EA010230B1 - Способ биовыщелачивания металлсодержащих сульфидных материалов - Google Patents

Abstract

В изобретении описан способ непрерывного биовыщелачивания металлсодержащего сульфидного материала. Сульфидный материал в виде пульпы или суспензии подают в главный контур установки, в котором в один или несколько этапов его выщелачивают с использованием культуры соответствующих обрабатываемым материалам микроорганизмов. При биовыщелачивании металлсодержащих сульфидных материалов используют материал, который обладает способностью обеспечивать устойчивый рост в главном контуре биовыщелачивания находящихся в нем в активном состоянии микроорганизмов и который подают в боковой контур, в котором происходит генерация микроорганизмов. Подача материала из бокового контура с заданным расходом в главный контур даже при небольшом времени выдержки, меньше критического, которое преобладало бы без такой дополнительной подачи микроорганизмов в главный контур, обеспечивает достаточно высокую активность находящихся в главном контуре микроорганизмов. Подача материала из бокового контура в главный контур позволяет регулировать степень окисления и температуру происходящего в главном контуре процесса выщелачивания и обеспечивает возможность избирательного окисления различных исходных материалов и получения в главном контуре материала с определенной степенью окисления. Отбираемый из главного контура после селективного выщелачивания осадок имеет определенную степень окисления, пригодную для его использования в последующем процессе извлечения соответствующего металла.

Description

Настоящее изобретение относится к способу непрерывного биовыщелачивания металлсодержащих сульфидных материалов.

Давно известно, что для извлечения из сульфидных материалов, таких как руда и рудные концентраты, содержащихся в них ценных металлов выщелачивание проводят в присутствии кислорода и микроорганизмов в виде различных типов бактерий и других аналогичных микроорганизмов, оказывающих благоприятное воздействие на окисление серы и железа и других содержащихся в руде металлов. Такой тип выщелачивания называется биовыщелачиванием или бактериальным выщелачиванием.

В настоящее время такие ценные металлы, как медь, никель, кобальт, уран и цинк, обычно выщелачивают и переводят в раствор, из которого их затем избирательно извлекают путем соответствующей обработки раствора. Благородные или драгоценные металлы, содержащиеся, например, в тугоплавких материалах, таких как железный колчедан и арсенопирит, нельзя извлечь непосредственно таким способом выщелачивания, однако их можно получить, растворив сначала находящиеся вместе с ними в материале любые сульфиды металла и высвободив драгоценные или благородные металлы с последующим обычным гидрометаллургическим биовыщелачиванием остатка и с переводом драгоценных или благородных металлов в раствор.

Биовыщелачивание по сравнению с обычными гидрометаллургическими методами переработки металлсодержащего сульфидного материала обладает определенными преимуществами, в частности более низким давлением выщелачивания, обусловленным положительным влиянием бактерий на окисление сульфидной и элементарной серы и образование сульфатов. Наличие бактерий также положительно влияет и на окисление Ре(11) до Ре(Ш) и Αδ(ΙΙΙ) до Л§(У). Выщелоченный бактериями материал лучше растворяется на последующих этапах, например при извлечении драгоценных металлов, и не создает проблем, связанных с наличием элементарной серы. При этом, однако, оказывается, что даже небольшое содержание в выщелоченном бактериями материале элементарной серы отрицательно влияет на последующий процесс цианирования и выделения из раствора драгоценных металлов, поскольку сера вступает во взаимодействие с цианидом с образованием тиоцианатов, что уменьшает содержание в растворе свободного цианида и, как следствие этого, снижает экономичность всего процесса выщелачивания.

Биовыщелачивание можно проводить путем так называемого кучного выщелачивания ίη δίΐιι или в кучах, поливая кучу материала выщелачивающим раствором, или так называемого выщелачивания в экстракторах, когда обычно при повышенных температурах выщелачивающий раствор и исходный материал в виде суспензии или пульпы подают в реакторы, например баки. Выщелачивание в экстракторах, которое обычно проводят в непрерывном режиме, особенно на промышленных установках, прокачивая исходные материалы через соответствующие реакторы, может носить и периодический характер, особенно при небольшом объеме выщелачиваемого материала.

