O‘zbеkistоn rеspublikаsi

Лекция №9 - Кинетика бактериального выщелачивания сульфидных минералов.


Бактериальное чановое выщелачивание предназначено глав­ным образом для использования в комбинированных схемах обогащения, в которых наряду с общепринятыми операциями, основанными на физическом разделении свободных минералов, применяются химические (гидрометаллургические) и чисто микробиологические операции, позволяющие решать задачи об­работки сложных руд и упорных промежуточных продуктов. В процессе бактериального выщелачивания можно выделить следующие стадии.

1. 
   Подготовка рудного материала к выщелачиванию. К этим
   операциям относятся механическая обработка рудного мате­
   риала (дробление, измельчение), гравитационное и флотацион-ное обогащение и другие способы концентрирования полезных-минералов.
   
2. 
   Бактериальное выщелачивание — перевод металла из рудного материала или продукта, полученного в результате подгото-вительных операций, в водный раствор.
   
3. 
   Разделение твердой и жидкой фаз (сгущение, фильтрация
   и промывка).
   
4. 
   Подготовка растворов к выделению из них чистых соеди­нений или металлов. Это операции очистки растворов от при­месей различными методами (осаждение малорастворимых соединений, удаление примесей сорбцией с помощью ионообменных
   смол, экстракция), концентрирование раствора по извлекаемому
   компоненту выпаркой, ионным обменом, экстракцией, кристал­лизацией.
   
5. 
   Выделение из растворов чистых соединений или металлов
   методами кристаллизации или осаждения малорастворимых
   соединений восстановления газообразными реагентами, цемен­тацией или электролизом.
   
6. 
   Регенерация оборотных растворов с сохранением в них
   активной бактериальной культуры или выращивание бактери­альной культуры в отдельном узле схемы.
   

Переработка упорных промпродуктов и некондиционных концентратов отличается от переработки кондиционных концен­тратов составом сырья и продукции. Для некондиционных про- характерно меньшее содержание основного ценного компонента и, как правило, сложность минерального состава, из-за чего переработка их принятыми для кондиционного сырья ме­тодами технически или экономически неприемлема. Продуктом переработки некондиционного сырья может быть химический концентрат или несколько селективных продуктов, подлежащих дальнейшей переработке подобно кондиционным концентратам механического обогащения.
При разработке практических схем извлечения металлов не­обходимо в отличие от всех других методов комбинирования объединить в одном процессе живую и неживую материи и соз­дать оптимальные условия для протекания как химических (электрохимических) реакций, так и микробиологических фер­ментативных реакций.
Бактериальное выщелачивание с использованием биоката­лиза является классическим примером исследований на стыке биологии и металлургии. В основе любого процесса лежит рас­смотрение двух основных аспектов: термодинамические харак­теристики процесса, позволяющие определить условия, при которых возможно его осуществление, кинетика и механизм процесса, позволяющие научно обосновать режимы проведения технологических операций, правильно выбрать типы аппаратов и провести их расчет.
2. Выщелачивание представляет собой сложный гетерогенный процесс взаимодействия растворенных реагентов с твердым ве­ществом. Скорость выщелачивания, т. е. количество вещества, переходящее в раствор в единицу времени (или расходуемое в единицу времени количество реагента), зависит от многих факторов: концентрации реагентов, температуры, скорости пе­ремешивания, поверхности твердой фазы и других, и, как пра­вило, непрерывно изменяется в ходе процесса.
Скорость выщелачивания металлов из минералов и других твердых веществ в большинстве случаев определяется не ско­ростью химических реакций, происходящих на границе твердой и жидкой фаз, а скоростью диффузионных процессов. Это опре-дсляется тем, что в таких случаях константа скорости химиче­ского взаимодействия минерала с реагентом значительно больше, чем константа скорости диффузии, и поэтому процесс лимити­руется подводом реагента к поверхности раздела фаз или отвод- ' дом продукта реакции, т. е. протекает в диффузионной области Различают внешнюю и внутреннюю диффузии. Массопередача первой из них лимитируется скоростью диффузии веще­ства через слой жидкости: у поверхности растворяемого веще­ства образуется слой раствора концентрацией, почти равной концентрации насыщения, и через него происходит диффузия реагента и растворенных веществ, определяющая скорость про­цесса выщелачивания в целом.
Механизмы диффузии реагента из толщи раствора к поверх­ности твердого тела и диффузии через оболочку твердого продукта (внутренняя диффузия), а также состояние диффузион­ного слоя рассматривает физико-химическая гидродинамика.
Процесс выщелачивания включает три основные стадии: транспорт реагирующих веществ из раствора к поверхности реакции, химическая реакция и транспорт растворимых продук­тов реакции от поверхности в объем раствору. Каждая из этих стадий может состоять из нескольких ступеней. Например, ста­дии транспорта могут включать диффузию через прилегающий к поверхности твердой фазы слой раствора и диффузию через оболочку твердых продуктов реакции или через пористый оста­точный слой невыщелачиваемого материала. Реакция между жидкостью и твердым веществом развивается от поверхности частиц к их центру, причем до полного завершения выщелачи­вания в центре остается непрореагировавшей ядро, а на пери­ферии твердый продукт. Модель процесса выщелачивания при­ведена на рис. 1.


Рис..1. Схематическая модель процесса выщелачивания:
I - слой раствора, примыкающий к по­верхности минерала толщиной, δ₁; II — слой твердого продукта реакции с тол­щиной δ₂; III — непрореагировавшая