Результат интеллектуальной деятельности: Способ биовыщелачивания упорных золотосодержащих сульфидных флотоконцентратов

Изобретение относится к извлечению благородных металлов из упорных сульфидных руд и может быть использовано для управления процессом биовыщелачивания, проводимого в чановых реакторах имеющих перемешивающее устройство, систему терморегуляции и аэрации.

Известен способ управления процессом биовыщелачивания (патент Евразийского патентного ведомства №013851, опубл. 30.10.2008 г; МПК С22В 3/18 С22В 3/02, 2006.01, который описывает процесс управления биовыщелачиванием суспензии минерала в реакторе путем изменения скорости подачи в реактор барботируемого газа и изменения количества энергии, подаваемой на электропривод перемешивающего устройства в реакторе, причем указанное управление осуществляют на основании измеренного или расчетного потребления кислорода в суспензии.

Недостатком данного способа является относительность показаний измеренного или расчетного потребления кислорода в суспензии, что приводит к неполноценному управлению процессом. Также недостатком данного способа является невозможность селективного окисления минералов.

Известен способ контроля микробного выщелачивания в отвале, который также может быть применен в условиях чанового выщелачивания (патент Евразийского патентного ведомства №015456. С22В 3/18 С22В 15/00, 2006.01, опубл. 30.10.2009), в котором управление процессом биовыщелачивания заключается в стимуляции роста микроорганизмов. Процесс микробного выщелачивания в отвале халькопиритной руды проводят путем добавления диоксида углерода к воздушному потоку, направляемому в отвал для стимулирования роста мезофильных микробов.

Недостатком данного способа является то, что управление процессом заключается только в стимуляции роста микроорганизмов без учета их активности и состава энергетического субстрата. Также недостатком данного способа является невозможность селективного окисления минералов.

Наиболее близким является способ выщелачивания халькоперита (патент RU 2180360, МПК С22В 15/00, С22В 3/18, опубл. 10.03.2002), в котором для окисления сульфидного материала используется сульфат железа (III), условия процесса контролируются для поддержания поверхностного потенциала халькопирита в интервале 350-450 мВ. Дополнительно предусматривается контроль процесса путем регулирования, по меньшей мере, отношения ионов железа (Fe³⁺) к ионам железа (Fe²⁺). Причем такое регулирование осуществляется путем регулирования подачи кислорода в процесс окисления ионов железа (Fe²⁺), причем окисление ионов железа (Fe²⁺) в ионы железа (Fe³⁺) осуществляется с использованием бактериального способа окисления.

Недостатком данного способа является разделение стадии биоокисления ионов (Fe²⁺) и стадии выщелачивания минерала, а также то, что управление процессом осуществляется путем регулирования подачи кислорода в процесс окисления и невозможность селективного окисления минералов.

Задача, решаемая посредством разработанного способа биовыщелачивания упорных золотосодержащих сульфидных флотоконцентратов, состоит в управлении процессом биовыщелачивания упорных сульфидных флотоконцентратов за счет регулирования значения окислительно-восстановительного потенциала биопульпы для окисления минералов, проведение селективного окисления минералов, а также обеспечение оптимальных условий биовыщелачивания золотосодержащих сульфидных минералов, снижение расхода реактивов (серной кислоты, цианида), повышение степени вскрытия золота.

Поставленная задача решается тем, что в способе биовыщелачивания упорных золотосодержащих сульфидных флотоконцентратов, включающем биовыщелачивание флотоконцентрата с получением биопульпы и регулирование значения окислительно-восстановительного потенциала биопульпы для окисления минералов, согласно изобретению проводят селективное окисление минералов: пирита, пирротина, арсенопирита и антимонита, процесс биовыщелачивания контролируют окислительно-восстановительным потенциалом биопульпы при постоянном определении минералогического состава флотоконцентрата подаваемого на питание, определяя в последнем содержание арсенопирита и антимонита и соотношение пирротин/пирит, регулирование значения окислительно-восстановительного потенциала проводят изменением скорости подачи питания и содержания твердого в питании реактора, при этом значение окислительно-восстановительного потенциала биопульпы поддерживают на уровне 600 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения;

- после определения минералогического состава флотоконцентрата для флотоконцентрата с содержанием арсенопирита менее 7% и антимонита менее 5%, выбор значений окислительно-восстановительного потенциала биопульпы проводят по соотношению пирротин/пирит;

- при отношении пирротин/пирит, равном единице, процесс биовыщелачивания ведут при окислительно-восстановительном потенциале биопульпы не менее 580 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения;

- при отношении пирротин/пирит более единицы процесс биовыщелачивания ведут при окислительно-восстановительном потенциале биопульпы в интервале 560-570 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения;

