Кучное бактериальное выщелачивание золота из сульфидных руд

11.06.2019
Увеличение природных и техногенных ресурсов упорных руд, требующих сложных и дорогостоящих перерабатывающих комплексов, обусловливает целесообразность применения для их переработки упрощенных технологий, наиболее перспективная из которых базируется на основе кучного выщелачивания с использованием микроорганизмов для разложения сульфидов.

В Узбекистане существенную долю минерально сырье вой базы золота составляют упорные золотомышьяковые сульфидные руды. Упорный характер этих руд определяется тонкой вкрапленностью золота в сульфидах, что делает малоэффективным применение традиционного способа извлечения - цианирования. В мировой практике подобные руды перерабатываются с применением технологий на основе окислительного обжига, автоклавного и бактериального выщелачивания. В последние годы все большее предпочтение отдается биогидрометаллургической технологии, включающей бактериальное окисление в активном режиме (в чанах) с последующим цианированием. Следует отметить, что биоокислительную переработку в чанах целесообразно применять для флотоконцентрата. Биоокисление сырьевой руды таким методом неоправданно из-за высоких затрат. В этом плане представляет интерес бактериальная обработка сульфидного золотосодержащего сырья кучным выщелачиванием, которое более выгодно за счёт исключения энергоёмких переделов. Потенциальными объектами для применения такой технологии являются забалансовые руды месторождений Кокпатас и Даугызтау.

Увеличение ресурсов упорных руд создало предпосылки для постановки исследований по изучению процессов предварительного биоокисления сульфидных руд кучным методом. Наиболее удачным экспериментом в этом направлении являются исследования фирмы Newmont Corporation, завершившиеся созданием промышленных объектов с кучным выщелачиванием золота из штабелей, перерабатывающих до 1 млн труды. Проведенный анализ проблем кучного выщелачивания с применением микроорганизмов показывает, что необходимо строгое апробирование метода, так как региональный состав руд и вмещающих пород требует индивидуальных подходов к технологии ведения процесса.

Для изучения возможности биоокисления сульфидных руд месторождения Кокпатас кучным способом Институтом микробиологии АН РУз проведены лабораторные и полупромышленные испытания. Лабораторные исследования начались с чанового биовыщелачивания с использованием бактерий A.ferrooxibans и термофильных микроорганизмов Sulfobacillus thermosulfidooxidans, которые способны окислять серу, железо и сульфидные минералы в интервале температур от 20 до 60°С при концентрации в исходном рабочем растворе 10в7-10в8 кл/мл. Ассоциация бактерий K-1 и штамм КСБ составлены из микроорганизмов, выделенных из сульфидной руды месторождения Кокпатас, которые обладали природной устойчивостью к элементам, переходящим в раствор при выщелачивании руды. Адаптация осуществлялась при культивировании бактерий в жидкой среде с внесением в нее измельченной руды.

Анализ развития микроорганизмов в условиях кучного выщелачивания золотосульфидной руды месторождения Кокпатас показал, что они обладают различной окислительной активностью. Максимальная окислительная активность была показана при использовании в бактериальном орошении ассоциации бактерии К-1. Наименьший вынос окисленного железа наблюдался в средах культивирования A.ferrooxibans штамм 3-9М.

Изучен химический состав руды. Эффективность окисления определена цианированием. Опыты по прямому цианированию. биоокислению и цианированию после биоокисления проводили на пробе, измельченной до 80 % фракций класса - 0,074 мм. Для цианирования принята стандартная методика (CNaCN=0,3 г/дм3, Т:Ж=1:2, рН=10,5-11,5). Процесс биоокисления проводили в реакторах (V = 5 л) с механическим перемешиванием и воздушной аэрацией.

Результаты лабораторных опытов в активном режиме показали пригодность сульфидных руд месторождения Кокпатас к биоокислению. После чанового биоокисления в течение 10-12 сут. извлечение золота составило 60-80 %, а при прямом цианировании - 25,7 %.

