Исследование биогеотехнологической переработки сульфидной углистой золотосодержащей руды

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Исследование биогеотехнологической переработки сульфидной углистой золотосодержащей руды

05.16.02 - Металлургия черных, цветных и редких металлов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидат технических наук

Шкетова Людмила Евгеньевна

Иркутск 2013

Работа выполнена на кафедре управления промышленными предприятиями НИ ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет» и в научно-исследовательском институте благородных и редких металлов и алмазов (ОАО «Иргиредмет»)

Научный руководитель: Верхозина Валентина Александровна, доктор технических наук, профессор, ФГБУН Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, ведущий научный сотрудник лаборатории физико-химического моделирования

Официальные оппоненты:

Минеев Геннадий Григорьевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО НИ «Иркутский государственный технический университет», кафедра Металлургии цветных металлов;

Рыбкин Сергей Георгиевич, кандидат технических наук, научный сотрудник, Научно-исследовательский и проектный институт "Технологии Обогащения Минерального Сырья" (ТОМС)

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения Российской академии наук», г. Петропавловск-Камчатский

Защита диссертации состоится «18» декабря 2013 года в 10 часов на заседании диссертационного совета при Иркутском государственном техническом университете по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, корпус «К», конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеках ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет» и ОАО «Иргиредмет»

Автореферат разослан «18» ноября 2013 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные и заверенные печатью организации, просим высылать по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, ИрГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.073.02 Салову Валерию Михайловичу, факс (3952) 405-117, e-mail: salov@istu.edu

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., профессор В.М. Салов

бактериальный окисление золотосодержащий руда

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Запасы легкообогатимого золотосодержащего сырья: россыпных и окисленных рудных месторождений, - близки к истощению. В переработку вовлекаются сложные (упорные) сульфидные руды. Сульфиды являются главным носителем первичного тонкодисперсного золота. Для извлечения из них золота в качестве подготовительных процессов используются: окислительный обжиг, чановое бактериальное или автоклавное выщелачивание, которые энергоемкие и требующие значительных капитальных затрат. В настоящее время необходимо менять стратегию использования природных ресурсов в плане их сбалансированного потребления с привлечением наукоемких технологий.

Одним из альтернативных методов переработки сульфидных руд является кучное бактериальное окисление (выщелачивание). Кучное бактериальное окисление воспроизводит естественные процессы, протекающие в земной коре при преобразовании сульфидных месторождений в окисленные, при этом сульфидные минералы переходят в естественные окисленные формы с минимальным техногенным воздействием на окружающую среду.

При окислении сульфидов рассеянное в них золото освобождается и становится доступным для извлечения. Решающая роль в ускорении этого процесса принадлежит бактериям рода Thiobacillus. В настоящее время возникает необходимость разработки технологий, основанных на деятельности этих бактерий применительно к отдельным месторождениям или видам сульфидного сырья.

Цель работы. Исследование биогеотехнологической переработки углистых сульфидных золотосодержащих руд для последующего извлечения золота на примере руды месторождения «Маломыр».

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Проведение исследований по кучному бактериальному окислению (вскрытию) первичной (упорной к цианистому процессу) руды.

2. Изучение влияния степени дробления руды на процесс кучного бактериального окисления (КБО). Определение оптимальной степени дробления, обеспечивающей высокое окисление пирита и арсенопирита, что приводит к повышению извлечения золота. Проведение полупромышленных испытаний основных показателей процесса КБО, выявленных при лабораторных экспериментах.

3. Исследование изменения минералогического состава руд в процессе кучного бактериального окисления. Идентификация образующихся в процессе КБО химических соединений и определение их соответствия природным аналогам, присутствующим в земной коре.

4. Построение и анализ термодинамической модели преобразования горных пород в процессе воздействия бактериальных растворов на минералы.

5. Проведение технико-экономических расчетов по определению эффективности разработанной технологии кучного бактериального окисления сульфидной руды и обоснование рентабельности использования данной технологии в целях повышения извлечения золота из упорных углистых руд.

Объектом исследования является углистая сульфидная золотосодержащая руда месторождения «Маломыр» (ОАО УК «Петропавловск»).

Личный вклад автора заключается в выполнении экспериментов по бактериальному окислению упорных золотосульфидных руд и извлечению золота в проведении теоретических расчетов, в том числе построении термодинамической модели бактериального процесса в условиях кучного выщелачивания, а также в анализе и обобщении полученных результатов.

