O‘zbеkistоn rеspublikаsi

Лекция №2 – Современное состояние использования микроорганизмов

Бактериальное выщелачивание цветных и редких металлов целесообразно применять не только к бедным и за балансовым рудам и отвалом горно-металлургических предприятий, но и к рудам со сложным вещественным составом, к комплексным и полиметалл-лическим рудам с очень тонкой вкрапленностью ценных компонентов, которые являются рудами трудно- или очень труднообогатимыми. К ним относятся медно - цинковые и полиметаллические руды. При наличии очень тонковкрапленных сульфидов меди и цинка содержащих вторичные сульфиды - ковеллин, халькозин, и другие минералы, способствующие активации цинковой обманки и пирита,- резко нарушается селективность флотации медно-цинковых руд и ухудшаются технологические показатели.

Наиболее сложными являются медно-цинковые руды, которые практически, которые практически не поддаются селективной флотации. Такие руды или коллективные концентраты наиболее эффективно можно перерабатывать гидрометаллургическим методом с применением тионовых бактерий - кучным (для руды) или чановым (для концентратов) методами выщелачивания.
Из 109 известных к настоящему времени элементов периодической системы Д.И.Менделеева 60 могут концентрироваться микроорганизмами остальные 21 элемент (за исключение 6 инертных газов и 22 искусственно полученных) в силу малой известности пока не могут быть определённо включены в сферу микробиологических превращений.
В сферу преобразуемы микроорганизмами соединений входят практически все элементы, из которых состоят минералы цветных и редких металлов: Cu, Zn, Pb, As, S,Ca, Na,Si и т. д. Поэтому очевидно, что минералы, которые являются источником питания микроорганизмов (сульфиды, самородные металлы) могут взаимодействовать с продуктами их метаболизма (окисленные минералы, благородные металлы, силикаты) или будут выщелачиваться, а ценные металлы и элементы извлекаются из растворов. Установлено, что бактерии окисляют сульфиды меди, цинка, свинца, сурьмы, никеля, висмута, молибдена и др. Исследования показывают, что бактерии могут ускорять окисление сульфидных минералов в десятки и сотни раз, а скорость окисления Fe в присутствии Acidithiobacillusferrooxidans может быть увеличена в 2 тыс. раз.
В настоящее время наиболее широко применяется кучное выщелачивание меди в Болгарии, Югославии, Канаде, США, Японии, Австралии.T-ferrooxidans используется для кучного выщелачивания урана в Канаде, Португалии, ЮАР и другие странах. При переработке методом кучного выщелачивания бедных руд старых отвалов вскрышных пород, содержащих примерно 0.1-0.3% Сu, себестоимость меди, получаемой обогащением и пирометаллургическим методом переработке обычной промышленной руды.
Практические данные показывают, что тионовые бактерии ускоряют растворение халькопирита в 12, арсенопирита в 8, ковеллина и борнита в 18 раз. Эти микроорганизмы могут окислять практически все сульфиды тяжелых металлов, они являются строгими автотрофами, способными существовать на минеральной среде за счет энергии, выделяющейся при окислении восстановленных соединений серы и железа.
Среди микроорганизмов, участвующих в круговороте серы, ключевое положение занимают серо- окисляющие бактерии T.ferrooxidans, T.thioporus, T.denitrificans и сульфатвоссановливаю-щие бактерии родов Desulfotomaculum. Сопоставляя химический путь окисления с микробиологическим, видим их полную тождественность.
Знание особенностей поведения бактерий, причастных к круговороту серы, способствует сознательному применению их деятельность на практике. Так в промышленных рудах минералы цветных металлов 90% представлены именно сульфидами. Создавая для микроорганизмов благоприятные условия, можно решать вопросы извлечения ценных металлов с их помощью непосред-ственно в месте замечания, а это открывает принципиально новые направления в металлургии металлов.
При бактериальном окислении сульфидов, содержащих железо, в окисленном процессе участвуют как бактерии, так и сернокислое окисное железо, которое непрерывно регенерируется с помощью T.ferro-ns за счет окисления FeSO₄, в результате чего окисление сульфидов интенсифицируется, с скорость процесса выщелачивания металлов значительно возрастает.
В природе деятельность A.T.ferrooxidans происходит там, где сульфиды выходят на поверхность, или к ним имеется доступ вод, богатых кислородом.
Доказана очень важная роль тионовых бактерий в выщелачи-вании мышьяксодержащих минералов. Содержание мышьяка в меднооловянных концентратах, содержавших от 4 до 16% As, после бактериального выщелачивания снизилось до десятых долей %
В извлечении золота и других металлов важную роль играют также гетеротрофные микроорганизмы, продукты метаболизма которых при выщелачивании металлов образуют метало-органические соединения. Эти бактерии способны разрушать кристаллическую решетку минералов и создавать с металлами органические комплексы. Гетерофобные бактерии использованы для выщелачивания самородного золота из бедных руд культуральными растворами, вырабатываемыми гетерофобными бактериями. Культуральные растворы содержат аминокислоты и белки, их используют в щелочной среде в присутствии окислителя. В этих условиях за 100-120 г обработки песков извлекается 70% Ti , США. Мо, Сu и другие.
2.Теоретические исследования процесса взаимодействия микроорганизмов с минералами, а также имеющийся промышлен-ный опыт применения технологии чанового выщелачивания позволили определить основные направления использования технологии чанового бактериального выщелачивания. ( Рис.1).
Это, прежде всего бактериальное вскрытие золота, тонковкрапленного в сульфидные минералы, особенно в арсенопирит и пирит, удаление мышьяка как вредной примеси из мышьяксодержащих концентратов и продуктов, получаемых при обогащении руд цветных и редких металлов. Этим методом можно эффективно разделять такие коллективные концентраты цветных металлов, как медно-цинковые, медно-никелевые и т.п. Предварительная бактериальная обработка минеральных продуктов и концентратов перед обогатительными, металлургическими процессами значительно интенсифицирует их и увеличивает полноту извлечения металлов.
Эффективно использование чанового процесса при очистке промышленных сточных вод и серосодержащих газов металлургических производств.