Для определения принципиальной возможности биоокисления сульфидных руд месторождения Кокпатас в перколяционном режиме проводили лабораторные опыты в колоннах диаметром 219 мм и высотой 1,5 м при различной крупности рудного материала. При этом извлечение золота за 150 сут. бактериального окисления составило в различных вариантах лабораторных опытов от 45 до 52%. Результаты исследований показали, что наличие карбонатов в рудах месторождения Кокпатас требует предварительного закисления (декарбонизация) для обеспечения заданного значения pH при биоокислении.

Процесс биоокисления сульфидов наиболее интенсивно протекает после 30 суток бактериального орошения. Было установлено, что в первую очередь при бактериальном воздействии разрушается арсенопирит, что сопровождается выносом элементов-спутников в выщелачивающий раствор.

Для подтверждения результатов, полученных при лабораторных исследованиях, была создана опытнопромышленная установка (ОПУ) по кучному биоокислению (на базе ГМЗ-З, г. Учкудук). Для этого площадка размером 30x15 м была обнесена с трех сторон бортами высотой 1,0 м, днище, имеющее уклон 3°, покрыли изоляционным кислотостойким покрытием (ПСГ) в два слоя. Для предотвращения механических повреждений изоляционного покрытия поверх него был уложен слой 100 мм гранитного щебня фракцией 3,0 мм. Далее следовал дренажный слой гранитного щебня фракцией 25 мм, внутри которого была смонтирована система аэрации.

Дробленую руду до класса крупности -20 мм укладывали в штабель слоями по 0,5 м. Из каждого слоя по сети 3x3 м отбирали пробы массой 3 кг. После завершения укладки дробленого материала в кучу (штабель) из всех проб квартованием формировали среднюю пробу для грану лометрического (табл. 7.2), рационального и химического анализа.

На этой же пробе определяли извлечение золота цианированием, которое проводили в следующем режиме: цианирование - 6 ч; сорбция - 12 ч; конечная концентрация цианистого натрия 80мг/л. При этом получены следующие показатели: содержание золота в руде после цианирования 2,9 г/т; извлечение золота - 26,5 % ; содержание золота в «хвостах» - 2,5 г/т.

Масса руды, уложенной в штабель, составила 1200 т, высота штабеля - 2 м, площадь основания - 450 м2, площадь поверхности - 298 м2. По верхнему периметру штабеля из нержавеющей трубы П-образной формы был смонтирован магистральный трубопровод с оросительной системой из полиэтиленовых распределительных патрубков через 0,6 м, оснащенных эмиттерами (707 штук) для капельного орошения. Распределительные патрубки укладывали по длине кучи, а также по периметру штабеля для орошения откосной части штабеля (рис.7.1).

После монтажа оросительной системы была проведена декарбонизация рудной массы в штабеле путём её последовательного орошения растворами серной кислоты концентрацией 2; 10 и 30 г/л с целью уменьшения кольматации дренажного слоя продуктами разложения карбона тов. Плотность орошения сернокислотными растворами составляла 0,12-0,15 литров в минуту на M2 и продолжалась до установления стабильных значений рН=2,0-2,5. Процесс декарбонизации продолжался 52 дня, а расход кислоты составил 21 кг/т.

После декарбонизации рудной массы было начато орошение поверхности штабеля бактериальными растворами с плотностью 0,12-0,15 литров в минуту на м2. Использовались ацидофильные железоокисляющие культуры бактерий, имеющиеся в коллекции Института микробиологии АН РУз, выделенные из сульфидной руды месторождения Кокпатас и адаптированные к исходной руде в штабеле. Вытекающие из штабеля бактериальные растворы собирались в зумпфе (см. рис. 7.1), анализировались на содержание Fe3+, Fe2+, As5+, Asобщ, количество микроорганизмов, уровень pH и Eh, по которым осуществляли контроль процесса биоокисления в период опытных работ.

В течение первых двух месяцев наблюдали постепенное увеличение концентрации Fe2+, и As5 в жидкой фазе. Самая высокая их концентрация - 3.0-4,0 г/л Fe2+ и 1,0-2,0 г/л As5+ отмечалась в конце второго месяца эксплуатации. При этом температура внутри штабеля увеличилась с 17-19 до 23-25°С понижения температуры окружающей среды. Анализ развития микроорганизмов показал, что наибольшую активность бактерии имели именно в этот период. Затем на протяжении 15-20 суток их активность ста билизировалась. после чего начала постепенно снижаться. На 150-е сутки опытные работы были приостановлены.

