Анализ физико-химической модели биовыщелачивания сульфидной кобальт-медно-никелевой руды

--© О.О. Левенец, 2016

УДК 550.72 О.О. Левенец

АНАЛИЗ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ МОЛЕЛИ БИОВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ СУЛЬФИЛНОЙ КОБАЛЬТ-МЕЛНО-НИКЕЛЕВОЙ РУЛЫ

Проанализирована физико-химическая модель бактериально-химического выщелачивания сульфидной кобальт-медно-никелевой руды месторождения Шануч. Приводятся аргументы в пользу ее доработки применительно к промышленным условиям биовыщелачивания. Ключевые слова: физико-химическая модель, бактериально-химическое окисление, биовыщелачивание, сульфидная кобальт-медно-нике-левая руда.

Разработка эффективной технологической схемы бактериально-химического окисления цветных металлов из руд предполагает решение сложной задачи - достижения максимального извлечения целевых компонентов в продуктивный раствор при высокой скорости процесса. С.Р. Тарановым [1] была разработана модель биовыщелачивания сульфидной медно-никелевой руды, учитывающая такие факторы, как накопление бактериальной культуры в жидкой фазе пульпы, растворение и переосаждение сульфидов металлов, накопление Б2—ионов. В указанной работе приводится также обоснование с помощью физико-химического моделирования максимальных значений концентраций никеля, кобальта и меди в продуктивном растворе биовыщелачивания.

Согласно данной модели, на кривых, описывающих изменение скорости процесса биовыщелачивания (V) и накопления компонентов в продуктивном растворе (с) (рис. 1), можно выделить 3 отрезка, на каждом из которых скорость лимитируется определенным фактором:

1 - участок, определяемый приростом бактериальной биомассы в жидкой фазе пульпы;

2 - участок, определяемый ростом концентрации ионов целевых металлов в продуктивном растворе;

3 - участок, определяемый окислением ионов Б2- [1].

Соответствие разработанной модели экспериментальным

данным С.Р. Таранов рассматривал на примере третьей стадии

трехстадийного бактериально-химического выщелачивания сульфидной кобальт-медно-никелевой руды месторождения Шануч, описанного в работе Левенец [2]. Причем за основу им взят процесс третьей стадии, а именно - бактериального доокисле-ния руды, предварительной выщелоченной раствором окисно-го железа. Накопление никеля (основного целевого металла в биовыщелачивании указанной руды) в растворе в данном процессе отражено на рис. 2.

Снижение скорости накопления никеля в растворе (отрезки 2 и 3 на рис. 1) в том виде, в котором оно отражено в разработанной модели, может быть связано с тем, что выщелачиванию подвергается уже частично окисленная руда, прошедшая обработку раствором окисного железа на второй стадии. Так, на третью стадию поступает руда, из которой уже выщелочено до 20 % никеля в зависимости от типа используемого на второй стадии раствора трехвалентного железа [2]. Накопление же никеля в растворе в процессе биовыщелачивания исходной руды обнаруживает иную динамику (рис. 3). В данном случае замедление скорости перехода никеля в раствор наблюдается только на втором этапе бактериального окисления (БО II) после замены части жидкой фазы пульпы на свежую питательную среду для хемолитотрофных бактерий - как раз когда выщелачиванию подвергается уже частично окисленная руда, как на третьей стадии трехстадийного биовыщелачивания.

Рис. 1. Скорость процесса и накопление компонентов в продуктивном растворе, лимитируемое приростом бактериальной культуры, произведением растворимости сульфидов и окислением Б2~иона: 1 -

участок, определяемый приростом бактериальных клеток; 2 - участок, определяемый ростом концентрации ионов металлов в продуктивном растворе; 3 -участок, определяемый окислением Б2—ионов [1]

Время, сут

е-е-е-ез

Рис. 2. Изменение концентрации никеля в растворе в процессе бактериального доокисления руды, выщелоченной раствором Бе3+: 1 -

«биогенным» Ре3+ с бактериями, 2 -«биогенным» Ре3+ без бактерий, 3 - «химическим» Ре3+[2]

 ПЕОН » » » » ED

Рис. 3. Изменение концентрации никеля в растворе в процессе био-вышелачнвання руды: БО с Fe(III) - биовыщелачивание бактериальной суспензией, содержащей в начале процесса ~9 г/л «биогенного» Fe3+; БО I - биовыщелачивание бактериальной суспензией, не содержащей Fe (I этап); БО II -биовыщелачивание бактериальной суспензией, не содержащей Fe, после замены части жидкой фазы пульпы на свежую питательную среду (II этап); БО - биовыщелачивание бактериальной суспензией, не содержащей Fe [2]

Таким образом, высока вероятность того, что разработанная модель в полной мере справедлива для описания процесса довы-щелачивания сульфидной медно-никелевой руды, уже частично разрушенной предварительным окислением. К тому же, перечисленные в данной работе процессы биовыщелачивания осуществлялись в колбах на качалках. В промышленных же условиях используют реакторы с интенсивным перемешиванием и аэрацией, обеспечивающими гомогенизацию пульпы и высокую скорость окисления руды [3-6]. Следовательно, необходима доработка существующей модели с учетом технологических особенностей промышленного биовыщелачивания сульфидных медно-никелевых руд.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Таранов С.Р. Моделирование биовыщелачивания сульфидных руд // Камчатка: Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). Специальный выпуск. М.: Издательство «Горная книга», 2014. № ОВ2. С. 308-316.