- при отношении пирротин/пирит менее единицы, процесс биовыщелачивания ведут при окислительно-восстановительном потенциале биопульпы в интервале 600-630 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения;

- регулирование значения окислительно-восстановительного потенциала биопульпы осуществляют изменением скорости подачи питания и содержания твердого в питании, причем для снижения окислительно-восстановительного потенциала биопульпы, сначала повышают содержание твердого в питании и далее повышают скорость подачи питания, а для повышения окислительно-восстановительного потенциала биопульпы сначала снижают скорость подачи питания и далее снижают содержание твердого в питании;

- окислительно-восстановительный потенциала биопульпы для селективного окисления пирита, пирротина и арсенопирита поддерживают на уровне 600 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения;

- окислительно-восстановительный потенциал биопульпы для селективного окисления антимонита поддерживают в интервале 520-540 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения.

Технический результат заявляемого способа достигается тем, что за счет создания оптимальных условий биовыщелачивания золотосодержащих сульфидных минералов, а также снижения скорости окисления остальных минералов происходит вскрытие золота, содержащегося в сульфидных минералах (пирит, арсенопирит).

Технический результат заявляемого способа достигается также тем, что, регулирование значения окислительно-восстановительного потенциала биопульпы осуществляют изменением скорости подачи питания и содержанием твердого в питании реакторов.

Технический результат заявляемого способа достигается также тем, что для снижения значения окислительно-восстановительного потенциала биопульпы сначала повышают содержание твердого в питании, до верхнего значения 200 г/л и далее повышают скорость подачи питания до 10 м³/час;

Технический результат заявляемого способа достигается также тем, что при высоком уровне температуры в реакторах повышают скорость подачи питания без увеличения содержания твердого в питании;

Технический результат заявляемого способа достигается также тем, что для повышения значения окислительно-восстановительного потенциала биопульпы, сначала понижают скорость подачи питания до нижнего значения 7 м³/час и далее понижают содержание твердого в питании до 150 г/л.

Технический результат заявляемого способа достигается также тем, что за счет поддержания потенциала на уровне 600 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода) селективное окисление пирротина замедляется, это приводит к снижению расходов на охлаждение чана и снижению трат серной кислоты, т.к. окисление пирротина является экзотермической реакцией и требует значительного расхода серной кислоты.

Технический результат заявляемого способа достигается также тем, что за счет поддержания окислительно-восстановительного потенциала биопульпы на уровне 600 мВ (относительно Ag-Cl электрода) интенсифицируется селективное окисление арсенопирита - одного из основных золотонесущих сульфидных минералов, на порядок, что приводит к вскрытию заключенного в арсенопирите золота.

Технический результат заявляемого способа достигается также тем, что за счет поддержания значения окислительно-восстановительного потенциала биопульпы на уровне 600 мВ (относительно Ag-Cl электрода) интенсифицируется процесс селективного окисления пирита, являющегося основным сульфидом, при окислении которого микроорганизмами, нарабатывается серная кислота, что снижает в дальнейшем ее расход.

Технический результат заявляемого способа заключается также в том, что при работе в области окислительно-восстановительного потенциала биопульпы на уровне 600 мВ (относительно Ag-Cl электрода) скорость селективного окисления антимонита уменьшается в 3 раза.

Заявляемый способ поясняется рисунками, где на:

Рис. 1. Показана зависимость относительной скорости окисления пирротина от окислительно-восстановительного потенциала относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода),

Рис. 2. Показана зависимость относительной скорости окисления арсенопирита от окислительно-восстановительного потенциала относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода),

Рис. 3. Показана зависимость относительной скорости окисления пирита от окислительно-восстановительного потенциала относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода),

Рис. 4. Показана зависимость относительной скорости окисления антимонита от окислительно-восстановительного потенциала относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода),

Способ осуществляется следующим образом.

Биовыщелачивание флотоконцентрата ведут в чанах с механическим перемешиванием, аэрацией и терморегуляцией. В качестве питания подают концентрат оптимальной крупности - 80% класса - 0,041 мм. Контроль процесса осуществляют по значению окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) биопульпы (реакционной среды) с помощью любого прибора, работающего в данной среде, в определенном диапазоне значений ОВП. Процесс биовыщелачивания контролируют окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП) биопульпы при постоянном определении минералогического состава флотоконцентрата подаваемого на питание, определяя содержание в последнем арсенопирита и антимонита, а также соотношение пирротин/пирит, при этом значение окислительно-восстановительного потенциала биопульпы поддерживают на уровне 600 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода) для селективного окисления минералов.

В известных источниках уровень окислительно-восстановительного потенциала биопульпы определяют в основном соотношением ионов железа (III) и (II). Концентрация ионов Fe(II) определяется скоростью окисления сульфидов (реакция 1), концентрация ионов Fe(III) определяется микробиологической активностью (реакция 2):

Определение окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) осуществляют измерением ОВП относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода) в течение всего периода времени, в течение которого проводится биовыщелачивание.

В предлагаемом способе благодаря простоте и скорости проведения замеров ОВП биопульпы реакция на изменения процесса занимает гораздо меньше времени, чем при контроле с помощью других параметров (например, концентрация растворенного кислорода, клеточная активность, изменения концентрации растворенных веществ пульпы и др.). Регулирование значения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) биопульпы осуществляют изменением скорости подачи питания и содержанием твердого в питании реакторов.

Лабораторные исследования показали, что ведение устойчивого процесса биовыщелачивания флотоконцентрата с высоким содержанием пирротина должно быть при высоком окислительно-восстановительном потенциале (>580 мВ относительно Ag-Cl электрода). Данные исследований показывают, что даже при содержании железа в концентрате 43,6% (пирротина 57,4%) можно уверенно вести процесс со временем удержания 107 ч при схеме соединения реакторов: 5 загрузочных - 1 хвостовой.

Зависимость относительной скорости селективного окисления пирротина от окислительно-восстановительного потенциала относительно стандартного хлорсеребряного электрода (относительно Ag-Cl электрода) представлена на рис. 1.

Выбор режима работы с четырьмя или пятью загрузочными реакторами зависит от содержания пирротина во флотоконцентрате. Для успешного ведения процесса биоокисления флотоконцентрата с высоким содержанием пирротина (Fe > 33%) необходимо удерживать ОВП пульпы >580 мВ относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода). Отрицательными свойствами пирротина являются его высокая экзотермичность окисления и необходимость значительных трат кислоты. Следовательно, целенаправленно регулируя процесс в сторону высоких потенциалов на уровне 600 мВ относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода), уменьшают скорость селективного окисления пирротина, тем самым снижают расходы на охлаждение чанов и на потребление кислоты (рис. 1). Кроме того, снижение скорости окисления пирротина снижает образование элементной серы, на которую в процессе цианирования тратится значительное количество цианида.

Зависимость относительной скорости селективного окисления арсенопирита от окислительно-восстановительного потенциала относительно стандартного хлорсеребряного электрода представлена на рис. 2.

Скорость селективного окисления арсенопирита увеличивается в интервале ОВП от 400 до 600 мВ относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода) (рис. 2). При снижении потенциала с 600 мВ до 480 мВ скорость селективного окисления снижается от 0,055 до 0,005 ч^-1, т.е. в 10 раз. Увеличивая ОВП, интенсифицируют селективное окисление арсенопирита - одного из основных золотонесущих сульфидных минералов - на порядок. Селективное окисление арсенопирита приводит к вскрытию содержащегося в нем золота.

Зависимость относительной скорости селективного окисления пирита от окислительно-восстановительного потенциала относительно стандартного хлорсеребряного электрода (относительно Ag-Cl электрода) представлена на рис. 3.

Скорость селективного окисления пирита увеличивается при повышении потенциала до 600 мВ от 0,01 до 0,7 ч^-1, т.е. в 70 раз (рис. 3). Следовательно, поддерживая потенциал на уровне 600 мВ относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода), можно интенсифицировать селективное окисление пирита. Пирит является основным сульфидом, при окислении которого микроорганизмами, нарабатывается серная кислота. Таким образом, работая в этой области, мы интенсифицируем наработку серной кислоты, снижая ее расход.

Зависимость относительной скорости селективного окисления антимонита от окислительно-восстановительного потенциала относительно стандартного хлорсеребряного электрода (относительно Ag-Cl электрода) представлена на рис. 4.

Максимальная скорость селективного окисления антимонита происходит при потенциале не выше 520 мВ. При повышении потенциала от 520 до 600 мВ скорость селективного окисления снижается от 0,065 до 0,003 ч^-1, т.е. в 21 раз. При работе в области потенциала до 600 мВ относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода) скорость селективного окисления антимонита уменьшится в 3 раза.

Важным моментом в данном способе ведения процесса, является ведение процесса при оптимальных параметрах. Лимитирование по pH приведет к снижению микробиологической активности. Поэтому pH должен быть на уровне не более 2,00. Превышение или снижение оптимума по температуре также ведет к снижению активности клеток и к их гибели. Температуру поддерживают в пределах оптимума для микробной ассоциации. Лимитирование по кислороду замедляет скорость окисления ионов Fe(II). Остаточное содержание кислорода должно быть не менее 2 мг/л. Качество воды и реагентов должно соответствовать техническим требованиям и стандартам предприятия. Поэтому необходимо постоянно контролировать активность клеточной культуры. Особое внимание надо обратить на систему распределения пульпы по реакторам линий. Используют пульподелители с расходомерами и регуляторами подачи пульпы, обеспечивающие ее точную и равномерную подачу в загрузочные реакторы.

Пример

Руду дробят, затем измельчают до получения крупности 80% класса - 0,041 мм. Далее руду подвергают флотации. Полученный флотоконцентрат подвергают чановому биовыщелачиванию с получением биопульпы. Перед подачей на биовыщелачивание определяют минералогический состав флотоконцентрата, определяя содержание арсенопирита и антимонита, а также соотношение пирротин/пирит.

После определения минералогического состава флотоконцентрата для флотоконцентрата с содержанием арсенопирита менее 7% и антимонита менее 5% значение окислительно-восстановительного потенциала биопульпы определяют по соотношению пирротин/пирит.

При отношении пирротин/пирит, равном единице, процесс биоокисления ведут при окислительно-восстановительном потенциале биопульпы не менее 580 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения.

При отношении пирротин/пирит более единицы процесс биоокисления ведут при окислительно-восстановительном потенциале биопульпы в интервале 560-570 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения.

При отношении пирротин/пирит менее единицы процесс биоокисления ведут при окислительно-восстановительном потенциале биопульпы в интервале 600-630 мВ при измерении относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения.

Следовательно, поддерживая потенциал на уровне 600 мВ относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода), интенсифицируется селективное окисление пирита. Пирит является основным сульфидом, при окислении которого микроорганизмами, нарабатывается серная кислота. Таким образом, работая в этой области, мы интенсифицируем наработку серной кислоты. Это дает возможность управлять кислотным режимом процесса, что приводит к экономии расхода серной кислоты.

Биовыщелачивание флотоконцентрата проводят в чанах с постоянным перемешиванием и аэрацией. Технологические параметры поддерживают на следующем уровне: pH загрузочных реакторов 1,8-2,0, хвостовых 1,5-1,8; температура загрузочных реакторов 38-39°С, хвостовых 38-40°С; остаточная концентрация растворенного кислорода не менее 2 мг/л; время удержания в линии 110-120 ч; тонина помола флотоконцентрата 80% класса - 0,041 мм; содержание твердого в питании 150-200 г/л. Скорость подачи питания 7-10 м³/час.

Регулирование значения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) биопульпы осуществляют изменением скорости подачи питания и содержанием твердого в питании. Для снижения значения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) биопульпы сначала повышают содержание твердого в питании до верхнего значения 200 г/л и далее повышают скорость подачи питания до 10 м³/час. Если в реакторах держится высокий уровень температуры выше 40°С, то повышают скорость подачи питания до 10 м³/час без увеличения содержания твердого в питании. Для повышения значения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) биопульпы сначала снижают скорость подачи питания до нижнего значения 7 м³/час и далее снижают содержание твердого в питании до 150 г/л.

В качестве питательных солей используют соли азота, фосфора, калия. Процесс бактериального окисления ведут в непрерывном режиме при помощи ассоциации микроорганизмов Sulfobacillus olympiadicus, архей Ferroplasma acidiphilum, архей Ferroplasma acidiphilum, Leptospirillum ferrooxidans и микроскопических грибов Aspergillus niger.

Для флотоконцентрата с содержанием арсенопирита более 7% и антимонита более 5% необходимо учитывать концентрацию всех минералов. При содержании пирротина более 20% или антимонита более 5% процесс ведут при ОВП биопульпы 560 мВ ± 5 мВ относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода). При содержании пирита более 10% или арсенопирита более 7% процесс ведут при ОВП биопульпы в интервале 580-600 мВ относительно стандартного хлорсеребряного электрода сравнения (относительно Ag-Cl электрода). В хвостовых реакторах происходит доокисление серы и оставшихся минералов (в основном антимонита и пирита). Регулирование значения ОВП биопульпы здесь затруднено невозможностью подачи питания. Поэтому в хвостовых реакторах поддержание определенного уровня ОВП не осуществляется.

Биопульпу из хвостового реактора выводят на дальнейшую переработку (центрифугирование, нейтрализацию, цианирование, сорбцию). Из приведенного примера видно, что получают биокек с меньшим содержанием элементной серы, что снижает расход цианидов на этапе цианирования. Увеличивается степень окисления золотосодержащих сульфидов, что повышает степень вскрытия золота. Процесс протекает с меньшим расходом серной кислоты на поддержание оптимального уровня pH.

Преимущества заявляемого способа заключаются в оперативном управлении процессом биовыщелачивания за счет регулирования значения ОВП, что приводит к стабилизации процесса биовыщелачивания и позволяет работать в высокопроизводственном режиме при изменении минералогического состава флотоконцентрата.