RU2560627C2 - Method of leaching of valuable components and rare-earth elements from cinder material - Google Patents

Method of leaching of valuable components and rare-earth elements from cinder material Download PDF

Info

Publication number
RU2560627C2
RU2560627C2 RU2013137692/02A RU2013137692A RU2560627C2 RU 2560627 C2 RU2560627 C2 RU 2560627C2 RU 2013137692/02 A RU2013137692/02 A RU 2013137692/02A RU 2013137692 A RU2013137692 A RU 2013137692A RU 2560627 C2 RU2560627 C2 RU 2560627C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pulp
leaching
earth elements
valuable components
rare
Prior art date
Application number
RU2013137692/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013137692A (en
Inventor
Тамара Федоровна Кондратьева
Максим Игоревич Муравьев
Александр Генрихович Булаев
Виталий Самуилович Меламуд
Ираида Андреевна Цаплина
Анна Евгеньевна Панюшкина
Надежда Викторовна Григорьева
Сергей Яковлевич Чернин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского Российской академии наук (ИНМИ РАН)
Общество с ограниченной ответственностью Научно-внедренческое предприятие "Центр инновационных энергетических технологий"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского Российской академии наук (ИНМИ РАН), Общество с ограниченной ответственностью Научно-внедренческое предприятие "Центр инновационных энергетических технологий" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского Российской академии наук (ИНМИ РАН)
Priority to RU2013137692/02A priority Critical patent/RU2560627C2/en
Publication of RU2013137692A publication Critical patent/RU2013137692A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2560627C2 publication Critical patent/RU2560627C2/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to biohydrometallurgy, in particular to biotechnology of extraction of valuable components and rare-earth elements from coal combustion products - cinder material. The method of leaching of valuable components and rare-earth elements from cinder material includes preparation of a pulp in the bioreactor with the ratio of solid vs liquid phases (S:L) = 1:5, and the ratio of cinder material vs. element sulphur is 10-20:1. Then pH level of the pulp of concentrated sulphuric acid is brought to the values 2.0-3.0, nutritious salts are added to the pulp and the pulp is inoculated by adding of 10% of the culture liquid containing cenosis of acidophile chemolithotrophic microorganisms. Then the process of biooxidation of element sulphur by microorganisms is performed with mixing the pulp, aeration by air and at the temperature 44-46°C, followed by formation of sulphuric acid, decrease of pH level and leaching of valuable components and rare-earth elements.
EFFECT: decrease of consumption of reagent (sulphuric acid) for leaching of valuable components and rare-earth elements from cinder material and decrease of consumption of electric power for maintaining of temperature of reactionary mix.
7 cl, 2 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к области биогидрометаллургии, в частности к биотехнологии извлечения ценных компонентов и редкоземельных элементов из продуктов сжигания угля - зольно-шлакового материала.The invention relates to the field of biohydrometallurgy, in particular to biotechnology for the extraction of valuable components and rare-earth elements from coal combustion products - ash and slag material.

В настоящее время проблема использования отходов объектов тепло- и электрогенерации, в частности зольно-шлаковых материалов, образующихся при сжигании углей, не решена как в мире, так и в России. При сжигании углей образуются твердые отходы: зола-унос и шлак, которые перемещают в отвалы, где они складируются и хранятся на открытом воздухе или под слоем воды. В настоящее время в мире скопились в отвалах миллиарды тонн зольно-шлаковых материалов, которые создают большую экологическую напряженность в регионах объектов тепло- и электроэнергетики, представляют угрозу для окружающей среды и здоровья людей. В результате ветровой эрозии частицы золы поступают в атмосферу и, оседая, загрязняют почву токсичными веществами. Под действием кислотных осадков происходит миграция токсических веществ из отвалов, приводящая к загрязнению почв, грунтовых вод, поверхностных вод. Оборудование и эксплуатация зольно-шлаковых отвалов требуют значительных затрат, кроме того, под них отчуждаются плодородные земли.At present, the problem of using waste from heat and power generation facilities, in particular ash and slag materials generated during the burning of coal, has not been resolved both in the world and in Russia. When coal is burned, solid waste is formed: fly ash and slag, which are transported to dumps, where they are stored and stored outdoors or under a layer of water. At present, billions of tons of ash and slag materials have accumulated in the world in dumps, which create great environmental tension in the regions of heat and power facilities, pose a threat to the environment and human health. As a result of wind erosion, ash particles enter the atmosphere and, settling, pollute the soil with toxic substances. Under the influence of acid precipitation, toxic substances migrate from dumps, leading to pollution of soils, groundwater, and surface waters. The equipment and operation of ash and slag dumps require significant costs, in addition, fertile lands are alienated under them.

С точки зрения рационального природопользования зольно-шлаковые материалы представляет собой техногенное сырье, способное обеспечить многие нужды промышленности. Наибольшую ценность представляют благородные металлы (золото, серебро), микроэлементы (ванадий, галлий, стронций, цирконий, олово, барий и др.) и редкоземельные элементы (скандий, иттрий, лантан и др.).From the point of view of rational environmental management, ash and slag materials are anthropogenic raw materials that can meet many of the needs of industry. Noble metals (gold, silver), trace elements (vanadium, gallium, strontium, zirconium, tin, barium, etc.) and rare-earth elements (scandium, yttrium, lanthanum, etc.) are of the greatest value.