После окончания опытных работ для изучения изменения химического состава рудной массы было проведено опробование штабеля методом шурфования. Шурфы имели размеры в верхней части 1,0x1,0 м при глубине 1,70-1,80 м. Пробы отбирали со стенок на всю глубину шурфа. При этом на стенках шурфов были отмечены зоны окисления бурой и красно-бурой окраски с довольно четкими границами. Такие зоны имели вытянутую на глубину форму сужающихся столбообразных тел размером 10-30 см в поперечнике (рис. 7.2). По краям зон окисления встречены кусочки элементной серы диаметром 1,0-3,5 см. Maтериал между зонами окисления имеет первично серую и темно-серую окраску. С целью подтверждения различной степени окисления бурых и серых руд были отобраны отдельные пробы по этим зонам (пробы КБ - бурая и КС - серая) и проведено их цианирование. Извлечение золота из пробы КБ составило 53, 76 %, а из пробы КС 36,7 %.

Важным фактором, определяющим бактериальнохимические процессы, проходящие в условиях фильтрации, является объем орошающего раствора. Известно, что продвижение раствора внутри штабеля зависит от скорости потоков нa единицу поверхности. При малых скоростях потоков распределение является неустойчивым, при высоких скоростях потока распределение является более стабильным и полным. Очевидно, трудно изменить условия раздробленной массы, однако их можно улучшить, удаляя железо и мышьяк из раствора, частично заменяя водой растворы, богатые железом и мышьяком, а также регулируя pH раствора.

Изменением количества орошающих бактериальных растворов (8, 10, 15 % от веса руды) установлено, что регулированием интенсивности орошения можно управлять выносом элементов в раствор. При этом наблюдаются различия в окислительной активности бактериальных растворов (табл. 7.3), когда при объеме орошающего раствора 8 % отмечается значительный вынос ионов никеля и кобальта уже на 75-е сутки бактериального орошения, что является косвенным подтверждением деструкции сульфидов в рудной массе. Увеличение количества орошающего раствора до 15 % от веса горной массы не приводит к существенным изменениям в выносе примесей.

На основании проведенных исследований по кучному биовыщелачиванию руд месторождения Кокпатас отобрана ассоциация микроорганизмов К-1, составленная из Acidithiobacillus ferrooxibans и термофильных микроорганизмов Sulfobacillus thermosulfidooxidans, способная развиваться в широком диапазоне температур, что актуально для развития биотехнологических способов в климатических условиях Кызылкумского региона, а также определился рациональный объем орошающего раствора, который не должен превышать 8 % от объема рудной массы.

Таким образом, проведенный комплекс исследований по биоокислению сульфидных руд месторождения Кокпатас при кучном выщелачивании показал следующие результаты.

• лабораторные опыты по биоокислению в активном режиме показали пригодность сульфидных руд к биоокислению. За 10-12 суток чанового биоокисления достигнуто извлечение золота 60-80 %. Извлечение при прямом цианировании составило 25,7 %;

• в условиях лаборатории установлена принципиальная возможность ведения биоокисления в перколяционном режиме. За 150 суток бактериального окисления извлечение золота составило от 45 до 52 % в различных вариантах лабораторных опытов. Выявлено, что наличие карбонатов в рудах Кокпатас требует предварительного их закисления;

• показана техническая возможность проведения процесса на упорных рудах в крупном масштабе. Появление элементной серы свидетельствует о прохождении в опытном штабеле реакций биоокисления, что подтверждается рациональным анализом материала до и после биоокисления, который показал снижение доли золота, ассоциированного с сульфидами на 20-22 %.