Теоретической и методологической основой являются работы российских и зарубежных ученых в области биогеотехнологии сульфидных золотосодержащих руд, таких как Г.И. Каравайко (1968, 1972, 1976, 1985, 1989, 1992, 1997, 2000, 2006 гг), Т.Ф. Кондратьева (1992, 1996, 1997, 2001, 2006 гг), С.И. Полькин (1986, 1980, 1982 гг), Э.В Адамов.(1976, 1982 гг), В.В. Панин (1980, 1982 гг), С.Н. Грудев (1985, 1989 гг), Г.В.(Седельникова 2000, 2002, 2010, 2011гг), Г.Г. Минеев (1984, 1989, 1998 гг), А.С. Черняк (2002 г), В.В. Лодейщиков (1991, 1993, 1994, 1998, 1999 гг), Lawson E.N., J.A. Brierly (1978, 1987, 1993, 2001, 2003 гг), C.L. Brierly (1995, 2001 гг), F.W. Breed (1999 г), A.G. Tomkins (2006 г.) и др.

Методы исследования основываются на проведении лабораторных опытов, полупромышленных испытаний, методах статистического и сравнительного анализа и физико-химическом моделировании. Составы твердых фаз изучены минералогическим, рентгеноспектральным, рентгенофлюоресцентным, химическим, пробирно-гравиметрическим, пробирно-атомно-абсорбционным методами анализа. Для анализа растворов использовали микроскопический, биологический, химический, атомно-абсорбционный, атомно-эмиссионный с индуктивно связанной плазмой (ICP) и титриметрический методы.

Сравнительный минералогический анализ продуктов проведен с использованием визуальных (микроскоп, бинокуляр) и аналитических методов исследования. Изучены брикетные прозрачные и полированные шлифы. Для уточнения минеральных фаз и минерального состава проб использованы данные рентгено-структурного анализа (прибор ДРОН-3) и микрозондового анализатора «CAMEBAX SX-50».

Определение рН проводили с помощью Digital рН-meter (pH-2005, Selecta), окислительно-восстановительный потенциал измерялся на приборе «Преобразователь ионометрический И-500» (Аквилон), количество клеток определялось на приборе «Mc Farland Densitometer Den-1» (MF-Units BIOSAN).

Экспериментальные результаты подтверждены физико-химическим моделированием с использованием программного комплекса «Селектор» в лаборатории физико-химического моделирования Института геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН.

Научная новизна работы:

- Обоснована целесообразность кучного бактериального окисления углистой сульфидной золотосодержащей руды на примере руды месторождения «Маломыр». Выявлено, что снижение сорбционной активности руды в процессе взаимодействия ее компонентов с хемолитотрофными бактериями рода Thiobacillus происходит на стадии окисления сульфидов.

- Впервые сформирована термодинамическая модель бактериального воздействия на минералы в условиях кучного выщелачивания. Показано, что под воздействием бактериальных сообществ сульфиды окисляются более интенсивно, а алюмосиликатная часть руды более медленно, чем в абиогенных условиях.

- Установлено, что аборигенные штаммы бактерий, полученные из полуокисленных руд месторождения «Маломыр» играют главную роль при кучном бактериальном окислении сульфидных руд. Показано, что мутагенные воздействия позволяют получить сверхактивные штаммы, но они не выдерживают конкуренцию с аборигенными культурами.

- Установлено, что образующиеся в процессе кучного бактериального окисления химические соединения соответствуют своим природным аналогам, присутствующим в земной коре, в частности, группы алунита.

Практическая значимость.

Разработана технология вскрытия упорных углистых сульфидных золотосодержащих руд методом кучного бактериального окисления для последующего цианистого выщелачивания золота на примере месторождения «Маломыр». Предлагаемая технология рентабельна и для других относительно бедных руд.

На защиту выносятся следующие основные научные положения:

1. Обоснование приоритетной роли аборигенных микроорганизмов.

2. Описание процесса химических преобразований природных минералов в процессе кучного бактериального окисления с образованием новых минералов, соответствующих природным аналогам.

3. Технологические приемы снижения «упорности» золотосодержащей руды с использованием метода кучного бактериального окисления, моделирующего природные процессы, протекающие в земной коре.

Апробация полученных результатов. Результаты работы докладывались и обсуждались на Международных и Всероссийских конференциях: I,II, III,IV,VI Московский Межд. конгрессах "Биотехнология: состояние и перспективы развития" (2001, 2003, 2005, 2007, 2011гг); Межд. совещ. «Плаксинские чтения» (Москва, 2000; Красноярск, 2006; Владивосток, 2008, Новосибирск, 2009, Казань, 2010); на III Межд. симп. «Золото Сибири и Дальнего Востока» (Улан-Удэ, 2004); Всеросс. научно-практ. конф. «Оценка эколого-экономической ситуации загрязнения водных экосистем в бассейне оз.Байкал и управление экологическим риском» (Иркутск, 2006); на 19-ом Международном Биогидрометаллургическом Симпозиуме: Biohydrometallurgy: Biotech key to unlock mineral resources value (Китай, Changsha, 2011); XXVI International Mineral Processing Congress - IMPC 2012 (New Delhi, India, 2012); Всероссийском совещании «Современные проблемы геохимии», посвященного 95-летию со дня рождения академика Л.В. Таусона (Иркутск, 2012 г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе 6 статей в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 145 страницах машинописного текста, включает 42 таблицы и 39 рисунков и состоит из введения, 5 глав, выводов, списка цитируемой литературы из 152 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрена актуальность темы диссертационной работы, сформулированы основная цель и направления исследования. Изложены научные положения, выносимые на защиту. Раскрыты научная и практическая значимость работы.

