автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Бактериальное выщелачивание медно-молибденовой труднообогатимой руды месторождения "Эрдэнэтийн Овоо"

На правах рукописи

ПУРЭВДАШ Мунхтуяа

БАКТЕРИАЛЬНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ МЕДНО-МОЛИБДЕНОВОЙ ТРУДНООБОГАТИМОЙ РУДЫ МЕСТОРОЖДЕНИЯ «ЭРДЭНЭТИЙН ОВОО»

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных, цветных

и редких металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Р ИЮН 2011

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2011

4849031

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном университете.

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор

кандидат технических наук, старший научный со трудник

Ведущее предприятие - ЗАО «Механобр-инжиниринг».

Защита диссертации состоится 15 июня 2011 г. в 14 ч 30 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.03 при Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд.3316.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного университета.

Автореферат разослан 13 мая 2011 г.

Теляков Наиль Михайлович

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Чиркст Дмитрий Эдуардович,

Сатаев Ирик Шагитович

ученый секретарь

диссертационного совета д-р техн. наук

в.н.бричкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 "Эрдэнэ-тийн 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 Л.К. (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 минера-

лов 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 труднообога-тимых 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 исследований:

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 исследования. 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 рентгенофлуорес-центный 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 pH, крупности руды, численности клеток тионовых бактерий.

Основные защищаемые положения:

1. Взаимодействие силикатных бактерий с рудой, содержащей кристаллические формы оксида кремния, спо-

собствует разупрочнению рудных агрегатов и увеличению удельной поверхности рудных зёрен. 2. Следует применять последовательную двухстадиаль-нуго 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 и 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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследований, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ результатов литературных данных о бактериальном выщелачивании медных руд, кинетике, химизме и механизме процессов, протекающих при выщелачивании. На основе литературного обзора сформулированы цель и задачи проводимых исследований.

Установлено, что процессы биовыщелачивания силикатных минералов применительно к медным рудам изучены недостаточно.

Во второй главе представлены материалы и методика исследований.

Обьектом исследования являлись забалансовые сульфидные руды, которые складированы за последние 33 года работы комбината "Эрдэнэт". За годы эксплуатации месторождения в отвалах накопилось большое количество смешанной руды с высоким содержанием меди и забалансовой руды из-за её трудной обога-тимости флотационным методом. В диссертации подробно описаны типы руд, их минералогический и химический составы и текстурные особенности.

В третьей главе представлены результаты лабораторных испытаний воздействия силикатных бактериальных культур на сульфидные медно-молибденовые руды и влияния условий выщелачивания на извлечение меди из труднообогатимых руд с использованием тионовых бактериальных культур.

В четвертой главе представлена предлагаемая схема переработки труднообогатимых сульфидных медно-молибденовых руд методом биовыщелачивания.

Заключение отражает обобщенные выводы по результатам работы и рекомендации.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

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

Труднообогатимые медные сульфидные руды имеют сложный минералогический состав, в котором оксиды и силикаты составляют ~ 70%. Такое содержание нерудных минералов повышенной прочности приводит к значительным энергозатратам при дезинтеграции руды. Силикатные бактерии выделены в отдельную самостоятельную группу, в связи с их способностью разрушать кварц, силикаты и алюмосиликаты. Исследований по бактериальному выщелачиванию кремнезема и разрушению различных групп силикатов и алюмосиликатов с использованием силикатных бактериий весьма мало.

Для исследования влияния силикатных бактерий на физические свойства сульфидных руд из отвалов рудника месторождения "Эрдэнэтийн Овоо" взяты пробы сульфидной медно-молибденовой руды следующего состава, %: 0,55 Си; 0,017 Мо; 2,86 Те; 2,5 8общ; 65,5 8Ю2общ; 14,7 А1203.

Результаты количественного минералогического анализа показывают, что основная масса руды (93-97%) сложена породообразующими минералами (кварц, полевой шпат, серицит) и (37%) рудными минералами. Медь представлена на 14.5% окислами ( куприт, малахит, азурит), на 74,5% вторичными сульфидами (халькозин, ковеллин, борнит) и на 11 % первичными сульфидами (халькопирит, теннантит).

В эксперименте использовалась питательная среда силикатных бактерий А-27. Оптимальные условия для развития культуры силикатных бактерий - температура питательной среды

(28°-н32°С), рН среды - в пределах 6^-7. Для поддержания жизнедеятельности силикатных бактерий необходим углерод, источником которого являлась сахароза, входящая в состав питательной среды в количестве 5 г/ л. Использование углерода приводит к значительному увеличению скорости роста и размножения микробной популяции.

