Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биодеструкция сульфидных минералов как основа интенсификации извлечения металлов

ВАК РФ 03.00.23, Биотехнология

Автореферат диссертации по теме "Биодеструкция сульфидных минералов как основа интенсификации извлечения металлов"

ДКАДИШЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ИНСТИТУТ МИКРОБИОЛОГИИ

?тв оа

I 2 ^ДР на правах рукописи

УДК 579:669.213.6

ЗАШПДИНОВА ЛЮДМИЛА ИБРАГИМОВНА

БИОДЕСТРУКЦИЯ СУЛЬФЩЫХ ЖШРАЛОВ КАК ОСНОВА ИНТЕНС1ЙИКМШИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ

03.00.23 - Биотехнология

АЗ ТОРЕЗЗРАТ.

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Ташкент - 1998

Работа выполнена з лаборатории аоднсй я рудной микробиологии Института микробиологии Академии Наук Республики Узбекистан

Научный руководитель: кандидат биологических наук

М.Г.СДГДИЕВА

Официальные оппоненты: ......- доктор биологических-наук

- Р.Д.ЖОЯКУБОВ ■ профессор, доктор химических наук . В.Б.ЛЕОНТЬЕВ

Ведущая организация - Ташкентский Государственный Универся-------------------• .......................тет им. Улугбека

Завита состоится " № " аэ еЗ/ияил.'_.1398 года

з часов на заседании Специализированного Совета Д 015.02.01 па залягте диссертаций на соискание ученой степени доктора- биологических наук щ>и| Институте микробиолог5П1 АЕ_ -РУз псгадресу: 760123/гг Талкент,, 123, ул. .4. Кадыри,. 75.

С диссертацией можно- ознакомиться в библиотеке Института микробиологии.АН РУз. 1

Автореферат - разослан "- -¿7^-" _ _ лиЛал^^ -¿даб-года. .

Ученый секретарь" _ -

Специализированного Совета

доктор биологических-наук " С.М.ХОДЯМЕАЕВА

- 3 -

(

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последние годы запасы легкообога-тимых руд благородных метадлов_ истощаются и в переработку __ вовлекаются труднообогатимые упорные руды и концентраты, ко-" торые характеризуются сложностью вещественного состава и тонкой, вкрапленностью золота в сульфидных минералах (арсено-пирите и пирите). Традиционные способы переработки таких руд и концентратов связаны с определенными трудностями: "большой расход реагентов, высокие энергозатраты и сложные системы газоочистки для предотвращения загрязнения атмосферы от мышьяка.

Республика Узбекистан в настоящее время является одной из ведущих стран мира по запасам и добыче благородных металлов. На территории республики, расположены крупные месторождения, руды которых относятся к упорным арсенопиритным и не вовлечены в производство вследствие отсутствия эффективной технологии их переработки. Здесь же работает ряд золотоизв-лекатедъных фабрик (ЗИФ), отходы которых являются хвостами цианирования, складируются в ¡хвостохранилищах и к настоящему времени составляют сотни миллионов-тонн-. —

Одним из перспективных методов переработки таких руд яв- . .ляется чановое бактериальное выщелачивание, характеризующееся отсутствием^, вредных „выбросов в воздушную среду, полным"" водооборотом технологических^ растворов, возможностью автоматизированного управления процессом. Этот процесс реализует природную способность бактерии ТЫсЬасЩиг Геггоох1ёапз использовать для синтеза биомассы энергию, получаемую при окислении сульфидных минералов и закисного железа. Бактериальное окисление сопровождается селективным разрушением ' кристаллической решётки сульфидных минералов " и"'~вседытйём~ тонковкрапленного золота, что дает . возможность достаточно., полно извлекать его как в процессе цианирования остатков выщелачивания,. .-так и-при их пирометаллургической; переработке--" Однако, несмотря на экологическую чистоту и перспективность, процесс чанового бактериального выщелачивания протекает с недостаточно высокой скоростью. Таким образом; для -широкого практического применения бактериального выщелачива-

ния весьма актуальной задачей является разработка методов интенсификации процесса на основе комплексного изучения его микробиологических и технологических особенностей.

Цель работы. В связи с вышесказанным, целью данной дис--сертационной работы являлось исследование и оптимизация ос- -новных параметров процесса бактериального-выщелачивания и разработка на этой основе технологии, обеспечивающей более полное извлечение золота из упорных золотомышьяковистых концентратов руд месторождений Узбекистана.

Для достижения указанной цели предполагалось решить еле--дующие задачи:

1. Подбор ассоциаций микроорганизмов с преобладанием Т. Геггоох1йапз наиболее активно окисляющих исследуемые минералы и концентраты.

2. Изучение некоторых свойств минералов, бактериальное окисление пирита," "арсенопирита и халькопирита й подбор пар минералов, улучшающих взаимодействие в системе микроорга-.низм-минерал-среда.