В первой главе выполнен обзор литературных данных по переработке упорных сульфидных руд и концентратов с использованием биотехнологии. Приведен обзор золотодобывающих предприятий мира, осуществляющих переработку упорных золотых руд и концентратов, используя бактериальное окисление, расположенных в более чем в 10-и странах (ЮАР, Австралия, Бразилия, США, Канада, Замбия, Гана, Перу, Китай, Греция, Казахстан, Узбекистан, Россия).

В России теоретические и экспериментальные разработки в данном направлении выполнены в Московском институте стали и сплавов (С.И. Полькин, Э.В. Адамов, В.В. Панин) и Институте микробиологии АН СССР (Г.И. Каравайко, Т.Ф. Кондратьева и др.).

Исследования по биохимическому вскрытию упорных золото- и серебросодержащих руд и концентратов интенсивно проводятся в институтах "Иргиредмет", ЦНИГРИ и других научно-исследовательских центрах России и стран СНГ. В тоже время применение процесса кучного бактериального окисления золотоносных руд находится пока на стадии разработки и, по существу, не вышло за рамки пилотных и опытно-промышленных испытаний.

Основным разработчиком технологии кучного бактериального выщелачивания золотосодержащих руд является компания «Ньюмонт Голд» (США), впервые доказавшая возможность и экономическую целесообразность применения технологии КБО - цианирование. В решение данной проблемы включились и другие североамериканские компании: Оксидор Корпорейшен (OXIDOR CORPOPATION) и ГеоБиотикс (GEOBIOTICS).

Однако работы по исследованию переработки углистых сульфидных руд методом КБО практически отсутствуют и не внедрены в промышленном масштабе.

Во второй главе представлен краткий вещественный состав проб сульфидных руд золоторудного месторождения «Маломыр», планируемого для переработки методом кучного бактериального окисления.

Пробы представлены, кварцем (массовая доля 38-48 %), полевыми шпатами (массовая доля 22-24 %), слюдистыми минералами (массовая доля 18-21 %). Руда содержит карбонаты в виде анкерита, кальцита, доломита, сидерита. Для обеспечения благоприятной (слабокислой) среды обитания тионовых бактерий содержание карбонатов в руде не должно превышать уровня, обеспечивающего полную нейтрализацию серной кислоты, которая выделяется в процессе бактериального окисления сульфидов. Теоретические расчеты показали, что на 1 кг пирита в руде не должно быть более 0,74 кг карбоната в пересчете на CO₂ и на 1 кг арсенопирита - не более 0,27 кг карбоната в пересчете на CO₂.

Рудные минералы представлены пиритом (массовая доля 2,2-3,3 %) и арсенопиритом (массовая доля 1,2-1,7 %). Железо, мышьяк и сера находятся в основном в сульфидной форме. Полезным компонентом является золото (1,6 -2,0 г/т). Углерод находится в карбонатной (массовая доля 2,5-5,2 %) и органической (массовая доля 0,15-0,27 %) формах. Присутствующий углерод сорбционно активен и влияет на сорбционную способность руды. По данным рационального анализа все пробы являются сырьем, крайне упорными к цианистому процессу: извлечение золота цианированием составляет от 12 до 25 %. Причинами технологической упорности к цианированию руды является тесная ассоциация золота с сульфидами и ее сорбционная активность.

В рассматриваемой главе приведены результаты микробиологических исследований по получению активных штаммов бактерий для использования в процессе окисления сульфидной руды. Для получения активных штаммов использовали аборигенные культуры бактерий, подвергаемые различным мутагенным воздействиям.

штамм №1 - выделен из месторождения «Маломыр»;

штамм №2 - после воздействия ультрафиолетовых лучей;

штамм №3 - после воздействия нитропирина в качестве мутагена;

штамм №4 - выделен из опытов кучного БО руды месторождения «Кокпатасс»;

штамм №5 - представлен Институтом Микробиологии РАН из музея культур микроорганизмов.

Рис. 1. Изменение активности штаммов Аcidithiobacillus ferrooxidans во времени

Самая высокая активность наблюдается при воздействии нитропирина и ультрафиолетовых лучей (рис. 1). Сначала бактериальная активность резко возрастает при действии мутагенов, но со временем падает до первоначального уровня. Это говорит о том, что изменения в структуре хромосомной ДНК ненаследуемые, исчезающие со временем.

При добавлении диких штаммов к активированному штамму, выделенному из руды месторождения «Маломыр» наблюдался скачок активности, но со временем шло снижение активности и выход ее на плато. В этом случае можно говорить об устойчивости штаммов и приемлемой их активности по сравнению с мутагенным штаммом.