Из всего вышесказанного следует, что разработка энерго- и ресурсосберегающих комплексных технологий их утилизация и извлечение ценных компонентов является актуальной задачей.From the foregoing, it follows that the development of energy and resource-saving integrated technologies for their utilization and extraction of valuable components is an urgent task.

Изобретение относится к выщелачиванию ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала. Способ включает приготовление пульпы в биореакторе с определенным соотношением твердой и жидкой фаз и определенным соотношением элементной серы и зольно-шлакового материала, доведение pH пульпы концентрированной серной кислотой до значения <3,0, инокуляцию пульпы культуральной жидкостью, содержащей сообщество ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов, процесс биоокисления элементной серы микроорганизмами, сопровождающийся образованием серной кислоты и снижением pH, при интенсивной аэрации и определенной температуре и выщелачивание ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала.The invention relates to the leaching of valuable components and rare earth elements from ash and slag material. The method includes preparing pulp in a bioreactor with a certain ratio of solid and liquid phases and a certain ratio of elemental sulfur and ash and slag material, adjusting the pulp pH with concentrated sulfuric acid to <3.0, inoculating the pulp with a culture fluid containing a community of acidophilic chemolithotrophic microorganisms, a biooxidation process elemental sulfur by microorganisms, accompanied by the formation of sulfuric acid and a decrease in pH, with intensive aeration and a certain temperature and is leached ue valuable components and the rare earth elements from fly ash-slag material.

Техническим результатом изобретения является разработка научно-технологических решений, обеспечивающих: малоэнергоемкое выделение ценных компонентов из отходов объектов тепло- и электрогенерации; рациональное использование природных ресурсов при производстве редких металлов; снижение экологической нагрузки в районах объектов тепло- и электрогенерации.The technical result of the invention is the development of scientific and technological solutions that provide: low-energy-intensive separation of valuable components from the waste of heat and power generation facilities; rational use of natural resources in the production of rare metals; reduction of the environmental load in the areas of heat and power generation facilities.

Известны различные способы извлечения ценных элементов (включая редкоземельные) из зольно-шлаковых материалов, которые заключаются в химической обработке зольно-шлаковых материалов после сжигания углей различными химическими реагентами. Основным методом переработки зольно-шлаковых материалов является вскрытие их кислотными реагентами, в качестве которых могут использоваться минеральные кислоты.There are various methods for the extraction of valuable elements (including rare earths) from ash and slag materials, which consist in the chemical treatment of ash and slag materials after burning coal with various chemical reagents. The main method for processing ash and slag materials is opening them with acid reagents, which can be used mineral acids.

Известен способ выщелачивания металлов и редкоземельных элементов (Y, La, Се, Dy и др.) из зольно-шлаковых отвалов растворами азотной, серной или соляной кислот в концентрации от 50 до 300 г/л при соотношении твердой и жидкой фаз от 1:3 до 1:10 и температуре от 18°C до 90°C [Кузьмин В.И., Пашков Г.Л., Карцева Н.В., Охлопков С.С. Кычкин В.Р., Сулейманов A.M. Способ извлечения редкоземельных металлов и иттрия из углей и золошлаковых отходов от их сжигания // Патент РФ №2293134. Опубликован 10.02.2007 г. ]. Золы выщелачивали азотной кислотой при 90°C в течение 1 ч. Редкоземельные элементы экстрагировали из раствора трибутилфосфатом. Извлекалось до 80% редкоземельных элементов. Недостатком способа является использование высоких концентраций минеральных кислот, высокие затраты электроэнергии и экологическая опасность.A known method of leaching of metals and rare earth elements (Y, La, Ce, Dy, etc.) from ash and slag dumps with solutions of nitric, sulfuric or hydrochloric acids in a concentration of from 50 to 300 g / l with a ratio of solid and liquid phases from 1: 3 to 1:10 and a temperature of 18 ° C to 90 ° C [Kuzmin V.I., Pashkov G.L., Kartseva N.V., Okhlopkov S.S. Kychkin V.R., Suleymanov A.M. The method of extraction of rare-earth metals and yttrium from coal and ash and slag waste from their combustion // RF Patent No. 2293134. Published 02/10/2007]. Ashes were leached with nitric acid at 90 ° C for 1 h. Rare earth elements were extracted from the solution with tributyl phosphate. Up to 80% of rare earth elements were recovered. The disadvantage of this method is the use of high concentrations of mineral acids, high energy costs and environmental hazard.

Известно выщелачивание зольно-шлаковых материалов различными концентрациями соляной кислоты при различных концентрациях (0,68-6,5) М, в диапазоне температур до 80°C, при разных плотностях пульпы [Концевой А.А., Михнев А.Д., Пашков Г.Л., Колмакова Л.П. Извлечение скандия и иттрия из золошлаковых отходов // Журнал прикладной химии. 1995. Т. 68. №7. С. 1075]. При оптимальных условиях (3М HCl, 40°C, Т:Ж=1:5) Sc извлекался на 84%, Y - на 91%. Удавалось достигнуть концентраций Sc - 84 мг/л, Y - 91 мг/л. Недостатком способа является использование концентрированных растворов соляной кислоты.It is known to leach ash-slag materials with various concentrations of hydrochloric acid at various concentrations (0.68-6.5) M, in the temperature range up to 80 ° C, at different pulp densities [Kontseva AA, Mikhnev AD, Pashkov G.L., Kolmakova L.P. Extraction of scandium and yttrium from ash and slag waste // Journal of Applied Chemistry. 1995.V. 68. No. 7. S. 1075]. Under optimal conditions (3M HCl, 40 ° C, T: W = 1: 5) Sc was recovered at 84%, Y at 91%. It was possible to achieve concentrations of Sc - 84 mg / l, Y - 91 mg / l. The disadvantage of this method is the use of concentrated solutions of hydrochloric acid.