3. Определение оптимальных параметров процесса бактериального вскрытия золота из золотомышьяковистых концентратов.

4. Проведение укрупненных лабораторных испытаний по вы-' щелачиванию золота из Зарштанского золотомышьяковистого концентрата.

... Научная давизна работы ...заключается в установлении основ-

ных закономерностей процесса окисления пирита, арсенопирита - и халькопирита -на- основе изучения" их коррозионных"взаимодействий. ' Показано, что устойчивость минералов зависит от величин их электродных потенциалов. Установлена роль коррозионного взаимодействия в механизме бактериального _окисления • - - арсенопирита и халькопирита в присутствии пирита. —, -"'..... Пракхическая-значимость работы. заключается_а разработке технологии "извлечения золота из упорных золотомышьяковистых руд месторождения Зармитан с использованием метода бактери-; . адьного выщелачивания^; Определены- оптимальные- режимы осу-ществлёнш процесса".'Показано, что для бактериального вскрытия золота-из Зармитанского концентрата оптимальны: культур? Г. Геггоохйапя В-12; Т - 28. - 32° С; рН 1,8-2,2; аэрацю 0,2 - 0,3 д/.сек.- -Показано, что после бактериального выщела-— ■ -чивания.извлечение-золота из кека цианированием достигае1

89-92Х. '___

Проведенные лабораторные испытания свидетельствуют о том, что Зармитанский золотомышьяковистый концентрат успешно перерабатывается методом бактериального выщелачивания. Процесс выщелачивания интенсифицируется за счет увеличения био- . массы,' введения в пульпу двухвалентного железа, удаления мышьяка и возврата биомассы культуры после осаждения мышьяка. ■ - - ......

Разработанный регламент укрупненных лабораторных испыта-- -ний может служить основой при проведении опытно-промышленных и промышленных испытаний.

Апробация работы. Основные результаты работы и отдельные ее разделы были доложены на конференции Российской Академии наук и Российского микробиологического общества "Интродукция микроорганизмов в окружающую среду" (Москва, 1994); на Республиканской конференции .Института микробиологии, посвященной 5-летию независимости Республики Узбекистан и 660-летнему юбилею Амира Темура (Ташкент, 1996); на Республиканской . научно-технической конференции с международным участием "15Т10Ь0Ь"'"Комплексное освоение минеральных ресурсов XXI век - проблемы и пути решения"" (Навоий, 1997); на 1 съезде - микробиологов Узбекистана (Ташкент;-1997).-- — - -Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 не- — чатных работ, из которых 2 журнальные статьи и 5 тезисов докладов. ■ """

Обьем и структура диссертации. Диссертация изложена на 128 страницах машинописного текста и состоит из введения, 3 глав, включающих обзор литературы, материалы и методы исследований, результаты исследований и их обсуждение, заключения, выводов и списка цитированной литературы, ив 132 наименований. Работа иллюстрирована' 26 рисунками и. 11 таблицами.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

- .-:В--процессе -исследования- бактериального выщелачивания--"сульфидных минералов и золотомышьяковистых концентратов использовались различные ассоциации бактерий с преобладанием Г. Геггоох1с(аги, выделенные из различных месторождений" Узбекистана и являющиеся основой коллекции ацидофильных железоо-

- о -

кислящих бактерий лаборатории зодной и рудной микробиологии Института микробиологии АН ?Уз. Для культивирования железоо-кисляющих культур использовалась среда 9К Сильвермана -Лундгрена СКаравайко Г.й., 1989].

В качестве минерального сырья, подвергавшегося бактериальному воздействию были использованы следующие -сульфидные минералы: пирит и арсенопирит..месторождения Зармитан,'пирит месторождения Маржанбулак, пирит и халькопирит месторождения Кадьмакыр, пириты месторождения Гузаксай, пирит месторождения Амантайтау, а также Зармитанский золотомышьяковистый концентрат. |

Измерение электродных потенциалов;проводилось с помощью специальной установки, сконструированной на кафедре минералогии МГУ.

!

Для проведения лабораторных исследований бактериального вскрытия минералов их измельчали до! крупности 200-400 меш. Опыты проводили в качалочных условиях: (180 об/мин), при t -28-- 32° С, Т:Ж - 1:10.

-Лабораторные исследования по выявлению оптимальных параметров выщелачивания проводились в колбах Зрленыейера при t - 28 - 30°С, в качалочных условиях (180 об/мин), Т:Ж - 1:10. Для укрупненных лабораторных испытаний использовалась лабораторная установка непрерывного культивирования, состоящая из 3 пачуков, сконструированная в МИСиСеХг. Москва).

Определение численности бактерий проводили методом предельных серийных.разведений .[Егоров Д. С.,.1976] . Определение рН и Eh проводили потенциометрически на иономере универсальном ЭВ-74.