В результате проведенных экспериментов по адаптации выделена культура бактерий, пригодная для окисления сульфидных руд данного месторождения, которая применялась для дальнейших исследований по кучному бактериальному окислению.

Укрупненные испытания проводились на пробе массой 10 кг, дробленой до класса минус 2, 5 и 10 мм. Пробы руды помещали в перколяционные колонны и непрерывно орошали бактериальными растворами, находящимися в постоянном обороте. Периодически из колонн отбирали пробы жидких и твердых продуктов. Эффективность бактериального процесса оценивали по степени окисления сульфидов. Установлено, что наиболее эффективно процесс окисления протекает на руде, дробленной до класса минус 2 мм (рис. 2).



а б

в

а) крупность руды минус 10 мм

б) крупность руды минус 5 мм

в) крупность руды минус 2 мм

Рис. 2. Степень окисления от продолжительности процесса КБО

На полученных продуктах БО был проведен рациональный анализ с целью определения изменения доли золота, связанного с сульфидами, который показал, что доля цианируемого золота увеличивается, а доля золота, связанного с сульфидами уменьшается (рис. 3).

Следует отметить, что в результате бактериального окисления существенно сокращается доля золота, связанного с породообразующими минералами и сорбированного на углистое вещество. Так как с породой существенных изменений не наблюдается, то в процессе бактериального окисления изменяются свойства углистого вещества. Вероятно, происходит пассивация (экранирование) сорбционно-активной поверхности углерода продуктами жизнедеятельности бактерий.

а б

в г

а) исходная руда

б) продукт окисления руды крупность минус 10 мм

в) продукт окисления руды, крупность минус 5 мм

г) продукт окисления руды, крупность минус 2 мм

Рис. 3. Результаты анализа исходной руды и руды, окисленной бактериями

Для подтверждения полученных результатов измельченный продукт БО подвергали прямому и сорбционному цианированию. В качестве сорбента использовали анионит АМ-2Б в количестве 5 % от массы твердого. С увеличением продолжительности биоокисления разница между извлечением золота при прямом и сорбционном цианировании снижается, что говорит об уменьшении сорбционной активности материала в процессе КБО (рис.4).

Рис. 4. Зависимость извлечения золота от продолжительности биоокисления

Как показали результаты сорбционного цианирования измельченного продуктов БО (имитация чановой фабричной технологии) и неизмельченного продуктов БО (имитация кучного выщелачивания), степень дробления руды перед КБО оказывает существенное влияние на эффективность последующего извлечения золота (рис.5).

а б

а) неизмельченный продукт БО

б) измельченный до - 0,1 мм продукт БО

Рис. 5. Зависимость извлечения золота из продуктов бактериального вскрытия цианированием в агитационном режиме от продолжительности КБО

Полученные результаты позволяют сделать вывод о целесообразности применения процесса кучного бактериального окисления для руд месторождения «Маломыр».

В третьей главе представлены результаты минералогических исследований исходной руды и продуктов бактериального вскрытия.

Изменения, происходящие при бактериальном окислении руды, показали, что в исходной руде (фото слева) поверхность зерен пирита блестящая и ровная, в то время как в продукте БО (фото справа) поверхность пористая, неравномерная, изъеденная, с кавернами, покрыта хрупкими тонкозернистыми продуктами окисления (рис. 6).

а б

Рис. 6. Внешний вид исходной сульфидной фракции (а) и после биоокисления (б)

а б

а) Мелкие ксеноморфные зерна и агрегаты пирита (1), рядом с периферии тонкие идиоморфные вкрапленники арсенопирита (2). б) Изъеденные зерна сульфидов Края неровные, изрезанные, с заливами Сульфиды не окислены

Рис. 7. Аншлифы исходной руды (а) и после биоокисления (б)

а б

а) Исходная руда. Прозрачные шлифы. Единичные зерна и агрегаты идиоморфных выделений сульфидов в метасоматитах

б) Сульфиды после бактериального окисления. Структура зерна неоднородная, пористая, края изрезаны. Прозрачный шлиф

Рис.8. Прозрачные шлифы исходной руды и после биоокисления

На рис.7 и 8 видны изменения поверхности сульфидов, где выщелоченные зерна имеют пористую, скелетную структуру, поверхность неровная, изъеденная, кавернозная. В прозрачных и полированных шлифах видно, что пирит и арсенопирит под действием активной среды коррозирует с периферии, по трещинам, зонам роста, поверхностям, соприкасающимся с бактериальными растворами. При этом корочек лимонита вокруг зерен пирита и арсенопирита не выявлено.

