O‘zbеkistоn rеspublikаsi

Рис. 2. Схема гальванического эффекта при бактериальном выщелачивании арсенопирита и пирита
При выщелачивании сростков сульфидных минералов наблюдается гальванический эффект, описанный выше. Схематическое изображение протекания процессов в случае сростка арсенопирита и пирита представлено на рисунке 6, где видно, что гальванический эффект усиливается не только за счет катали-тического окисления арсенопирита, но и в результате бакте-риального окисления серы до сульфат - ионов.
Одним из основных параметров при бактериальном выщелачивании является температура среды, т.к. от нее зависит протекание биологических процессов, в которых температура влияет на скорость ферментативных процессов, стабильность фермента, скорость распада фермент-субстратного комплекса, сродство фермента к субстрату, сродство фермента к активаторам и ингибиторам, изменение концентрации растворенного кислорода и углекислого газа. При изменении температуры изменяется раство-римость ферментов, происходит модификация клеточных структур, инактивация ферментов, изменяется состав липидов и т.п.
Известно, что оптимальной для жизнедеятельности мезофильных бактерий А. ferrooxidans является температура 28-35⁰С. При 40⁰С прекращается их рост, а при 50⁰ в результате денатурации белка происходит инактивация ферментов и мезофильные бактерии погибают. При низких температурах скорость роста бактерий замедляется ввиду того, что клетка становится неспособной синтезировать более высоконасыщенные жирные кислоты, входящие в состав липидов. При этом естественно снижается их окислительная активность.
Наибольшая скорость выщелачивания мышьяка из арсенопирита наблюдается при температуре 35⁰С, когда его извлечение в 1,3 и 4,3 раза больше, чем при температуре 30 и 20⁰С. Наблюдаемая во всех случаях колоколообразная форма кривой зависимости активности микроорганизма от температуры, характерна для ферментативного механизма окисления, т.к. одной из специфичных особенностей действия ферментов катализаторов является их строгая термолабильность. Температурный коэффи-циент Q₁₀ при окислении железа составляет 2,0, а при выщелачивании сульфидных минералов 2…3.
Практика бактериального выщелачивания золотомышьяковых концентратов показала, что наиболее интенсивно процесс идет при температуре 40⁰С , когда помимо мезофильных бактерий А.ferrooxidans, А.thiooxidans и Leptospirillum ferrooxidans при-сутствуют умеренные термофилы, которые принимают участие в окислении сульфидов при температуре 40-45⁰С.
При аэробном метаболизме тионовых микроорганизмов А.ferrooxidans кислород выполняет роль акцептора электронов при участии ферментов - оксидаз. Помимо кислорода эти бактерии, являющиеся строгими автотрофами, ассимилируют углерод из СО₂, который они потребляют из окружающей их среды. Поэтому при бактериальном выщелачивании с участием А.ferrooxidans газовый состав среды, т.е. количество находящегося в ней кислорода и углекислого газа, является одним из основных параметров, определяющих рост, активность бактерий и скорость био-логического окисления. Количество О₂ и СО₂, находящихся в среде при обычных условиях (8,1 мг/л и 0,03%), явно недостаточно для поддержания активной жизнедеятельности микроорганизмов. Даже при окислении закисного железа объем потребляемого кислорода и углекислого газа превышает примерно в 180 и 80 раз максимальные количества их, растворенных в среде. Поэтому большое внимание при организации процесса бактериального выщелачивания должно уделяться аэрации пульпы, которая при чановом методе может осуществляться при механическом перемешивании, засасыванием воздуха из атмосферы и принудительной подачей его под давлением. Например, аэрация в чанах позволяет увеличить скорость окисления железа в 7 раз. Для окисления одного килограмма закисного железа бактериями необходимо 0,14 кг кислорода. Один килограмм элементной серы бактерии окисляют до сульфат- ионов, потребляя 2 кг кислорода. Такое количество кислорода в пульпе может обеспечить только принудительная аэрация.
Однако до сих пор опытным путем не установлена необходимая степень аэрации при чановом методе. Имеющиеся в литературе данные по этому важному вопросу крайне противоречивы. В одном случае показано, что при бактериальном окислении закисного железа необходимо продувание одного объема воздуха на один объем среды в час, в другом - три объема на объем в час. И в то же время из микробиологии известно, что при слишком интенсивной аэрации рост аэробных микроорганизмов может подавляться, особенно если они находятся в солевой питательной среде при концентрации клеток более 10⁷ кл/мл. Поэтому микробиологи рекомендуют начинать аэрацию таких бактериальных сред не ранее, чем через 1-1,5 часа, когда бактерии входят в экспоненциальную фазу.
Проведенные исследования по влиянию воздуха на бактериальное окисление железа показали, что активность бактерий не подавляется даже при такой степени аэрации как 300 объемов воздуха на один объем среды в час при его высокой степени диспергации. В промышленных условиях считалось, что расход воздуха должен быть не менее одного объема на один объем пульпы в минуту. Такой расход воздуха значительно повышает затраты на процесс выщелачивания. Поэтому считается, что остаточная концентрация кислорода в пульпе не должна быть менее 2 мг/л.
В условиях бактериального выщелачивания сульфид-содержащих продуктов, когда растворимость кислорода в пульпе по сравнению с питательной средой 9К уменьшается из-за высокой концентрации различных соединений, как органических, так и неорганических, и большого количества в пульпе твердых частиц- сульфидов, абсорбция кислорода в жидкую фазу становится фактором, лимитирующим процесс выщелачивания. При выще-лачивании одного из золотомышьяковых концентратов на каждый объем пульпы поглощается кислорода в 3-4 раза больше, чем его содержание в том же объеме бактериального раствора. А при выщелачивании в пачуках с количеством биомассы в жидкой фазе пульпы 10⁸-10⁹кл/мл расход воздуха составляет не менее 1-2 объемов на один объем пульпы в минуту. При таком расходе концентрация кислорода не снижается ниже 4 г/л. При бак-териальном выщелачивании золотомышьякового концентрата Олимпиадинского месторождения расход воздуха составил 0,6 м³ на 1 м³ пульпы в минуту, а на некоторых зарубежных установках он равен 0,25-0,30 м³ на 1 м³ пульпы. При выщелачивании медно-цинковых продуктов остаточная концентрация кислорода определена не менее 1,6 мг/л.
Для повышения активности микроорганизмов и интенсифи-кации окислительных процессов необходимо в воздушной смеси, подаваемой на аэрацию поддерживать концентрацию СО₂ в пределах 0,1-0,15%. При этом активность микроорганизмов воз-растает на 35%.
С целью активации аэрирующего воздуха при подаче его в выщелачиваемую пульпу и повышении количества кислорода в ней возможна дополнительная подача активного окислителя - озона, при распаде которого образуются атомарный и молекулярный кислород. При подаче озоно - воздушной смеси, содержащей всего 0,01-0,02% озона, скорость бактериального окисления железа увеличивается в 20-60 раз. Значительно увеличивается скорость выщелачивания сульфидов.