3 . Разработанные научные основы и промышленный опыт показали, что чановый метод обладает рядом достоинств, что позволяет широко использовать его наряду с другими гидрометаллургическими процессами и делает его перспективным при переработке труднообогатимого минерального сырья.

Разработанные научные основы и промышленный опыт показали, что чановый метод обладает рядом достоинств, что позволяет широко использовать его наряду с другими гидрометаллургическими процессами и делает его перспективным при переработке труднообогатимого минерального сырья.
Во-первых, этот метод в отличие от кучного и подземного выщелачивания является полностью контролируемым и управляемым. Во-вторых, он применяется для тонкоизмельченных продуктов, что значительно ускоряет процесс бактериального окисления и деструкции минералов. В-третьих, создавая определенные условия выщелачивания, можно достичь высокую степень селективности при извлечении ценных минеральных продуктов. В-четвертых, метод не требует применения специального оборудования, от может осуществляться, например, в кислотостойких чанах или пачуках. И, наконец, этот метод низкотемпературный, без выбросов в атмосферу вредных отходов, с замкнутым водооборотом, т.е. экологически чистый. В настоящее время в промышленных масштабах бактериальные методы выщелачивания применяются примерно в двадцати странах мира, на 40 предприятиях при подземном и кучном выщелачивании меди, урана из бедных и за балансовых руд, при переработке отвалов обогатительных фабрик и горнорудных предприятий. Уже сейчас бактериально-химическими методами добывается около 20% меди и значительная часть урана (США, Канада, Мексика, Перу, Испания, Австралия, Югославия и др.). В США в 2000 году этими методами добывалось меди и урана на сумму 5 млрд. долларов.
Независимо от вида применяемого технологического процесса современное микробиологическое выщелачивание представляет собой специфичный гидрометаллургический процесс, при котором окисление и выщелачивание сульфидных минералов осуществляется в сернокислой среде в присутствии хемолитоавтотрофных тионовых бактерий.
Чановый метод бактериального выщелачивания (БВ) является сравнительно новым. Развитие его связано с необходимостью переработки труднообогатимых руд, промпродуктов и некондиционных упорных концентратов, получаемых при обогащении сложного полиметаллического сырья, для которых обычные механические и физико-химические методы переработки малоэффективны. Практическая ценность этого метода заключается в том, что он может применяться для очистки концентратов от таких вредных примесей, как мышьяк, для разрушения кристаллической решетки сульфидных минералов с целью вскрытия тонковкрапленного в них золота, для селективного извлечения металлов из коллективных концентратов или промпродуктов, повышения качества некондиционных концентратов и т.п.
Важной особенностью чанового выщелачивания металлов является то, что при сочетании с другими методами переработки обеспечиваются гораздо большие скорости, нежели при подземном и кучном. Скорость процесса в основном определяет технологию выщелачивания и ее экономичность.
В настоящее время исследованиями процесса бактериального окисления и выщелачивания занимается около 100 научных организаций и фирм в 25 странах. Построены и действуют около 15 промышленных установок бактериального выщелачивания в 8 странах (ЮАР, Австралия, Бразилия, США, Канада, Замбия, Гана, Россия ), большое количество опытно-промышленных установок в целом ряде стран.