Биовыщелачивание различных сульфидных материалов с использованием различных типов микроорганизмов описано в патенте И8 5397380, а также в других документах, например в Аи-А-11201/92, СА-А-1023947 и И8 4571387.

Одним из наиболее серьезных недостатков известных способов биовыщелачивания является то, что для получения достаточно высокого выхода металла процесс выщелачивания при комнатной температуре должен продолжаться в течение исключительно длительного периода времени.

Кучное выщелачивание, во время которого материал выщелачивают на воздухе в кучах (слоях) при окружающей температуре и которое обычно длится в течение очень большого промежутка времени, приблизительно в течение года, можно заметно ускорить за счет выщелачивания в экстракторах части материала и перемешивания полученного в результате осадка с выщелачиваемым материалом. Полученный таким способом богатый микроорганизмами осадок можно использовать в качестве исходной культуры, добавляемой в слой выщелачиваемого материала. Таким способом можно заметно сократить время до полного окончания выщелачивания в слое исходного материала. Использование обогащенного микроорганизмами осадка, полученного при кучном выщелачивании, позволяет максимально ускорить процесс окисления. Такие способы выщелачивания с интегрированием в кучное выщелачивание выщелачивания в экстракторах описаны в И8 6207443, \УО 00/50651 и И8 5688304. Кучное выщелачивание обычно используют для выщелачивания бедных руд или руд с легко выщелачиваемыми сульфидами металлов. Для другого типа лучше подходит непрерывное выщелачивание в крупных по размерам экстракторах (выщелачивателях) с интенсивным перемешиванием руды и лучшей кинетикой протекающих при этом процессов и возможностью выщелачивания при повышенных температурах, позволяющих соответствующим образом ускорить весь процесс выщелачивания. В приведенном ниже описании рассматриваются только непрерывное выщелачивание и поэтому только связанные с ним проблемы.

Все культуры микроорганизмов по их оптимальной температуре роста можно разделить на группы. Чаще всего для биовыщелачивания используют мезофильные микроорганизмы, например ТЫоЬасШик £еггоох1бап8, с оптимальной температурой роста до 40°С, умеренно термофильные (термотолерантные) культуры, например АшбйЫоЬасШик са1би5. с оптимальной температурой роста от 50 до 55°С и экстремально термофильные культуры, например 8п1Го1оЬп5 те1аШси8, с оптимальной температурой роста до приблизительно 90°С, хотя большую часть из них обычно используют при температурах от 65 до 70°С.

- 1 010230

При комбинированном непрерывном выщелачивании и извлечении металлов из мышьяксодержащих минералов на первом этапе для выщелачивания основной части содержащегося в минералах мышьяка используют культуру мезофильного и/или умеренно термофильного типа, а на втором этапе для выщелачивания любых оставшихся металлов и серы используют экстремально термофильную культуру при температуре свыше 55°С. Такой способ выщелачивания описан в одном из ранних патентов И8 6461577 на имя Войбеп и рассмотрен в статье, опубликованной позже в Нубгоше1а11иг§у 71, 2003, р. 21-30.

Биовыщелачиваемые руды и концентраты часто представляют собой смесь нескольких минералов, главным образом вторичных сульфидов, таких как халькопирит и халькоцит, арсенопирит и железный колчедан. Частицы драгоценного металла, содержащегося в таких рудах или концентратах, представляют собой вкрапления в арсенопирит или железный колчедан (так называемые тугоплавкие драгоценные металлы), которые после биовыщелачивания извлекаются из раствора при его последующей обработке, например, цианированием или любым другим способом, таким как С1Ь (выщелачивание с использованием активированного угля), С1Р (добавление в пульпу активированного угля) и Мегп11-Сго\\'е или ΡΙΡ (добавление в пульпу смолы).

При биовыщелачивании окисление и выщелачивание различных материалов продолжается достаточно долго в течение так называемого времени выдержки. Для выщелачивания многих минералов время выдержки оказывается настолько большим, что выщелачивание приходится проводить при повышенных температурах, т.е. в условиях, о которых было сказано выше применительно к соответствующим микроорганизмам. Очевидно, что от температуры выщелачивания существенно зависит расход реагента при последующем извлечении содержащегося в растворе драгоценного металла. Кроме того, повышение температуры выщелачивания снижает эффективность используемого для выщелачивания микроорганизма и одновременно уменьшает плотность пульпы, т.е. количество минерала в единице объема пульпы.