В процессе бактериального зскрытия минералов и концентратов активность культур определяли по количеству выщелоченных компонентов. Химические анализы элементов в растворах ■ проводили но общепринятым методикам: определение содержания окисного и- закисного железа в растворе проводили комплексо-метрическим методом тритоном Б [Дурье Ю.Ю., 1973], определение мышьяка в . растворе _проводили йодометрическим методов [Методика определения цветных-металлов, 1974], медь определяли титрованием 0,016 М тиосульфатом натрия [Методика определения цветных металлов, 1974].

После бактериального выщелачивания цианирование конечно-

го продукта - кека проводили в ИМР Госкомгеологии РУз.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Биодеструкдия сульфидных минералов.

Еактериальное выщелачивание сульфидных минералов в основе своей представляет направленное окисление сульфидных- минералов тионовыми бактериями. Вопрос взаимодействия бактериальных клеток и .минералов является одним из основных в-теории и практике бактериального выщелачивания сульфидных минералов. • ;

Для изучения скорости бактериального окисления минералов и подбора оптимальных условий течения этого процесса необходимо определение различных факторов, оказывающих на него влияние. "К'числу важнейших факторов, определяющих интенсивность и направленность окислительных процессов, относится . электродный потенциал (ЗП).

Нами были определены значения ЗП пиритов, арсенопиритов и халькопирита различных месторождений Узбекистана (рис. 1). В соответствии со значениями ЭП исследованные пириты можно выстроить в следующий ряд стабильности: пирит.. 1 (0,60 В) месторождения Зармитан - пирит (0,58 В) месторождения Кокпа-тас - пирит (0,53 В) месторождения Кальмакыр - пирит 2 (0,50 В) месторождения Зармитан - пирит (0,48 -В) -месторождения Маржанбулак - _ пирит (0,43 В) месторождения Гузаксай -.лирит ;(0,41 В); месторождения Амантайтау.

Из двух изученных арсенопиритов более устойчивым оказался арсенопирит месторождения Зармитан, его ЭП - 0,48 В. Ар-■ сенопирит месторождения Нокпатас менее устойчив (ЭП - 0,42 В). Халькопирит месторождения Кальмакыр по степени окисляе-- мости близок к арсенопиршу месторождения~Кокпатас, -его "ЭП-0,40 В.- ■" ------: - - —

Таким образом, при совместном окислении в первую очередь будут окисляться халькопириты, затем арсенопириты, .а пириты, являясь дополнительными окислителями для двух вышеназванных минералов, сами подвержены' окислению з меньшей" степени.

В процессах биологического выщелачивания пирита месторождения Амантайтау нами использовались различные штаммы Г.

- а -

0.6 -

0.5 -

т с

СО 0.4 н

0.3 -

. 0.2- [-1 I I I I и И 1)11-) | I I I I | I I I I | I I I I | I I I I | I

1. 23456709

I рн

Еис,1. Зависимость 'ЭП пиритов. от рН среды:

1 - пирит N1 месторождения Зармитан;

2 - пирит N2 месторождения—Зармитан;

3 -"пирит месторождения Маржанбулак;

4 - ... Гузаксай;

5 - ... Кокпатас;

6 — ... Кальмакыр.

Г9ггоох1с1ап2 (рис. 2). Все исследованные культуры окисляли пирит, наивысшую активность показала культура Т .Геггоох1с1апз КСБ. За 30 суток процент деструкции пирита культурой Г. Тег-гоох1ёапз КСБ составляет 44,8%, Г. Теггоох1бап2 В-12 -36,9%, Г. {еггоох1йат 3-9М - 34,2%.

С целью интенсификации процесса деструкции перемешивание осуществлялось при подаче'воздуха от микрокомпрессора. Изменение способа культивирования, постоянная подача "кислорода воздуха значительно интенсифицировали процесс "бактериального окисления пирита. Так, концентрация трехвалентного железа на 7 сутки культивирования составляет 3,1 г/л, в то время как в колбочном варианте - 2,0 г/л. ;

Основной задачей бактериального выщелачивания золото-мышьяковистых концентратов является окисление арсенодирита, обеспечивающее селективное удаление мышьяка и вскрытие; тон-ковкрапленного в нем золота. Поэтому в работе большое вйима- - * ние уделено изучении роли коррозионного взаимодействия в системе арсенопиритпирит - бактерии.

Нами было исследовано окисление арсенопирита месторождения Зармитан с добавками пирита в соотношении 1:1, 1:2, 2:1. Различнее электронно-конституционное строение арсенопирита и лшрита, а также наличие в кристаллической решетке арсенопирита типичного металлоида - мышьяка обуславливают возникновение между этими минералами, находящимися в пульпе бактери-- —ального-выщелачивания, токов коррозионного взаимодействия. Роль анода, в образовавшемся гальваническом элементе вьщолняг

.....ет арсенопирит, а роль катода: - пирит [Корешков Н.Г., 19883.