2. Левенец О.О. Научно-техническое обоснование способов биовыщелачивания в мезофильных условиях сульфидной кобальт-медно-никелевой руды месторождения Шануч (Камчатка) : дисс. ... канд. техн. наук : 03.01.06 / Левенец Ольга Олеговна. Петропавловск-Камчатский, 2012. 138 с.

3. Хайнасова Т.С., Трухин Ю.П. Прикрепление микроорганизмов в ходе биовыщелачивания сульфидной кобальт-медно-никелевой руды // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Специальный выпуск № 63 «Камчатка-2». М.: Горная книга, 2015. С. 262-268.

4. Хайнасова Т.С., Левенец О.О. Бактериально-химическое выщелачивание как экологически безопасный способ переработки сульфидной ко-бальт-медно-никелевой руды // Разведка и охрана недр (научно-технический журнал). ФГУП ВИМС, 2015. № 1. С. 49-54.

5. Киореску A.B., Мусихин В.О., Хомченкова A.C., Балыков A.A. Исследование чанового бактериально-химического выщелачивания сульфидных медно-никелевых руд месторождения Шануч (Камчатка) в проточном режиме // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Специальный выпуск 63 «Камчатка-2». М.: Горная книга, 2015. № 11. С. 360-365.

6. Левенец О.О. О моделировании процессов биовыщелачивания руд // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал) № 11. Специальный выпуск 31 «Камчатка-3». М.: Горная книга, 2016. -

С. 328-332. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Левенец Ольга Олеговна - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, leveolga@yandex.ru, Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения Российской академии наук.

UDC 550.72

THE ANALYSIS OF PHYSICAL-CHEMICAL MODEL FOR SULPHIDE COBALT-COPPER-NICKEL ORE BIOLEACHING

Levenets O.O., Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, leveolga@yandex.ru, Research Geotechnological Center, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences.

In this article the physical-chemical model for bacterial-chemical leaching of sulphide cobalt-copper-nickel ore from Shanuch ore deposit is analyzed. The arguments for its revision in a view of industrial conditions of bioleaching are adduced.

Key words: physical-chemical model, bacterial-chemical oxidation, bioleaching, sulphide cobalt-copper-nickel ore. REFERENCES

1. Taranov S.R. Modelirovanie biovyshchelachivania sul'fidnyh rud (Modelling of the bioleaching of sulphide ores) // Kamchatka: Otdel'nyj vypusk Gornogo informacionno-analiticheskogo bulletenya (nauchno-tehnicheskogo zhurnala), Specialnyj vypusk, Moscow: Izdatel'stvo «Gornaya kniga», 2014, No OV2, pp. 308-316.

2. Levenets O.O. Nauchno-tehnicheskoie obosnovanie sposobov biovyshchelachivania v mezofil'nyh usloviyah sul'fidnoj kobal't-medno-nikelevoj rudy mestorozhdenia Shanuch (Kamchatka) (Scientific-technical justification of the methods of bioleaching under mesophilic conditions of sulphide cobalt-copper-Nickel ore deposits chanoch (Kamchatka)): diss. kand. tehn. nauk : 03.01.06 / Levenets Olga Olegovna, Petropavlovsk-Kamchatskij, 2012, 138 p.

3. Hainasova T.S., Truhin Y.P. Prikrepleniye mikroorganizmov v hode biovyshchelachivania sul'fidnoj kobal't-medno-nikelevoj rudy (Attachment of microorganisms during the bioleaching of sulphide cobalt-copper-Nickel ores) // Gornyj informacionno-analiticheskij bulleten' (nauchno-tehnicheskij zhurnal), Specialnyj vypusk 63 «Kamchatka-2», Moscow: Gornaya kniga, 2015, No 11, pp. 262-268.

4. Khainasova T.S., Levenets O.O. Bakterial'no-himicheskoe vyschelachivanie kak ekologicheski bezopasnyj sposob pererabotki sul'fidnoj kobal't-medno-nikelevoj rudy (Bacterial-chemical leaching as an environmentally safe method of processing of sulphide cobalt-copper-Nickel ore) // Razvedka i ohrana nedr (nauchno-tehnicheskij zhurnal), FGUP VIMS, 2015, No 1, pp. 49-54.

5. Kioresku A.V., Musihin V.O., Homchenkova A.S., Balykov A.A. Issledovanie chanovogo bakterial'no-himicheskogo vyschelachivanija sul'fidnyh medno-nikelevyh rud mestorozhdenia Shanuch (Kamchatka) v protochnom rezhime (Study heaps bacterial-chemical leaching of sulfide copper-Nickel ore deposits chanoch (Kamchatka) in flow-through mode) // Gornyj informacionno-analiticheskij bulleten' (nauchno-tehnicheskij zhurnal), Specialnyj vypusk 63 «Kamchatka-2», Moscow: Gornaya kniga, 2015, No 11, pp. 360-365.

6. Levenets O.O. O modelirovanii processov biovyshchelachivania rud (On the simulation of the bioleaching of ores) // Gornyj informacionno-analiticheskij bulleten' (nauchno-tehnicheskij zhurnal), Specialnyj vypusk 31 «Kamchatka-3», Moscow: Gornaya kniga, 2016, No 11, pp. 328-332.