Исследуемые руды помещали в питательный раствор в течение 60 дней. В ходе исследования была определена истинная плотность и общая пористость образцов. Результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты физических параметров медно-молибденовой руды

Физический параметр Исходная руда После обработки (16 дней) После обработки (21 день) После обработки (60 дней)

Истинная плотность, г/см3 2,05 1,94 1,78 1,41

Общая пористость, % 1,5 2,6 3,5 6,8

По проведенным исследованиям установлено, что с увеличением продолжительности воздействия бактериального раствора на руду с содержанием 8Юг~65% истинная плотность уменьшается, а пористость увеличивается.

Одним из косвенных показателей воздействия силикатных бактерий на сульфидные медно-молибденовые руды является измельчаемость и магнитная восприимчивость руды.

Общая масса исходной и обработанной пробы составляла 300 г. Крупность руд перед измельчением составляла >10 мм.

По окончании шестидесятидневной обработки руды были проведены исследования по измельчению, по окончании которого проводился ситовой анализ (табл. 2).

По результатам исследований видно, что количество фракций меньше 0,5 мм для материала, предварительно обработанного бактериальным раствором, увеличивается в 2 раза (рис. 1).

На основании экспериментальных данных (табл. 2) были определены степень измельчения и модуль крупности для исходной и обработанной руд.

Таблица 2

Результаты рассева исходных и обработанных силикатными бактериями сульфидных медно-молибденовых руд

Фракция (класс крупности) До обработки После обработки

Масса, г Процентное содержание, % Масса, г Процентное содержание, %

-5-Н-2 мм 64,9 22,32 12,6 4,27

-2-^+1 мм 99,3 34,16 42,5 14,43

-1-н-0,5 мм 42,2 14,51 52,8 17,93

< 0,5 мм 84,3 28,99 186,6 63,36

Установлено, что степень измельчения сульфидной мед-но-молибденовой руды, предварительно обработанной бактериальным раствором, увеличивается в 2,04 раза, модуль крупности уменьшается в 2,5 раза.

-5+2 мм -2+1 мм -1+0,5 мм -0,5 мм Класс крупности, мм

ЕЗдо обработки ЕЭпосле обработки

Рис. 1. Фракционный состав медно-молибденовой сульфидной руды (исходной и предварительно обработанной бактериальным раствором)

На рис. 2 представлены результаты по воздействию бактериального раствора на выход фракции класса <0,5 мм.

Как видно из представленных данных, после 20 дней воздействия наблюдается стабилизация режима измельчения. Максимальный выход фракции класса < 0,5 мм составляет -80%.

¡90 ■л 80

0 70

1 60 К

| 50

о 40

130

*20

§ 10 а

■Ф-♦-ф-♦

са о

0 20 40 60 80

Продолжительностьбактериального воздействия, сут

Рис.2. Зависимость выход фракции класса меньше 0,5 мм от продолжительности бактериального воздействия

Для детального анализа влияния бактериального раствора на исходный материал была выполнена магнитная сепарация -технология разделения материалов на основе различия их магнитных свойств.

Результаты проведенных исследований по магнитной восприимчивости сульфидной медно-молибденовой руды представлены в табл. 3. Как видно из полученных результатов, в рудах после обработки их бактериальным раствором происходит увеличение содержания магнитной фракции. Увеличение содержания магнитной фракции в обработанной руде свидетельствует о большой раскрываемости железосодержащих сульфидных минералов.

Для более детального изучения воздействия силикатных бактерий на сульфидные руды был проведен микроструктурный анализ сульфидной медно-молибденовой руды до и после обработки бактериальным раствором в течение 60 дней.

Микроструктурный анализ доказывает, что бактериальному воздействию подвергнута область наиболее богатая кремний-содержащим минералом (рис.3 и 4).

Таблица 3

Результаты магнитной фракции до и после обработки бактериальным

раствором

Медно-молибденовая сульфидная руда Масса пробы, г Масса магнитной фракции в пробе, г Процентное содержание,%

1 3,76 0,22 5,85

до обработки 2 4,85 0,26 5,36

3 4,3 0,24 5,65

ср. зн. 4,30 0,24 5,60

1 4,90 0,29 5,92

после обработки 2 3,11 0,19 6,11

3 5,00 0,31 6,20

ср. зн. 4,33 « 0,26 6,00

На рис.3 и 4 для обозначения минералов выбраны следующие обозначения: Q-кварц, Chi- халькопирит, Ру-пирит, Ср-хлорит.

Рис. 3. Руда до обработки (50цм) Рис. 4. Руда после обработки (50цм)

Установлено, что наибольшему бактериальному воздействию в рудных образцах подвержен кварц, содержащий значительное количество примесей (в частности А1, Ре).

Эти примеси создают в кристаллической структуре дефекты: кластеры, примесные атомы, микродвойники. Дефектные области подвергаются более быстрому растворению, они увеличиваются в объеме, образуют поры, повышается количество искаженных химических связей. В результате повышается пористость и снижается плотность минералов.

