Бактериальное выщелачивание медно-молибденовой труднообогатимой руды месторождения "Эрдэнэтийн Овоо" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат технических наук Пурэвдаш Мунхтуяа

• Пурэвдаш Мунхтуяа
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Пурэвдаш Мунхтуяа

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ СПОСОБОВ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ МЕДНЫХ СУЛЬФИДНЫХ РУД.

1.1 Медные минералы и руды.

1.2 Традиционные способы переработки.

1.3 Гидрометаллургическая переработка медных руд.

1.3.1 Выщелачивание руд в отвалах.

1.3.2 Выщелачивание руд в кучах.

1.3.3 Подземное выщелачивание.

1.3.4 Выщелачивание на месте.

1.3.5 Агитационное и чановое выщелачивание.

1.3.6 Выщелачивание под давлением.

1.4 Биогидрометаллургия.

1.4.1 Общая характеристика микроорганизмов, участвующих в процессе биовыщелачивания сульфидных руд.

1.4.2 Тионовые бактерии.

1.4.2.1 ТЫоЬасШш ТЫоох1с1ап8.

1.4.2.2 ТЫоЬасШш Реггоох1ёапз.

1.4.3 Железобактерии.

1.4.3.1 Ьер1:о8рт11ит Репжгаскпз.

1.4.4 Силикатные бактерии.

1.4.4.1 Механизм разрушения алюмосиликатов силикатными бактериями.

1.4.5 Механизм бактериального окисления сульфидных минералов.44 1.4.5.1Прямое бактериальное выщелачивание.

1.4.5.2 Косвенное бактериальное выщелачивание.

1.4.6 Факторы, влияющие на жизнедеятельность тионовых бактерий.

1.4.6.1 Аэрируемость.

1.4.6.2 Температура.

1.4.6.3 Крупность.

1.4.6.4 Величина рН и ЕЪ.

1.4.6.5 Питательная среда.

1.4.6.6 Плотность пульпы.

1.4.6.7 Солевой состав среды.

1.4.6.8 Прочие факторы.

1.4.7 Интенсификации процесса бактериального выщелачивания медных сульфидных руд.

1.5. Технология выщелачивания медных руд.

1.6. Выводы по I главе.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТ ИЗУЧЕНИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Характеристика руд месторождения "Эрдэнэтийн Овоо".

2.1.1.Запасы руды перерабатываемой на обогатительной фабрике.

2.1.2.Минеральный состав бедных и труднообогатимых

2.1.3. Запасы забалансовых руд во внешних отвалах.

2.1.4. Геолого-технического параметра отвала № 2.

2.2. Методика определения истинной, кажущей плотности и общей пористости руды.

2.3. Методы учета и выделения бактериальных культур.

2.3.1 Анализ тионовых бактерий.

2.3.2 Получение тионовых накопительных культур.

2.3.3 Методика приготовления культу рал ыгой жидкости силикатных бактерий.

2.3.4 Рецептуры питательной среды.

2.3.5 Количественный учет микроорганизмов методом серийных разведений.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Исследование воздействий силикатных бактериальных растворов на физические характеристики сульфидных медно-молибденовых руд.

3.1.1 Влияние силикатного бактериального раствора на плотность и пористость руды.

3.1.2 Влияние силикатного бактериального раствора на измельчаемость руды.

3.1.3 Влияние силикатного бактериального раствора на магнитную восприимчивость руды.

3.1.4 Микрострутаурный анализ минералогического состава сульфидной медно-молибденовой руды после обработки бактериальным раствором.

3.1.5 Выщелачивание растворами разного состава после обработки проб руды силикатными бактериями.

3.2. Исследование условий интенсификации процесса извлечения меди с использованием силикатных бактерий для последующего сернокислотного выщелачивания с помощью тионовых бактерий.

3.3. Выводы по III главе.

ГЛАВА 4. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ БИОГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯ "ЭРДЭНЭТИЙН ОВОО".

4.1. Существующие технологические схемы переработки труднообогатимой сульфидной руды гидрометаллургическими методами.

4.2.Предлагаемая схема биогидрометаллургической переработки сульфидных медно-молибденовых руд.

4.3.Выводы по IV главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Бактериальное выщелачивание медно-молибденовой труднообогатимой руды месторождения "Эрдэнэтийн Овоо"»

Актуальность работы.

Сокращение мировых запасов кондиционных медных руд и увеличение объемов руд со сложными структурами в отвалах требуют изыскания альтернативных технологических решений по их использованию. В настоящее время все шире внедряются прогрессивные технологии получения металлов из забалансовых руд.