Взаимодействие между ними определяет селективность бактериального выщелачивания арсенопирита. Присутствие бактерий в рассматриваемой системе приводит-к-увеличению эффекта коррозионного взаимодействия пирита_и арсенопирита.

—Результатьг-надшх исследований~показали,-что наиболее ак-- -тивно процесс выщелачивания идет при соотношении арсенопири-— та к пириту. равном 1:2-(табл. 1). ■

______ Изучение влияния: на окисление Ыаржанбулакского пи' ' . рита и Зармитанского арсенопирита и их смесей показало, что присутствие двухвалентного железа повышает активность бакте-... рий з случае минерала-арсенопирита, но выход мышьяка з раст-" зор уменьшается, что. объясняется, по-зидимому, тем, что про-- --

CFe^to. г/л

ВРЕМЯ, (сутки)

Рис.2. Окисление пирита месторождения Амацтайтг различными культурами- T.ferrooxidaiis (1 —KGB1, -- . 2 - В—12, 3 - 3-9М). ;

Таблица 1.

Бактериальное выщелачивание железа и мышьяка в.различных системах-минералов

I I ; • • . •

Время выще-: чивания : (сутки) ¡Варианты (арсеноцирит:пирит) ¡РН | ; ЕИ, : < шУ : Ре3Л-: г/л : Те2?: АБ3,+ г/л : г/л : А55,+ : г/л Аз,общ г/л ¿дС, г/Л/Ч : Кол-во : бактер. : 1сл/мл

1 1 : 1 1.76 547 0,80 — 0,10 0,40 0,50 0,2 0,2 2.5-104

■ 1 : 2 1,78 549 0,75 — 0,15 0,45 0,60 0,5 0,2 2,5-10^

; : 1 ' ! 2 : 1 - 1,86 554 0,70 — 0,10 0,40 0,50 .0,35 1,0 2.5-Ю5

• : ' 5 | ! 1 1,96 Б60 | 0,65 — 0.35 0,40 0,75 0,3, 1.8 2,5-Ю6

■ 1 ■■■ : 2 1 1,91 565 0,75 — 0,20 0,60 0,80 0,45 0.3 ' 6,0-Ю6

1 ' • о 1 ( : Г : 1 1,92 579 1 0,55 ~ 0,40 0,30 0,70 0,5: 0 6.0-105

' з !; 1 1 : 1 1,75 £62 0.65 — , 0.20 0,90 1,10 0,5 .. 0,1 6.0-10б

1 ■ ; ! 1 : 2 1,71 575 0,70 — 0,30 0,90 1,20 0,2 0,5 6,0'Ю7

о I : 1. | ! 580 : 0,45 — 0,25 0,65 0,90 0,25 0,2 2,5-Ю5

13 [ 1 1 2,35 544 0,60 — 0,30 0,60 0,90 0,5 0,5 2,5-10б

2 1,92 574 0,70 — 0,54 0.55 1,09 0,7 0,65 6,0-юЗ

2 1 1,92 570 0,45 -- ■ 0,25 0.65 0,90 0,3 0,35 2,5-Ю5

•м.

-12 - "

цесс окисления Ре2+ для бактерий энергетически более выгоден, чем разрушение структуры кристаллической решетки минерала. Вследствие этого процесс вскрытия арсенопирита с добавкой ре2+ идет медленнее.

В результате исследований установлено, что изученные минералы различных месторождений - Узбекистана в большей или - меньшей степени подвержены бактериальному.окислению.

При выщелачивании минералов в периодической культуре было-показано, что увеличение вносимого инокулята и цикличная бактериальная обработка минералов и их различных смесей (каждые 10 суток) способствуют максимальной деструкции минералов. Добавление в! среду выщелачивания двухвалентного железа увеличивает окислительную активность бактерий.

При изучении выщелачивания халькопирита и арсенопирита в : присутствии шфита (Установлено, что максимальная бактериальная деструкция проявляется при соотношении' арсенопирита к пириту 1:2, а халькопирита к пириту - 2:1. ! '

Полученные данные убедительно свидетельствуют о том, что бактериальное окисление сульфидов совершается по электрохимическим законам и контролируется кристаллохимическими особенностями отдельных минералов. |

■ [......

Бактериальное вскрытие золота из Зарштанского золото-

мышьяковистого концентрата. I

! --■' ' '

Для разработки технологии бактериального выщелачивания необходимо-вести оценку пригодности руд определяемого место-, рождения для переработки данным способом.

Бактериальное выщелачивание может активно протекать _ только при благоприятных условиях для жизнедеятельности бактерий, к которым молено отнести такие факторы, как рН среды, —окислительно-восстановительный потенциал раствора,-- темперя--туру, концентрацию бактерий и их активность, аэрацию, плотность пульпы.