Обычно при промышленном непрерывном биовыщелачивании методом, описанным, например, Р.С. уап Л5\\'едеп и 1. уаи №екик (Вае-Μίη СопГегепсе Вепб1до У1с. 8-10 ноября 2004 г., с. 181-189), материал непрерывно выщелачивают в нескольких реакторах, соединенных параллельно и последовательно. Первое выщелачивание обычно проводят в двух или нескольких реакторах, соединенных параллельно. Остальные реакторы установки соединяют друг с другом последовательно. Продолжительность первого выщелачивания обычно составляет большую часть всего времени выщелачивания. Минимальное время выдержки, которое можно использовать для так называемого устойчивого состояния на первом этапе выщелачивания при обработке стерильной пульпы, обычно не содержащей активных количеств микроорганизмов, определяется максимальным фактором роста микроорганизмов. Фактор роста микроорганизмов зависит от типа микроорганизма, типа ограничивающих его рост веществ и состояния пульпы.

При определенном минимальном времени выдержки, соответствующем так называемой критической скорости разбавления, обратно пропорциональной времени выдержки, при любом способе непрерывного выщелачивания иногда происходит так называемое вымывание культуры, означающее, что уносимым из реактора вместе с пульпой микроорганизмам не хватает времени для нормального роста. Вымывание культуры постепенно приводит к полному исчезновению микроорганизмов и поэтому делает непрерывное биовыщелачивание практически не осуществимым.

Во многих случаях очень важно, т. е. полезно или целесообразно, чтобы время выдержки было существенно меньше критической величины, при которой происходит так называемое вымывание микроорганизмов. К таким случаям относится, в частности, описанный в патенте И8 6461577 способ двухэтапного выщелачивания, который предусматривает двухэтапное биоокисление сульфидных концентратов при разных температурах и использовании разных культур. В этом патенте говорится, что при выщелачивании тугоплавких концентратов драгоценных металлов при повышенных температурах с использованием экстремально термофильных культур получают осадок, для последующего цианирования которого требуется существенно меньшее количество цианида, чем при выщелачивании осадка, полученного при окислении с использованием мезофильных и/или умеренно термофильных культур. Причины этого не совсем понятны, однако скорее всего это связано со взаимодействием небольших количеств активной серы в виде элементарной серы (8⁰) или любых восстановленных соединений серы, таких как тиосульфаты или другие аналогичные им соединения, с цианидами и образованием тиоцианатов, о чем говорилось выше. Содержащуюся в полученном в результате выщелачивания осадке в небольшом количестве активную серу необходимо окислять путем выбора соответствующих микроорганизмов и ограничения времени выдержки, которое должно быть меньше, чем время, необходимое для разбавления с критической скоростью.

При выщелачивании металлсодержащих сульфидных материалов очень важно путем соответствующего контроля обеспечить возможность селективного окисления для различных типов минералов, в частности арсенопирита по отношению к железному колчедану и элементарной сере. Особую важность такая возможность селективного окисления приобретает при выщелачивании тугоплавкого золота, которое в виде отдельных включений содержится в арсенопирите. Конечная стоимость металлов, полученных методом биовыщелачивания, зависит, как известно, в первую очередь от потребления кислорода и затрат на нейтрализацию.

- 2 010230

При упомянутом выше кучном выщелачивании возможность такого контроля даже не рассматривается, поскольку таким способом металлы обычно извлекают только из самых простых и сравнительно бедных руд, которые выщелачивают по возможности полностью.

Совершенно неожиданно, однако, было установлено, что при непрерывном биовыщелачивании металлсодержащих сульфидных материалов можно по сравнению с обычным способом биовыщелачивания с присущими ему проблемами, связанными с вымыванием микроорганизмов, существенно уменьшить время выдержки, обеспечив тем самым возможность селективного выщелачивания и повышения экономической эффективности процесса.

Отличительные особенности предлагаемого в изобретении способа непрерывного биовыщелачивания металлсодержащих сульфидных материалов представлены в формуле изобретения.