Известен также способ извлечения редких и редкоземельных элементов из бедной руды, содержащей пирит в разных растворах и в разных режимах [Sapsford D.J., Bowell R.J., Geroni J.N., Penman K.M., Dey M. Factors influencing the release rate of uranium, thorium, yttrium and rare earth elements from a low grade ore // Minerals Engineering. 2012. V. 39. P. 165-172]. Использовали разное время выщелачивания, добавление 0,5 г/л Fe2(SO4)3; применяли в качестве растворителя среду 9К Сильвермана и Лундгрена [Silverman М.Р., Lundgren D.C. Study on the chemoautotrophic iron bacterium Ferrobacillus ferrooxidans. An improved medium and harvesting procedure for securing high cell yield // J. Bacteriol. 1959. V. 77. №5. P. 642-647] без железа. В оптимальных условиях (pH 3,5, 0,5 г/л Fe3+) за 52 недели было выщелочено 58% U, 50% Th, 36% Y и 45% редкоземельных элементов. Показано, что при добавлении питательных солей может происходить «самовыщелачивание» редкоземельных элементов из руды благодаря микробному окислению пирита. Это единственный из известных нам патентов, где упоминается роль микроорганизмов в выщелачивании редкоземельных элементов, но не из отходов сжигания углей, а из бедной руды, содержащей пирит - источник энергии для микроорганизмов.There is also a method of extracting rare and rare earth elements from lean ore containing pyrite in different solutions and in different modes [Sapsford DJ, Bowell RJ, Geroni JN, Penman KM, Dey M. Factors influencing the release rate of uranium, thorium, yttrium and rare earth elements from a low grade ore // Minerals Engineering. 2012. V. 39. P. 165-172]. Used different leaching times, the addition of 0.5 g / l Fe 2 (SO 4 ) 3 ; Silverman and Lundgren's 9K medium was used as a solvent [Silverman MP, Lundgren DC Study on the chemoautotrophic iron bacterium Ferrobacillus ferrooxidans. An improved medium and harvesting procedure for securing high cell yield // J. Bacteriol. 1959. V. 77. No. 5. P. 642-647] without iron. Under optimal conditions (pH 3.5, 0.5 g / l Fe 3+ ), 58% U, 50% Th, 36% Y, and 45% rare earth elements were leached over 52 weeks. It has been shown that with the addition of nutrient salts, rare-earth elements from ore can “self-leach” due to the microbial oxidation of pyrite. This is the only patent known to us that mentions the role of microorganisms in leaching of rare-earth elements, but not from coal burning wastes, but from poor ore containing pyrite - an energy source for microorganisms.

Общим недостатком известных процессов извлечения редкоземельных элементов из зольно-шлаковых материалов является большой расход кислот.A common disadvantage of the known processes for the extraction of rare earth elements from ash and slag materials is the high consumption of acids.

Другой существенный недостаток известных процессов заключается в высоких энергозатаратах на ведение процесса выщелачивания редкоземельных элементов при (80-90)°C.Another significant drawback of the known processes is the high energy costs of the process of leaching of rare earth elements at (80-90) ° C.

Наиболее близким к предлагаемому способу извлечения редкоземельных металлов из руд и золошлаковых отходов является способ, предложенный в патенте Башлыковой Т.В., Живаевой А.Б. [Башлыкова Т.В., Живаева А.Б. Комплексный метод переработки шлаков // Патент РФ №2350666. Опубликован 20.10.2008 г. ]. Изобретение касается переработки шлаков и золошлаковых отходов. Способ переработки шлаков для извлечения ценных компонентов включает магнитную сепарацию и гравитационное обогащение с получением концентрата и хвостов обогащения. Хвосты после обогащения подвергают кавитационной обработке и биогидрометаллургическому переделу, обеспечивающему доизвлечение ценных компонентов, присутствующих в матрице шлака. Обработку ведут путем выращивания бактерий до концентрации (103-105) клеток в 1 мл, добавления хвостов в раствор с бактериями с соотношении Т:Ж=1:5 и развития культур бактерий до концентрации 107 клеток в 1 мл. При обработке осуществляют постоянную аэрацию при температуре среды (15-32)°C. Из полученного раствора выделяют ценные компоненты. Техническим результатом является повышение эффективности переработки шлака и золошлаковых отходов. Недостатком способа является его непригодность для извлечения ценных металлов из золошлаковых отходов (что заявлено в реферате), так как в них, в отличие от приведенной в примере переработки руд (г. Трепеча, Югославия), не содержится источник энергии для микроорганизмов, в результате окисления которого образуется выщелачивающая зольно-шлаковый материал кислота.Closest to the proposed method for the extraction of rare-earth metals from ores and ash and slag waste is the method proposed in the patent Bashlykova TV, Zhivaeva AB [Bashlykova T.V., Zhivaeva A.B. A complex method of processing slag // RF Patent No. 2350666. Published October 20, 2008]. The invention relates to the processing of slag and ash and slag waste. A method of processing slag for the extraction of valuable components includes magnetic separation and gravity concentration to obtain concentrate and tailings. After enrichment, the tails are subjected to cavitation treatment and biohydrometallurgical redistribution, which ensures the extraction of valuable components present in the slag matrix. The treatment is carried out by growing bacteria to a concentration of (10 3 -10 5 ) cells in 1 ml, adding tails to the solution with bacteria with a ratio of T: W = 1: 5 and developing bacterial cultures to a concentration of 10 7 cells in 1 ml. During processing, continuous aeration is carried out at an ambient temperature of (15-32) ° C. Valuable components are isolated from the resulting solution. The technical result is to increase the efficiency of processing slag and ash and slag waste. The disadvantage of this method is its unsuitability for the extraction of valuable metals from ash and slag waste (which is stated in the abstract), since they, unlike the ore processing example (Trepecha, Yugoslavia), do not contain an energy source for microorganisms as a result of oxidation which forms an acid leaching ash-slag material.

