При выщелачивании металлов

Теоретические основы применения микроорганизмов

Тема 18. Бактериальное выщелачивание

Основным препятствием для широкого использования кучного и подземного выщелачивания сульфидных руд является малая скорость растворения сульфидов. Для растворения существуют методы интенсификации (подогрев растворителя, обжиг сульфидов, спекание руды, дробление и измельчение, воздействие ультразвуком) в том числе и воздействие бактерий, как наименее энергоемкий и материалоемкий процесс.

Роль микроорганизмов в природе

Окисление минералов происходит как прямым, так и косвенным путем. Прямой путь – при адсорбции бактерии на минерале. Косвенный путь – когда бактерии являются производителем окисления в растворе. (сульфат окиси Fe) Fe₂(SO₄)₃

Косвенный путь - основной. В промышленных рудах 90% минералов ценных компонентов – сульфиды. Создавая для бактерий благоприятную среду, можно обеспечить выщелачиванием этих руд.

_{бакт. бакт.}

FeS₂ → FeSO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + H₂SO₄

^{пирит закисное жел. окисное железо}

Бактерии окисляют железо (FeS₂) и серу до высших окислов с образованием хорошо растворимых в воде соединений сульфата окисного железа Fe₂(SO₄)₃ и серной кислоты. Окись железа в кислой среде является хорошим растворителем и окислителем сульфидных минералов, а также минералов, содержащихся в закисной форме. Серная кислота взаимодействует с имеющимися в растворе и вновь образующимися окислами и образует растворимые в воде соли.

Бактериальное выщелачивание применяется:

- при кучном выщелачивании;

- при подземном выщелачивании;

- при чановом выщелачивании для извлечения металла из бедных некондиционных концентратов, труднообогатимых промпродуктов, для очистки от вредных примесей (As).

- для очистки сточных вод предприятий различных отраслей промышленности.

- для получения флотационных реагентов из продуктов жизнедеятельности бактерий.

В настоящее время известны два класса бактерий:

Автотрофные живут за счет потребления неорганических веществ. Гетеротрофные бактерии используют готовые органические вещества (бжу), питательная среда органическая.

Наиболее широкое применение получили автотрофные.

1. Тионовые бактерии типа thiobacillus thiooxidance (th.th.) способны окислять серу и тиосульфаты до серной кислоты.

2. Железобактерии (ferrobacillus) источником энергии которых служат реакции окисления двухвалентного железа.

4FeCO₃+O₂+6H₂O→4Fe(OH)₃+4CO₂

3. Тионовые железобактерии thiobacillus ferrobacillus (th.fer.), обладающие свойствами как тионовых, так и железобактерий. Они способны окислять сульфиды металлов, сульфат закиси железа, тиосульфаты, элементарную серу.

Оптимальные условия жизнедеятельности pH = 1,7 -2,4 (губительна pH>9, pH<0,3); T = 28-30⁰C (при Т>40⁰ прекращают размножаться, Т>50⁰ гибнут, при Т=2-4⁰С впадают в анабиоз и долго сохраняются.

Механизм действия бактерий при выщелачивании

Многие ОВР, которые бактерии используют как источник энергии, в природе в обычных условиях протекают очень медленно. Из этого следует, что бактериальные клетки содержат ферменты, которые являются биокатализаторами реакций. Участие ферментов приводит е ускорению некоторых реакций в 10⁹-10¹⁴ раз.

Для гидрометаллургии наибольший интерес представляют процессы выщелачивания, в которых используется способность бактерий типа th.fer. окислять сульфат двухвалентного железа до сульфата трехвалентного железа. Последний, как сильный окислитель, вступает в реакцию с сульфидами меди или цинка, превращая их в сульфаты. Образующийся при этом FeSO₄ снова окисляется бактериями до Fe₂(SO₄)₃. Таки образом, роль бактерий сводится к регенерации сульфата трехвалентного железа. Кроме того, бактерии могут окислять элементарную серу, образующуюся при окислительном бактериальном выщелачивании сульфидов. Можно представить процесс бактериального выщелачивания сульфида меди в присутствии пирита и кислорода следующими реакциями:

2FeS₂+7O₂+2H₂O→2FeSO₄+2H₂SO₄

бакт.

4FeSO₄+O₂+2H₂SO₄→2Fe₂(SO₄)₃+2H₂O

2Fe₂(SO₄)₃+Cu₂S→2CuSO₄+4FeSO₄+S

бакт.

S+1,5O₂+2H₂O → H₂SO₄

В присутствии пирита как источника FeSO₄ возможно бактериальное выщелачивание сульфидов цинка, молибдена, а также урана из руд, содержащих U₃O₈. Процесс протекает по схеме:

U₃O₈+Fe₂(SO₄)₃+2H₂SO₄→3UO₂SO₄+2FeSO₄+2H₂O

бакт.

2FeSO₄+0,5O₂+ H₂SO₄→ Fe₂(SO₄)₃+ H₂O

Организация бактериального выщелачивания

Рисунок 69 - Схема подземного бактериального выщелачивания медной руды: 1 — прудок для выращивания и регенерации бактерий; 2 — насосная для перекачки бактериального раствора к руде; 3 — трубопровод; 4 — задвижка; 5 — коллектор; 6 — полиэтиленовый шланг; 7 — скважина для орошения рудного тела бактериальным раствором; 8 — орошаемый участок рудной залежи; 9 — горизонтальные горные выработки для сбора бактериального раствора, обогащенного медью; 10 — насос; 11 — отстойник для насыщенных медью растворов; 12 — цементационная ванна для получения порошкообразной меди; 13 — сушка цементной меди; 14 — транспортировка меди потребителям; 15 — компрессорная для обогащения бактериального раствора кислородом.

Рисунок 70 – БВ меди