Проведенные минералогические исследования руды после кучного бактериального окисления показали, что состав породообразующих минералов (кварц, плагиоклазы) не изменился, частично подверглись растворению гидрослюдистые минералы и плагиоклазы, доля карбонатов в продуктах БО резко сократилась, пирит выщелачивается частично, а арсенопирит выщелачивается почти полностью. Основная масса окисленного железа находится в сульфатной форме. Массовая доля лимонита в пробах около 0,3-0,5 %.

В результате кучного бактериального окисления в продуктах БО образовались новые минералы группы алунита (переходные разности между ярозитом, натроярозитом и карфосидеритом) и гипс.

С использованием программного комплекса «Селектор» проведены термодинамические расчеты по преобразованию золотосодержащей сульфидной руды под воздействием сернокислых растворов в биогенном и в абиогенном вариантах. В процессе моделирования подбирался перечень фаз и компонентов их представляющих, образование которых возможно в заданных условиях.

Моделирование процессов необратимой эволюции пород под воздействием бактерий проводили в 3-х резервуарной системе бактериальный раствор - порода - бактериальный раствор. Резервуары связаны между собой потоками трех групп подвижных фаз: газы, твердая фаза и жидкая фаза. Каждый резервуар является термодинамически равновесным, однако в целом мегасистема описывает неравновесный процесс. Такая схема позволяет сравнить составы растворов, полученных в полном равновесии с рудой без бактериального окисления и раствора, равновесного метастабильно за счет микробного окисления сульфидов. Полученные при моделировании данные равновесных составов минеральных фаз и кислотных растворов, рассчитанных по биогенному и абиогенному процессам представлены в табл. 1. В процессе разложения породы происходят существенные изменения рН и Еh как в кислотном растворе, так и в бактериальном. Бактериальное окисление происходит в кислой зоне, а кислотное в относительно более щелочной. Ускоряя интенсивность процессов окисления сульфидов бактерии, тем самым, тормозят образование смешаннослойных алюмосиликатов (иллитов, монтморилонитов) и карбонатов (магнезиального кальцита).



Таблица 1 Сравнение равновесных составов минеральных фаз и кислотных растворов, рассчитанных по биогенному и абиогенному процессам моделирования

Параметры и компоненты	Степень протекания процесса
	Абиогенное окисление	Бактериальное окисление
	1	2	3	4	1	2	3	4
Eh pH TDSмг/кг(H2O)	1,058 2,678 9,493	0,904 5,271 4,704	0,789 7,211 7,394	0,792 7,167 1,115	1,088 2,167 2405	1,084 2,228 2,884	1,008 3,513 22368	0,994 3,758 41288
Кислотный раствор (мол/кг H2O)
Al Ca Fe K Mg Na S Si	4,79-3 7,73-3 2,86-3 5,54-2 8,48-6 2,30-2 5,96-2 9,62-5	2,34-8 6,50-3 2,90-10 4,84-1 3,84-15 5,31-2 2,75-1 8,87-5	0,00 6,55-3 0,00 6,80-1 0,00 1,92-1 4,35-1 8,55-5	0,00 6,24-3 0,00 1,02 0,00 2,98-1 6,55-1 7,96-5	1,59-2 7,71-3 4,51-2 3,51-2 4,25-2 1,70-2 1,84-1 9,06-5	4,29-2 6,97-3 2,51-2 9,60-2 2,04-3 7,32-2 2,10-1 9,22-5	1,02-4 0,00 7,46-5 1,22-1 0,00 1,38-1 1,21-1 9,26-5	2,95-5 0,00 2,61-5 2,48-1 0,00 2,11-1 2,04-1 8,85-5
Твердая фаза (мол)
Кальцит Кварц Алунит Ярозит ZnSO4(H2O)6 Тенорит Гипс Гидроксилапатит Арсенат_Ca Хлориты Иллиты	0,00 9,21-1 3,32-2 2,94-2 1,07-4 0,00 1,20-1 0,00 2,67-3 4,02-2 0,00	0,00 3,22 1,17-2 0,00 4,59-4 0,00 3,31-1 2,57-3 1,15-2 1,97-1 5,57-9	1,01-2 6,33 0,00 0,00 8,59-4 1,72-3 5,70-1 4,10-3 2,15-2 3,19-1 3,29-1	7,85-2 9,58 0,00 0,00 1,31-3 2,61-3 7,79-1 5,74-3 3,27-2 4,58-1 5,43-1	0,00 2,03-1 0,00 6,18-3 0,00 0,00 4,08-2 0,00 3,54-3 9,32-3 0,00	0,00 9,06-1 2,26-2 3,58-2 0,00 0,00 6,54-3 0,00 1,52-2 2,95-2 0,00	0,00 1,75 9,45-2 6,65-2 0,00 0,00 0,00 0,00 1,97-2 3,61-2 0,00	0,00 2,60 1,13-1 6,78-2 0,00 0,00 0,00 0,00 1,97-2 7,80-2 0,00
Масса (тв), кг	0,13	0,44	0,80	1,21	2,87-2	1,05-1	2,05-1	2,90-1

Анализ результатов термодинамических расчетов показал, что потенциальные ресурсы живого вещества достаточны, чтобы в благоприятных условиях осуществить требуемую деструкцию сульфидов и под воздействием бактериальных сообществ сульфиды окисляются более интенсивно, а алюмосиликатная часть руды более медленно, чем в абиогенных условиях. Термодинамические расчеты также подтвердили, что после ряда циклов обработки руды бактериальным раствором наряду с другими минералами образуется алунит, количество которого возрастает с каждым последующим циклом. Эти расчеты подтверждают данные минералогических исследований.

