Технология бактериального выщелачивания металлов

Кучное и подземное выщелачивание. Бактериальное выще­лачивание цветных металлов проводят из отвалов бедной руды (куч­ное) и из рудного тела в месте залегания (подземное). Технологиче­ская его схема включает орошение руды в отвале или в рудном теле, осуществляемое водными растворами H₂SO₄, содержащими Fe³"¹" и бак­терии (Т. ferroxidans, L. ferroxidans, S. thermosulfidooxidans и др.). Наиболее широко распространены в отвалах и месторождениях при нормальной (20 — 30 °С) или пониженной (2 — 15 °С) температуре тионовые бактерии Т. ferroxidans, Т. thiooxidans, а также L. ferroxidans.

Раствор подается через скважины при подземном или путем раз­брызгивания на поверхности при кучном выщелачивании. В руде в присутствии О₂ и бактерий сульфидные минералы окисляются, а медь и другие металлы переходят из нерастворимых соединений в раство­римые. Раствор, содержащий медь, поступает на цементационную или другие установки (сорбция, экстракция) для ее извлечения, а затем опять на отвал или в рудное тело (схема замкнутая).

При выщелачивании меди из вторичных минералов (халькозин-Cu₂S, 6opHHT-Cu₅FeS₄), а также ванадия и урана роль основного окис­лителя выполняет Fe³⁺.

Чановое выщелачивание. Бактериальное выщелачивание упор­ных сульфидных концентратов проводится прямоточно в серии по­следовательно соединенных чанов с перемешиванием и аэрацией при 30 °С для мезофилов и от 45 — 50 до 70 — 80 °С для термофильных бактерий. Значение рН составляет 1,7 — 2,2, концентрация клеток бактерий — 10¹⁰ — 10¹¹ в 1 мл пульпы. Схема переработки сульфид­ных концентратов замкнутая. Оборотные растворы после частичной или полной регенерации используются в качестве питательной среды для бактерий и выщелачивающего раствора. В отдельных случаях эта процедура может и не проводиться. Наиболее активными в бакте­риальном выщелачивании металлов являются штаммы бактерий, адап­тированные к комплексу факторов (рН, тяжелые металлы, тип кон­центрата и т. д.) в условиях активного процесса. В качестве приме­ров чанового выщелачивания можно привести следующие.

Переработка олово- и золотосодержащих концентратов

Оловосодержащие концентраты содержат пирит, халькопирит, ар-сенопирит и оловянные минералы в виде окислов. В этой смеси бакте­рии окисляют прежде всего арсенопирит (FeAsS) как более низкопо­тенциальный минерал. Это позволяет удалить мышьяк из концентра­та как вредную примесь и получить селективно оловянный и медный концентраты.

Золотосодержащие концентраты содержатся в пирите, арсенопи-рите и др. Золото и серебро тонко вкраплено в кристаллические ре­шетки этих минералов. Поэтому только после их вскрытия, или де-структирования, можно извлечь благородные металлы методом циани-

рования. Пирометаллургический способ (обжиг) не обеспечивает пол­ноты их выхода и загрязняет окружающую среду арсинами (AsH₃), поэтому неприемлем. Другие методы либо дороги, либо не способ­ствуют абсолютному извлечению золота и серебра, в особенности пос­лед-пего.

После бактериального окисления арсенопирита и частично пири­та методом цианирования из остатка выходит более 90 % Ag и Аи. Бактерии перспективны и для переработки свипцово-цинковых кон­центратов. Из них полностью извлекают Си, Zn и Cd и получают свинцовый концентрат (остаток от выщелачивания), Cu-Cd и цинко­вые продукты из растворов.

Выщелачивание урана

При чановом выщелачивании из пиритсодержащих руд в пачуках при рН, равном 1,5 — 1,6, извлечение урана за 6 сут составляло 91 %. В полунепрерывных условиях за 5 сут можно добиться 100%-го его выхода при плотности пульпы 20 %. При такой технологии Т. ferro-oxidans используется для окисления пирита и регенерации Fe³⁺. Про­цесс проводят при 30 °С.

Обессеривание углей

Сера в углях присутствует как в виде пирита (FeS2), так и в виде органических соединений. В связи с использованием в промышленно­сти тонкоизмельчеиного угля появилась возможность удалять серу из него как вредную для окружающей среды примесь путем окисления FeS₂бактериями. Таким образом с помощью Т. ferrooxidans за 5 — 8 сут удается извлечь до 97 % пиритной серы. Для ее получения из органических соединений предлагается использовать гетеротрофные микроорганизмы.

Микробиологическое извлечение металлов

Из растворов

Конечная стадия гидрометаллургических процессов — извлечение металлов из растворов. Однако пока удается получить только некото­рые из них — прежде всего присутствующие в значительных концен­трациях. Особые трудности возникают, если процесс происходит в разбавленных растворах. Важнейшая задача современности — очист­ка от металлов промышленных стоков. В последнее время намети­лось новое направление в решении этих сложных проблем, основан­ное на использовании способности многих микроорганизмов сорби­ровать или осаждать ионы металлов. Известны следующие основные процессы их извлечения таким образом: биосорбция, осаждение ме­таллов в виде сульфидов, восстановление шестивалентного хрома и некоторых других элементов.

Процесс бактериального осаждения сульфидов металлов известен

давно. Сульфатредуцирующие бактерии при этом образуют серово­дород, практически полностью осаждающий металлы из растворов (на­пример, растворенные 8,5 г Си/л в форме цианида дают 98,5 % меди).

Практическое применение нашел процесс восстановления шести­валентного хрома в растворах. Известны микроорганизмы, которые в анаэробных условиях восстанавливают его до трехвалентного, послед­ний затем осаждается в виде Сг(ОН)₃. Процесс идет при рН 8 — 9, причем в качестве источника органических веществ для бактерий мож­но использовать хозяйственно-бытовые сточные воды.

Новым подходом к решению задачи извлечения металлов из раз­бавленных растворов является биосорбция. Исследования, проведен­ные как за рубежом, так и у нас в стране, показали, что с помощью бактерий, мицелиальных грибов, дрожжей и водорослей можно полу­чить из них до 100 % свинца, ртути, цинка, меди, никеля, кобальта, марганца, хрома, урана и некоторых других элементов, до 96 — 98 % золота и серебра, до 84 % платины, 93 % селена. Показано также, что бактериальные полисахариды эффективны для извлечения из раство­ров радиоактивных элементов (урана и др.), меди и кадмия.

При сорбции из растворов металлы накапливаются в биомассе до определенной концентрации.

Механизм этого процесса во многих чертах ясен. В основном он связан с клеточной стенкой. Возможности грибов в сорбции металлов определяются наличием в первых хитина и получением из него хито-зана. Поэтому при извлечении целесообразно использовать эти веще­ства непосредственно. Их источником могут быть и сами грибы.

По данным канадских исследователей, более важную роль в био­сорбции металлов играют фосфатные и уроновые кислые группы. Считается перспективным использование мертвой биомассы и приго­товленных на ее основе сорбентов.

Способы применения биосорбентов могут быть различными. Это прежде всего создание биофильтров с живыми микроорганизмами, где в качестве носителя может применяться, например, уголь. Другой при­мер — так называемый биосорбент М, разработанный в Чехии. В его состав входит мицелий Penicillum chrysogenum и продукты реакции веществ, используемых в процессе его укрепления (мочевиноформаль-дегидный поликонденсат, продукты реакции формальдегида и мочеви­ны с компонентами мицелия). Этот биофильтр изготавливается в виде зерен размером 0,3 — 0,8 мм. Его можно использовать в установках, работающих на ионообменных смолах.

К достоинствам биосорбентов, включающих микроорганизмы, сле­дует отнести прежде всего широкие возможности их использования в природных условиях. При налаженном производстве биомассы или, например, полисахаридов микробного синтеза они могут стать новым источником селективных обменных материалов.