• выявлено, что в больших масштабах декарбонизацию необходимо проводить в режиме последовательной отмывки карбонатов растворами серной кислоты концентрацией 2, 10, 30 г/л с целью уменьшения кольматации дренажного слоя продуктами закисления;

• проведенный анализ извлечения золота по пробам, отобранным из опытной кучи по завершении эксперимента, показывает разброс в значениях от 36,67 до 53,76%. Это объясняется недостатками конструкции оросительной системы опытно-промышленной кучи и неравномерностью орошения. Однако этот недостаток не уменьшает достоинств первого крупномасштабного опыта бактериального окисления золотосодержащих сульфидных руд месторождения Кокпатас.

Кучное биовыщелачивание руд месторождения Mapджанбулак проверено на рудной массе из отвалов шахты Сарык-Бель. Представленная для испытаний руда характеризовалась относительно низким содержанием золота -1,68г/т, относительно невысокой карбонатностью и низкой сульфидностью руды (0,96 %) при относительно высоком (5 %) содержании С . Результаты химического и гранулометрического анализов пробы МБ-38 представлены в табл.7.4, 7.5 и 7.6. Из представленных данных следует, что проба МБ-38 характеризуется относительно низкой карбонатностью. При этом наибольшее количество карбонатов находится в классах -10 + 5 мм; -5+2 мм, в которых сосредоточено и максимальное содержание золота и серебра. Следует отметить высокие концентрации этих металлов, а также серы сульфидной в классе -0,074 мм. Результаты рационального анализа, свидетельствуют о том, что более 20 % золота ассоциировано с сульфидными минералами и углистым веществом.

Изучение бактериального окисления сульфидов руды проводилось в колоннах как в режиме проточного орошения бактериальными растворами, так и при агломерации руды микроорганизмами. Вес каждой пробы составлял от 6 до 15 кг. Колонны имели разъемную конструкцию для анализа результатов биоокисления по всей длине пробы.

До биоокисления сульфидных минералов было проведено предварительное закисление руды. При достижении pH 2,6-2,7 в выходящих растворах было начато орошение бактериальными растворами ассоциаций микроорганизмов.


В исследованиях использовались 2 ассоциации микроорганизмов:

1. 3-9М., выделена из руды месторождения Марджанбу лак, состояла из мезофильных железо- и сероокисляющих бактерий при исходном количестве клеток 2,5*10в7 кл/мл.

2. К-1, выделена из руды месторождения Кокпатас, состояла из мезофильных железо - и сероокисляющих бактерий, а также термофильных микроорганизмов при исходном количестве клеток 2,5*10в7 кл/мл.

В ряде случаев в бактериальный раствор, используемый при орошении, вносили полимер Д-10 и ПВП.

Орошение ассоциацией бактерий K-1 b объёме 8-10% от веса руды происходило в течение 150 суток. За этот период 5 раз было отмечено снижение выхода рециркулирующих растворов на 30-50%.

В течение опытных исследований в рециркулирующих растворах контролировались такие параметры, как pH, ОВГТ, температура, концентрации двух- и трехвалентного железа, трех- и пятивалентного мышьяка, а также количество клеток микроорганизмов.

Анализ окислительной активности микроорганизмов в процессе бактериального выщелачивания руды месторождения Марджанбулак показывает, что применение различных штаммов бактерий и водорастворимых полимеров способствует тому, что максимальные показатели окисленного железа (18-14 г/л) достигаются в период 45-80 суток процесса бактериального выщелачивания, причем применение водорастворимых полимеров в значительной мере способствует повышению железоокисляющей активности. Максимальная концентрация пятивалентного мышьяка составляла от 0,558 до 0,594 г/л. Показатели ОВП, характеризующие окислительную способность бактериальных растворов, достигают пика 710-723 мВ во временной период 45-80 суток процесса бактериального выщелачивания.

Впоследствии начинается спад окислительной активности, которая достигает своих минимальных значений к концу опыта. Следует отметить, что добавки полимеров в орошающий раствор показали неоднозначные результаты. Так, добавка полимера ПВП в орошающий раствор простимулировала геохимическую активность микроорганизмов на всем протяжении опыта и, особенно, в первые 40 суток. Однако применение полимера Д-10 не привело к значительному увеличению геохимической активности микроорганизмов и не стимулировало повышенную адгезию последних к поверхности минералов.

