Техногенные месторождения, способы их формирования и переработки (стр. 9 )

При бактериальном выщелачивании сульфидные минералы (руды цветных металлов более чем на 90% сложены сульфидами) окисляются и растворяются в сернокислой среде в присутствии хемолитотропных тионовых

железоокисляющих бактерий. Из всех элементов Периодической системы 60 могут концентрироваться или рассеиваться микроорганизмами. При кучном выщелачивании меди из забалансовых руд во многих странах себестоимость добытого таким образом металла в 2 - 5 раз меньше, чем себестоимость меди, получаемой из промышленных руд пирометаллургическим способом.

В России бактериально-химическое выщелачивание меди, цинка и других металлов осуществляется из забалансовых руд и отвалов. Так, при бактериальном выщелачивании золото-мышьяковистых руд, содержащих золото в виде тончайшей (до эмульсионной) вкрапленности в арсенопирите и пирите, тионовые бактерии разрушают (путем окисления) их кристаллическую решетку и вскрывают золото, обеспечивая доступ к нему растворителей (активных агентов). В результате достигается высокая степень извлечения металлов (около 90%).

Рис. 7. Технологическая схема бактериального выщелачивания металлов.

Помимо воздействия на руды микроорганизмами, в настоящее время разработан способ выщелачивания золота из бедных руд кулътуральными растворами, вырабатываемыми гетеротрофными бактериями, содержащими аминокислоты и белки. При использовании этого способа в щелочной среде (рН 9-10) в присутствии окислителя (Na2O2) за 100 - 120 ч обработки золотосодержащих песков извлекается около 70% золота. В результате такого бактериального выщелачивания концентрация золота в растворе составляет 0,3 - 2мг/л. Золото растворяется значительно быстрее в присутствии таких продуктов метаболизма, как аминокислоты (при концентрации 4 г/л). Особенно важную роль в бактериальном извлечении золота и других металлов играют гетеротрофные микроорганизмы, продукты метаболизма которых образуют с металлами металлоорганические соединения и комплексы. Скорость растворения золота при этом увеличивается в 2 - 4 раза. Растворимость золота существенно возрастает и в присутствии окислителя, а также при использовании бактерий-мутантов: в то время как концентрация золота в растворе при выщелачивании обычными бактериями составляет около 0,4 мг/л, то в присутствии мутагенов она достигает уже величины 1,5-2 мг/л, т. е. увеличивается в 4 - 5 раз.

На извлечение золота в раствор в процессе бактериального выщелачивания также значительное влияние имеют качество и количество подаваемого окислителя. При увеличении концентрации окислителя с 0,01 до 0,03 моль/л растворимость золота увеличивается в 2 - 3 раза. Исследование применения различных окислителей для интенсификации растворения золота аминокислотами показало, что при использовании перманганата калия содержание золота в растворах достигает 3 мг/л, в то время как с перекисью натрия и персульфатом калия оно не превышает 1,2 мг/л.

Золото растворяется и продуктами метаболизма микроскопических грибков-белковых экстрактов и гидролизатов, являющихся отходами производства лимонной кислоты. Их получают на основе плесневых грибков Aspergillus niger. Для этого продукты экстракции белков обрабатывают щелочными растворами при температуре 20 - 25ºС, а затем в течение 2 ч при 80 - 100 ºС. Эти условия обеспечивают наиболее полный гидролиз белков до аминокислот. Растворимость золота в белковых экстрактах составляет 0,5 мг/л за 72 ч, в то время как в гидролизатах белка за тот же период она достигает 1,13 мг/л. При этом оптимальной концентрацией растворов NaQH при обработке белкового продукта является 200 г/л. В растворении золота белковыми гидролизатами и аминокислотами немаловажную роль имеет щелочность выщелачивающих растворов. Наибольшей растворимостью золото характеризуется при концентрации едкого натрия от 20 до 50 г/л.

Среди факторов выщелачивания, миграции и осаждения металлов необходимо также выделять оптимальную кислотность. Наиболее благоприятной для функционирования бактерий является среда с рН = 2 -3,5. При рН = 6 деятельность бактерий почти полностью прекращается, а при рН = 9 они погибают. Очень важным фактором бактериального выщелачивания является температура: максимальная активность бактерий наблюдается при 35°С; с

понижением температуры скорость бактериального окисления уменьшается, а выше 50°С бактерии погибают. Солнечный свет тормозит деятельность бактерий, ультрафиолетовое излучение уничтожает их. Выщелачивающее действие некоторых видов бактерий сводится к окислению железа и серы до высших оксидов с образованием легко растворимых в воде соединений сульфата железа и серной кислоты. Известно, что сульфат железа в кислой среде является хорошим растворителем и окислителем сульфидных минералов, содержащих металлы (в том числе и уран в закисной форме). Серная кислота взаимодействует с оксидами и дает растворимые в воде соли.

