддерживая потенциал на уровне 600 мВ относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода), можно интенсифицировать селективное окисление пирита. Пирит является основным сульфидом, при окислении которого микроорганизмами, нарабатывается серная кислота. Таким образом, работая в этой области, мы интенсифицируем наработку серной кислоты, снижая ее расход.
Зависимость относительной скорости селективного окисления антимонита от окислительно-восстановительного потенциала относительно стандартного хлорсеребряного электрода (относительно Ag-Cl электрода) представлена на рис. 4.
-1
Максимальная скорость селективного окисления антимонита происходит при потенциале не выше 520 мВ. При повышении потенциала от 520 до 600 мВ скорость селективного окисления снижается от 0,065 до 0,003 ч, т.е. в 21 раз. При работе в области потенциала до 600 мВ относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода) скорость селективного окисления антимонита уменьшится в 3 раза.
Важным моментом в данном способе ведения процесса, является ведение процесса при оптимальных параметрах. Лимитирование по pH приведет к снижению микробиологической активности. Поэтому pH должен быть на уровне не более 2,00. Превышение или снижение оптимума по температуре также ведет к снижению активности клеток и к их гибели. Температуру поддерживают в пределах оптимума для микробной ассоциации. Лимитирование по кислороду замедляет скорость окисления ионов Fe(II). Остаточное содержание кислорода должно быть не менее 2 мг/л. Качество воды и реагентов должно соответствовать техническим требованиям и стандартам предприятия. Поэтому необходимо постоянно контролировать активность клеточной культуры. Особое внимание надо обратить на систему распределения пульпы по реакторам линий. Используют пульподелители с расходомерами и регуляторами подачи пульпы, обеспечивающие ее точную и равномерную подачу в загрузочные реакторы.
Пример
Руду дробят, затем измельчают до получения крупности 80% класса - 0,041 мм. Далее руду подвергают флотации. Полученный флотоконцентрат подвергают чановому биовыщелачиванию с получением биопульпы. Перед подачей на биовыщелачивание определяют минералогический состав флотоконцентрата, определяя содержание арсенопирита и антимонита, а также соотношение пирротин/пирит.
После определения минералогического состава флотоконцентрата для флотоконцентрата с содержанием арсенопирита менее 7% и антимонита менее 5% значение окислительно-восстановительного потенциала биопульпы определяют по соотношению пирротин/пирит.
При отношении пирротин/пирит, равном единице, процесс биоокисления ведут при окислительно-восстановительном потенциале биопульпы не менее 580 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения.
При отношении пирротин/пирит более единицы процесс биоокисления ведут при окислительно-восстановительном потенциале биопульпы в интервале 560-570 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения.
При отношении пирротин/пирит менее единицы процесс биоокисления ведут при окислительно-восстановительном потенциале биопульпы в интервале 600-630 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения.
Следовательно, поддерживая потенциал на уровне 600 мВ относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода), интенсифицируется селективное окисление пирита. Пирит является основным сульфидом, при окислении которого микроорганизмами, нарабатывается серная кислота. Таким образом, работая в этой области, мы интенсифицируем наработку серной кислоты. Это дает возможность управлять кислотным режимом процесса, что приводит к экономии расхода серной кислоты.
3
Биовыщелачивание флотоконцентрата проводят в чанах с постоянным перемешиванием и аэрацией. Технологические параметры поддерживают на следующем уровне: pH загрузочных реакторов 1,8-2,0, хвостовых 1,5-1,8; температура загрузочных реакторов 38-39°С, хвостовых 38-40°С; остаточная концентрация растворенного кислорода не менее 2 мг/л; время удержания в линии 110-120 ч; тонина помола флотоконцентрата 80% класса - 0,041 мм; содержание твердого в питании 150-200 г/л. Скорость подачи питания 7-10 м/час.
3
3
3
Регулирование значения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) биопульпы осуществляют изменением скорости подачи питания и содержанием твердого в питании. Для снижения значения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) биопульпы сначала повышают содержание твердого в питании до верхнего значения 200 г/л и далее повышают скорость подачи питания до 10 м/час. Если в реакторах держится высокий уровень температуры выше 40°С, то повышают скорость подачи питания до 10 м/час без увеличения содержания твердого в питании. Для повышения значения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) биопульпы сначала снижают скорость подачи питания до нижнего значения 7 м/час и далее снижают содержание твердого в питании до 150 г/л.
В качестве питательных солей используют соли азота, фосфора, калия. Процесс бактериального окисления ведут в непрерывном режиме при помощи ассоциации микроорганизмов Sulfobacillus olympiadicus, архей Ferroplasma acidiphilum, архей Ferroplasma acidiphilum, Leptospirillum ferrooxidans и микроскопических грибов Aspergillus niger.
Для флотоконцентрата с содержанием арсенопирита более 7% и антимонита более 5% необходимо учитывать концентрацию всех минералов. При содержании пирротина более 20% или антимонита более 5% процесс ведут при ОВП биопульпы 560 мВ ± 5 мВ относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода). При содержании пирита более 10% или арсенопирита более 7% процесс ведут при ОВП биопульпы в интервале 580-600 мВ относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода). В хвостовых реакторах происходит доокисление серы и оставшихся минералов (в основном антимонита и пирита). Регулирование значения ОВП биопульпы здесь затруднено невозможностью подачи питания. Поэтому в хвостовых реакторах поддержание определенного уровня ОВП не осуществляется.
Биопульпу из хвостового реактора выводят на дальнейшую переработку (центрифугирование, нейтрализацию, цианирование, сорбцию). Из приведенного примера видно, что получают биокек с меньшим содержанием элементной серы, что снижает расход цианидов на этапе цианирования. Увеличивается степень окисления золотосодержащих сульфидов, что повышает степень вскрытия золота. Процесс протекает с меньшим расходом серной кислоты на поддержание оптимального уровня pH.
Преимущества заявляемого способа заключаются в оперативном управлении процессом биовыщелачивания за счет регулирования значения ОВП, что приводит к стабилизации процесса биовыщелачивания и позволяет работать в высокопроизводственном режиме при изменении минералогического состава флотоконцентрата.