Накопление большого количества бедных по содержанию меди труднообогатимых руд в отвалах месторождения "Эрдэнэтийн Овоо", которые традиционным способом перерабатывать нерентабельно, вынуждает разрабатывать новые методы, позволяющие существенно расширить сырьевую базу медного производства Монголии и обеспечить рациональное использование природных ресурсов.

Биологический метод является одним из перспективных в области переработки бедных руд, отвалов, хвостов обогатительных фабрик и других отходов производства, содержащих цветные металлы. Использование биовыщелачивания металлов является простым, экологически безопасным и экономически эффективным способом.

Значительный вклад в развитие технологии биовыщелачивания медных сульфидных руд внесли такие ученые: Colmer A.R., Hinkle М.Е. (США), Brierley J.A. (Англия), Dixon D.G. (Канада), Грудев С.Н. (Болгария), Иванов В.И., Каравайко Г.И., Адамов Э.В., Панин В.В., Полькин С.И., Медведева H.H., Яхонтова JI.K. (Россия), Сэрээдорж X., Алтаннавч Б. (Монголия), и др.

Биотехнология открывает возможность не только снизить себестоимость получения металлов, но и значительно увеличить сырьевые ресурсы за счет вовлечения в производство бедных забалансовых руд.

В настоящее время глубоко изучено воздействие тионовых бактерий на сульфидные руды. Установлено, что эти бактерии резко ускоряют процессы выщелачивания сульфидных минералов благодаря интенсификации окислительных процессов. Применительно к сырью Эрдэнэтского месторождения этот процесс изучен мало.

Кроме того, на вскрываемость сульфидных руд также оказывают влияние силикатные бактерии. Данных по этому виду взаимодействия в литературе почти нет.

Полученные на основании проведенных исследований данные позволят разработать рекомендации, направленные на совершенствование способов извлечения меди из труднообогатимых сульфидных руд.

Таким образом, актуальность исследований определяется необходимостью расширения сырьевой базы и повышения комплексности использования природного сырья.

Цель работы:

Повышение извлечения меди из труднообогатимых сульфидных медно-молибденовых руд с использованием бактериальных культур.

Основные задачи исследования:

Для реализации намеченной цели были решены следующие задачи:

• экспериментально установлена вскрываемость сульфидных медно-молибденовых руд под воздействием силикатных бактерий;

• определено влияние длительности воздействия силикатных бактерий на физические свойства сульфидных медно-молибденовых руд;

• определены условия интенсификации процесса извлечения меди с использованием силикатных бактерий для последующего сернокислотного выщелачивания с помощью тионовых бактерий;

• определены оптимальные условия биовыщелачивания медных сульфидных руд с помощью тионовых бактерий, обеспечивающих максимальное извлечение меди;

• предложена усовершенствованная двухстадиальная схема переработки труднообогатимых сульфидных медно-молибденовых руд месторождения "Эрдэнэтийн Овоо".

Методы исследований.

Исследования проводились в лаборатории кафедры печных технологии и переработки энергоносителей Санкт-Петербурского горного института и в гидрометаллургической исследовательской лаборатории Технологического института Монголии.

Моделирование процесса кучного бактериального выщелачивания руд проводили в пластиковых колонках аэрацией и фильтрацией раствора сквозь слой руды.

Твёрдые и жидкие продукты опытов исследовались методами химического и рентгенофазового анализов.

Для микроструктурного анализа исследуемой руды использовали электронный микроскоп TESCAN MIRA LMU.

Для рентгенофазового анализа использовали рентгенофлуоресцентный спектрометр СПЕКТРОСКАН MAKC-G.

Для обработки результатов исследований применялось специализированное программное обеспечение.

Научная новизна:

Установлено, что:

• под влиянием силикатных бактериальных растворов увеличивается пористость силикатной составляющей руды, что приводит к снижению прочности оксида кремния, а также увеличивается выход магнитной фракции и степень измельчения;

• наибольшему бактериальному воздействию в рудных образцах подвержен кварц, содержащий примеси, которые создают в кристаллической структуре дефекты;

• под влиянием силикатных бактериальных растворов скорость дезинтеграции сульфидных медно-молибденовых руд увеличивается в 2 раза;

• степень извлечения меди из сульфидных руд при бактериальном выщелачивании зависит от величины рН, крупности руды, численности клеток тионовых бактерий.

Основные защищаемые положения:

1. Взаимодействие силикатных бактерий с рудой, содержащей кристаллические формы оксида кремния, способствует разупрочнению рудных агрегатов и увеличению удельной поверхности рудных зёрен.