Одним из решающих факторов, определяющих высокую 'окисли-~~ тельную ^активность процесса, является правильный выбор "культуры бактерий как выщелачивающего агента. Известно, -что_ в процессе бактериального выщелачивания в растворах изменяется рН среды, накапливаются ионы тяжелых металлов. Вследствие

этого бактерии, используемые в процессах выщелачивания должны быть адаптированы к столь сложной многокомпонентной системе .

, В наших исследованиях для процесса бактериального вскрытия Зармитанского золотомышьяковистого концентрата мы использовали 5- штаммов Г. ferrooxldans: К-71, В-12. Д-27, КСБ, -3-9М. Наиболее активной культурой" оказалась" природная ассоциация -тионовых бактерий " с преобладанием Г. ferrooxidans В-12, обладающая" высокой окислительной активностью и скоростью роста (табл. 2).

Таблица 2.

Выщелачивание.мышьяка и титр клеток различных культур Г.Теггоох1с1апз при культивировании их на Зармитансксм

концентрате

Продолжительность культивирования, сутки

Ассоциациия

культур

7

10

14

титр : Аб : титр : Аэ: титр : Аб : титр : Аэ клеток:г/л :клеток:г/л:клеток:г/л :клеток:г/л.

К-71 В-12 Д-27 КСБ. 3-9К

2,5'Ю5 0,5 5,0'10б0,8 6,Ö~i07 1,1 6,0'10б 1,2

6.0-107 2,4 2,5*10^3,8 6,0*109 3,8 2,5'107 2,2

2,5'Ю5 0,8 2,5'1071,0 6,0'Ю7 1,2 2,5"10Y-1,7

• т?

б,0-10б 1,0 2,5:1031,4 2,5'Ю8 1,6 6,0'108 1,8 6,0-Ю5 0,3 б,0.*1061,2 2,5'Ю3 1,4 2,5'105 1,5

Большое значение в процессе выщелачивания сульфидных концентратов имеет плотность пульпы. .-Мы изучали скорость" бактериального выщелачивания при плотности пульпы, соотзетс-

-- --14'-

твущей отношению Т:Ж от 1:2 до 1:50. Как видно из таблицы 3, где представлены данные по количеству выщелоченного железа, наиболее оптимальным соотношением Т:Ж для Зармитанского концентрата и культуры Г. Т&ггоох1йапБ В-12, оказались величины 1:10 и 1:15, где на протяжении всего опыта содержание трехвалентного железа в растворе было наиболее высоким и на •14 сутки достигало 8,96 и 8,52 г/л," "соответственно, тогда," как при иных соотношениях Т:Ж данная величина не превышала 4-6 г/л. " .....; "

Таблица 3.

Выщелачивание Ре3+ из Зармитанского концентрата " культурой Г. ГеггоохЬЗапв В-12 при различных соотношениях . Т:Ж в системе

: Концентрация Fe3+, -г/л

Т : Ж :--------------------------------------------

~ . —3 сут : 7 сут : 10 сут : 14 сут

1:2 _ . 1,92 3,94 4,05 4,71

1:5 3,84 4,82 6,87 6,88

1:10 4Д)3 _ 5,25 7,53 3,96__

1:15 4,00 5,18 7,20 8,52

1:25 3,90 4,94 - 6,03 6,97

—it50~~ ■ Зт^О- 4,92 - - • 5,31-------' 5,87 - -

.^Влияние аэрации на процессы бактериального.вскрытия золота из Зармитанского эолотомьшаяковистого концентрата изучали при культивировании бактерий в стационарных условиях на качалке ..(180 об/мин) и при перемешивании воздухом, подаваемым -от- микрокомпрессора со скоростью 0,2 - 0,3 л/сек. Па

- 15 - '

результатами исследований оптимальным значением pH при выщелачивании исследуемого концентрата оказался pH 1,8 - 2,2, а оптимальной температурой - 28 - 32°С.

Таким образом, для бактериального вскрытия золота из Зармитанского концентрата оптимальны: культура Г.ferro- ' oxldans В-12, t - 28 - 32°С, pH 1,8 - 2,2, Т:Ж - 1:10 • 1:15, аэрация 0,2 - 0,3 л/сек." "'"

Интенсификация процесса бактериального вскрытия золота из Зармитанского концентрата.

Наши последующие исследования, направленные на интенсификацию процесса бактериального выщелачивания золота, включали ряд операций: увеличение количества биомассы, введение в среду Fe2+, удаление части пульпы с целью уменьшения концентрации". ионов, ингибирующих процесс и"возврат биомассы......

после'осаждения мышьяка.

Биомассу Т. ferrooxidans В-12 добавляли двумя способами: 1 - в отдельном культиваторе на одноименном концентрате при TiE - 1:10 выращивали биомассу на среде 9К с половинным содержанием Fe2+ (4,5 г/л) и постоянно из него отбирали определенное количество-пульпы в первый пачук;-2 --жидкую-фазу из культиватора центрифугировали и вносили в первый пачук со • средой 9К в присутствии двухвалентного железа (4,5 г/л) и без него. ■ Эксперимент проводили .'""при скорости разбавления пульпы 17.x 10~3 час-1 . .....