В четвертой главе представлены результаты, полученные при испытании технологической схемы кучного бактериального окисления в полупромышленном масштабе в колонне высотой 6 метров и диаметром 0,62 м. Необходимый температурный режим (28-35^оС) поддерживался за счет обогрева колонны, напорной и приемной емкостей. В напорную и приемную емкости, а также в колонну подавался сжатый воздух с расходом 2-5 л/мин в каждую точку. Крупность дробления руды для полупромышленных испытаний (минус 10 мм) была выбрана, исходя из технических возможностей стандартной схемы дробления в трех стадиях.

Перед загрузкой в колонну руду подвергали агломерации серной кислотой (19 кг/т). Для испытаний было обработано 2510 кг руды крупностью минус 10 мм. Орошение проводили в капельном режиме из расчета 210-280 л /м² поверхности руды в сутки. Периодически из колонны отбирали пробы материала для оценки эффективности процесса по степени окисления сульфидов (табл. 2) и результатам цианирования (табл. 3).

Таблица 2 Результаты анализа продуктов окисления (24 месяца КБО)

Наименование материала	Массовая доля, %	Степень окисления, %
	Железо	Мышьяк	Сера
	общее	сульфид.	общий	сульфид.	общая	сульфид.	Арсеноирита	Пирита
Исходная руда	4,50	2,60	0,68	0,60	1,91	1,80
Проба с верхней части колонны	4,32	0,61	0,50	0,08	2,78	0,74	87	75
Проба со средней части колонны	5,21	0,83	0,45	0,10	2,87	0,95	83	67
Проба с нижней части колонны	5,30	0,98	0,31	0,16	3,15	1,14	73	59



Лучший результат степени окисления арсенопирита и пирита достигался в верхней и средней частях колонны (табл.2).

Для большей информативности перед цианированием осуществляли рассев по классам крупности проб отобранных из верхней, средней и нижней частей колонны. Изначально, обогащенный по золоту, мелкий класс руды в процессе бактериального окисления дополнительно обогащается (с 2,7 г/т до 5,33 г/т). Высвобождающиеся в процессе окисления сульфидов тонкодисперсные золотины переходят в мелкий класс.

Более высокая степень вскрытия золота мелких классов приводит к более высокому его извлечению (табл. 3). Наиболее интенсивное вскрытие происходит в первый год. Максимальное извлечение золота в мелких классах достигается за 9 месяцев.

Таблица 3 Сводные данные пофракционного извлечения золота из продуктов КБО

Класс крупности, мм	Извлечение золота из продуктов КБО, %
	Исходная проба	4 месяца КБО	9 месяцев КБО	18 месяцев КБО	24 месяца КБО
	Верх колонны	Верхняя часть	Средняя часть	Нижняя часть
-10+2	14	19	25	42	46	41	47
-2+0,4	11	61	38	44	44	77	73
-0,4+0	18	69	86	89	85	87	80
-10+0 (по балансу)	13	38	56	63	62	65	58

Полупромышленными испытаниями подтверждены основные закономерности, выявленные при лабораторных и укрупненно-лабораторных исследованиях. Технология КБО позволяет повысить извлечение золота с 13 до 65 %. Наиболее интенсивное окисление руды происходит в первый год биоокисления.

В пятой главе приведены технико-экономические расчеты по определению эффективности КБО сульфидной руды месторождения «Маломыр», которые показали, что себестоимость переработки 1 тонны сырья по технологии КБО составляет 0,4 тыс. рублей.

Общая себестоимость по технологии КБО - цианирование составляет 0,85 тыс. рублей. При стоимости золота 1300 руб. за 1 грамм себестоимость технологии эквивалентна стоимости 0,65 граммам золота.

Таким образом, на переработку могут быть направлены руды, содержащие 0,9-1,5 г/т золота, так как в случае кучного выщелачивания извлечение золота составит около 65- 75 %. Прочие технологические схемы, включающие операции вскрытия с использованием автоклавной технологии или чанового бактериального окисления, перерабатывают руды, содержащие не менее 2,0 г/т.