2. Следует применять последовательную двухстадиальную обработку кварцсодержащей сульфидной руды силикатными и тионовыми бактериями с целью повышения извлечения меди, что обеспечивает её извлечение до 82% из бедных труднообогатимых руд.

Практическая значимость работы.

• Разработана двухстадиальная схема переработки труднообогатимых сульфидных медно-молибденовых руд месторождения "Эрдэнэтийн Овоо" методом биовыщелачивания , которая может быть использована при переработке руд аналогичных месторождений;

• Рекомендуется предварительная обработка руды силикатным бактериальным раствором, которая позволяет:

- существенно снизить энергозатраты при дезинтеграции и значительно повысить извлечение меди;

- при последующем выщелачивании меди тионовыми бактериями уменьшить расход серной кислоты в 2 раза;

- при последовательной обработке труднообогатимых сульфидных медно-молибденовых руд силикатными и тионовыми бактериями повысить извлечение меди на 10-12%.

Апробация работы. Основные положения, результаты работы докладывались и обсуждались на Международном форуме молодых ученых «Проблемы недропользования» в СПГГИ (Санкт-Петербург, 2008); на факультетском научно-практическом семинаре (Химико-Металлургический факультет) СПГГИ в 2009 г, на научно-техническом совещании «Электротермия-2010» в СПГТИ (Санкт-Петербург, 2010); на семинаре "Развитие учения Н.С. Курнакова в XXI веке" в СПГГИ (Санкт-Петербург, 2010).

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 7 печатных работах, в том числе три в изданиях, входящих в список ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и библиографического списка из 90 источников. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков, 26 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Металлургия черных, цветных и редких металлов», Пурэвдаш Мунхтуяа

ВЫВОДЫ ПО 4-ОЙ ГЛАВЕ:

1. Предложенная схема является энергосберегающей и экологически безвредной, поскольку отходящие растворы, содержащие соединения кремнезёма и трехокисиалюминия, могут применяться в дальнейшим в сельскохозяйственном целе.

2. Преимущества биотехнологических методов добычи и переработки меди металлов заключаются не только в экологических и экономических аспектах, которые бесспорны в данном случае, но и в том, что они направлены на переработку упорных концентратов, хвостохранилищ, и забалансовых руд хранящих в себе сотни миллионов валюты. Помимо этого классические методы переработки в данном случае малоэффективны. 1

132

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе приведены результаты научно-практической интерпретации особенностей переработки турднообогатимых руд методом бактериального выщелачивания.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации заключаются в следующем:

1. На стадии кучной активации силикатными бактериями увеличивается пористость, уменьшается прочность силикатной составляющей руды и улучшается вскрываемость рудных минералов, что положительно сказывается на дальнейшим выщелачиваний руды тионовыми бактериями.

2. Предварительная обработка руды силикатным бактериальным растворам позволяет существенно снизить энергозатраты при дезинтеграции и значительно повысить извлечение меди.

3. При последовательной обработке труднообогатимых сульфидных медно-молибденовых руд силикатными и тионовыми бактериями извлечение меди может быть повышано на 10-12%. Общее извлечение меди составляет 82%.

4. Предложена двухстадиальная усовершенствованная схема переработки труднообогатимых медно-молибденовых руд методом, обеспечивающая высокое извлечение меди при минимальном расходе энергии на дезинтеграции.

5. Установлено, что под влиянием силикатных бактериальных растворов увеличивается выход магнитной фракции, что является косвенным подтверждением о большой раскрываемости железосодержащих сульфидных минералов.

6. Микроструктурное исследование установило, что силикатному бактериальному воздействию подвергается область наиболее богатая кремнийсодержащим минералом, содержащий примеси, которые создают в кристаллической структуре дефекты: кластеры, примесные атомы, микродвойники. Образованные дефектные области подвергаются более быстрому растворению, увеличиваясь в объеме, образуя поры, повышая количество искаженных химических связей.

7. Определены оптимальные условия биовыщелачивания труднообогатимых сульфидных руд с помощью тионовых бактерий, включающие подачу воздуха при температуре 28-30°С, рН=1,8-2,0 и п концентрацию бактерии в количестве 6x10 кл/мл.

8. Установлено, что при сернокислотном выщелачивании тионовыми бактериями расход серной кислоты уменьшается в 2 раза по сравнению с химическим выщелачиванием.

9. Установлено, что модуль крупности медно-молибденовой руды, предварительно обработанной бактериальным раствором, уменьшается в 2,5 раза.

10.Экспериментально доказано, что извлечение меди из сульфидной медно-молибденовой руды класса — 25 мм биовыщелачиванием составляет 82% и сернокислотным выщелачиванием составляет 40%.