Как видно из таблицу 4, во всех вариантах опыта происходит активизация бактерий, что немедленно сказывается на повышении концентрации мышьяка в жидкой фазе пульпы.

Для изучения влияния ионов железа на процесс выщелачивания Зармитанского.флотоконцентрата (ЗФК) были выполнены эксперименты ¿""йспользованйе^ГкуЖтуры, "обладающей йеходной"-ак------

тивностью 0,6 г/л/час (по отношению к введенному двухвалентному железу).. Процесс бактериального выщелачивания (БВ) осуществляли в; колбах-на-качалке, - на среде. 9К с различным, со- .-. держанием Fe2+ в среде (9, 4,5 и.2,25 г/л) при.отношении Т:Ж 1:10 и-t - 30-32°С. - ""- - - " _:. .

За 5 дней двухвалентное железо, имевшееся в растворе,- • подвергалось окислению. Одновременно "возрастало и количество" '

мышьяка (количество Аб3+ во всех трех опытах колебалось в пределах 3-4 г/л).

Таблица 4.

Влияние способа введения биомассы на железоокисляюшую активность бактерии на Зармитанском концентрате -

Способ : аС - Ре2+/Ре3"ь, г/л/ч : Конц-ция Аэ общ., г/л введения : до : через до : через

биомассы : введения : 3 суток : введения : 3 суток

с пульпой 1,2 1,5 3,7 4,0

со средой 9К

(4,5 г/л Ге2+) 1,2 2,35 2,8 4 „5

со средой 9К „

без Ре2+ 1,2 1,7 3,2 4,0

Разжижение пульпы путем введения новой порции среды, содержащей такое "же количество двухвалентного железа, как в начале опыта, как и следовало ожидать, резко активизировало процесс биовыщелачивания. В последующие 7 суток окислительная активность микроорганизмов по отношению к трехвалентному железу достигла 3,1 - 4,1 г/л/час,~"что сопровождалось высоким содержанием в пульпе окисленного железа (до 13,6 г/л) и пятивалентного мышьяка (4,2 г/л) при содержании микроорганизмов 106 - 107 кл/мл.

.....На основании полученного нами экспериментального ^материала можно сделать заключение о необходимости следующих, уело--,вий для интенсификации -процесса биовыщелачивания Зармитанс-кого золотомышьяковистого концентрата: 1 - к концентрату не- обходимо подобрать железоокисляюшую культуру с окислительной активностью не. менее 2 г/ЛЛшс; 2 - проводить биовьщёлачива- '. ние с добавлением в начале процесса полной среды 9К с даль-. . . нейшим' переходом на использование среды 9К без железа; 3 -при повьшенш концентрации ингибирующих ионов, снижающих ак-. ...тивность бактерий, необходимо удалять часть жидкой фазы пуль-

пы с возвратом бактерий после центрифугирования; 4 - 'проводить постоянную подпитку путем ввода биомассы в голову процесса.

Укрупненные лабораторные испытания бактериального вскрытия золота из Зармитанского золотоыышьяковистого кон- . ■ - — ~ ■ ■■- центрата.

Лабораторные испытания эффективности бактериального вскрытия золота из Зармитанского флотоконцентрата (3®) проводили по технологической схеме, разработанной в МИСиСе, ко-, торая предназначена для проточного культивирования и представляет собой блок из трех последовательно соединенных пачу-ков. -

Для :культивирования была использована природная ассоциация бактерий с преобладанием Г. Теггоох1йапз В-12.

Пульпу готовили путем смешения концентрата с бактериальным раствором Т. Тегтоох1йапз на среде 9К, с последующим переходом на среду 9К без железа.

Скорость протока постепенно доводили до 500 мл/сут. Время выщелачивания составляло 100-120 часов. Исследование, кинетики окисления бактериями двухвалентного железа и мышьяка показало, что в первые дни эксперимента, когда бактериальные клетки малоактивны, окисление Ре2+ про-...—лсходит-- с малой , интенсивностью и его содержание в растворе обусловлено развитием электрохимических, реакций восстановле- . ......ния~ Ре3+. За этот период общее содержание железа в бактериальном растворе достигло ксщентрации выше 10 г/л, представленное в основном Ге3+.

Для интенсификации процесса окисления наряду с оборотны--. - ми растворами добавляли свежую активную культуру, адаптиро-- --'-ванную-к-- ~ - • - •— - — ----- -

Развитие бактериального процесса выщелачивания в нашем эксперименте протекало согласно электрохимическим законам. . Через.несколько"_суток "железо в растворе стало практически-полностью трехвалентным.. Извлечение мышьяка в -раствор качественно повторяет графическую картину окисления железа, причем в формирующийся раствор Аб переходит преимущественно в трехвалентной-форме--(рис. 3).

