ИНТЕРВАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КИНЕТИКИ БАКТЕРИАЛЬНОГО ОКИСЛЕНИЯ СУЛЬФИДНЫХ РУД ПРИ ДОБАВЛЕНИИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ СУЛЬФИДНОЙ СЕРЫ

АННОТАЦИЯ

В статье проанализированы возможности окисления сульфидных руд с применением технологии бактериального окисления при подаче необогащенной сульфидной руды с различным химическим составом. Полученные экспериментальным путем результаты, показали достаточно высокую степень окисления руды в 36,9% и 26,3% при различных временных вариантах подачи сульфидной серы. Интервальные временные варианты с добавлением сульфидной серы позволили определить изменчивость основных технологических показателей бактериального окисления, что позволило сделать выводы о резком изменении содержания исходной сульфидной серы, которое вызывало неполное окисление рудной массы.

ABSTRACT

The article analyzes the possibilities of oxidation of sulfide ores using bacterial oxidation technology when feeding untreated sulfide ore with different chemical composition. The results of oxidation of 36.9% and 26.3% of the sulfide sulfur supply variants are shown experimentally. In the interval version, the main technological parameters of bacterial oxidation were determined and, based on everything, conclusions were drawn that a sharp change in the content of the initial sulfide sulfur could lead to incomplete oxidation of the ore mass.

Ключевые слова: бактериальное окисление, флотоконцентрат, реактор, благородные металлы, обогащение, извлечение, технология, сульфидная сера.

Keyword: bacterial oxidation, flotation concentrate, reactor, precious metals, enrichment, extraction, technology, sulfide sulfur.

Бактериальное окисление сульфидных руд – это биотехнологический процесс, в котором используются определенные виды микроорганизмов для окисления сульфидных минералов, таких как пирит (FeS₂), халькопирит (CuFeS₂), арсенопирит (FeAsS) [1-2]. Основными особенностями активного применения метода бактериального окисления сульфидных руд в горной промышленности заключаются в извлечения таких металлов, как золото, медь и другие [3-4]:

• Основные бактерии, участвующие в окислении, – это Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans, Leptospirillum ferrooxidans и другие.
• Эти микроорганизмы используют железо и серу, содержащиеся в сульфидных минералах, в качестве источника энергии, окисляя их до сульфатов и железа в растворимой форме.

Данная технология по биоокислению сульфидных минералов является экономически выгодной по сравнению с традиционными методами обработки рудных минералов, так как при пирометаллургических способах затрачивается большое количество энергии, которая в свою очередь делает технологию весьма дорогой. Кроме того, данная методика обработки минералов протекает при относительно низких температурах и не требует применения агрессивных химикатов, что снижает экологические риски загрязнения окружающей среды[4-6]. Большой отличительной чертой данной технологии также является возможность переработки рудных ресурсов с низким содержанием полезных компонентов [7-9]. Исходя из этого, можно сделать вывод, что, технология бактериального окисления является естественной по природе происхождения и считается наиболее оптимальным методом переработки сульфидных руд. Актуальным является также оценка возможностей технологии бактериального окисления при условиях разного количественного содержания сульфидных минералов.

Для решения данной задачи нами были проведены опыты по определению возможностей окисления сульфидных минералов по технологии бактериального окисления, при условиях различного содержания сульфидной серы.

Объект и методика исследования. Объектом исследования служили образцы проб сульфидных минералов гидрометаллургического завода №-3.

Основные характеристики технологического процесса при окислении Fе⁺³, Fe⁺²,  S_S^2- и С_орг, проводили в соответствии с методиками качественного, количественного, а также современными физико-химическими методами анализа [10-11].

Полученные результаты и их обсуждение

Исследовательские работы по возможности окисления различных временных вариантов подачи сульфидных минералов были выполнены в лаборатории группы технологических исследований Гидрометаллургического завода №3.

Для проведения экспериментов из реакторов технологического цикла была принесена пульпа в количестве 60 литров с плотностью 1200 г/л и залита в экспериментальный бак с объемом 50 л. Именно в этот бак нами дополнительно были добавлены по 1,35 л пульпы из перечистной флотации с плотностью 1485 г/л (общую плотность пульпы в экспериментальном баке довели до 1170 г/л). При этом содержание сульфидной серы составило 36,9%. Вместе с вводимой пульпой вносили питательные смеси в виде моноамонийфосфата вместе с сульфатом аммония и калия. Температура в реакторе поддерживалась в пределах 41^оС. Ежечасно подавался инокулят^[1] в экспериментальный бак и каждые 4 часа проводили параллельные измерения количеств двух и трехвалентного железа до обеспечения стабильного процесса биоокисления, поддерживали рН среды в пределах 1,5, учитывали плотность среды, результаты которых отражены в таблица 1-2.

Таблица 1.

Окисление сульфидной руды с содержанием 36,9% сульфидной серы

*примечание-Конец подачи исходной пульпы

Анализ данных табл.1 показал, что в таблице отражены основные значения процесса бактериального окисления, которых достаточно для отслеживания динамики изменения параметров процесса окисления сульфидных руд во времени.

Основные технологические показатели характеризуют:

Плотность пульпы (г/л): показывает концентрацию твердых частиц в пульпе.

Концентрация кислорода (O₂, мг/л): определяет интенсивность окислительных процессов.

Концентрация ионов железа (Fe²⁺, Fe³⁺, Fe_общ., г/л): важные параметры, отражающие ход окисления сульфидов и образование железистых соединений.

pH: показатель кислотности среды, влияющий на скорость и характер протекания химических реакций.

Остаточное содержание сульфидной серы (S_s, %): основной показатель эффективности процесса окисления.

Из результатов табл. 1 видно, что содержание сульфидной серы (S_s) постепенно снижается с 36,9% до 10,3% к четвертой в 16:00, что свидетельствует об интенсивном протекании процесса окисления. Концентрация Fe²⁺ снижается, а Fe³⁺ - увеличивается, что характерно для процесса окисления Fe²⁺ до Fe³⁺.Общая концентрация железа (Fe_общ.) колеблется, что может быть связано с различной скоростью окисления и осаждения железистых соединений. Плотность пульпы колеблется незначительно, что может свидетельствовать о стабильности процесса. Значение pH колеблется в пределах 1,0-1,5, что соответствует кислой среде, характерной для процессов окисления сульфидов. Проведение 96 часового процесса бактериального окисления с внесением флотоконцентрата с содержанием сульфидной серы 36,9% привело к тому, что долгое время содержание сульфидной серы не изменялось и оставалось в пределах 16%, но только после 96 часового предела, содержание сульфидной серы упало до 10%. Оставшиеся недоокисленными 10% содержания сульфидной серы являются основной проблемой технологии, так как для полноценного окисления данной концентрации либо требуется проводить процесс больше 96 часов, либо провести термическую обработку окисленной биомассы, что является неприемлемой с точки зрения экономики.

Таблица 2.

Окисления сульфидной руды с содержанием 26,3% сульфидной серы

Из результатов табл. 2 видно, что содержание сульфидной серы (S_s) постепенно снижалось с 26,3% до 3,32%. При выполнении второго эксперимента тоже отмечено снижение концентрации Fe²⁺ и увеличение концентрации Fe³⁺, что объясняется положительным эффектом течения процесса окисления. Во втором случае также выдерживался интервал 96 часового процесса бактериального окисления с внесением флотоконцентрата с содержанием сульфидной серы 26,3%, которое привело к неполному окислению исходной пульпы.

Заключение.

Бактериальное окисление сульфидных руд является перспективной и экологически чистой технологией, которая находит все большее применение в металлургии благодаря своей экономической эффективности и способности работать с бедными и упорными рудами. Проведенные эксперименты показали, что на протекание процесса бактериального окисления существенную роль играет не только температура, питательная смесь для микроорганизмов, подача кислорода, но и исходное содержание сульфидной серы. Увеличение содержания сульфидной серы выше технологических показателей привело к неполному окислению пульпы. Полученные данные доказывают, что в процессе бактериального окисления строго требуется контролировать исходные значения по сульфидной сере в подаваемой пульпе.

Список литературы:

1. Полькин С.И., Адамов Э.В. Обогащение руд цветных металлов. – М:«Недра», 1983. – 400 с.
2. Абрамов А.А. Том 8. Флотация. Сульфидные минералы. Горная книга, Москва, 2013. - 704 с.
3. Хайнасова Т.С. Факторы, влияющие на бактериально-химические процессы переработки сульфидных руд // Записки Горного института. 2019. №. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/faktory-vliyayuschie-na-bakterialno-himicheskie-protsessy-pererabotki-sulfidnyh-rud (дата обращения: 25.09.2024).
4. Marufin A.S. Advanced Mineralogy: Volume 3: Mineral Matter in Space, Mantle, Ocean Floor, Biosphere, Environmental Management, and Jewelry. June 15, 1998, Springer.
5. Rohwerder T, Sand W. Mechanisms and biochemical fundamentals of bacterial metal sulfide oxidation. Microbial Processing of Metal Sulfides. 2007:35-58. DOI: 10.1007/1-4020-5589-7.
6. Nazari B, Jorjani E, Hani H, Manafi Z, Riahi A. Formation of jarosite and its effect on important ions for Acidithiobacillus ferrooxidans bacteria. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014;24(4):1152-160. DOI: 10.1016/S1003-6326(14)63174-5.
7. Биометаллургические и химические методы извлечения золота и серебра из нестандартных руд, концентратов и техногенного сырья / Минеев Г.Г. [и др.] // Известия Вузов. Цв. металлургия. 2005. № 2. - С. 8−17.
8. Шарипов С.Ш., Мухиддинов Б.Ф. Бактериальное выщелачивание сульфидных флотоконцентратов //Universum: технические науки. – 2020. – №. 12-4 (81). – С. 97-100.
9. Санакулов К.С., Сагдиева М.Г., Тагаев И.А. Биотехнологические процессы в металлургии (Биогидрометаллургия). Учебное пособие. 2019. 345 с.
10. Крешков А.П. Основы аналитической химии. Теоретические основы. Качественный анализ. Книга 1, 4-е изд., перераб. - М.: Химия, 1976. - 472 с.
11. Крешков А.П. Основы аналитической химии. Том 2. Теоретические основы. Количественный анализ. М.: Химия, 1971. — 456 с.