Отсутствуют патенты по разработке научно-технологических решений, обеспечивающих малоэнергоемкое выделение ценных компонентов из отходов сжигания углей с использованием микроорганизмов как генераторов серной кислоты. Такие способы могут обеспечить рациональное использование природных ресурсов при производстве редких металлов и снижение экологической нагрузки в районах объектов тепло- и электрогенерации.There are no patents for the development of scientific and technological solutions that provide low-energy-intensive separation of valuable components from coal combustion wastes using microorganisms as sulfuric acid generators. Such methods can ensure the rational use of natural resources in the production of rare metals and reduce environmental load in the areas of heat and power generation facilities.

Технический результат нашего способа выщелачивания ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала достигается тем, что вместо концентрированных растворов кислот при высокой температуре обработки процесс выщелачивания осуществляется серной кислотой, образуемой сообществом умеренно-термофильных ацидохемолитотрофных микроорганизмов при окислении дешевого источника энергии - элементной серы при температуре не выше 45°C. Способ включает приготовление пульпы в биореакторе с определенным соотношением твердой и жидкой фаз и определенным соотношением элементной серы и зольно-шлакового материала; доведение pH пульпы концентрированной серной кислотой до значения <3,0; инокуляцию пульпы культуральной жидкостью, содержащей сообщество умеренно-термофильных ацидохемолитотрофных микроорганизмов; процесс биоокисления элементной серы микроорганизмами, сопровождающийся образованием серной кислоты и снижением pH, при интенсивной аэрации и определенной температуре и выщелачивание ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала. Техническим результатом изобретения является также разработка научно-технологических решений, обеспечивающих: малоэнергоемкое выделение ценных компонентов из отходов объектов тепло и электрогенерации; рациональное использование природных ресурсов при производстве редких металлов; снижение экологической нагрузки в районах объектов тепло и электрогенерации.The technical result of our method of leaching valuable components and rare-earth elements from ash and slag material is achieved by the fact that instead of concentrated acid solutions at a high processing temperature, the leaching process is carried out by sulfuric acid formed by a community of moderately thermophilic acid chemolithotrophic microorganisms during the oxidation of a cheap energy source - elemental sulfur at temperature not higher than 45 ° C. The method includes preparing pulp in a bioreactor with a certain ratio of solid and liquid phases and a certain ratio of elemental sulfur and ash and slag material; adjusting pulp pH with concentrated sulfuric acid to <3.0; inoculation of the pulp with a culture fluid containing a community of moderately thermophilic acidochemolithotrophic microorganisms; the process of biooxidation of elemental sulfur by microorganisms, accompanied by the formation of sulfuric acid and a decrease in pH, with intensive aeration and a certain temperature, and leaching of valuable components and rare earth elements from ash and slag material. The technical result of the invention is also the development of scientific and technological solutions that provide: low-energy-intensive extraction of valuable components from waste objects of heat and power generation; rational use of natural resources in the production of rare metals; reduction of environmental load in the areas of heat and power generation facilities.

Техническое решение иллюстрируется следующими примерами:The technical solution is illustrated by the following examples:

Пример 1Example 1

Проведение выщелачивания ценных компонентов из зольно-шлаковых материалов в режиме чанового процесса в разных температурных режимах: 28,40 или 45°CLeaching of valuable components from ash and slag materials in the mode of the tank process in different temperature conditions: 28.40 or 45 ° C

Опыты проводили в периодическом режиме в реакторах объемом 3,0 л с объемом пульпы в них 1,0 л при следующих параметрах: начальном значении pH пульпы 1,60, плотности пульпы 20% (Т:Ж), аэрации 5 мин-1, скорости вращения турбинной мешалки 500 мин-1, соотношении зольно-шлакового материала и серы 20:1, количестве вносимого инокулята 10% и продолжительности биовыщелачивания 10 сут. Перед инокуляцией пульпы была проведена обработка зольно-шлакового материала серной кислотой для доведения значения pH до необходимого уровня (1,60). При этом расход серной кислоты составил 51 кг/т. При проведении процесса биовыщелачивания ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлаковых материалов при 28°C в качестве инокулята было использовано мезофильное сообщество ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов, в то время как при 40 и 45°C в качестве инокулята было использовано умеренно-термофильное сообщество ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов.The experiments were carried out in batch mode in reactors with a volume of 3.0 l with a pulp volume of 1.0 l in them with the following parameters: initial value of the pulp pH 1.60, pulp density 20% (T: G), aeration 5 min -1 , speed the rotation of the turbine mixer 500 min -1 , the ratio of ash and slag material and sulfur 20: 1, the amount of inoculum introduced 10% and the duration of bioleaching 10 days. Before pulp inoculation, ash and slag material was treated with sulfuric acid to bring the pH to the required level (1.60). The consumption of sulfuric acid was 51 kg / t. In the process of bioleaching valuable components and rare earth elements from ash and slag materials at 28 ° C, the mesophilic community of acidophilic chemolithotrophic microorganisms was used as an inoculum, while at 40 and 45 ° C, a moderately thermophilic community of acidophilic chemolithotrophic was used microorganisms.

Наибольшая скорость снижения значения pH, а следовательно, и скорость окисления элементной серы, наблюдалась при проведении процесса при температуре 45°C и использовании умеренно-термофильного микробного сообщества ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов. Так, достигнутое значение pH за 10 сут процесса в этом случае составило 1,15, в то время как при проведении процесса при 28 и 40°C - только 1,41 и 1,27 соответственно. Кроме того, при 45°C наблюдалось большая численность микроорганизмов в пульпе (число клеток/мл ×108): 5,6, 5,0 и 4,8 и более высокие значения окислительно-восстановительного потенциала: 817, 759 и 676 мВ соответственно при 45, 40 и 28°C.The highest rate of decrease in pH, and hence the rate of oxidation of elemental sulfur, was observed during the process at a temperature of 45 ° C and the use of a moderately thermophilic microbial community of acidophilic chemolithotrophic microorganisms. So, the achieved pH value for 10 days of the process in this case was 1.15, while when carrying out the process at 28 and 40 ° C it was only 1.41 and 1.27, respectively. In addition, at 45 ° C there was a large number of microorganisms in the pulp (cell number / ml × 10 8 ): 5.6, 5.0 and 4.8, and higher values of the redox potential: 817, 759 and 676 mV, respectively at 45, 40 and 28 ° C.

Из представленных в таблице 1 данных видно, что в процессе при 45°C достигнутые степени выщелачивания никеля, меди и цинка составили 46,3, 46,0 и 64% соответственно. Наибольшее влияние температурный режим оказывал на биовыщелачивание скандия, иттрия и лантана. Увеличение степени их выщелачивания при повышении температуры от 28 до 45°C составило 2.25, 1.71 и 2,08 раз соответственно. Извлечение благородного металла - серебра - во всех случаях составило 100%.From the data presented in table 1, it can be seen that in the process at 45 ° C, the leaching rates of nickel, copper, and zinc reached 46.3, 46.0, and 64%, respectively. The temperature regime exerted the greatest influence on the bioleaching of scandium, yttrium, and lanthanum. The increase in the degree of their leaching with increasing temperature from 28 to 45 ° C was 2.25, 1.71, and 2.08 times, respectively. Extraction of a noble metal - silver - in all cases amounted to 100%.

Таким образом, лучшим из исследуемых являлся режим проведения биовыщелачивания ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала при температуре 45°C, характеризующийся более интенсивным окислением элементной серы в пульпе и, как следствие, более быстрым снижением значения pH, а также большим извлечением ценных компонентов (меди, никеля и цинка) и редкоземельных элементов (скандия, иттрия и лантана).Thus, the best of the studied was the bioleaching of valuable components and rare earth elements from ash and slag material at a temperature of 45 ° C, characterized by a more intense oxidation of elemental sulfur in the pulp and, as a consequence, a faster decrease in pH, as well as a greater recovery of valuable components (copper, nickel and zinc) and rare earth elements (scandium, yttrium and lanthanum).

Figure 00000001
Figure 00000001

Пример 2Example 2

Проведение выщелачивания ценных компонентов из зольно-шлаковых материалов в режиме чанового процесса при различных значениях исходного pH: 3,0,2,6 или 2,0Leaching of valuable components from ash and slag materials in the regime of a tank process at various values of the initial pH: 3,0,2,6 or 2,0

Опыты проводили в периодическом режиме в реакторах объемом 3,0 л с объемом пульпы в них 1,0 л при следующих параметрах: температуре 45°C, плотности пульпы 10% (Т:Ж), аэрации 5 мин-1, скорости вращения турбинной мешалки 500 мин-1, соотношении зольно-шлакового материала и серы 10:1, количестве вносимого инокулята умеренно-термофильного сообщества микроорганизмов 10% и продолжительности биовыщелачивания 10 сут. Перед инокуляцией пульпы была проведена обработка зольно-шлакового материала серной кислотой для доведения значения pH до необходимого уровня. Начальные значения pH задавали на уровне 3,0, 2,6 и 2,0 добавлением концентрированной серной кислоты. При этом расход серной кислоты составил 21±3 кг/т для случаев с начальным значением pH 3,0 и 2,6, а в случае исходного pH 2,0-45±1 кг/т.The experiments were carried out in batch mode in reactors with a volume of 3.0 L with a volume of pulp in them of 1.0 L with the following parameters: temperature 45 ° C, pulp density 10% (T: G), aeration 5 min -1 , rotation speed of the turbine mixer 500 min -1 , the ratio of ash and slag material and sulfur is 10: 1, the amount of inoculum of a moderate thermophilic community of microorganisms is 10% and the bioleaching time is 10 days. Before inoculation of the pulp, ash and slag material was treated with sulfuric acid to bring the pH to the required level. The initial pH was set at 3.0, 2.6 and 2.0 by the addition of concentrated sulfuric acid. The consumption of sulfuric acid was 21 ± 3 kg / t for cases with an initial pH of 3.0 and 2.6, and in the case of an initial pH of 2.0-45 ± 1 kg / t.

Начальное значение pH в диапазоне 2,0-3,0 не влияло на сероокисляющую активность умеренно- термофильного сообщества ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов при биовыщелачивании ценных металлов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала. Численность микроорганизмов была одинакова во всех случаях и составляла до 1,0×109 кл/мл. Значения окислительно-восстановительного потенциала закономерно увеличивались в процессе биовыщелачивания и достигали 845-855 мВ к концу процесса, что свидетельствует о нахождении элементов-ионов в среде в их высших валентностях. Более активное образование серной кислоты в первые четверо суток биовыщелачивания наблюдалось в случае с исходным значением pH 2,0. В дальнейшем скорости образования серной кислоты микроорганизмами были схожими во всех случаях, при этом конечное достигнутое значение pH составило 0,90-0,92, что свидетельствовало о высокой сероокисляющей активности умеренно- термофильного сообщества ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов. Таким образом, основываясь на том, что длительное пребывание зольно-шлакового материала в более кислых условиях будет способствовать более эффективному извлечению ценных металлов и редкоземельных элементов, оптимальным представляется режим биовыщелачивания с начальным значением pH 2,0.The initial pH in the range 2.0–3.0 did not affect the sulfur-oxidizing activity of the moderately thermophilic community of acidophilic chemolithotrophic microorganisms during bioleaching of valuable metals and rare-earth elements from ash and slag material. The number of microorganisms was the same in all cases and amounted to 1.0 × 10 9 cells / ml. The values of the redox potential naturally increased during bioleaching and reached 845-855 mV by the end of the process, which indicates the presence of ion elements in the medium in their higher valencies. A more active formation of sulfuric acid in the first four days of bioleaching was observed in the case with an initial pH of 2.0. Subsequently, the rates of formation of sulfuric acid by microorganisms were similar in all cases, with the final achieved pH value being 0.90-0.92, indicating a high sulfur-oxidizing activity of the moderately thermophilic community of acidophilic chemolithotrophic microorganisms. Thus, based on the fact that a long stay of ash and slag material under more acidic conditions will contribute to more efficient extraction of valuable metals and rare earth elements, a bioleaching regime with an initial pH of 2.0 is optimal.

Пример 3Example 3

Проведение выщелачивания ценных компонентов из зольно-шлаковых материалов в режиме чанового процесса при различных плотностях пульпы: 33 или 10%Leaching of valuable components from ash and slag materials in the regime of a tank process at various pulp densities: 33 or 10%

Опыты проводили в периодическом режиме в реакторах объемом 3,0 л с объемом пульпы в них 1,0 л при следующих параметрах: температуре 45°C, начальном значении pH пульпы 2,0, аэрации 5 мин-1, скорости вращения турбинной мешалки 500 мин-1, соотношении зольно-шлаковый материала и серы 10:1, количестве вносимого инокулята умеренно- термофильного микробного сообщества 10% и продолжительности биовыщелачивания 10 сут. Плотность пульпы устанавливали на уровне 10 и 33% твердого в жидкой фазе. Перед инокуляцией пульпы была проведена обработка зольно-шлакового материала серной кислотой для доведения значения pH до необходимого уровня (2,0). При этом расход серной кислоты не зависел от плотности пульпы и составил 45±1 кг/т.The experiments were carried out in batch mode in reactors with a volume of 3.0 l with a volume of pulp in them of 1.0 l with the following parameters: temperature 45 ° C, initial pH of the pulp 2.0, aeration 5 min -1 , rotation speed of the turbine mixer 500 min -1 , the ratio of ash-slag material and sulfur is 10: 1, the amount of the inoculum of the moderate thermophilic microbial community is 10% and the bioleaching time is 10 days. The pulp density was set at 10 and 33% solid in the liquid phase. Before pulp inoculation, ash and slag material was treated with sulfuric acid to bring the pH to the required level (2.0). At the same time, the consumption of sulfuric acid was independent of pulp density and amounted to 45 ± 1 kg / t.

Более эффективное снижение значения pH наблюдалось при плотности пульпы 10%. Достигнутое конечное значение pH жидкой фазы составило 0,90, в то время как при плотности пульпы 33% - только 1,07. При биовыщелачивании ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала как при плотности пульпы 10%, так и при 33% наблюдались высокие значения окислительно-восстановительного потенциала, достигающие к 10 суткам процесса 855 и 805 мВ, что свидетельствует об окислительных условиях в пульпе. Численность микроорганизмов умеренно-термофильного сообщества ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов разнилась незначительно в обоих случаях и достигала 1,0×109 кл/мл в активной фазе роста.A more effective decrease in pH was observed at a pulp density of 10%. The achieved final pH of the liquid phase was 0.90, while at a pulp density of 33% it was only 1.07. During the bioleaching of valuable components and rare earth elements from ash and slag material, both at pulp density of 10% and at 33%, high values of the redox potential were reached, reaching 855 and 805 mV by 10 days, which indicates oxidative conditions in the pulp. The number of microorganisms of the moderate thermophilic community of acidophilic chemolithotrophic microorganisms did not differ significantly in both cases and reached 1.0 × 10 9 cells / ml in the active growth phase.

Степень извлечения элементов в раствор в зависимости от плотности пульпы дана в таблице 2.The degree of extraction of elements into the solution depending on the density of the pulp is given in table 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

Из представленных данных видно, что плотность пульпы слабо влияла на степень извлечения в раствор ценных компонентов (кобальта, никеля, меди и цинка). При этом наибольшие значения выщелачивания получены для меди и цинка (до 54,3 и 57,3% соответственно). Наоборот, увеличение плотности пульпы с 10 до 33% резко снижало эффективность биовыщелачивания редкоземельных элементов, в том числе лантаноидов. Так, снижение степени извлечения скандия, иттрия и лантана составило в 2,72, 1,98 и 2,0 раз соответственно. Извлечение серебра в обоих случаях составило 100%.It can be seen from the presented data that the pulp density had a weak effect on the degree of extraction of valuable components (cobalt, nickel, copper, and zinc) into the solution. Moreover, the highest leaching values were obtained for copper and zinc (up to 54.3 and 57.3%, respectively). On the contrary, an increase in pulp density from 10 to 33% sharply reduced the efficiency of bioleaching of rare earth elements, including lanthanides. Thus, a decrease in the degree of extraction of scandium, yttrium, and lanthanum was 2.72, 1.98, and 2.0 times, respectively. The recovery of silver in both cases was 100%.

Таким образом, лучшим из исследуемых являлся режим проведения биовыщелачивания ценных металлов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала при плотности пульпы 10%, характеризующийся более эффективным окислением элементной серы в пульпе и, как следствие, большим снижением значения pH. При этом извлечение редкоземельных элементов в раствор было наибольшим и составило для скандия, иттрия и лантана 52,0, 52,6 и 59,5% соответственно. Кроме того, было выщелочено 100% серебра.Thus, the best of the studied was the bioleaching of valuable metals and rare earth elements from ash and slag material at a pulp density of 10%, characterized by a more efficient oxidation of elemental sulfur in the pulp and, as a result, a large decrease in pH. Moreover, the extraction of rare-earth elements in the solution was the largest and amounted to 52.0, 52.6 and 59.5% for scandium, yttrium and lanthanum, respectively. In addition, 100% silver was leached.

Claims (7)

1. Способ выщелачивания ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала, включающий приготовление пульпы в биореакторе с соотношением твердой и жидкой фаз (Т:Ж)=1:5, соотношением зольно-шлакового материала и элементной серы 10-20:1, доведение pH пульпы концентрированной серной кислотой до значений 2,0-3,0, добавление в пульпу питательных солей, инокуляцию пульпы внесением 10% культуральной жидкости, содержащей сообщество ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов, проведение процесса биоокисления элементной серы микроорганизмами при перемешивании пульпы, аэрации воздухом и при температуре 44-46°C, сопровождающегося образованием серной кислоты, снижением pH и выщелачиванием ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала.1. The method of leaching valuable components and rare earth elements from ash and slag material, including the preparation of pulp in a bioreactor with a ratio of solid and liquid phases (T: W) = 1: 5, the ratio of ash and slag material and elemental sulfur 10-20: 1, adjusting pulp pH with concentrated sulfuric acid to 2.0-3.0, adding nutrient salts to the pulp, inoculating the pulp with 10% culture fluid containing a community of acidophilic chemolithotrophic microorganisms, carrying out the process of elemental sulfur biooxidation ikroorganizmami while stirring the slurry, aeration and air at a temperature of 44-46 ° C, accompanied by the formation of sulfuric acid and decrease pH leaching of valuable components and the rare earth elements from a sol-slag material. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в состав питательных солей, добавляемых в пульпу для жизнеобеспечения ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов сообщества, входят (г/л): (NH4)2SO4-3,0, K2HPO4×3H2O-0,5, KCl-0,1, MgSO4×7H2O-0,5.2. The method according to p. 1, characterized in that the composition of the nutrient salts added to the pulp for the life support of acidophilic chemolithotrophic microorganisms of the community includes (g / l): (NH 4 ) 2 SO 4 -3,0, K 2 HPO 4 × 3H 2 O-0.5, KCl-0.1, MgSO 4 × 7H 2 O-0.5. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выращивание инокулята микроорганизмов ведут на среде, содержащей (г/л): (NH4)2SO4-3,0, K2HPO4×3H2O-0,5, KCl-0,1, MgSO4×7H2O-0,5, S°-10, на термостатируемой качалке при скорости 200 об/мин и 45°C.3. The method according to p. 1, characterized in that the growth of the inoculum of microorganisms is carried out on a medium containing (g / l): (NH 4 ) 2 SO 4 -3,0, K 2 HPO 4 × 3H 2 O-0,5 , KCl-0.1, MgSO 4 × 7H 2 O-0.5, S ° -10, on a thermostatically controlled rocking chair at a speed of 200 rpm and 45 ° C. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выщелачивание ведут селекционированным сообществом умеренно-термофильных ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов с высокой скоростью окисления элементной серы, в состав которого входят штаммы Acidithiobacillus caldus, A. thiooxidans, A. ferrooxidans, Sulfobacillus thermosulfidooxidans, Ferroplasma acidiphilum.4. The method according to p. 1, characterized in that the leaching is carried out by a selected community of moderately thermophilic acidophilic chemolithotrophic microorganisms with a high rate of oxidation of elemental sulfur, which includes strains of Acidithiobacillus caldus, A. thiooxidans, A. ferrooxidans, Sulfobacillus thermosulfidplosulfus thermosulfido . 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выщелачивание ведут при перемешивании пульпы со скоростью 500 об/мин.5. The method according to p. 1, characterized in that the leaching is carried out with stirring of the pulp at a speed of 500 rpm 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выщелачивание ведут при аэрации со скоростью подачи воздуха 5 мин-1.6. The method of claim. 1, characterized in that the leaching is carried out at an aeration from the air supply rate of 5 min -1. 7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что ценными компонентами при выщелачивании являются кобальт, никель, медь, цинк, стронций, гафний и серебро. 7. The method according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that the valuable components in leaching are cobalt, nickel, copper, zinc, strontium, hafnium and silver.
RU2013137692/02A 2013-08-13 2013-08-13 Method of leaching of valuable components and rare-earth elements from cinder material RU2560627C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013137692/02A RU2560627C2 (en) 2013-08-13 2013-08-13 Method of leaching of valuable components and rare-earth elements from cinder material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013137692/02A RU2560627C2 (en) 2013-08-13 2013-08-13 Method of leaching of valuable components and rare-earth elements from cinder material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013137692A RU2013137692A (en) 2015-02-20
RU2560627C2 true RU2560627C2 (en) 2015-08-20