Проведенные исследования, подтвержденные полупромышленными испытаниями, показали возможность применения кучного бактериального окисления для снижения упорности сульфидных руд, что приводит к значительному приросту извлечения золота. Выявлено, что пассивация органического углерода происходит во время биоокисления сульфидов. Установлено, что образующиеся в процессе КБО химические соединения соответствуют природным аналогам, присутствующим в земной коре, что обеспечивает экологическую безопасность разработанной технологии.

Рекомендуется использовать технологию КБО для переработки балансовых руд месторождения «Маломыр» с направлением продукта окисления на Маломырскую золотоизвлекательную фабрику и забалансовых руд с переработкой продукта КБО методом кучного выщелачивания.

ВЫВОДЫ

1. Установлена целесообразность применения процесса кучного бактериального окисления для руд месторождения «Маломыр» на основе биогеотехнологической переработки сульфидных углистых золотосодержащих руд.

2. Показано, что наивысшее окисление сульфидов, обеспечивается дроблением до класса крупности минус 2 мм, что обеспечивает извлечение золота из измельченных продуктов окисления при сорбционном цианировании 81-89 % (чановая фабричная технология) и из неизмельченных продуктов при прямом цианировании (кучное выщелачивание) от 79 до 85 %.

3. Проведенными полупромышленными испытаниями подтверждено получение основных показателей процесса КБО, полученных при лабораторных экспериментах. Наиболее интенсивное окисление руды происходит в течение первых 8-10 месяцев КБО. При дроблении руды до класса крупности минус 10 мм степень окисления пирита составляет 59-79 %, арсенопирита - 73-87 %, что позволяет повысить извлечение золота при последующем сорбционном цианировании с 13 до 65 %.

3. Установлено, что в процессе бактериального окисления руды происходит частичное окисление пирита, арсенопирит выщелачивается практически полностью. В результате образуются новые минералы группы алунита (переходные разности между ярозитом, натроярозитом и карфосидеритом) и гипс. Состав породообразующих минералов (кварц, плагиоклазы) практически не изменяется. Из нерудных минералов незначительно подвергаются выщелачиванию гидрослюдистые минералы и плагиоклазы. Доля карбонатов в пробах БО значительно сокращаются.

4. С использованием физико-химического моделирования описана последовательность фазовых превращений при кучном бактериальном окислении сульфидной руды исследуемого месторождения. Это позволяет корректировать результаты минералогического анализа. Показано, что под воздействием бактериальных процессов сульфиды окисляются более интенсивно, а алюмосиликатная часть руды более медленно, чем в абиогенных условиях.

5. Показано, что представленные технико-экономические расчеты по определению эффективности разработанной технологии переработки сульфидной руды на примере месторождения «Маломыр» выявили рентабельность данной технологии. При стоимости золота 1300 руб. за 1 г. себестоимость технологии эквивалентна стоимости 0,65 г. золота. Таким образом, на переработку могут быть направлены бедные руды, содержащие 0,9-1,5 г/т золота.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Статьи, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК

1. Шкетова Л.Е. Биогеохимические процессы трансформации металлов с участием микроорганизмов и их использование в биотехнологических разработках / Верхозина В.А., Верхозина Е.В., Гудков С.С. Емельянов Ю.Е., Рязанова И.И., Шкетова Л.Е. // Вестник Иркутского государственного технического университета, № 12, 2002 г.- С. 65-71.

2. Шкетова Л.Е. Извлечение золота из концентратов сульфидных руд Албазинского месторождения методом биотехнологии / Гудков С.С., Емельянов Ю.Е., Шкетова Л.Е., Рязанова И.И. // Журнал «Цветная металлургия». Издатель: ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт экономики и информации цветной металлургии», № 5, 2004 г.- С. 23-29.

3. Шкетова Л.Е. Биогидрометаллургическая переработка сульфидных руд / Гудков С.С., Емельянов Ю.Е., Рязанова И.И., Шкетова Л.Е. // Журнал «Цветные металлы». Издательский дом «Руда и металлы», Москва, №8, 2004 г.- С. 47-48.

4. Шкетова Л.Е. Бактериальное выщелачивание упорных руд и концентратов /Гудков С.С., Шкетова Л.Е., Михайлова А.И. // Горный журнал. Издательский дом «Руда и Металлы». Москва, № 4, 2011 г.- С. 27-29.

5. Шкетова Л.Е. Кучное бактериальное выщелачивание золотосодержащих руд / Емельянов Ю.Е., Шкетова Л.Е., Гудков С.С., Копылова Н.В., Верхозина В.А. // Горный журнал. Издательский дом «Руда и Металлы». Москва, № 8, 2012 г.- С. 108-111.

6. Шкетова Л.Е. Поиск инновационных экологически чистых технологий при переработке упорных концентратов золотосодержащей руды / Верхозина В.А., Шкетова Л.Е., Верхозина Е.В. // Вестник Иркутского государственного технического университета, № 4, 2012 г.- С. 48-53.

