EA013548B1

EA013548B1 - Процесс чанового биовыщелачивания

Info

Publication number: EA013548B1
Application number: EA200700272A
Authority: EA
Inventors: Клинт Боукер; Джон Бэтти; Гэри Рорке; Ханнес Страусс; Пол Бэрнард; Крис Ду Плессис
Original assignee: Би Эйч Пи Биллитон Са Лимитед
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2010-06-30
Also published as: EP1789599A1; AP2007003874A0; EP1789599B1; DE602005009376D1; AR050081A1; WO2006010170A1; US20070172935A1; ATE406465T1; AU2005265429A1; PE20060543A1; CN100478464C; EA200700272A1; PL1789599T3; ZA200610842B; AP2295A; CA2574240A1; CN1997760A; ES2313398T3

Abstract

Процесс чанового биовыщелачивания концентрата, который включает применение углеродсодержащего источника питания, содержащего серосодержащие аминокислоты, в качестве источника питания клеток микробов, используемых в процессе чанового биовыщелачивания серебросодержащих концентратов, для уменьшения ингибирующего действия серебра на клетки микробов.

Description

Предпосылки создания изобретения

Настоящее изобретение в целом относится к процессу чанового биовыщелачивания и, в частности, к снабжению углеродом микробных клеток, используемых в процессе чанового биовыщелачивания.

При чановом биовыщелачивании клетки микробов используют для окисления восстановленной серы и железа в измельченных рудных концентратах, которые содержат ценные или необходимые металлы.

В чане или реакторе находится суспензия концентрата, которую встряхивают и к которой добавляют питательные вещества. Суспензию барботируют воздухом или обогащают воздухом и ее рН обычно задают в интервале 0,8-2.

При мезофильных температурах, ниже 45°С, используют бактерии, тогда как при термофильных температурах, выше 45°С, используют архебактерии для того, чтобы катализировать процесс окисления, который приводит к разложению руды. В результате либо происходит непосредственное растворение ценного металла, либо улучшается его последующее извлечение.

Клетки микробов, которые используют в этом виде процесса биовыщелачивания, обычно являются хемолитотрофами и растут автотрофно, удовлетворяя свою потребность в углероде путем усваивания диоксида углерода из атмосферы или из подаваемого газа. Клетки микробов нуждаются в углероде как фундаментальном компоненте клеточных метаболитов и функциональных продуктов. Так, например, в способе кучного выщелачивания с использованием микроорганизмов, описанном в заявке ЕА 200601334 на имя заявителя настоящего изобретения, к микроорганизмам, используемым в процессе выщелачивания, в качестве источника углерода подают органические или неорганические углеродсодержащие соединения.

Из уровня техники известно, что углерод в негазообразной форме можно применять в качестве источника питания микроорганизмов, используемых в процессе биовыщелачивания. Так, в И8 2004/038354 предложен процесс биовыщелачивания концентрата в реакторе, при этом в указанный реактор в качестве источника питания для микроорганизмов добавляют органические соединения, такие как глюкоза.

В статье ТхсГспе Иес οί Мо1аеее5 ίη Нс1сго1гор1ис Ба1сп1с ЬсасЫид описан метод выщелачивания несульфидных руд с помощью гетеротропных микроорганизмов (грибков и бактерий), причем углерод органического происхождения (мелассу) также используют в качестве источника питания микроогранизмов для получения продуктов переработки органических кислот. Выщелачивание руды осуществляется с помощью указанных продуктов переработки органических кислот.

В И8 5231018 предложен способ извлечения оксидов металлов из летучей золы угля с помощью процесса биовыщелачивания. Согласно предложенному способу среда для выращивания бактерий содержит в качестве источника углерода глюкозу.

В случае термофильного биовыщелачивания (выше 45°С) использование обогащенного воздуха является важным вследствие пониженной растворимости и, как результат, пониженного массопереноса СО₂ и кислорода с увеличением температуры. Обогащенный воздух может содержать повышенную концентрацию кислорода или диоксида углерода, так как документально четко подтверждено, что для достижения оптимального микробного роста и оптимальных скоростей окисления железа и серы такие повышенные концентрации необходимы.

