Введение к работе
Актуальность работы.
Получение металлов с применением бактериального выщелачивания относится к перспективным процессам. Однако его промышленное применение сдерживается недостаточно высокой скоростью. В связи с этим всё больший практический интерес вызывают технологии биовыщелачивания в реакторах с перемешиванием (т.н. «чановое биовыщелачивание») в термофильных условиях.
В промышленном масштабе чановое биовыщелачивание применяется для переработки сульфидных концентратов благодаря ускорению окисления сульфидных минералов и извлечению ценных металлов микроорганизмами за счет аэрации, интенсивного перемешивания и оптимального температурного режима. Большинство существующих установок этого типа работают с пиритом и арсено-пиритом в различных пропорциях, хотя имеются перспективные разработки в отношении и других сульфидных минералов: сфалерита (ZnS), ковеллита (CuS), халькоцита (Cu2S) и халькопирита (CuFeS2). Чановое биовыщелачивание представляет собой экологически более безопасный и менее капиталоёмкий метод переработки руд (особенно бедных и маломощных месторождений) по сравнению с традиционными пирометаллургическими технологиями.
Кроме того, отвалы пирита и других сульфидных руд на отработанных месторождениях представляют собой источник экологической угрозы, поскольку в результате естественных природных процессов происходит постепенное растворение породы и образуются неконтролируемые стоки с повышенным содержанием металлов. Перспективным направлением решения данной проблемы является использование методов биовыщелачивания, позволяющих благодаря низким капитальным и операционным затратам осуществлять утилизацию бедных и малотоннажных сульфидных руд, переработка которых традиционными пирометал-лургическими методами нерентабельна.
Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования является разработка исходных данных для технологического проектирования процесса биоокисления отвалов пирита с использованием аборигенной микрофлоры и бактериально-химического выщелачивания медьсодержащего сырья.
Задачи исследования включали:
-
Скрининг аборигенных микроорганизмов с месторождений сульфидных руд и исследование возможности их использования для биовыщелачивания сульфидов.
-
Исследование процессов бактериального и бактериально-химического выщелачивания пирита и медного концентрата с помощью аборигенной мик-3
рофлоры с целью поиска эффективных условий биовыщелачивания сульфидов.
-
Разработка и обоснование принципиальной технологической схемы биовыщелачивания пирита с целью детоксикации техногенных отходов месторождения Куль-Юрт-Тау.
-
Разработка и обоснование принципиальной технологической схемы для осуществления бактериально-химического выщелачивания медных концентратов с целью извлечения меди.
Научная новизна.
В результате скрининга микрофлоры месторождения Куль-Юрт-Тау выделен новый консорциум, включающий накопительные культуры умеренно термофильных железо- и сероокисляющих бактерий, способный эффективно осуществлять процесс биовыщелачивания пирита и медного концентрата, содержащего борнит, халькоцит и халькопирит и проявляющий высокую устойчивость к экстремально высоким концентрациям ионов железа в среде (90 – 100 г/л) и высокой кислотности среды (рН 0,5 – 1,0).
Определены условия наиболее эффективного проведения процессов биовыщелачивания металлов из руд предложенным микробным консорциумом.
Предложены и научно обоснованы принципиальная технологическая схема биовыщелачивания пирита из отвалов месторождения Куль-Юрт-Тау с помощью исследованного микробного консорциума, а также принципиальная технологическая схема двухстадийного бактериально-химического выщелачивания медного концентрата.
Теоретическая и практическая ценность работы
Исследованы зависимости скорости процессов биовыщелачивания от уровня аэрации, температуры, начальной концентрации ионов Fe2+ и Fe3+.
Разработан метод переработки отвалов месторождения Куль-Юрт-Тау, заключающийся в биовыщелачивании пирита в аэрируемом реакторе с помощью аборигенной микрофлоры в умеренно термофильных условиях, позволяющий выщелачивать 9% пирита за один цикл в течение 39 ч.
Разработан двухстадийный метод бактериально-химического окисления медного концентрата, содержащего халькопирит, халькоцит и борнит, позволяющий выщелачивать 22,5% медного концентрата за один цикл в течение 39 ч.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 59-й научно-технической конференции студентов, аспирантов, и молодых ученых (Уфа, 2008), VI всероссийской научной конференции «Интеграция науки и высшего образования в области био- и органической химии и биотехнологии» (Уфа, 2011), 61-й научно-технической конференции студентов, аспирантов, и молодых ученых
(Уфа, 2010), 1 международной конференции молодых ученых УГНТУ «Актуальные проблемы науки и техники» (Уфа, 2009), международной научной студенческой конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам (Йошкар-Ола, 2009), международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук» (Уфа, 2010), международной научно-практической конференции «Стратегические направления и инструменты повышения эффективности сотрудничества стран – участников ШОС» (Уфа, 2013), международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в производстве, науке и образовании» (Грозный, 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 статей в журналах, входящих в перечень ведущих периодических изданий ВАК, тезисы 10 докладов на научных конференциях.
Объем и структура диссертации1. Материалы диссертации изложены на 151 странице машинописного текста, включают 33 таблицы и 66 рисунков. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 117 наименований работ.