Таким образом, вышеуказанные экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что под влиянием силикатных бактерий происходит увеличение поверхности рудных зёрен и раскрываемости медьсодержащих минералов, что обеспечивает снижение энергозатрат при дезинтеграции.

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

После предварительной обработки силикатными бактериями, для интенсификации выщелачивания труднообогатимых сульфидных руд были использованы тионовые бактериальные растворы. В качестве окислителя медно-молибденовых сульфидных руд использовались минеральные автотрофные бактерии ТЬюЬааНиэ Геггоох1с1ап8, выделенные из рудничных вод месторождения "Эрдэнэтийн Овоо". Экспериментальные исследования бактериального выщелачивания труднообогатимых сульфидных медно-молибденовых руд выполнялись в лабораторных масштабах методом колонного просачивания. Испытания выщелачивания сульфидных руд осуществляли в колонках диаметром 100 мм и высотой 1200 мм, куда загружали предварительно дробленую руду крупностью меньше 25 мм, меньше 45 мм массой 12 кг (табл. 4).

Тионовые бактерии были культивированы в жидкой питательной среде 9К Сильвермана-Люндгрена. Количественный учет тионовых бактерий проводили методом предельных десятикратных разведений на жидкой минеральной среде 9К в шестикратной повторности.

Титр вычисляли по таблицам Мак-Креди. В процессе испытаний изучались влияние природы материала, численность клеток бактерий, крупность руды, рН среды.

Таблица 4

Химический состав и условия испытания исследуемой руды

Колонка Класс руды, мм Типы выщелачивающих растворов Содержание меди в руде %

Окис. Втор. Перв. Общее

№ 1 -25 Бактериальный раствор 0,08 0,41 0,06 0,55

№2 Кислотный раствор (Н28042г/л)

№3 -45 Бактериальный раствор

№4 Кислотный раствор (Н28042 г/л)

Кинетические кривые показателей колонного выщелачивания приведены на рис.5.

Продолжительность, сут

1 - Бактериальное выщелачивание (колонка № I в табл. 4)

2 - Химическое выщелачивание (колонка № 2 в табл. 4)

Рис. 5. Зависимость извлечения меди от условий выщелачивания

14

В колонке № 1 извлечение меди из исследуемых руд бактериальным выщелачиванием составляет 82,4%. В колонке №2 с кислотным выщелачиванием, где крупность и содержание руды, её минералогический состав, такие же как, и в колонке № 1, извлечение меди достигло 47%.

В табл. 5 показано извлечение меди из исследуемых руд колонки №] на основании химического анализа твердой пробы, выполненной химической лабораторией ГОК КОО "Эрдэнэт".

Таблица 5

Результаты бактериального выщелачивания колонки № 1

Медные минералы Содержание меди в руде, % Извлечение, %

до выщелачивания после выщелачивания

Окисл. 0,08 0,0036 95,5

Втор. 0.41 0,072 82,4

Пер в. 0,06 0,048 20

Общее 0,55 0,128 | 76,7

Показано (рис. 6) извлечение меди в условиях разной крупности руды. Результаты проведенных исследований свидетельствуют, что извлечение меди зависит от крупности руды.

Продолжительность воздействия, сут

1 - бактериачьное выщелачивание (-25 мм)

2 - бактериальное выщелачивание (-45 мм)

Рис. 6. Зависимость извлечения меди от руды разной крупности

Выявлена зависимость извлечения меди от величины рН при бактериально-химическом выщелачивании.

На рис. 7 прослеживается зависимость содержания меди от численности клеток бактерий. Показано (рис.8), что наибольшее содержание меди при рН находится в пределах 1,8-5-2,2 так как данная кислотность является оптимальной для развития и жизнедеятельности бактерий.

Численность клеток бактерии, кл/мл

Рис. 7. Зависимость содержания меди от численности клеток бактерии

ч о

и

Рис. 8. Зависимость содержания меди от pH среды

Установлено, что в процессе бактериального выщелачивания происходит дополнительное выделение кислоты бактериями, что уменьшает расход реагента, по сравнению с кислотным выщелачиванием.

В ходе испытаний определяли показатели извлечения меди и расход серной кислоты (рис.9).

По проведенным ранее исследованиям из работы Ж. Дамдин-жава следует, что извлечение меди при флотационном обогащении из окисленных медных руд составляет в 50-70% в зависимости от степени окисленности.

Как показывают наши исследования, извлечение меди при бактериальном выщелачивании составляет 95% из окисленных медных руд, 82,4% из вторичных сульфидных руд, 20% из первичных сульфидных руд.