11. Экспериментально доказано, что извлечение меди из сульфидной медно-молибденовой руды класса - 45 мм биовыщелачиванием составляет 70%;

12.Оптимальный рН для развития бактерий и наибольшего извлечения меди (1.5 г/л в сутки) составляет в пределах 1.8 — 2.2.

13.Чем больше количество бактерий, тем больше извлечение меди (оптимальное количество клеток бактерии по проведенным исследованием составляет 6* 10 кл/мл ).

14. Оптимальными условиями отвального и кучного выщелачивания сульфидных руд являются их аэрация, повышенная температура в отвале-куче и дробление их до необходимой крупности.

134

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Пурэвдаш Мунхтуяа, 2011 год

1. Адамов Э.В., Панин В.В. Биогидрометаллургические процессы в технологии переработки минерального сырья. Л.:Наука, 1990.

2. Адамов Э.В., Панин В.В. Бактериальное и химическое выщелачивание металлов из руд. Итоги науки и техники // Обогащение полезных ископаемых. 1974. Т. 8.

3. Адамов Э.В., Панин В.В. Биотехнология металлов: Курс лекций М.:, Изд-во МИСиС, 2005.

4. Айбек X. Исследование и разработка способов получения меди из концентрата месторождения Эрдэнэт: Автореф. дис.канд.техн.наук. 2007.

5. Алтаннавч Б. Исследование биорастворения сульфидных и окисленных минералов месторождения Эрдэнэт с помощью местных штаммов: Автореф. дис. канд.хим.наук. 1997.

6. Александров В.Г Силикатные бактерии. М.:Сельхозгиз,1953.

7. Александров ВТ. К вопросу об энергетическом источнике жизнедеятельности силикатных бактерий. // Материалы научной конференции по агрономии. Одесса, 1970.

8. Александров В.Г., Зак Г.А. Бактерии, разрушающие алюмосиликаты //Микробиология. 1950. Вып. 2.

9. Андреев ПК, Кирикилица С.И. Микробиологическое обогащения бокситов. Киев: Наукова Думка, 1986.10 .Аристовская Т.В. Микробиология процессов почвообразования. Л.:Наука, 1980-186 с.

10. Баатархуу Ж. Технология обогащения медно-порфировых руд на основе изучения их генетико- морфологических особенностей г. Эрдэнэт, 2006.

11. Виноградов А.П. Биохимические провинции и их роль в органической эволюции //Геохимия, 1963. №3.

12. Глембоцкий В.А. Основы физико-химии флотационных процессов. М., 1980.

13. Глембоцкий В.А., Сорокин М.М. Влияние щелочности раствора на кинетику окисления и растворения сульфидов меди //Известия АН СССР, 1959. №5.

14. ГОСТ 25732-88. Руды железные и марганцевые концентраты, агломераты и окатыши (Методы определения истинной, объемной, насыпной плотности и пористости). Государственный комитет по стандартам, 1989.

15. Гусев М.В., МинееваЛ.А. Микробиология М.: Изд- во МГУ, 1992.21 .Гудков С.С., Емельянов Ю.Е., Рязанова И.И.

16. Биогидрометаллургическая переработка сульфидных руд // Цветные металлы. №8. 2004.

17. Даваасурэн С., Туяа Ц., Мунхбаяр JT. Зэсийн баяжмалыг гидрометаллургийн аргаар боловсруулах технологийн асуудалд //Уул уурхайн сэтгуул. 2003. №1.

18. Дамдинжав Ж. Монгол орны нохцолд гидрометаллургийн аргаар буюу Leaching SX-EW Технологиор катодын зэс уйлдвэрлэх боломж. "Эрдэнэт" уйлдвэрийн оноо ирээдуй". Орхон 2004 он.

19. Дамдинжав Ж., Андреев Е.Е., Бричкин В.П., Сизяков В.М. Увеличение глубины переработки медно-молибденовых руд месторождения Эрдэнэтийн -Овоо //Обогащение руд. 2009. №4.

20. Дидков Ю.П., Брытов ИА., Ромашенко Ю.Н., Долин С.П. Особенности электронного строения силикатов. М.: Наука, 1979.

21. Дроздова Т.В. Геохимия аминокислот. М.: Наука, 1977.

22. Жнваева А.Б., Башлыкова Т.В. Бактериальное выщелачивание силикатных никелевых руд //Цветные металлы. 2007. №3.

23. Зеликман А.Н., Голъдман Г.М., Беляевская Л.В. Теория гидрометаллургических процессов. М.: Гидрометаллургия. 1983.