В соответствии с настоящим изобретением сульфидный материал в виде пульпы или суспензии подают в главный контур установки, в котором в один или несколько этапов его выщелачивают с использованием культуры соответствующих микроорганизмов. При биовыщелачивании металлсодержащих сульфидных материалов предлагаемым в изобретении способом используют материал, который обладает способностью обеспечивать устойчивый рост в главном контуре биовыщелачивания находящихся в нем в активном состоянии микроорганизмов и который подают в боковой контур, где происходит генерация микроорганизмов. Подача пульпы с заданным расходом из бокового контура в главный контур даже при небольшом времени выдержки, меньшем критического, которое преобладало бы без такой дополнительной подачи микроорганизмов в главный контур, повышает активность находящихся в главном контуре микроорганизмов. Подача пульпы из бокового контура в главный позволяет регулировать степень окисления и температуру происходящего в главном контуре процесса выщелачивания и обеспечивает возможность избирательного окисления различных исходных материалов и получения в главном контуре материала с определенной степенью окисления. Отбираемый из главного контура после селективного выщелачивания осадок имеет степень окисления, пригодную для его использования в последующем процессе извлечения из него соответствующего металла. Извлечение металла из осадка, отбираемого из главного контура выщелачивания, осуществляется путем его дальнейшей соответствующей обработки на следующих этапах всего технологического цикла.

В качестве материала для роста микроорганизмов можно использовать не только отдельный материал, например материал, содержащий элементарную серу или раствор ионов железа, но и часть отбираемого из главного контура в боковой контур материала, выщелачиваемого в главном контуре с использованием микроорганизмов. Сульфидный материал можно целиком или частично (до подачи в главный контур выщелачивания) подавать в контур предварительной обработки для его частичного окисления биовыщелачиванием соответствующей культурой. Часть отбираемого из этого контура материала можно также подавать в боковой контур. В боковой контур можно также подавать и по меньшей мере часть полученного в результате выщелачивания осадка, отбираемого из контура предварительной обработки. Выбирая отдельно для каждого контура необходимое для последующей обработки время выдержки, можно отбирать из каждого контура материал с определенной степенью окисления.

В разных контурах и на разных этапах можно использовать микроорганизмы с разными свойствами и, в частности, в контуре предварительной обработки можно использовать мезофильную или умеренно термофильную культуру, а в главном и боковом контурах - экстремально термофильную культуру. Предлагаемый в изобретении способ обладает определенной гибкостью и позволяет использовать для выщелачивания культуры, окисляющие чистую серу или железо.

Иными словами, в настоящем изобретении предлагается способ, при осуществлении которого выщелачивание проводят не только в главном контуре, но и в отдельном (боковом) контуре, в который подают часть активного исходного материала. В другом варианте изобретения для выщелачивания предлагается использовать внешний окисляющий материал, подаваемый в боковой контур отдельно или вместе с частью активного исходного материала. В боковом контуре (который также называют биогенератором) образуется биомасса, представляющая собой пульпу, содержащую находящуюся в активном состоянии культуру, используемую для выщелачивания в главном контуре и позволяющую регулировать протекающий в нем процесс окисления.

Подаваемая из внешнего источника (биогенератора) в главный контур выщелачивания биомасса с культурой находящихся в активном состоянии микроорганизмов позволяет не ограничивать время выдержки на первом этапе выщелачивания в главном контуре величиной, определяемой критической скоростью разбавления, которая характерна при подаче в главный контур чистых материалов, т.е. материалов, не содержащих активную культуру. Расход материалов, время выдержки и другие параметры процесса выбирают и программируют с учетом активности содержащейся в биомассе культуры в главном контуре выщелачивания. При выборе условий работы биогенератора необходимо по возможности полностью избегать так называемого удара, возникающего в главном контуре в результате взаимодействия содержащейся в биомассе подаваемой в главный контур культуры с находящейся в главном контуре и приобретающей максимальную активность культурой.

Использование для выщелачивания отдельного биогенератора, установленного в боковом контуре, обладает многими преимуществами и, в частности, увеличивает возможности для регулирования време

- 3 010230 ни выдержки и использования на разных этапах окисления различных комбинаций разных культур микроорганизмов. При этом одновременно возрастают и возможности для селективного окисления разных минералов и веществ.

Настоящее изобретение позволяет оптимально использовать преимущества выщелачивания при разных температурах и при применении разных культур, используя экстремально термофильную культуру в комбинации с мезофильной и/или умеренно термофильной культурой, например, для кучного окисления при сравнительно низких температурах, поскольку, как известно, скорость первоначального окисления обычно ограничивается скоростью переноса кислорода, а не температурой. Поскольку растворимость кислорода в воде падает с увеличением температуры, снижение температуры благоприятно влияет на скорость переноса кислорода. Окончательное окисление можно проводить при более высоких температурах, поскольку в этом случае скорость окисления уже не ограничена скоростью переноса кислорода. Такое двухэтапное выщелачивание с регулированием процесса окисления с помощью биогенератора позволяет сократить время выдержки на первом этапе и ограничить использование экстремально термофильных культур и одновременно уменьшить размеры теплообменников, используемых в реакторах для регулирования температуры, переноса кислорода и в других целях, и соответственно снизить стоимость реакторов.

Ниже предлагаемый в изобретении способ биовыщелачивания более подробно рассмотрен со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг. 1 - блок-схема предлагаемого в изобретении способа;

на фиг. 2 - блок-схема способа обработки содержащего железный колчедан тугоплавкого золотоносного концентрата арсенопирита (мышьякового колчедана) в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения;

на фиг. 3 - блок-схема способа обработки содержащего мышьяк медного концентрата в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения.

При биовыщелачивании металлсодержащих сульфидных материалов способом, блок-схема которого показана на фиг. 1, концентрат или руду сначала обрабатывают в обычном контуре биовыщелачивания, в котором с использованием соответствующей культуры происходит частичное окисление (окисление в массе) материала. При частичном окислении происходит выщелачивание легко окисляемых компонентов концентрата или руды, в частности цинка или мышьяка. Обрабатываемую руду можно подавать либо напрямую, либо после ее обезвоживания в главный контур выщелачивания, в котором происходит регулируемое биоокисление руды. Часть руды подают до или сразу же после предварительного биовыщелачивания в боковой контур с биогенератором для получения содержащей в определенном количестве микроорганизмы определенного типа биомассы, используемой в главном контуре для регулируемого биоокисления руды. Вместо обрабатываемой руды в боковой контур можно подавать и другой материал или смесь из руды и другого материала. Подаваемый в боковой контур материал окисляется в биогенераторе в присутствии культуры, которую можно использовать для биовыщелачивания в главном контуре. Боковой контур предназначен в основном не для окисления материала, а для получения биомассы с определенным количеством подаваемой в главный контур активной культуры, использование которой позволяет получить в главном контуре культуру с очень высокой активностью даже при времени выдержки на первом этапе выщелачивания, меньшем критического (в отличие от культуры, которая образуется при подаче в главный контур только обрабатываемой руды). Использование в главном контуре полученной в биогенераторе биомассы позволяет регулировать процесс происходящего в нем окисления безотносительно ко времени выдержки, плотности пульпы или ее температуры.

При обработке золотоносного концентрата арсенопирита, содержащего некоторое количество железного колчедана, способом, блок-схема которого показана на фиг. 2, концентрат сначала обрабатывают в обычном контуре выщелачивания, в котором происходит окисление и выщелачивание содержащегося в нем мышьяка. После разделения фаз отбираемый из этого контура раствор подают в отдельный контур для осаждения арсената железа. Основной поток выщелоченного материала, обезвоженного в результате разделения фаз, подают в главный контур выщелачивания для его биовыщелачивания экстремально термофильной культурой. Во избежание проблем, связанных с образованием из арсенопирита и железного колчедана любой активной серы, процесс окисления в главном контуре регулируют таким образом, чтобы в нем для селективного окисления любой образующейся активной серы происходило только частичное окисление материала. Подача в главный контур из установленного в боковом контуре биогенератора экстремально термофильной культуры не регулирует время выдержки. В боковой контур подают часть материала, обработанного в обычном контуре выщелачивания. Частичное окисление в главном контуре можно регулировать таким образом, чтобы в нем, кроме любого оставшегося арсенопирита, происходило окисление только активной серы. Из отбираемого из главного контура после разделения фаз выщелоченного осадка, в котором не содержится никакого опасного для его последующей обработки количества активной серы, цианированием извлекают любые содержащиеся в нем драгоценные металлы, а раствор с остающимся в нем мышьяком смешивают с раствором, отбираемым из первого контура выщелачивания.

На фиг. 3 показана блок-схема процесса обработки материалов, выщелачивание которых связано с большими проблемами из-за происходящей в течение длительного времени выдержки пассивации. В

- 4 010230 первую очередь это относится к концентратам халькопирита, в которых также содержатся арсенопирит и драгоценные металлы. Сначала концентрат предварительно обрабатывают обычным способом биовыщелачивания с использованием умеренно термофильной культуры с ограниченной степенью окисления, которая в отличие от интенсивного окисления существенно уменьшает пассивацию любых поверхностей халькопирита. Аналогично способу, блок-схема которого показана на фиг. 2, концентрат затем в контуре регулируемого биовыщелачивания обрабатывают содержащей экстремально термофильную культуру биомассой, которую получают в биогенераторе, установленном в боковом контуре, в который подают часть обработанного в контуре обычного выщелачивания концентрата. Во время регулируемого частичного окисления ранее пассивированные поверхности приходят в свое первоначальное состояние. После разделения фаз в контуре обычного выщелачивания с использованием умеренно термофильной культуры проводят дальнейшее окисление. Неполное окисление концентрата на этом этапе позволяет избежать пассивирования любых поверхностей халькопирита. Проводимое затем ограниченное регулируемое окисление позволяет существенно уменьшить количество любой активной серы, содержащейся в выщелоченном осадке, из которого затем цианированием извлекают драгоценные металлы. Все разделенные выщелоченные растворы смешивают между собой для осаждения арсенатов и последующего извлечения содержащейся в них меди. Часть выщелоченного раствора можно также подавать во второй контур обычного выщелачивания для его повторного окисления.

Claims (9)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ непрерывного биовыщелачивания металлсодержащих сульфидных материалов, отличающийся тем, что сульфидный материал в виде пульпы или суспензии подают в главный контур, в котором в один или несколько этапов его биовыщелачивают с использованием культуры соответствующих обрабатываемому материалу микроорганизмов, материал, обладающий способностью обеспечивать устойчивый рост в главном контуре находящихся в нем в активном состоянии микроорганизмов, подают в боковой контур, в котором происходит генерация микроорганизмов, материал из бокового контура подают с заданным расходом в главный контур, в котором находящиеся в нем микроорганизмы имеют высокую активность даже при небольшом времени выдержки, меньше критического, которое преобладало бы без такой дополнительной подачи микроорганизмов, регулируя тем самым степень окисления и температуру происходящего в главном контуре процесса выщелачивания и обеспечивая возможность избирательного окисления различных исходных материалов и получения в главном контуре материала с определенной степенью окисления, и из главного контура после селективного выщелачивания отбирают осадок с определенной степенью окисления, пригодной для его использования в последующем процессе извлечения из него соответствующего металла.
2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть материала, который биовыщелачивают в главном контуре, подают в боковой контур в качестве материала, ускоряющего рост микроорганизмов.
3. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что сначала сульфидный материал целиком или частично до его подачи в главный контур подают в предварительный контур для предварительного окисления биовыщелачиванием соответствующей культурой.
4. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что часть материала, отбираемого из предварительного контура, подают в боковой контур.
5. 5. Способ по п.3 или 4, отличающийся тем, что по меньшей мере часть разделенного выщелоченного осадка, отбираемого из предварительного контура, подают в боковой контур.
6. 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что для каждого контура выбирают определенное время выдержки, соответствующее процессу выщелачивания в следующем контуре и с учетом конструкции реактора.
7. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что время выдержки выбирают в соответствии с заданной степенью окисления в отбираемом из контура материале.
8. 8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что в разных контурах и на разных этапах используют культуры с разными свойствами.
9. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в предварительном контуре используют мезофильную или умеренно термофильную культуру, а в основном и боковом контурах - экстремально термофильную культуру.