Процесс бактериального выщелачивания металлов из сульфидов может быть представлен следующим образом:

2FeS2 + 7,5 O2 + H2O + бактерии = Fe2(SO4)3

Fe(SO4), взаимодействует с пиритом по реакции

FeS2+ Fe2 (SO4)3 + 8Н2О= 15FeSO4+ 8H2SO4

FeSO4 под влиянием бактерий вновь окисляется кислородом воздуха до Fe2(SO4)3

2FeSO4 + 0,5О2 + H2SO4 + бактерии = Fe2 (SO4)3 + Н2О.

В результате окисления пирита образуются серная кислота и окислитель, необходимые для дальнейшего выщелачивания рудных минералов. Растворение урановых минералов при бактериальном выщелачивании протекает по тем же реакциям, что и при сернокислотном выщелачивании:

Из этих реакций видно, что бактерии не оказывают непосредственного выщелачивающего воздействия на урановые минералы, а лишь окисляют серу и железо до высших соединений. Затем они переводят уран из четырехвалентной в шестивалентную форму, легко переходящую в раствор в виде сернокислого уранила.

Электрохимическое выщелачивание металлов из руд

Электрохимическое выщелачивание металлов из руд основано на реакциях, протекающих в электрическом поле и на явлении электрофореза. При

этом осуществляется переход металлов в виде ионов, коллоидов в раствор. Электрический ток выступает в качестве окислителя и восстановителя элементов и обеспечивает определенную степень селективности растворения металлов. В электрическом поле коллоидные частицы перемещаются к противоположно заряженному электроду, где происходит их осаждение. Положительно заряженные коллоидные частицы образуют водные оксиды титана, хрома, кадмия, циркония и др.; отрицательно заряженные - золото, серебро, платину, палладий, сульфиды Си, Pb, As, Sb и кремнезем.

Например, при наличии в технологических растворах субмикроскопического золота с размером частиц 0,1 мк и меньше образуются коллоидные частицы золота с отрицательным зарядом. Под действием электромагнитного поля они могут осаждаться на электроде с положительным потенциалом.

Для электрохимического выщелачивания металлов используют как переменный, так и постоянный ток в сочетании с химическими реагентами и бактериями. В этом случае скорость растворения некоторых металлов возрастает в 2 - 3 раза.

4.ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Среди техногенных месторождений выделены техногенные объекты, спроектированные с учетом качества сырья, технологии будущей разработки и изменения конъюнктурных условий. Они формируются целенаправленно с обоснованием оптимальных геолого-технологических параметров (размеров, формы, внутреннего строения, качества и количества техногенного сырья). Оптимальные параметры техногенных месторождений позволяют применять эффективную систему разработки, обеспечить сохранность качества техногенного сырья, минимизировать геологоразведочные работы при их освоении и предотвратить потерю существенной части земельных ресурсов.

Рациональная схема создания техногенных месторождений (складов некондиционных руд, отвалов металлосодержащих пород, шламо - и хвостохранилищ) основана на сохранении и улучшении качества складируемой горной массы. Это, учитывая различные модели природного рудообразования, достигается созданием геохимических барьеров. Геохимическим техногенным барьером называется участок изменения геохимической обстановки в складируемой минеральной массе, где уменьшается миграция элементов (металлов) и, как следствие, происходит их концентрация, осаждение из растворов

При формировании техногенных месторождений из разнокачественной горной массы возможно Целенаправленное создание геохимических барьеров, обусловливающих осаждение находящихся в растворах элементов в ограниченном объеме. В зависимости от факторов рудоотложения геохимические техногенные барьеры

разделены на механические, физико-химические и биохимические. В основе их систематики заложены типы миграции химических элементов. Наиболее простые - механические барьеры - участки резкого уменьшения интенсивности механической миграции. К ним приурочены продукты механической дифференциации и сепарации горной массы.

При изменении интенсивности физико-химической миграции в участках изменения давления, температуры, окислительно-восстановительной, щелочно-кислотной обстановки формируются физико-химические барьеры.

Биохимические барьеры образуются в результате уменьшения биогенной миграции и концентрации элементов в бактериях и микроорганизмах.

Техногенные геохимические барьеры формируются в результате хозяйственной и природоохранной деятельности человека.

Рассмотрим техногенные геохимические барьеры, играющие важную роль в
формировании техногенных месторождений. В образовании техногенных
барьеров могут участвовать механические, физико-химические и биогенные
процессы.

Геохимические барьеры делятся на классы, обозначаемые буквами латинского алфавита. Они классифицируются по геохимическому фактору, который обусловливает концентрацию элементов. В результате резкой смены восстановительных условий окислителями возникает кислородный барьер (А). Кислородный барьер формируется в местах смешения растворов в восстановительной форме с окисленными соединениями и с кислородсодержащими водами. В данной зоне среда становится окислительной, на возникшем кислородном барьере осаждаются V, Fe, Mn, Со и S. Образуются гидрооксиды железа и марганца. В процессе окисления важную роль играют особые железобактерии.