Кислород и диоксид углерода, необходимые для обогащения воздуха, который барботируют в реактор, обычно производят на газогенераторных установках. Однако функционирование этих установок связано со значительными капитальными и текущими расходами, существенную часть которых составляет высокая стоимость диоксида углерода. Кроме того, процент использования подаваемого диоксида углерода во время процесса биовыщелачивания может быть низким, часто менее 40%. Это существенно увеличивает стоимость эксплуатации биовыщелачивающей установки.

В некоторых случаях концентрат, который подвергают биовыщелачиванию, помимо основного металла, обычно меди, никеля или золота, содержит серебро. В некоторых случаях присутствие серебра может привести к сильным эффектам подавления микробных клеток и, таким образом, негативно влиять на процесс биологического выщелачивания. Хотя серебро является довольно малорастворимым в обычных условиях биовыщелачивания, растворение руды, в которой содержится серебро, приводит к временному присутствию серебра в растворе, до того как в реакторе произойдет комплексообразование и осаждение. Такая временная растворимость является достаточной для быстрого взаимодействия серебра с клетками микробов, когда серебро в большинстве случаев проходит через клеточную мембрану и образует связи с высоким сродством с соединениями, содержащимися в клеточной цитоплазме. Соединения, с которыми серебро с наибольшей вероятностью взаимодействует в клетке, включают, среди прочих, серосодержащие аминокислоты, цистеин и метионин. Ингибирующее действие серебра можно легко наблюдать с помощью просвечивающей электронной микроскопии в соединении с методами анализа металлов в виде присутствия серебряных узелков внутри травмированных клеток.

Биоцидная активность серебра по отношению к микроорганизмам хорошо известна. В процессах биовыщелачивания до сих пор это свойство использовали в основном для подавления активности нежелательных микроогранизмов. Так, в работе Ьсс ЬсасЫид оГ Ми, Со апб N1 Ггот Маидаисес №би1се иешд

- 1 013548 ап ЛпаегоЫс В1о1еасЫпд Мс11юб предложен способ контролирования микроорганизмов за счет контактирования указанных микроорганизмов с биоцидно эффективным количеством отработанного серебряного катализатора.

Однако присутствие серебра в рудных концентратах в тех случаях, когда речь идет о процессах выщелачивания с использованием микроорганизмов, может также создавать серьезную проблему, если при этом происходит подавление жизнедеятельности полезных бактерий и контролировать процесс только известными средствами не удается.

Однако ни в одном из известных источников не упоминается об этой проблеме и не рассматривается возможное положительное влияние углеродосодержащего источника питания, содержащего серосодержащие аминокислоты на уменьшение ингибирующего действия серебра.

Краткое описание изобретения

В настоящем изобретении предложено применение углеродосодержащего источника питания, содержащего серосодержащие аминокислоты, в качестве источника питания клеток микробов, используемых в процессе чанового биовыщелачивания серебросодержащих концентратов, для уменьшения ингибирующего действия серебра на указанные клетки микробов. Указанное применение приводит к неожиданному положительному эффекту в виде уменьшения ингибирующего действия серебра на клетки микробов, а также позволяет снизить затраты на углерод.

Углерод, который подают для этого процесса вышеуказанным способом, можно использовать вместо или в добавление к углероду, который подают в процесс в форме диоксида углерода.

Для подачи углерода в негазообразной форме в виде углеродсодержащего источника питания можно использовать любой подходящий источник. В качестве источника можно использовать водорастворимые формы углерода и неорганические углеродсодержащие твердые соединения, такие как карбонаты.

Предпочтительно углеродсодержащий источник питания выбирают из дрожжей, дрожжевого экстракта, углеродных экстрактов или углерода, извлеченного из активного ила, дубильных сточных вод, отработанных биомасс процесса биовыщелачивания, мелассы, раствора кукурузного экстракта, сахарозы, глюкозы и метанола.

Дрожжевой экстракт является предпочтительным источником углерода, так как он в дополнение к углероду обычно содержит некоторое количество питательных веществ, таких как витамины, аминокислоты и сопровождающие их компоненты, которые содействуют росту микробов. Похожие вещества содержит мясной экстракт. Такие сложные соединения питательных веществ можно использовать самостоятельно или в соединении с источниками чистого углерода. Цель использования таких смесей (как дрожжевой экстракт) заключается в том, чтобы заменить, по меньшей мере, углерод, подаваемый из сложного источника питания, и таким образом снизить суммарное потребление дрожжевого экстракта.