Известно, что такие металлы, как никель, кобальт и др., являются спутниками сульфидных золотосодержащих минералов. Анализ выходящих растворов показывает, что уже на 60-е сутки концентрация никеля в растворе может достигать в некоторых вариантах опыта 63,28 мг/л, а цинка - 288 мг/л, причем введение в орошающий раствор водорастворимого полимера стимулирует процесс выхода этих элементов на 20-30%. Увеличение концентрации кобальта, никеля, цинка и меди в растворе фильтрации свидетельствует об интенсивности протекающих процессов биоокисления сульфидных минералов и, в частности, пирита, который является для данного типа руды основным золотосодержащим минералом.

Анализ кеков бактериального выщелачивания показывает, что в процессе длительного бактериального орошения происходят изменения гранулометрических характеристик в сравнении с исходной пробой (табл. 7.7), отмечается уменьшение выхода классов крупности - 10,0+5,0 мм с 33,3 до 21,2 - 28,5мм и однозначное увеличение во всех вариантах опыта начинается с класса крупности -0,4+0,2 мм.

Проведенное исследование кеков бактериального выщелачивания показывает, что за время бактериального орошения произошли значительные изменения в содержании различных элементов: так, содержание серы сульфидной уменьшилось на 44,8 - 54,2%, мышьяка - на 16,1% (табл. 7.8). Декарбонизация руды прошла достаточно полно, в некоторых вариантах свыше 90%. Однако минеральные формы ассоциации золота с углеродистым веществом остались мало затронутыми процессом биоокисления.


Результаты рационального анализа кеков БВ показывают, что во всех вариантах опыта происходит увеличение свободного золота за счёт произошедшего в результате бактериального выщелачивания окисления сульфидных минералов, представленных в этой пробе в основном пиритом, содержание которого в исходной пробе составляет 1,78%. Отмечается также уменьшение золота, связанного с гидроокислами и сульфатами железа. Золото, тонко вкрапленное в породообразующие минералы, мало затронуто процессом биоокисления. Применение водорастворимых полимеров (ПВП и Д-10) позволило повысить количество свободного золота от 4 до 10 %.

Проведенные исследования по биоокислению сульфидных минералов в фильтрационных опытах показали, что применение различных штаммов бактерий и водорастворимых полимеров способствует максимальному выносу окисленного железа (18-14 г/л), причем применение водорастворимых полимеров в значительной мере способствует повышению железоокисляющей активности. Максимальные концентрации пятивалентного мышьяка от 0,558 до 0,594 г/л и показатели окислительно-восстановительного потенциала (ОВГТ), характеризующие окислительную способность бактериальных растворов, достигают пика 710-723 мВ также в период 45-80 суток процесса бактериального выщелачивания. Проведенное исследование кеков бактериального выщелачивания показывает, что за время бактериального орошения произошли значительные изменения в содержании различных элементов; так, содержание серы сульфидной уменьшилось на 44,8-54,2% (руда -19 мм) и 46,7-67,7% (руда - 5 мм). Декарбонизация руды прошла достаточно полно, в некоторых вариантах свыше 90%. Однако минеральные формы ассоциации золота с углеродистым веществом остались мало затронутыми процессом биоокисления.

Цианирование руды после биоокисления выполнялось по стандартной методике и, ввиду высокого содержания в руде органического вещества - 5,4%, являющегося сорбентом золото-цианистого комплекса, сорбционное цианирование осуществлялось при подаче смолы в «голову» процесса. Отмена этапа предварительного цианирования позволила увеличить степень извлечения золота.

Результаты проведенных исследований позволяют нам определить применение ассоциации мезофильных бактерий 3-9М с преимущественным содержанием A.ferrooxibans, выделенной из месторождения Марджанбулак, для переработки данного типа руды как наиболее эффективной. Это обеспечило возможность интенсифицировать окислительные процессы и получить извлечение золота 59,4% с учётом потери веса за 150 суток бактериального орошения по сравнению с исходным 31,5%.

Другие новости по теме:

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: