Кучное биовыщелачивание

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра биохимии и технологии микробиологических производств

Курсовая работа

по дисциплине «Процессы и аппараты биотехнологии»

на тему: «Кучное биовыщелачивание»

Выполнил студент гр. БТБ-12-02 Д. И. Мухаметшина

Проверил преподаватель А.А. Шараева

Уфа 2015



Содержание

Введение

Биовыщелачивание. Основные понятия

Кучное биовыщелачивание

Основные этапы развития кучного биовыщелачивания

Опыт освоения технологии кучного биовыщелачивания

Перспективы извлечения золота методом кучного выщелачивания в холодных климатических регионах России

Геомембраны (полимерные листы) для гидротехнических сооружений и кучного выщелачивания золота и их технические характеристики

Кучное выщелачивание некондиционных руд

Заключение

Список использованных источников

Приложение

биовыщелачивание некондиционный золото руда



Введение

На сегодняшний день гидрометаллургия является одним из важнейших производственных процессов. Именно поэтому проблема получения металлов, как можно с меньшими потерями, является очень важной и актуальной.

Целью курсовой является изучение процессов кучного биовыщелачивания, то есть изучение внедрения микроорганизмов в данное производство.

Получение металлов лишь химической обработкой приводит к тому, что очень большой процент добываемого металла уходит в отходы, и извлечь его оттуда является очень проблематичным и дорогостоящим.

Сложившаяся ситуация требует разработки новых эффективных технологий переработки бедных руд и отходов - на сегодняшний день биовыщелачивание является одним из перспективных методов:

- Использование биовыщелачивания металлов является простым, экологически безопасным и экономически эффективным способом.

- С помощью микроорганизмов уже извлекают золото, цинк, медь, никель, кобальт, титан, алюминий, уран, рений, галлий, индий, таллий из руд с низким содержанием металлов и горных отвалов [1].



Биовыщелачивание. Основные понятия

Выщелачивание металлов - это процесс, ориентированный на добыче металлов различной ценности [2].

Биовыщелачивание - технология, позволяющая извлекать металлы из бедных руд с применением хемолитотрофных микроорганизмов.

В технологию добычи металлов обычно включается добыча руд, экстракция металлов из руд, очистка и обработка металла. Современные технологии выщелачивания применяются при добыче полезных ископаемых, в частности различных металлов, ферровольфрама.

Гидрометаллургия - это технология процесса извлечения различных металлов из минерального сырья, например, руд, отходов промышленности или руды, концентратов. Применение данного вида технологического процесса осуществляется в том случае, когда пирометаллургия является убыточной [3].

Пирометаллургия -- совокупность металлургических процессов, протекающих при высоких температурах. Это отрасль металлургии, связанная с получением и очищением металлов и металлических сплавов при высоких температурах, в отличие от гидрометаллургии, к которой относятся низкотемпературные процессы [2].

Начальным этапом в гидрометаллургическом процессе является выщелачивание металлов. Далее производят концентрирование и очистку растворов, а извлечение металла из растворов происходит в последнюю очередь. Интенсивность процесса выщелачивания определяется химическим и минералогическим составом обрабатываемого материала, потенциала для окислительно-восстановительных реакций, а также составом раствора.

В настоящее время бактериальное выщелачивание используют для извлечения меди, урана и золота. При этом применяют в основном такие способы, как подземное, кучное и чановое выщелачивание.

Различают три вида выщелачивания -- это кучное, чановое и выщелачивание отвалов или отходов непосредственно на месте.

Чановое выщелачивание производится в реакционных резервуарах. Добытую руду складывают внутрь чана и выполняют процесс цианирования. В ходе этого процесса золото отделяется от руды, в результате чего получается смесь цианида и золота.

Кучное выщелачивание производится на специальных площадках. Этот метод используется чаще, чем чановое выщелачивание. Добытую руду насыпают на, так называемые, площадки для выщелачивания. Эти площадки имеют непроницаемую основу (асфальт, полиэтиленовая пленка). Фактически процесс выделения с помощью цианидов довольно прост. Разбавленный раствор цианида распыляется и распределяется по вершине площадки для выщелачивания с помощью распылительной системы. В результате раствор цианида проникает сквозь насыпь в течение нескольких недель, выделяя золото из руды. Цианид имеет естественную близость с золотом, которая похожа на растворение сахара или соли в воде. Золото обогащает раствор цианида (так называемый насыщенный раствор), после чего собирается в низу площадки для выщелачивания. В процессе разделения золото извлекают из насыщенного раствора [3].

Кучное биовыщелачивание

Кучное биовыщелачивание -- способ переработки химическим или бактериальным выщелачиванием попутно добытых забалансовых и бедных балансовых крупнокусковатых руд, заскладированных в отвалах, извлечение из которых полезных компонентов обычными обогатительными или гидрометаллургическими методами (выщелачивание в пачуках, автоклавах и других аппаратах) нерентабельно.

При кучном выщелачивании в качестве реагентов используют водные растворы минеральных (серной, азотной, соляной) и органических (например, уксусной кислот, соды, солей аммония и др). Площадки для размещения куч, отвалов руд подготавливают с обеспечением соответствующих уклонов в сторону раствор сборников; покрывают гидроизолирующим материалом (глина, асфальт, цемент, твердеющие растворы синтетических смол и др.), сооружают дренажную систему в виде перфорированных труб из материалов, инертных к действию выщелачивающих реагентов. Высоту куч, отвалов и способ отсыпки руд (бульдозерами, автосамосвалами, экскаваторами и др.) выбирают в зависимости от их физико-механических свойств, способности к уплотнению. Важно обеспечить в конечном итоге хорошую проницаемость руд, исключить переуплотнённые невовлекаемые в процесс кучного выщелачивания участки. Различают две схемы ведения процесса кучного выщелачивания: непрерывную и цикличную.

При непрерывной схеме руда в кучах и отвалах после выщелачивания металла остаётся на месте складирования. Цикличная схема предусматривает периодическую замену выщелоченной горной массы с вывозом её в породный отвал. Для применения этой схемы необходимы площадки меньших размеров. Выбор той или иной схемы зависит от рельефа местности, производительности установки кучного выщелачивания по руде, технико-экономических показателей и других факторов. В зависимости от физико-механических свойств руд возможны два режима кучного выщелачивания: инфильтрационный и фильтрационный. Инфильтрационный режим применяют при кучном выщелачивании крепких руд, не подверженных уплотнению.

В настоящее время в золотодобывающей промышленности для извлечения золота из руды нашли широкое применение цианиды. Цианид представляет собой весьма часто встречающееся в природе соединение. Цианид натрия - это ключевой ингредиент раствора, применяемого для процесса извлечения золота методом кучного выщелачивания. Цианидный ион CN- образует с золотом и серебром настолько прочные комплексные соединения, что становится возможным процесс окисления благородных металлов кислородом воздухам и их переход из руды в раствор. Помимо NaCN (концентрация 0.1%) в выщелачивающий раствор обязательно добавляется щелочь (гидроксид натрия или кальция) для предотвращения выделения из него цианистого водорода.

Рисунок 1- Схема кучного выщелачивания

Наибольшую трудность при кучном выщелачивании золота представляют руды, содержащие большое количество глины, а также лежалые и текущие хвосты гравитационного и флотационного обогащения и цианирования. В отдельных случаях глина или шламы могут полностью закупорить штабель для фильтрации цианистого раствора. Подготовленную для выщелачивания руду укладывают в штабель (отвал). Важным при этом является сохранение пористости руды и минимальное ее уплотнение.

Минимальное уплотнение руды (обусловленное лишь собственным весом) обеспечивают методы с использованием отвалообразователей, стакеров или экскаваторов - драглайнов. Эти методы применимы для всех категорий минерального сырья. Для окомкованной руды применим метод с использованием конвейеров и стакеров.

Наиболее простым и недорогим является метод формирования отвала с использованием автосамосвалов и фронтальных погрузчиков, когда нижний слой отсыпается с помощью автосамосвалов с последующим наращиванием штабеля погрузчиком.

Бульдозерный способ формирования отвала, когда руда завозится на площадку автосамосвалами, а штабель формируется бульдозером, применим для прочной кусковой руды.

После отсыпки кучи на ее поверхности монтируют систему орошения выщелачивающими растворами, которая в простейшем случае представляет гибкие либо жесткие шланги с отверстиями. Шланги (трубы) отводят от коллектора и располагают параллельно с определенным шагом (например, 1 м). Для орошения рудного штабеля используют системы напорных эмиттеров (капельное орошение), позволяющие уменьшить испарение, либо вращающиеся оросители, позволяющие увеличить испарение с целью сокращения водного баланса. Продолжают широко использовать обычные дождевальные установки, особенно когда у предприятия имеет место положительный водный баланс. Предприятия кучного выщелачивания также продолжают применять метод прудкового орошения уложенной в штабель руды. Главным требованием к системе орошения является соблюдение равномерной смачиваемости частиц руды в штабеле как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях.

Цианистые растворы кучного выщелачивания поступают на переработку на специальные установки или фабрики. В технологическом отношении для извлечения золота и серебра из цианистых растворов используют методы сорбции на анионит АМ-2Б, цементации на металлический цинк, сорбции на активированный уголь. Каждый из этих методов обладает уникальными особенностями и каждый в определенных условиях имеет преимущества.

Основные этапы развития кучного биовыщелачивания

Современная технология кучного выщелачивания благородных металлов получила свое развитие в основном в последние 20 лет, хотя применение этого метода имеет давнюю историю. Например, на шахтах Венгрии извлекали медь из подотвальных медьсодержащих вод еще в середине XVII века, а испанские горняки делали то же самое, пропуская кислые растворы через крупные кучи окисленных медных руд на берегах Рио Тинго в 1752 году. К 1900 г. уже использовались такие технологии, как циклическое выщелачивание с выстаиванием с целью повышения извлечения металла. С конца 50-х годов кучное выщелачивание как кислыми, так и щелочными растворами практикуется в урановой отрасли.

Первое предприятие кучного выщелачивания промышленного масштаба (использовавшее метод угольной адсорбции) было запущено в Кортезе, штат Невада в 1974 г. Исходным сырьем являлись складированные на руднике бедные руды с очень малым содержанием золота. В 1980-е годы метод получил глобальное распространение, эффективность его возросла после реализации в 1979 году разработок Горного Бюро США по окомкованию (агломерации) руд. Многие из открытых в те годы месторождений не могли быть освоены с использованием традиционных методов кучного выщелачивания из-за того, что глинистые частицы (либо другая тонкая фракция, возникающая в результате дробления) препятствовали равномерному просачиванию раствора через рудный штабель. Технология агломерационного кучного выщелачивания оказалась пригодной для переработки большинства руд, отходов, хвостов гравитационного и флотационного обогащения и привела к резкому увеличению объемов производства золота.

В последующие годы развитие и совершенствование технологии кучного выщелачивания происходило по всем возможным направлениям. Были введены высокопроизводительные способы дробления и подготовки руд к выщелачиванию и укладки руды в штабели, системы регулируемого капельного орошения куч и эффективные режимы фильтрации, способы уменьшения потерь при хранении растворов, контроля и управления химическими реакциями, происходящими в процессе выщелачивания и др. Золотодобывающие компании США и Канады широко используют комплексные заводы по переработке продуктивных растворов кучного выщелачивания, совмещающие в себе традиционный процесс осаждения золота цинковой пылью и современную индукционную плавку цинковых шламов после их сернокислотной обработки и обжига на золотосеребряный сплав.

Кучное выщелачивание, позволившее вовлекать в отработку крупные месторождения с бедными (1-1,5 г/т) рудами, стало главным фактором развития золотодобычи в США, Австралии, Канаде, Мексике, Бразилии, Чили и других странах и дало им возможность за двадцать лет в 2-3 раза увеличить добычу золота. Использование кучного выщелачивания позволило вовлекать в отработку не только крупные месторождения бедных руд, но также и вскрышные породы, техногенное золотосодержащее сырье (хвосты обогащения руд цветных и драгоценных металлов) и небольшие по запасам месторождения (от нескольких десятков килограммов до 1-2 тонн), расположенные в малоосвоенных районах. В настоящее время примерно половина мировой добычи золота приходится на технологию кучного выщелачивания. Несмотря на довольно большой объем исследований, технология кучного выщелачивания в бывшем СССР долго не была востребована из-за преобладавшего здесь простого и выгодного способа добычи золота из аллювиальных россыпей. Первая установка была запущена в Казахстане на Васильковском ГОКе в 1991 году. Первые установки были запущены на Урале на отвалах ЗИФ ОАО "Южуралзолото" (ООО "Колорадо) в 1993 году и в Хакасии на Майском месторождении (старательская артель "Саяны", позднее ЗДК "Золотая Звезда") в 1994г. В 2000 г. в России действовало 10 установок суммарной производительностью по руде 2 млн.т/год и объемом добычи золота 4000 кг.

Опыт освоения технологии кучного биовыщелачивания

Технология кучного выщелачивания характеризуется многими достоинствами, в том числе небольшими капитальными вложениями. Однако, упрощенное отношение к ней ведет к низкой эффективности производства. Чаще всего проблемы возникают из-за низкой представительности технологических проб, отобранных на месторождении.

Технологические пробы тщательно исследуют и на основе характеристик руды разрабатывают регламент и проект. Если отобранная проба не представительная, могут возникнуть проблемы. Особенно тяжелая и практически неисправимая ситуация складывается, когда фактическое среднее содержание золота в руде намного ниже, чем было в технологической пробе и принято в расчете.

Чтобы снизить риск, проводят предпроектную геологическую оценку месторождений и методическую помощь в отборе технологических проб. Работы, выполненные Иргиредметом в полном объеме (от отбора проб до запуска производства), наиболее эффективны по срокам и результатам. Но нередко предприятия "экономят" на геологических исследованиях.

Залогом высоких экономических показателей кучного выщелачивания являются надежные геологические данные и представительные технологические пробы.

Основные методы кучного биовыщелачивания

Очень важным моментом организации кучного выщелачивания является строительство гидроизоляционных оснований. Для промышленного применения разработаны и рекомендованы три основных метода КВ, отличающихся между собой организацией основных и вспомогательных работ, конструкцией гидротехнических сооружений промышленного комплекса и характером общеинженерных мероприятий.

Первый вариант - предусматривает строительство долговременных площадок многоразового использования из твердых гидроизоляционных покрытий, способных выдерживать возникающие рабочие давления от складированного штабеля и от погрузочно-разгрузочных механизмов и транспортных средств. Для этого метода необходимы: ограниченный по площади участок земли; участок, пригодный для строительства хвостохранилища; высокопрочное гидроизоляционное основание из бетона или асфальта; меньшие размеры технологических емкостей из-за ограниченной площади куч, подвергаемых цианистому выщелачиванию; двойная переработка рудной массы (загрузка, выгрузка); относительно короткий и постоянный по времени цикл выщелачивания.

Второй вариант - (наиболее распространенный) предусматривает строительство гидроизоляционных площадок одноразового использования из мягких изолирующих покрытий (полиэтиленовые или поливинилхлоридные пленки, листовая резина) в сочетании с глинистой изоляцией или без нее при наличии естественного водоупора толщиной не менее 1 м. Набор технологического оборудования остается таким же, как и в первом варианте.

По второму варианту выщелаченная и обезвреженная руда остается на месте переработки. При этом отпадает необходимость в сооружении и эксплуатации хвостохранилища. Затраты на строительство гидроизоляционных площадок должны быть минимальными (из пригодных местных глин в сочетании с полимерным покрытием или без такового).

Третий вариант - дамбовое выщелачивание заключается в укладке руды перед удерживающим сооружением, имеющим вид дамбы. Большая часть руды нижележащего слоя выщелачивается во время последующего выщелачивания. После выщелачивания руды осуществляется дренаж растворов и складирование свежей руды. По окончании выщелачивания хвосты обезвреживают и рекультивируют, подобно отвалам пустой породы. Для организации дамбового выщелачивания необходима крепкая руда. Метод может использоваться там, где рельеф местности имеет крутой угол наклона. Метод применим в широком диапазоне климатических условий и приспособлен к длительному периоду выщелачивания (до нескольких лет).

Вариант гидроизоляционного основания для кучного выщелачивания выбирают на стадии проектирования предприятия, на основе анализа конкретных условий, в частности, наличия свободных площадей для закладки куч, рельефа местности, наличия местных строительных материалов.

Выщелачивание. Для выщелачивания металлов из руд и концентратов применяют в зависимости от условий различные методы. При перколяционном выщелачивании раствор проходит через слой руды или концентрата (например, в случае подземного или кучного выщелачивания) либо через слой выщелачиваемого материала, размещенного на ложном днище аппарата.[5]

На XV Международном конгрессе по обогащению полезных ископаемых [53] сообщалось о процессах переработки рудметодами избирательного выщелачивания свинца или цинка с последующим флотационным обогащением твердых остатков. Как сообщает Канадский горный журнал, все более широко применяется выщелачивание на месте, в том числе золота и урана из хвостов обогащения и отвалов старых шахт. В пустынях, а также в местах с холодным или влажным климатом и в районах, охраняемых от загрязнения окружающей среды, успешно используется кучное выщелачивание [59].[c.184]

Выщелачивание. Выщелачивание металлов из руд или концентратов может осуществляться либо 1) так называемой перколяцией путем пропускания раствора через крупный материал. Такой прием используется для подземного, кучного выщелачивания или выщелачивания в чанах 2) растворением пульп так называемой[c.298]

В настоящее время экстракционные процессы, основанные на этом механизме, нашли промышленное применение. В США действует предприятие по извлечению меди из растворов, получаемых после кучного выщелачивания. Для этой цели специально синтезированы реагенты, которые экстрагируют только медь. Аналогичные экстрагенты синтезированы в нашей стране, организован выпуск их опытных промышленных партий.[c.36]

Простота и экономичность геотехнологии открывает принципиально новые возможности разрабатывать месторождения с бедными рудами, брошенные или отработанные обычным способом участки месторождений. Даже металл из старых шахтных и карьерных отвалов экономически выгодно извлечь так называемым кучным выщелачиванием. А ведь такие отвалы -- они считались практически пустыми--есть на любом горном предприятии.[c.141]

Наряду с широким развитием исследований по бактериальному, подземному и кучному выщелачиванию, появились первые исследования по применению биохимических методов очистки сточных вод.. Бактерий использованы для разложения вредных примесей в сточных водах коксохимического производства и окисления ионов железа в отходах гидрометаллургии [110, 212].[c.8]

А. Б. Живаева, А. Л. Гринберг, М. А. Орел показали, что для Повышения эффективности кучного микробиологического выщелачивания меди необходимо непрерывное культивирование микроорганизмов при постоянном орошении кучи и непрерывной подаче[c.151]

В результате подробного изучения процесса увеличена скорость микробиологического выщелачивания меди из сульфидных концентратов с 20 до 500--725 мг/л в 1 ч и цинка до 1300 мг/л в 1 ч, что во много раз выше, чем при перколяционном и кучном выщелачивании. Показана возможность почти полного извлечения меди из сульфидов в течение 4 сут, а в случае халькопирита -- даже в течение 30 ч. Данные полупромышленных испытаний технологии микробиологического выщелачивания меди и цинка из сульфидных флотационных концентратов в интенсивных условиях подтвердили возможность извлечения меди со скоростью 725 мг/л в 1 ч в пульпе с содержанием 20 7о твердого.[c.156]

Хотя процессы биологического выщелачивания и представляют собой альтернативу обычным процессам экстракции, маловероятно, что микробиологическая технология в ближайшем будущем заменит такой издавна существующий процесс, как выплавка металлов. Тем не менее, подобно другим гидрометаллургическим процессам типа кислотного кучного выщелачивания урановых и медных окисных руд и выщелачивания золотоносных и серебряных руд с помощью цианидов, эффективные методы бактериального выщелачивания, несомненно, могут оказать заметное влияние на технологию переработки минерального сырья.[c.201]

Кучное выщелачивание применяется для бедных крупнокусковых руд на месте их разработки, главным образом для бедных руд и отвалов. Основным растворителем служит разбавленный кислый раствор сульфата окиси железа, образующийся при действии кислорода воздуха и воды на пирит [c.251]

В настоящее время из биологических процессов промышленность использует в производстве лишь различные формы брожения с получением спиртов, ацетона, органических кислот, биологический синтез белковых кормовых дрожжей, биологическую очистку сточных вод, бактериальное кучное выщелачивание забалансовых руд ряда цветных металлов и т. п. Все эти процессы идут с участием различных микроорганизмов и, как правило, с низкой скоростью и потому не являются в достаточной степени эффективными. Однако умелое про-[c.11]

Кучное выщелачивание применяют для химической экстракции урана, меди, золота и серебра. При выщелачивании урана и меди руду измельчают и помещают на специальные водонепроницаемые поверхности. При извлечении меди и урана кучи могут содержать 10--50-10 кг руды и в высоту достигать 4,5--5,5 м. Вершины куч выравнивают и наносят на них раствор серной кислоты. Новые кучи часто помещают поверх уже существующих. Такой способ выщелачивания урана и меди сходен с выщелачиванием отвалов однако здесь используются более концентрированные растворы серной кислоты, частицы породы меньше по размеру, а качество породы (содержание металла в ней) выше. Кучное выщелачивание длится несколько месяцев, а для выщелачивания отвалов требуются годы. Этот метод применим также для экстракции золота и серебра из руд и даже из отходов, подобных шламу (пустая порода, остающаяся после извлечения руды и размельчения). Чтобы обеспечить эффективное протекание выщелачивающего раствора, тонко измельченный шлам должен быть подвергнут агломерации (спекание в шарики). В щелочных растворах цианидов серебро и золото[c.200]

Во всех странах, занимающихся переработкой урановых руд, ведутся изыскания способов улучшения процесса выщелачивания. Эти работы имеют четыре основных направления -- избирательное выщелачивание бедных урановых руд, раздельное выщелачивание песков и шламов, стадиальное выщелачивание и кучное выщелачивание.[c.116]

Бедные окисленные медные руды или смешанные окисленно сульфидные руды трудно подвергаются обогащению и их перерабатывают гидрометаллургическим путем. Технологический процесс состоит из трех операций выщелачивания руды, приготовления электролита и электролиза. Для выщелачивания руды применяют либо метод перколяции, либо кучное выщелачивание, подземное выщелачивание или выщелачивание пульпы в агитаторах. Полученные растворы подвергают очистке обработкой их известняком. При этом железо и алюминий выделяются в виде гидроксидов, которые адсорбируют примеси мышьяка, сурьмы и фосфора. Для удаления примесей азотной кислоты и других часть раствора выводят в отвал, предварительно выделив из него медь цементацией. К чистому раствору Си 04 добавляется Нг504, и электролит направляют на электролиз с нерастворимым анодом, в качестве которого применяют сплавы свинца с серебром или сурьмой. Катодами являются медные листы, полученные в матричных ваннах. Электролизеры работают по каскадной схеме. Питающий раствор содержит 25-- 35 кг/м Си, а отходящий 10--15 кг/м .Катодная плотность тока 1150 А/м . Напряжение на ванне 2 В. Расход электроэнергии 2000--3000 кВт-ч/т меди. Этот метод используется в Африке и Южной Америке. В СССР он практически не используется.[c.309]

Из-за огромных масштабов операций по выщелачиванию отвалов активность бактерий, развивающуюся в ходе процесса, можно контролировать только в ограниченной степени. Для наиболее эффективного использования бактериального выщелачивания необходимо создавать такие инженерные схемы, которые позволяли бы осуществлять определенный контроль за активностью микробов. Помимо выщелачивания отвалов в горнорудной промышленности существуют и другие средне- и высокотехнологичные процедуры, при которых для экстракции металлов используются гидрометаллургические процессы(реакции, происходящие в воде). Эти технологии (выщелачивание in situ, чановое выщелачивание, кучное выщелачивание) применимы и к процессам бактериальной экстракции металлов.[c.198]

Экспериментально доказана легкая вскрываемость природных и техногенных соединений РЗЭ в кислотах, что легло в основу предлагаемых нами гидрохимических вариантов обогащения бедных руд и производственных отходов (кучное, чановое выщелачивание). Изучено поведение основных минералов и распределение ценных компонентов в процессах обжига, спекания с содой, сульфатизации, выщелачивания различными минеральными кислотами. С применением методов математической статистики проведена оптимизация процессов выщелачивания, предложена математическая модель, которая использована при выборе параметров опытных испытаний.[c.76]

В металлургии меди, по многим данным, ожидается более широкое применение выщелачивания отвалов, а также забалансовых и трудноразрабатываемых руд кучным или подземным способами. В частности, в СССР эти способы будут развиваться для руд Казахстана, Урала, Алтая.[c.436]

Применению экстракции для переработки растворов при химическом обогащении руд никеля -- кобальта, урана, ниобия -- тантала, циркония посвящен ряд докладов XV Международного конгресса по обогащению полезных ископаемых [53]. Экстракция перспективна для извлечения меди из растворов кучного и подземного выщелачивания. Б зарубежной практике ее осуществляют экстрагентами Lix 64 , Lix 34 , Шелл 529 , Акорга , Келекс . Медь успешно концентрируется и при сорбции на амфолитах с последующей десорбцией раствором серной кислоты.[c.113]

Разработка технологических схем переработки сложных руд должна идти по пути сочетания широко распространенных(классических) методов обогащения с пиро- и гидрометаллургией (сорбция, экстракция, флотация осадков, предварительный обжиг руды с последующим обогащением). В развитии таких схем можно наметить следующие направления первичное обогащение с получением отвальных хвостов и дальнейшей химико-цеталлургической обработкой концентратов и промпродуктов получение кондиционных концентратов и гидрометаллургическая переработка хвостов бактериальное, подземное и кучное выщелачивания с последующей сорбцией, экстракцией и флотацией металлов из растворов предварительная химическая или термическая обработка руд с целью частичного- извлечения ценных компонентов или перевода их в состояние, обеспечивающее эффективное обогащение их.[c.11]

В табл. 7 приведена растворимость минералов в различных растворителях-, [9]. Минералы по растворимости разделены только на две группы хорошо растворимые и плохо растворимые. Внутри этих групп растворимость минералов, неодинакова. Это связано с множеством факторов, определяющих скорость растворения природных минералов, а именно степенью окисленности, наличием изоморфных включений и примесей, крупностью частиц и др. Для выщелачивания руду обычно измельчают до --(0,074--0,2 мм) (за исключением подземного и кучного выщелачивания). Скорость выщелачивания можно также увеличить, путем интенсивного перемешивания, нагревания, проведения процесса в мельницах, автоклавах и т. д.[c.27]

Процесс применяют также для извлечения золота из растворов кучного выщелачивания бедных и забалансовых руд и лежалых хвостов. Он почти наполовину снижает капитальные затрат и на 10--20 7о --эксплуатационные расходы по сравнению с осаждением золота цинком.[c.122]

Бактериальное выщелачивание за рубежом наиболее широко применяют для кучного выщелачивания меди из бедных руд (Канада, США, Япония, Югославия). Так, на Бингамском месторождении в США (штат Юта) кучным выщелачиванием получают с помощью микроорганизмов 70 тыс. т меди из отвалов со средним содержанием 0,2 %. Микроорганизмы используются для выщелачивания урана из руд в Канаде, Франции, ЮАР, Португалии.[c.149]

По данным публикаций Уни про меди (1986), интенсифицирующее действие тионовых бактерий при перколяционном выщелачивании сульфидных медных и медно-цинковых руд составляет от 30 до 270 %. Но микробиологические исследования на действующих установках кучного и подземного выщелачивания показали что содержание имеющихся в растворах и рудной массе бактерий (Ю --10 клеток) недостаточно для обеспечения активных процессов окисления сульфидов и оксида железа (И).[c

Наиболее эффективным способом защиты окружающей среды и улучшения ландшафта, по нашему мнению, является комплексный метод рекультивации, который включает в себя химическую и биологическую рекультивацию. Химическую рекультивацию можно провести на основе технологий бактериального и кучного выщелачивания [Рыбаков, 1998]. Этот метод позволяет снизить уровень содержания загрязнителей в материале отвалов и хвостохранилищ, а также извлечь из них ценные компоненты. Содержание меди в отходах после одного цикла бактериальной обработки уменьшается на 57,5%, цинка -- на 83,3%, а ртути -- на 95% [Буачидзе и др., 2002].[c.317]

В СССР разработана технология экстракционной переработки растворов, полученных в результате кучного выщелачивания забалансовых медных руд с применением экстрагентов класса гидроксиоксимов. Отечественные экстрагенты (ОМГ и АБФ) этого класса имеют ряд преимуществ перед LIX64N они характеризуются большей емкостью по меди, экстрагируют медь из более кислых растворов, лучше совместимы с органическими разбавителями [160, 161].[c.228]

Дальше следует само выщелачивание подготовленной руды или концентрата при помощи растворителей, дающих с извлекаемыми металлами растворимые в воде соли вслед за этим -- промывка в сгустителях, на фильтрах или в других аппаратах. Выщелачивание производят двумя способами 1) просачиванием водных растворов -- так называемой перколяцией, применяемой в виде подземного, кучного или чанового процесса для более крупных материалов, и 2) выщелачиванием пульп -- так называемой агитацией, применяемой для тонко измельченных материалов при механическом или пневматическом перемешивании. Любой способ выщелачивания может применяться непрерывно или периодически.[c.247]

Снижение содержания примесей в оборотном электролите может быть достигнуто систематическим выводом части раствора в отвал (см. рис. 119). До этого необходимо выделить из этой части раствора всю медь. Такая же задача возникает при обработке некоторых промывных вод, растворов после кучного и подземного выщелачивания, а также подземных вод из медных рудников. Во всех этих случаях медь выделяют И растворов методом цементации железным скрапом Си304 Ре = Ре304 -[-Си одновременно[c.253]

Промывное отделение цеха состоит из 4 самостоятельных параллельных систем, идентичных по оборудованию. Промывная кислота концентрацией 10--15% Н2504 с высоким содержанием вредных примесей является нестандартным продуктом и сбрасывается на очистные сооружения. После отстаивания в ливненакопителях очистных сооружений промывную кислоту нейтрализуют известковым молоком, а частично передают на кучное выщелачивание. Осадок в виде шламов периодически отгружают на свинцовый завод.[c.283]

Для очистки сточных вод промышленных предприятий могут применяться неорганические сорбенты, включающие простые и смешанные окислы, сульфиды и некоторые другие химические соединения. Однако с учетом экономических соображений в качестве сорбентов предпочитают использовать отходы производства, содержащие сорбционно-активные компоненты, например шламы и металлургические шлаки [105, 106]. Для удешевления процесса очистки предполагается использовать сорбенты в режиме кучного выщелачивания. Продукты сорбции могут представлять интерес как сырье для металлургической и химической промышленности.[c.39]

Расчеты, основанные на этих данных, показывают, что стоимость потерь ПАВ с отработанными растворами ионной флотации составляет сотые -- десятые доли копейки на кубический метр. Между тем затраты на очистку даже в случае наиболее дешевых методов составляют несколько копеек за кубический метр. Методы же, позволяющие осуществить регенерацию ПАВ, требуют значительно больших затрат (десятки копеек за кубический метр). Таким образом, утилизация ПАВ, содержащихся в отработанных растворах ионной флотации, нецелесообразна. Очистка же этих растворов обычно необходима, так как ПДК ионогенных ПАВ составляют десятые -- сотые доли миллиграмма в литре. Исключение составляют оборотные воды и растворы, например растворы подземного и кучного выщелачивания.[c.249]

В последнее время стали перерабатывать руды, содержащие 0,01 -- 0,03% урана, ранее считавшиеся забалансовыми. Здесь обычные приёмы экономически невыгодны, поэтому изыскиваются другие методы, в частности кучное выщелачивание. Руда насыпается в большие штабели и орошается дождями или водой. Кислота, нужная для выщелачивания урана, образуется при постепенном окислении сульфидов, имеющихся в руде или добавляемых специально. Просачивающийся раствор по желобам стекает в емкости, а оттуда поступает на переработку. Извлечение урана в раствор колеблется от 60 до 80%.[c.118]

БАКТЕРИАЛЬНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ металлов (а. bacterial lixiviation, bacterial leaching; н. bakterielle Auslaugung; ф. lessivation bacterienne, lessivage bacterien; и. lixiviacion bacteriana) -- извлечение химических элементов из руд, концентратов и горных пород с помощью бактерий или их метаболитов. Большая часть совмещается с выщелачиванием слабыми растворами серной кислоты бактериального и химического происхождения, а также растворами, содержащими органические кислоты, белки, пептиды, полисахариды и т.д.

Выщелачивание металлов из руд известно с давних времён. В 1566 в Венгрии осуществляли полный цикл выщелачивания с использованием системы орошения, в Германии выщелачивание меди из отвалов практиковалось с 16 века. В 1725 в Испании на руднике Рио-Тинто выщелачивали медные руды. Это были первые практические применения Бактериального выщелачивания, механизм которого (участие бактерий) не был известен. В 1947 американскими микробиологами выделен из рудничных вод ранее неизвестный микроорганизм Thiobacillus (Th.) ferrooxidans, который окисляет практически все сульфидные минералы, серу и ряд её восстановленных соединений, закисное железо, а также Cu+, Se2-, Sb3+, U4+ при pH 1,0-4,8 (оптимум 2,0-3,0) и t 5-35°С (оптимум 30-35°С). Число клеток этих бактерий в зоне окисления сульфидных месторождений достигает 1 млн. -- 1 млрд. в 1 г руды или 1 мл воды.

Выщелачивание меди с помощью Th. ferrooxidans запатентовано в США в 1958 (С. Циммерлей и др.). В CCCP исследования начаты в конце 50-х годов. Позже было показано, что в сульфидных рудах распространены и другие бактерии, окисляющие Fe2+, S0 и сульфидные минералы, -- Leptospirillum (L.) ferrooxidans, Thiobacillus organopatus, Thiobacillus thiooxidans, Sulfobacillus (S.) thermosulfidooxidans и др. L. ferrooxidans окисляет Fe2+, а при совместном присутствии с Th. thiooxidans или Th. organoparus -- сульфидные минералы при pH 1,5-4,5 (оптимум 2,5-3,0) и t около 28°С S. thermosulfidooxidans окисляет Fe2+, S0 и сульфидные минералы при pH 1,9-3,5 и t 50°С. Ряд других термофильных бактерий окисляет Fe, S и сульфидные минералы при pH 1,4-3,0 и t 50-80°С. Процессы окисления неорганических субстратов служат для этих бактерий единственным источником энергии. Углерод для синтеза органических веществ клеток они получают из CO2, а другие элементы -- из руд и растворов.

При бактериальном выщелачивании руд цветных металлов широко используются тионовые бактерии Th. ferrooxidans, которые непосредственно окисляют сульфидные минералы, серу и железо и образуют химический окислитель Fe3+ и растворитель -- серную кислоту. Поэтому расход Н2SO4при бактериальном выщелачивании снижается. Fe3+ -- основной окислитель при выщелачивании руд урана, ванадия, меди из вторичных сульфидов и других элементов. Наибольшая скорость бактериального выщелачивания достигается при тонком измельчении руды или концентрата (200 меш и меньше), в плотных пульпах (до 20% твёрдого), при активном перемешивании и аэрации пульпы, а также оптимальных для бактерий pH, температуре и высоком содержании клеток бактерий (109-1010 в 1 мл пульпы). При благоприятных условиях из концентратов в раствор за 1 ч переходит Cu до 0,7 г/л, Zn -- 1,3, Ni -- 0,2 и т.д. До 90% As извлекается из олово- и золотосодержащих концентратов за 70-80 ч. Скорость окисления сульфидных минералов в присутствии бактерий возрастает в сотни и тысячи раз, а Fe2+ примерно в 2 * 105 раз по сравнению с химическим процессом. Селективность процесса бактериального выщелачивания цветных металлов определяется как кристаллохимическими особенностями сульфидов, так и их электрохимическим взаимодействием. Редкие элементы входят в кристаллические решётки сульфидных минералов или вмещающих пород и при их разрушении переходят в раствор и выщелачиваются. Следовательно, в выщелачивании редких элементов бактерии играют косвенную роль.

Бактериальное выщелачивание цветных металлов проводят из отвалов бедной руды (кучное) и из рудного тела (подземное). Технологическая схема бактериального выщелачивания приведена на рис.

Орошение руды в отвале или в рудном теле осуществляется водными растворами Н2SO4, содержащими Fe3+ и бактерии. Раствор подаётся через скважины при подземном или путём разбрызгивания на поверхности при кучном выщелачивании. В руде в присутствии О2 и бактерий идут процессы окисления сульфидных минералов и медь переходит из нерастворимых соединений в растворимые. Раствор, содержащий медь, поступает на цементационную или другие установки (сорбция, экстракция) для извлечения меди, затем на отвал или рудное тело (схема замкнутая). Интенсификация выщелачивания достигается активизацией жизнедеятельности тионовых и других сульфидокисляющих бактерий, присутствующих в самой руде и адаптированных к конкретным условиям среды (тип руды, химический состав растворов, температура и т.д.). Для этого необходимы pH 1,5-2,5, высокий окислительно-восстановительный потенциал (Eh 600-750 мВ), благоприятный и стабильный химический состав растворов, что достигается путём их регенерации и режима аэрирования и увлажнения (орошения) руды. В отдельных случаях следует добавлять соли азота и фосфора, а также бактерии, выращенные на оборотных растворах в прудах-регенераторах. Число клеток бактерий в выщелачивающем растворе и руде должно быть не ниже 106-107 соответственно в 1 мл или 1 г. Себестоимость 1 т меди, полученной этим способом, в 1,5-2 раза ниже, чем при обычных гидрометаллургических или пирометаллургических способах.

Бактериальное выщелачивание упорных сульфидных концентратов проводится прямоточно в серии последовательно соединённых чанов с перемешиванием и аэрацией аэрлифтом при t 30°С, pH 2,0-2,5 и концентрации клеток Th. ferrooxidans 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. Наиболее активными являются культуры бактерий, адаптированные к комплексу факторов (pH, тяжёлые металлы, тип концентрата и т.д.) в условиях активного процесса бактериального выщелачивания. Примеры бактериального выщелачивания в чанах: из коллективных медно-цинковых концентратов за 72-96 ч извлекаются в раствор до 90-92% Zn и Cd при извлечении Cu и Fe соответственно около 25% и 5%; из свинцовых концентратов можно полностью извлечь Cu, Zn и Cd. В растворах достигаются концентрации металлов: Cu до 50 г/л, Zn до 100 г/л и т.д. В олово- и золотосодержащих мышьяковистых концентратах арсенопирит практически полностью разрушается за 120 ч, что позволяет в одних случаях очистить концентраты от вредной примеси мышьяка, в других -- при последующем цианировании извлечь до 90% золота.

В различных странах ведутся также исследования по бактериальному выщелачиванию металлов из отходов обогащения, пылей, шлаков и т.д. Разрабатываются способы бактериального выщелачивания золота, марганца, цветных металлов, а также обогащения бокситов с помощью гетеротрофных микроорганизмов (микроскопические грибы, дрожжи, бактерии). Эти микроорганизмы в качестве источника энергии и углерода используют органические вещества.

Ведущее значение при выщелачивании с помощью гетеротрофов играют процессы комплексообразования органических соединений с металлами, а также перекиси и гуминовые кислоты.

Внедрение бактериального выщелачивания, как и других гидрометаллургических способов добычи металлов, имеет большое экономические значение. Расширяются сырьевые ресурсы за счёт использования бедных и потерянных в недрах руд и т.д. Бактериальное выщелачивание обеспечивает комплексное и более полное использование минерального сырья, повышает культуру производства, не требует создания сложных горнодобывающих комплексов, благоприятно для охраны окружающей среды.

В промышленных масштабах Бактериальное выщелачивание применяется для извлечения меди из забалансовых руд в США, Перу, Испании, Португалии, Мексике, Австралии, Югославии и других странах. В ряде стран (США, Канада, ЮАР) бактерии используются для выщелачивания урана. В CCCP Бактериальное выщелачивание меди внедряется на ряде месторождений.

Кучное выщелачивание (КВ). Процесс извлечения полезных компонентов растворением из раздробленных взрывом и доставленных на поверхность бедных и забалансовых руд. Термин, получивший широкое распространение, передает господствующее, но недостаточно точное представление о простоте процесса и подготовки и переработки сырья. Более строгий синоним термина - штабельное выщелачивание. Понятие КВ относится к любым работам, связанным с выщелачиванием полезного компонента из разновеликих кусков горной массы, подвергшейся или не подвергшейся сортировке, насыпанной на специально подготовленное основание без использования или с использованием специальных поливных или вентиляционных устройств. Принципиальное различие кучного от других видов выщелачивания - ведение процесса в атмосферных условиях. Воздух является не только окислителем. Весьма велико его физическое воздействие. Поверхностное испарение, интенсификация капиллярного поднятия жидкости вследствие высушивания приповерхностных зон, повышение концентраций компонентов в растворах в результате испарения и конденсации влаги, свободная циркуляция газов, формировавшейся при взаимодействии горной массы с реагентами, и образование техногенных минералов существенно влияют на весь ход технологического процесса переработки горной массы. Различают кислотное, карбонатное и бактериальное кучное выщелачивание.

Кислотное кучное - выщелачивание полезных компонентов растворами кислот из штабеля бедных забалансовых руд, не содержащих значительного количества карбонатов. При извлечении урана обычно используют слабые растворы серной кислоты.

Кислотно-содовое выщелачивание

Поскольку кислотное выщелачивание обеспечивает высокую скорость процесса и большую степень извлечения урана, а карбонатное выщелачивание дает более высокую степень обогащения, то была сделана попытка объединить их, чтобы использовать достоинства обоих методов. Руда сначала вскрывалась серной кислотой с пиролюзитом при малой остаточной кислотности (3 - 5 г/л). При этом вскрываются первичные урановые минералы (настуран, уранинит).

Затем пульпа обрабатывалась раствором соды. Часть соды расходуется на нейтрализацию остаточной кислотности, при этом большая часть примесей переходит в осадок, а уран переходит в карбонатный комплекс и остается в растворе:

H2SO4 + Na2CO3 = Na2SO4 + H2O + CO2,

UO2SO4 + 3 Na2CO3 = Na4[UO2(CO3)3] + Na2SO4,

Fe2(SO4)3 + 3 Na2CO3 + 3 H2O = З Nа2SO4 + 2 Fe(OH)3 + 3 CO2,

A12(SO4)3 + 3 Na2CO3 + 3 H2O = 3 Na2SO4 + 2 Al(OH)3 + 3 CO2

Mg(Ca)SO4 + Na2CO3 = Mg(Ca)CO3 + Na2SO4.

В присутствии СO2 часть карбоната железа может перейти в раствор:

FeCO3 + Н2O + CO2 = Fe(HCО3)2,

ванадий и фосфор остаются в растворе:

(VO2)2SO4 + 2 Na2CO3 = 2 NaVO3 + Na2SO4 + 2 CO2,

2H3PO4 + 3 Na2CO3 = 2 Na3PO4 + 3H2O + 3 CO2.

После содовой обработки проводилось разделение твердой и жидкой фаз с отмывкой твердой фазы от уранового раствора.

Попытка механического объединения достоинств кислотного и карбонатного выщелачивания уменьшила эти достоинства. Выщелачивание при меньшей остаточной кислотности снизило скорость процесса, при этом степень обогащения была несколько меньше, чем при карбонатном выщелачивании. К тому же процесс многостадиен и требует большого расхода реагентов. По этим причинам комбинированный метод выщелачивания в промышленности не используется.

С точки зрения аппаратурного оформления выщелачивание осуществляется двумя методами: агитационным и перколяционным.

Более распространен агитационный метод, при котором проводится интенсивное перемешивание руды и выщелачивающих растворов механическими мешалками или воздухом. Аппараты с механическим перемешиванием чаще используют для вскрытия концентратов и отходов производства, так как они имеют сравнительно малый объем (до 75 м3). Эти аппараты представляют цилиндрические емкости с плоским, сферическим или коническим днищем. Диаметр аппарата, как правило, равен его высоте. Для устранения закручивания и появления воронки в центре аппарата укрепляется циркуляционная труба (дефлектор) диаметром d = (0,1-0,2) Han, на трубе могут быть расположены отверстия по винтовой линии для циркуляции пульпы и раствора. Пропеллерная мешалка располагается у нижней открытой части трубы.

При вращении мешалки чаще всего в дефлекторе образуется восходящий поток, а вблизи корпуса аппарата - нисходящий поток. Регулярно организованная циркуляция пульпы предотвращает оседание твердых частиц пульпы на днище аппарата. Предотвращения образования воронки можно добиться также установкой продольных ребер на корпусе.

При работе аппарата в каскаде ввод и вывод рудной пульпы осуществляются через боковые штуцеры в верхней части аппарата.

Агитатор с механическим перемешиванием:

1 - пропеллерная мешалка, 2 - дефлектор

При работе в периодическом режиме способ ввода и вывода пульпы может быть иным. Вывод пульпы осуществляется через патрубок, расположенный в нижней части аппарата. Аппараты с механическим перемешиванием стандартизованы по габаритным размерам, мощности электродвигателя и частоте вращения мешалки.

Для выщелачивания бедных руд, когда перерабатываются огромные массы рудного материала, чаще используются аппараты с пневматическим перемешиванием (пачуки) большого объема (до 600 и более кубометров). Они представляют цилиндры с коническим днищем (конусность 60 °С), высота аппарата в 2 - 3 раза больше диаметра. Чаще всего в центре пачука укрепляется циркулятор, диаметр которого в 5 - 10 раз меньше диаметра пачука. Нижний конец циркулятора должен быть расположен не далее 0,5 м от днища аппарата, верхний конец циркулятора находится немного ниже уровня зеркала пульпы.

Оба конца циркулятора должны иметь раструбы с загнутыми концами - это сокращает расход энергии на перемешивание.

Снизу в циркулятор подается сжатый воздух под давлением 200-300 кПа. Плотность образующейся в циркуляторе пульповоздушной смеси значительно меньше плотности пульпы в объеме аппарата, поэтому пульповоздушная смесь вытесняется вверх, в циркуляторе создается восходящий поток, а вдоль стенок аппарата - нисходящий поток. Регулярная циркуляция предотвращает оседание твердых частиц на днище аппарата. Воздух не только перемешивает пульпу, но и аэрирует ее, способствуя осуществлению в аппарате окислительных процессов.

Для вывода пульпы из аппарата пачуки иногда снабжают дополнительным эрлифтом. При отсутствии эрлифтного подъема для организации самотека пульпы каждый последующий аппарат каскада располагают на 0,1 - 0,2 м ниже предыдущего. Расход воздуха на перемешивание составляет 1,0 - 1,2 м3/ч на 1 м3пульпы. Некоторые конструкции пачуков представлены на рисунке.



Схема аппаратов с пневматическим перемешиванием (типа пачуков) с циркулятором (а) и со свободным и транспортным эрлифтами (б):

1 - корпус, 2 - центральная циркуляционная труба, 3 - патрубок для подачи пульпы, 4 - отражатель, 5 - слив для пульпы, 6 - транспортный эрлифт, 7 - свободный эрлифт.

Расход энергии на перемешивание в пачуках несколько больше, чем в реакторах с механическим перемешиванием. Но пачуки предпочтительнее, так как они проще по конструкции, экономичнее в ремонте и обслуживании, могут применяться для вязких и грубых пульп, обеспечивают высокую производительность и аэрацию пульп.

Агитаторы могут работать как в периодическом, так и в непрерывном режиме.

При периодической работе время, необходимое для заполнения аппарата и его разгрузки, является непроизводительным.

Для аппарата вместимостью 10 - 12 м3 оно составляет примерно 1 ч, а при объеме 40-50 м3 - 2,5 ч. Непроизводительное время увеличивает суммарный объем аппаратов. Кроме того, при периодическом процессе требуется больше обслуживающего персонала, так как затрудняются механизация и автоматизация процесса.