колонка I

колонка 2 колонка 3

колонка 4

1

Извлечение, %

Расход кислоты, кг/кг Си

Рис. 9. Извлечение меди и расход кислоты в каждой колонке при одной продолжительности выщелачивания (по текстом табл. 4)

Результаты проведенных экспериментов доказывают, что после предварительной обработки труднообогатимых руд силикатным бактериальным раствором увеличивается их вскрывае-мость, что положительно сказывается при дальнейшем выщелачивании тионовыми бактериями. Степень извлечения меди при этом составляет 82%. Без предварительной бактериальной обработки труднообогатимых руд степень извлечения меди не превышает 50-60%.

По результатам экспериментальных и теоретических исследований предложена двухстадиальная схема (рис.10) биогид-рометаллургической переработки сульфидных медно-молибденовых руд, включающая в себя следующие операции:

1. Обработка исходной руды питательным раствором для силикатных бактерий (кучная активация);

2. Дробление обработанной руды;

3. Кучное выщелачивание с использованием тионовых бактерий;

4. Дальнейшая переработка полученных продуктивных растворов для извлечения меди, включающая в себя жидкостные экстракции и электрохимическое выделение.

Труднообогатимые медные руды Питательная

Хвосты Переработка раствора

Рис. 10. Схема биогидрометаллургической переработки сульфидных медно-

молибденовых руд

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой разработан процесс извле-

чения меди из трудиообагатимых медных сульфидных руд с использованием бактериальных культур.

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

2. При последующем выщелачивании тионовыми бактериями расход серной кислоты уменьшается в 2 раза, а извлечение меди увеличивается на 10-12%. Общее извлечение меди составляет 82%.

3. Наибольшему бактериальному воздействию в рудных образцах подвержен кварц, содержащий примеси, которые создают в кристаллической структуре дефекты: кластеры, примесные атомы, микродвойники в результате повышается пористость и снижается плотность минералов.

4. Определены оптимальные условия биовыщелачивания труд-нообогатимых сульфидных руд с помощью тионовых бактерий, включающие подачу воздуха при температуре 28-30°С, рН= 1,8-2,0 и концентрацию бактерии в количестве 6х107кл/мл.

5. Предложена новая двухстадиальная схема переработки труд-нообогатимых медно-молибденовых руд методом биовыщелачивания, обеспечивающая высокое извлечение меди при минимальном расходе энергии на дезинтеграцию.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1.Пурэвдаш М. Биогидрометаллургическая переработка медных сульфидных руд месторождения "Эрдэнэтийн Овоо'7 М.Пурэвдаш, Н.М. Теляков, С.Н. Салтыкова // Записки Горного Института, Т 189., СПб., 2011г., с.317-319.

2.Пурэвдаш М. Перспективы гидрометаллургической переработки окисленных медных руд и сульфидных медных концентратов, как составная часть новой технологии

комплексной переработки месторождения "Эрдэнэтийн Овоо" //Записки Горного Института, Т 189., СПб., 2011 г., с.313-316.

3.Пурэвдаш М. Воздействие силикатных бактерий на минеральные составляющие промышленных руд / М. Пурэвдаш, С.Н. Салтыкова, Е.С. Афанащенко, Н.М.Теляков // Обогащение руд. 2011., №1., с.15-18.

4.Пурэвдаш М. Изучение условий обжига медно-молибденового сульфидного сырья / М.Пурэвдаш, Е.С. Афанащенко, Э.Ю. Георгиева, С.Н. Салтыкова, Н.М. Теляков // Проблемы рудной и химической электротермии: Сб. тр. Всероссийской научно-техн. конференции с международным участием «Электротер-мия-2010». СПб., 2010 г, с. 137-140.

5.Пурэвдаш М. Бактериальное выщелачивание медно-молибденовой сульфидной руды. /М. Пурэвдаш, Н.М. Теляков, С.Н. Салтыкова/ Сб.тезисов докладов международной научно-практической конференции «XXXIX неделя науки СПбГПУ» СПб., 2010 г., с. 102-104.

6.Цэрэндагва Ц. Изучение повышения биомассы серо-железоокисляющих бактериальных культур в рудничных водах рудника открытых работ КОО "Предприятие Эрдэнэт"(на мон-гольск. языке) /Ц. Цэрэндагва, Б. Жамсранжав, М. Пурэвдаш, О. Халтар, Б. Оросоо, А. Барнямбуу // Переработка минералов меди - Гидрометаллургия: Сб. тр. научно-практической конференции "Компания Эрдмин" Эрдэнэт., 2007 г., с.142-147

7.Сурэн Д. Изучение процесса бактериального выщелачивания медных сульфидных руд месторождения "Эрдэнэтийн Овоо"(на русском, языке)/ Д. Сурэн, Г. Малхууз, М. Пурэвдаш //Сборник трудов научно-практической конференции Центральной Геологической Лаборатории. Улан-Батор., 2007 г., с.100-104.

РИЦ СПГГИ. 04.05.2011. 3.220. Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

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.

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.

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

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)