Сборники статей и тезисов докладов

7. Шкетова Л.Е. Исследование процесса кучного бактериального выщелачивания упорных золотосодержащих руд/ Емельянов Ю.Е., Дементьев В.Е., Шкетова Л.Е.- Сборник научных трудов, посвящен 130-летию института «Иргиредмет», 2001 г.- С. 190-193.

8. Шкетова Л.Е. Биометаллургическая технология извлечения золота из высокоуглеродных сульфидных руд и концентратов / Лодейщиков В.В., Дементьев В.Е., Гудков С.С., Емельянов Ю.Е., Рязанова И.И., Николаев Ю.Л., Шкетова Л.Е., Верхозина В.А. // Биотехнология: состояние и перспективы развития: материалы 1-го Международного конгресса (Москва, 14-18 октября 2002 г.).- М.: ЗАО «ПИК «Максима» РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2002 г.- часть 2.,- С. 465.

9. Шкетова Л.Е. Разработка технологий, основанных на трансформации металлов с участием микроорганизмов / Верхозина В.А., Верхозина Е.В., Гудков С.С., Емельянов Ю.Е., Рязанова И.И., Шкетова Л.Е. // Золото Сибири и Дальнего Востока: геология, геохимия, технология, экономика, экология. Тезисы Третьего Всероссийского симпозиума с международным участием г. Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2004 г.,- С. 357-359.

10. Шкетова Л.Е. Биогидрометаллургическая переработка сульфидных руд / Емельянов Ю.Е., Шкетова Л.Е., Копылова Н.В. // Инновационные процессы в технологиях комплексной, экологически безопасной переработки минерального и нетрадиционного сырья (Плаксинские чтения): Материалы международного совещания, Новосибирск: Институт горного дела СО РАН, 2009 г.- С. 241-243.

11. Шкетова Л.Е. Исследование процессов биохимического вскрытия и извлечения золота из упорных руд в условиях кучного выщелачивания с последующим применением нецианистых растворителей / Михайлова А.Н., Емельянов Ю.Е., Шкетова Л.Е. // Научные основы и современные процессы комплексной переработки труднообогатимого минерального сырья (Плаксинские чтения 2010): Материалы Международного совещания. Казань, 13-18 сентября 2010 г.- С. 528-529.

12. Шкетова Л.Е. Кучное биовыщелачивание золотосодержащих руд / Гудков С.С., Копылова Н.В., Шкетова Л.Е., Михайлова А.Н. // Золотодобыча № 146, 2011 г.-С. 3-5.

13. Шкетова Л.Е. Биохимическое вскрытие упорных руд в условиях кучного выщелачивания с последующим применением нецианистых растворителей /Шкетова Л.Е., Емельянов Ю.Е., Копылова Н.В. // VI Московский международный конгресс «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 21-25 марта 2011 г.) М.: ЗАО «Экспо-биохим-технологии» РХТУ имени Д.И. Менделеева, 2011- часть 2, - С. 312-313.

14. Liudmila Ye.Shketova. The study on heap bioleaching for gold recovery from refractory ores using non-cyanide lixiviant /Sergey S.Gudkov, Yuri Ye.Yemelianov, Liudmila Ye.Shketova, Alexandra N.Mikhailova // Biohydrometallurgy: Biotech key to unlock mineral resources value/Proceedings of the 19^th International Biohydrometallurgy Symposium. Changsha, China September 18-22. 2011, volume 2, - Р.813-817.

15. Liudmila Ye.Shketova. Heap Bioleaching of Gold-bearing Refractory Ores / Sergey S.Gudkov, Yuri Ye.Yemelianov, Liudmila Ye.Shketova, Natalia V.Ko-pylova and Yevgeny V.Galukov // XXVI International Mineral Processing Congress - IMPC 2012, New Delhi, India, September 24-28, 2012, volume 2, - Р.592.

16. Шкетова Л.Е. Исследование биогеохимических процессов при разработке экологически чистых технологий извлечения золота из упорных концентратов золотосодержащей руды / Верхозина В.А., Шкетова Л. Е., Верхозина Е.В. //Мат. Всероссийского совещания «Современные проблемы геохимии», посвященного 95-летию со дня рождения академика Л.В. Таусона. 22-26 октября Иркутск, 2012 г. - С. 134-137.

17. Шкетова Л.Е. Биохимическое выщелачивание упорных золотосодержащих продуктов / Емельянов Ю.Е., Шкетова Л.Е., Михайлова А.Н., Копылова Н.В., Богородский А.В. // Известия ВУЗОВ. Прикладная химия и биотехнология. Издательство ИРГТУ, Иркутск, выпуск № 1(2), 2012 г., С.87-91.

18. Шкетова Л.Е. Кучное бактериальное выщелачивание золотосодержащих руд / Емельянов Ю.Е., Шкетова Л.Е., Гудков С.С., Копылова Н.В., Верхозина В.А. // Золотодобыча, № 1(170), 2013г. - С. 5-10.

Размещено на Allbest.ru