Комплексные источники питания, такие как дрожжевой экстракт, содержат помимо углерода другие разнообразные питательные соединения. Среди них имеются соединения, обладающие высоким сродством к комплексообразованию с серебром из раствора. Считают, что эти соединения представляют собой серосодержащие аминокислоты, но они могут также включать другие неизвестные в настоящее время соединения. Неожиданное преимущество состоит в том, что эти соединения быстро удаляют примеси серебра из растворенного состояния, тем самым предотвращая и/или уменьшая вредное взаимодействие серебра с микробными или биовыщелачивающими клетками. Этот механизм способствует более надежному процессу выщелачивания руд, содержащих серебро, которое в противном случае препятствует переработке этих руд биогидрометаллургическими способами.

Источники чистого углерода, такие как сахароза, можно использовать в сочетании с комплексными источниками питательных веществ (такими как дрожжевой экстракт). Было обнаружено, что использование сахарозы приносит неожиданную пользу при таком применении, так как она, по-видимому, увеличивает устойчивость клеточных мембран, их стабильность и целостность в условиях жесткого биовыщелачивания. Это является полезным с точки зрения функционирования процесса.

Краткое описание чертежа

Далее настоящее изобретение описано в виде примера со ссылкой на прилагаемый чертеж, который схематически иллюстрирует процесс чанового биовыщелачивания, функционирующий в соответствии с принципами настоящего изобретения.

Описание предпочтительного варианта изобретения

Прилагаемый чертеж иллюстрирует, отчасти схематически, процесс 10-чанового биовыщелачивания. В этом процессе суспензию 12, которая содержит рудные концентраты, размолотые до размеров мелких частиц, обычно менее 80 мкм, направляют в реактор или чан 14, который оборудован управляемой мотором лопастью 16 для перемешивания суспензии. В суспензию вводят в качестве затравки известные бактерии и, при необходимости, в соответствии с известными критериями в суспензию в реакторе подают питательные вещества 18.

Газ 20 подают в барботажную систему 22 в реакторе. В качестве газа можно использовать воздух, обогащенный кислородом 24 и, при необходимости, диоксидом углерода 26 в соответствии с требованием.

В реакторе суспензию выдерживают при требуемом значении рН и требуемой температуре в соот

- 2 013548 ветствии с известными критериями с тем, чтобы в процессе биовыщелачивания осуществить разложение или растворение заданных металлов, которые затем извлекают в последующем процессе 28.

Как уже было объяснено во вводной части этого документа, существенной составляющей стоимости процесса биовыщелачивания является источник диоксида углерода 26. Стоимость генерирования грамма диоксида углерода является высокой и при этом процент использования диоксида углерода суспензией в реакторе является низким. Фактически это означает, что существенная часть генерируемого диоксида углерода не используется, а улетучивается в атмосферу.

Несмотря на то что принцип восполнения органического углерода хорошо известен в области культивирования биовыщелачивающих клеток, он в настоящее время не используется ни в одном из известных заявителю промышленных процессов чанового биовыщелачивания. Также в имеющихся источниках отсутствуют указания на возможные неожиданные преимущества выгод в области удаления серебра и увеличения устойчивости клеточных мембран в промышленном масштабе. Настоящее изобретение предусматривает, что все или часть потребностей микробных клеток в углероде будут удовлетворены путем подачи в реактор углерода 32 в негазообразной форме в виде угеродсодержащего источника питания, содержащего серосодержащие аминокислоты. В этой связи предпочтительным источником углерода является водорастворимый дрожжевой экстракт, который можно использовать в комбинации с источником чистого углерода, например сахарозой.

Большинство биовыщелачивающих микроорганизмов имеют строгую потребность в диоксиде углерода как единственном для них источнике углерода, хотя некоторые штаммы, например факультативные аутотрофные и факультативные гетеротрофные штаммы, менее требовательны в этом отношении. Соответственно, такие штаммы могут использовать источники углерода, отличные от диоксида углерода, или в качестве заменителей диоксида углерода, или в качестве дополнения к диоксиду углерода. Таким образом, можно достичь оптимальных условий биовыщелачивания путем подачи в чан водорастворимого органического источника углерода, такого как экстракт дрожжей 32. Источник углерода предпочтительно в жидкой форме подают насосом в реактор 14 или, как указано пунктирной линией, в устройство для подачи суспензии или в качестве альтернативы, или дополнительно добавляют в виде сухого порошка в суспензию в чан.