Рис.З. -Кинетические кривые изменения кондентра-\ щт железа и мышьяка при бактериально—химическ * выщелачивании Зармитанского"концентрата.

- 19 -

Проведенное прямое цианирование выщелоченного кека показало, что вскрытие золота за 100-120 часов достигается на 89 - 92Z при степени извлечения мышьяка из концентрата на 90Х (табл. 5).;

" - -- -- Таблица 5.

Цианирование кека после бактериального выщелачивания Зармитанского концентрата

Образец

Извлечение после цианирования, I 7.

Аи „

• Ае

Исходный конц.

Кек 1'

Кек 2

16,20 1,58 1,46

67.2 89,0

92.3

39,5 66,7 62,0

Таким образом, совокупность полученных нами результатов свидетельствует о возможности использования..-микроорганизмов Т. 'Гетгоох1йап5 для вскрытия золота, из Зармитанского концент-'рата. '

Результаты проведенных лабораторных испытаний позволили разработать схему процесса биовыщелачивания, которая представляет собой сочетание двух процессов - культивирование "бактерий"на исходном концентрате" и собственно" бактериальное" выщелачивание (рис. 4). В операцию культивирования подается около 25-30% пульпы.

.....Пульпа.после биовыщелачивания., подвергается сгущению и

фильтрованию. Кек направляется на цианирование, а хвосты обезвреживаются и сбрасываются в хвостохранилище.

Схема'бактериального зыщелачивания легла в основу проекта опытно-промышленной установки производительностью 2

КОНЦЕНТРАТ

ПОДГОТОВКА ПУЛЬПЫ

КУЛЬТИВИРОВАНИЕ ............БАКТЕРИЙ -

- рН 2,0-2,2

БАКТЕРИАЛЬНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ

рН 2,0

СГУЩЕНИЕ

РАСТВОРЫ НА ОСАЖДЕНИЕ МЫШЬЯКА

I I

ФИЛЬТРОВАНИЕ-

* : ФИЛЬТРОВАНИЕ

КЕК НА ЦИАНИРОВАНИЕ

ОТХОД НА РАСТВОРЫ -

ЗАХОРОНЕНИЕ

Рис. 4.

Принципиальная схема переработки золотомышьяко-вистых концентратов с использованием бактериального выщелачивания.

т/сут.

На основании проведенных укрупненно-лабораторных испытаний бьи составлен лабораторный регламент чанового выщелачивания ЗФК, который может служить основой при проведении опытно-промышленных и промышленных испытаний.

ВЫВОДЫ

' 1. Для проведения биотехнологических испытаний бактериального выщелачивания сульфидных-минералов и золотомышьяковис-тых концентратов отобраны ассоциации тионовых бактерий с преобладанием Г. Геггоох1с1апз КСБ и В-12, обладающие высокой окислительной активностью и способствующие максимальной деструкции сульфидных минералов.

2. Изучены электродные потенциалы сульфидных минералов золо- • торудных месторождений Узбекистана. На основании их зна-~ чений выстроен следующий ряд стабильности: пирит 1 месторождения Зармитан - пирит месторождения Кокпатас - пирит

2 месторождения Зармитан - пирит месторождения Кальмакыр -.пирит месторождения Ыаржанбулак - пирит месторождения Гузаксай - пирит месторождения Амантайтау. Из двух изученных арсенопиритов более устойчивым оказался арсенопи- ■

■ рит месторождения Зармитан. Арсенопирит месторождения Кокпатас менее устойчив. Халькопирит по степени окисляе-

■ 'мости оказался близок к арсенотариту месторождения Какпа-" . - тас. _ - — - .....

3. Показано, что доступность бактериальному разрушению минералов обратно пропорциональна величине электродного потенциала. Бактериальная деструкция минералов интенсифицируется при одновременном . присутствии в выщелачивающей

" _системе^двух. минералов, одним из которых является пирит.. .." ' Наиболее активно; коррозионное" ~ взаимодействие в ^системе" арсенопирит - пирит протекает при соотношении минералов —:-. . равном 1:2, халькопирит-- пирит --2:1.

_4. .Показана пригодность метода ..бактериального., выщелачивания для золотомышьяковистого концентрата месторождения Зармитан. Определены оптимальные параметры биотехнологического. ' ' - пропе'сса: культура Г.Геггоох1ёапБ В-12, Ъ - 28 - 32° С; рН - 1,3 - 2,2; Т:Ж - 1:10; аэрация 0,2 - 0,3 л/сек. - -

5. Предложенные параметры взяты в основу укрупненных испытаний бактериального вскрытия золота из Зармитанского фло-токонцентрата на лабораторной установке непрерывного культивирования. Показано, что за 120 часов в процессе бактериального вскрытия золота из Зармитанского флотокон-центрата выщелачивается более- 90% мышьяка, а извлечение металлов цианированием увеличивается с 67% до 89-92% для золота и с 39% до 62-66% для серебра.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Сагдиева М.Г., Зайнитдинова Л.И., Сагдиева З.Г., Тиллаев P.C. Электрохимическое взаимодействие минералов в процессах биовыщелачивания // ДАН РУз. - 1994. - N 12. - С. 36-38.