Family

ID=53282011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013137692/02A RU2560627C2 (en) 2013-08-13 2013-08-13 Method of leaching of valuable components and rare-earth elements from cinder material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2560627C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105063383A (en) * 2015-09-18 2015-11-18 朱上翔 Technology for improving ion type rare earth in-situ leaching method by activated ion water and microorganism acid
RU2657149C1 (en) * 2017-07-25 2018-06-08 Акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" Method of rare earth metals and scandium extraction from slag wastes

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4254088A (en) * 1979-03-27 1981-03-03 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Salt-soda sinter process for recovering aluminum from fly ash
GB2196649A (en) * 1986-10-31 1988-05-05 Rtz Technical Services Limited Smelting complex sulphidic materials containing lead, zinc and optionally copper
FR2625512A1 (en) * 1988-01-06 1989-07-07 Fassi Stephane Processes for upgrading industrial waste
RU2350666C2 (en) * 2007-04-06 2009-03-27 Татьяна Викторовна Башлыкова Complex method for recycling of slags

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4254088A (en) * 1979-03-27 1981-03-03 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Salt-soda sinter process for recovering aluminum from fly ash
GB2196649A (en) * 1986-10-31 1988-05-05 Rtz Technical Services Limited Smelting complex sulphidic materials containing lead, zinc and optionally copper
FR2625512A1 (en) * 1988-01-06 1989-07-07 Fassi Stephane Processes for upgrading industrial waste
RU2350666C2 (en) * 2007-04-06 2009-03-27 Татьяна Викторовна Башлыкова Complex method for recycling of slags

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105063383A (en) * 2015-09-18 2015-11-18 朱上翔 Technology for improving ion type rare earth in-situ leaching method by activated ion water and microorganism acid
CN105063383B (en) * 2015-09-18 2020-07-03 朱上翔 Ion type rare earth in-situ leaching method process improved by activated ionized water and microbial acid
RU2657149C1 (en) * 2017-07-25 2018-06-08 Акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" Method of rare earth metals and scandium extraction from slag wastes

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013137692A (en) 2015-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Muravyov et al. Leaching of rare earth elements from coal ashes using acidophilic chemolithotrophic microbial communities
Zhao et al. Bioleaching of spent Ni–Cd batteries by continuous flow system: Effect of hydraulic retention time and process load
CN105861823A (en) Method for reinforcing leaching of chalcopyrite microorganisms
Choi et al. Bioleaching of uranium from low grade black schists by Acidithiobacillus ferrooxidans
Tayar et al. Sulfuric acid bioproduction and its application in rare earth extraction from phosphogypsum
CN108998396B (en) A kind of cultural method of iron oxidation leaching microbacteria
Dong et al. Bioleaching of heavy metals from metal tailings utilizing bacteria and fungi: Mechanisms, strengthen measures, and development prospect
CN102534210A (en) Metal ore heap leaching, anaerobic enrichment transformation and biological leaching extraction process
CN104152691A (en) Biological heap leaching process for stripping copper sulfide ore in open air
Jadhao et al. Biohydrometallurgy: A sustainable approach for urban mining of metals and metal refining
CN107858507B (en) A kind of complex method improving sulfur oxidizing bacterium kind Chalcopyrite Leaching efficiency
RU2560627C2 (en) Method of leaching of valuable components and rare-earth elements from cinder material
CN107739835B (en) Continuous leaching biological leaching device and method for red mud
Dan et al. Reductive leaching of manganese from manganese dioxide ores by bacterial-catalyzed two-ores method
Zhang et al. Efficient dealkalization of red mud and recovery of valuable metals by a sulfur-oxidizing bacterium
Shi et al. Simultaneous heavy metals removal and municipal sewage sludge dewaterability improvement in bioleaching processes by various inoculums
CN101392327B (en) Method for leaching copper in waste printed circuit board by microbiology
CN107119188A (en) It is a kind of that the molten method for releasing manganese in extraction manganese oxide ore of diluted acid is reduced based on nitrococcus
Bai et al. Bioleaching of heavy metals from a contaminated soil using bacteria from wastewater sludge
CN212404218U (en) Microorganism mineral leaching device
CN1147598C (en) Microbe-catalytic oxidization-reduction compling process for extracting valuable metals from manganese oxide ore
CN105803194A (en) Method for arsenic bearing refractory gold ore microorganism pre-oxidation with high arsenic ion tolerance ore-leaching microorganism
KR102266705B1 (en) Complex microbial agent for copper leaching of chalcopyrite ore and manufacturing method thereof
Andrzejewska-Górecka et al. Release of critical metals from furnace wastes using the process of bioleaching in various variants
CN115232979B (en) Method for preparing zinc sulfate and recycling copper by bioleaching low-grade copper-zinc sulfide ore

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150814