Концентрацию негазообразного углерода в виде угеродсодержащего источника питания в реакторе обычно поддерживают в интервале от 10 до 600 мг/л, хотя в соответствии с потребностью в суспензии могут преобладать более высокие или низкие концентрации углеродного материала, используемого в качестве источника.

Предпочтительным вариантом является использование в процессе биовыщелачивания микробных штаммов, которые являются более приспособленными для использования источников углерода, основанных на органике, а не на диоксиде углерода. Дрожжевой экстракт является продуктом, который производят известными в данной области способами, включающими стадию лизиса (т.е. разрушения клеток), на которой происходит высвобождение содержимого клеток. Водорастворимое содержимое клеток отделяют от клеточных частиц и производят либо в виде пасты, либо в виде сухого водорастворимого порошка. Конечный продукт, известный как дрожжевой экстракт, содержит высокие концентрации разнообразных аминокислот, витаминов, органических и неорганических питательных веществ и, следовательно, подходит для использования в качестве среды для микробного роста.

Дрожжевой экстракт часто можно получить при более низкой стоимости, соотнесенной к содержанию углерода, чем СО₂. Кроме того, использование клетками микробов углерода в дрожжах является более эффективным (например, используется больше углерода) по сравнению со способами, в которых углерод присутствует в газообразной форме, например в виде СО2. Использование дрожжевого экстракта с источниками чистого углерода, такими как сахароза, может снизить суммарные затраты на восполнение углерода.

Можно использовать альтернативные или дополнительные углеродосодержащие источники питания, например водорастворимые сложные экстракты углерода, которые производят из таких промышленных материалов как меласса и кукурузный экстракт, или сточные воды от промышленных отходов дубильного производства, или активированный ил из установок для очистки сточных вод. Эти вещества содержат главным образом углеродные соединения, хотя аминокислоты и витамины в них представлены менее широко, чем в дрожжевых экстрактах.

Другими источниками растворимого углерода, подходящими для использования в настоящем изобретении, являются углеродные соединения, которые очищают до такого уровня содержания основного составляющего соединения, при котором оно преобладает и может быть легко идентифицировано, например сахароза, глюкоза и метанол.

При использовании источника водорастворимого углерода в виде углеродосодержащего источника питания, такого как дрожжевой экстракт (комплексный источник питательных веществ), одного или в комбинации с сахарозой (источником чистого углерода), в процессе биовыщелачивания в ванне текущие и капитальные расходы процесса снижаются благодаря более низкой потребности в диоксиде углерода или отсутствии такой потребности. Другими преимуществами вышеуказанного процесса являются:

(а) большая простота процесса вследствие меньшей потребности в барботировании газа;

- 3 013548 (b) понижение капитальных и текущих расходов на перемешивание и барботирование;

(c) уменьшение подавляющих эффектов, вызванных серебром;

(б) увеличение устойчивости клеточной мембраны, приводящее к большей устойчивости процесса;

(е) улучшение условий питания в суспензии в реакторе; эти преимущества являются результатом использования высвобождения аминокислот, витаминов и других питательных микроэлементов из источника органического углерода для оптимизации роста микробов и характеристик биовыщелачивания; и (1) увеличение растворимости соединений серы в присутствии органического растворимого углерода, что, соответственно, увеличивает скорость окисления серы и тем самым эффективность процесса биовыщелачивания.

Эти преимущества можно достичь, используя как мезофильный, так и термофильный процессы биовыщелачивания в ванне.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Применение углеродосодержащего источника питания, содержащего серосодержащие аминокислоты, в качестве источника питания клеток микробов, используемых в процессе чанового биовыщелачивания серебросодержащих концентратов, для уменьшения ингибирующего действия серебра на указанные клетки микробов.
2. Применение по п.1, отличающееся тем, что углеродосодержащий источник питания выбирают из группы, включающей дрожжевой экстракт, мелассу, раствор кукурузного экстракта, сточные воды от промышленных отходов дубильного производства, активированный ил из установок для очистки сточных вод.
3. Применение по любому из пп.1 и 2 в сочетании с диоксидом углерода.
4. Применение по любому из пп.1 и 2 в сочетании с твердыми неорганическими углеродными соединениями, такими как карбонаты.
5. Применение по любому из пп.1 и 2 в сочетании с сахарозой.