2. Сагдиева М.Г., Голобородько В.И., -Айралетова Ж.С., Зайнитдинова Л.И.- Бактериально-химическое вскрытие золота из Зармитанского золотомышьяковистого концентрата // ДАН РУз. - 1995. - N 1. - С. 45-47.

3. Зайнитдинова Л.И., Айралетова Ж.С., Сагдиева М.Г. Влияние ионов железа на скорость адаптации Г. ferrooxidans к ус- ловиям-биовыщелаыивания концентратов //- Тез. докл. конф.

"Интродукция микроорганизмов в окружающую среду". - Москва, 1994. - С. 36.

4. Сагдиева М.Ргу Зайнитдинова-Л.И.-, Сагдиева'3. Р.Яхонтова Л.К. Взаимодействие пирита и ареенопирита з процессе био- выщелачивания // Тез. докл.-" конф. "Интродукция микроорганизмов в окружающую среду". -; Москва, 1994. - С. 112.

5. Зайнитдинова Л.И. Методы интенсификации процессов бактериального вскрытия золота из золотомышьяковистых концентратов // 'Тез.' конф. с межд. участием "ISTIQL0I:" "Комп-

-лексное- освоение минеральньсгресурсов. "XXI век - проблемы и пути решения". - Навоий, 1997. - С. 63.

6. Зайнитдинова Л.й.\ Окисление сульфидных минералов золотосодержащих руд .. различных . месторождений: Узбекистана // Тез. докл. 1 сьезда микробиологов Узбекистана. - Ташкент, 1997. „ - -С. 12а. : ------ - - - .

7. СагдиеЕа М.Г., Зайнитдинова Л Л!.-, Айралетова Ж.С. Бактериальное вскрытие золота из 'упорных золотосульфидных кон-

- 23 -

центратов руд месторождений Узбекистана // Тез. . докл. 1 съезда микробиологов Узбекистана. - Ташкент, 1997. - С. 150. '

ACADEMY OF SCIENCES OF THE REPUBLIC OF UZBEKISTAN THE INSTITUTE OF MICROBIOLOGY

ZAINITDINOVA LYODMILA IBRAGIMOVNA

BIO-DESTRUCTION OF SULFIDE MINERALS AS THE BASIS FOR INTENSIFICATION OF RECOVERY OF METALS

Dissertation for candidate's degree on biology

One of the ways for Intensification of bacterial recovery of gold from gold-arsenic concentrates is an acceleration of oxidation rate of sulfide minerals. In this work electrode potentials of sulfide minerals from various deposits of Uzbekistan have been determined. It was shown that the process of bacterial oxidation of sulfide minerals depends upon many factors, among them the value of their electrode potentials is a characteristic one. 'Influence of corrosion interaction "of minerals upon~bacterial oxidation process has been determined. "Optimal parameters of technology for bacterial recovery of gold from gold-arsenic Zarmitan concentrate have been determined. Combined "laboratory tests showed . that' during a. period of" 100-120 hours of leaching the gold recovery is being increased from 67Z up to 89-92£ for Zarmitan concentrate. The results obtained can be used as a basis for conducting experimental - industrial tests.of bacterial gold recovery technology.

Узбекистан Республикаси Фанлар Академияси Микробиология института

Зайнитдинова Людмила Ибрагимовна

Сульфид минералларининг биодеструкцияси металларни чш^ариб олишни жадаллаштириш асоси сифатида

Биология фанлари номзоди иллмий даражаси изланиш ! учун диссертация"

Олтин-мышьякли концентратлардан олтин ажратишни бактериал жадаллаиггириш йудларидан бири сульфид минералларни оксидланиш тезлиниги оширишдир. Ушбу ишда Узбекистоннинг турли хил фойдали казилмаларидан олинган сульфид минералларини электрод потенциаллари аникланган. Сульфид минералларини бактерал оксидланиш жараёни куп факторларга боглик булиб, улар ичида электрод потенциали курсатгичи катта аз?алиятга эга эканлиги курсатилган. Бактериаль оксидланиш жараёнига минералларни коррозияли узаро тачсирланиши аникланган. Зормитон; олтин-мышьякли концентратидан олтинни бактериаль ажратиш технологиясининг кулай параметрлари аникланган. Кенгайтирилган лаборатория -синовлари-100-120 соат мобайнида инщэр | билан кайта ишлаш цианлапггириш. ор^али олтинни ажратиб' олиш 67.% дан .39-92% гача ошган. Ишлаб чикарилган лаборатория регламента соноат ишлаб чикариш синовини утназиш учун асос булиши мумкин.