24. Иванов В.И. Роль тионовых бактерии в процесс окисления и выщелачивания медно-сульфидных руд: Автореф. дис. канд.техн.наук. Свердловск. 1962.

25. Иванов В.И., Нагирняк Ф. Ч. Интенсификация выщелачивания медно-сульфидных минералов тионовыми бактериями //Цветные металлы. 1962. №8.

26. Каравайко Г.И., Росси Дж., Агате А., Грубев С., Авакян З.А. Биогеотехнология металлов: Практическое руководство. ГКНТ, М., 1989.

27. Каравайко Г.И., Грубев С.Н., Биогеотехнология металлов. ГКНТ, М., 1985.

28. Каравайко Г.И., Кузнецов С.И., Голомзик А.И. Роль микроорганизмов в выщелачивании металлов из руд. М.: Наука, 1972.

29. Каравайко Г.И. Микроорганизмы рудных месторождений, их физиология и использование в гидрометаллургии: Автореферат дисс.д-ра биол.наук. М., 1973.

30. АО),Кириченко Г.Г., Вилънянский А.С., Пименов М.К, Васильева И.В. Состояние и тенденции развития кучного и подземного выщелачивания медных руд за рубежом. М.,1978.

31. Лодейщиков В.В. Переработка никельсодержащих руд методом кучного бактериального выщелачивания. (Опыт финской фирмы ТаЫуаага) // Золотодобыча. 2009. № 131.

32. Матвеева Л.А. Механизм разрушения алюмосиликатных и силикатных минералов //Кора выветривания. 1974. №14.49 .Мацюк Б.М., Гороцкая П.И. Физико-химические превращения кремнезема в условиях метаморфизма. Киев: Наукова Дума, 1980.

33. Нетрусов А.И., Егорова М.А., Захарчук JT.M и др. Практикум по микробиологии. М.: Наука, 1976.

34. Отгонбилэг Ш., Батсайхан III., Уранчимэг Ц., Шнеерсон Я.М., Рябко А.Г., Волков Л.В., Муравин К.А. Гидрометаллургическая технология переработки медных концентратов месторождения Эрэнэтийн Овоо // Горный журнал. 1998. № 3.

35. Панин В. В., Каравайко Г.И., Полъкин С. И. Механизм и кинетика бактериального окисления сульфидных минералов // Биотехнология металлов. ГКНК, М., 1985.

36. Полынов Б.В. Красноземная кора выветривания и ее почва. М.:Изд-во АН СССР, 1956.

37. Поваренных A.C. Кристаллохимическая классификация минеральных видов. Киев: Наукова. Думка, 1960.

38. Перелъман А.И. Геологическая роль микроорганизмов // Природа.1955. №1.

39. Практикум по микробиологии. М.: Наука, 1976.

40. Сагдиева М.Г., Борминский С.И., Мавэкудова A.M., Айропетова Ж.С., Халматов М.М. Разработка биотехнологии переработки коллективного сульфидного медно-молибденового концентрата // Горный вестник Узбекистана. 2009. №1.

41. Столярова Е.А. Биологическая технология извлечения меди из отходов флотационного обогащения сульфидных руд: Автореф. дис. канд. биол.наук.Уфа.,:Инст. биологии Уфимского научного центра. 2009.

42. Смирнов В. И. Металлургия меди и никеля. Свердловск. М., Изд-во Металлургиздат. 1950.вб.Таужнянская З.А. Новое в технологии бактериального выщелачивания за рубежом. М., 1977.

43. Термодинамические константы веществ: справочник /Под ред. В.П.Глушко. ВИНИТИ М.,1981.

44. Хемосинтез: к 100-летию открытия С.Н. Виноградским. М.: Наука, 1989.

45. Яхонтова JI.K Разрушение силикатов с помощью бактерии. // Минер.журнал 1983. №2.

46. Barrett J., Hughes M.N., Karavaiko G.I. Spencer P. A. Metal Extraction by Bacterial Oxidation of Minerals // Ellis Horwood, 1993.

47. Laboratory Procedures for Hydrometallurgical-Prossecing.2000.

48. Marsden J.O., Wilmot J.C., Smith R.J. Medium-temperature pressure leaching of copper concentrates- Part IV: Application at Morenci, Arizona // Journal of Minerals and Metallurgical processing 2007.Vol.14. № 4.

49. Postgate J.R. laboratory Practice, 1966. Vol.15. № 11.

50. Sadowski Z., Jazdyk E., Karas H. Bioleaching of copper ore flotation concentrates //Journal of Minerals Engineering Poland. 2002. Vol. 16.

51. Silverman, M.P., Lundgren D.C. J.Bacteriol., 1959.f)