» » Комбинированное выщелачивание металлов

Комбинированное выщелачивание металлов

07.08.2016

Комбинированная технология управляемого извлечения металлов из руд и хвостов обогащения и металлургии включает в себя классификацию и измельчение минералов, а также собственно выщелачивание в подземных блоках и кучах с переводом металлов в раствор и извлечение металлов из раствора.
Комбинированные системы выщелачивания находят применение на месторождениях руд радиоактивных и цветных металлов. Комбинируют системы из элементов скважинных и шахтных систем и из элементов традиционных систем разработки и шахтных систем выщелачивания. Системы первого класса предусматривают подачу реагента к руде по скважинам, пробуренным с поверхности, и прием продукционных растворов в горные выработки. Такие системы применяют там, где по каким-либо причинам технически трудно или нерационально откачивать продукционные растворы через скважины (при большой глубине пьезометрического уровня подземных вод, в условиях осушенных пород и т.д.). Системы второго класса применяют при разработке залежей, которые в пределах одного блока представлены рудами разных технологических сортов, например карбонатными и силикатными, требующими при подземном выщелачивании различных реагентов; рудами, контрастными по содержанию металла (балансовыми и забалансовыми), рудами с различными фильтрационными свойствами, требующими разной предварительной горной подготовки к выщелачиванию.
Залежи в пределах блока разрабатывают в два этапа: вначале очистная выемка руды одного сорта, затем выщелачивание руд другого сорта. Такая последовательность обеспечивает при очистной выемке нормальные условия труда для горнорабочих и устойчивость рудного массива. Комбинированные системы разработки позволяют полнее использовать недра и снижать себестоимость продукции
На Норильском ГМК из отвальных хвостов обогатительной фабрики, содержащих (г/т): платины 0,67, палладия 1,28, родия 0,05, золота 0,06 и серебра 3,94, получен продукт с содержанием (г/т): платины до 100, палладия 20,2, золота 25,0, серебра 89,5, родия 0,17 при извлечении из него платины 5—12 г/т, палладия 1,5—5 г/т, золота 11—18 г/т, серебра 1,8—2,1 г/т, родия 1,0 г/т.
Из хвостов Надеждинского завода, содержащих 0,3—0,5 г/т платиноидов, получен продукт с содержанием платиноидов 12—15 г/т при извлечении 5—8 %. На Башкирском медно-серебряном комбинате из лежалых хвостов с содержанием золота 1,2 г/т и серебра 17,2 г/т получен концентрат с содержанием золота 37,6 г/т и серебра 35,6 г/т, извлечение составило 54—55 %.
Из илов Новосибирского комбината, содержащих 0,1 % олова, получен концентрат с содержанием олова 27 % и извлечением 40 %.
На объединении «Таджикзолото» из отвальных хвостов при исходном содержании золота 1 г/т получен концентрат с содержанием золота 77 г/т при извлечении 85 %. Из вольфрамосодержащих отвалов Буруншивенского месторождения при исходном содержании триоксида вольфрама 0,1 % получен концентрат с содержанием 34,85 %, с извлечением 80 %.
На скорость и полноту выщелачивания, а также расход реагентов влияют минеральные составляющие распульпованных руд. Медные минералы, являясь хорошо растворимыми соединениями в цианистых растворах, вызывают чрезмерный расход цианида; минералы сурьмы снижают содержание кислорода в пульпе, необходимого для растворения золота. Углистые составляющие некоторых руд отличаются высокой адсорбционной способностью по отношению к золотоцианистому комплексу, что увеличивает потери золота с хвостами сорбционного выщелачивания.
На показатели цианирования влияет не только состав руды, но и состав воды, вредное влияние оказывают низкое содержание кислорода (менее 5—7 мг/л), находящиеся в воде бикарбонаты, органические вещества, соли тяжелых металлов и т.д.
Условия для ускорения и полноты извлечения золота: интенсивное перемешивание пульпы сжатым воздухом; добавление защитной щелочи (извести) для предотвращения гидролиза цианида; поддержание температуры не ниже +21°C (подогрев пульпы паром).
Наиболее полное извлечение металлов из жидкой фазы пульпы достигается обеспечением оптимального противотока пульпа — смола, плотностью и вязкостью пульпы, температурой и интенсивностью перемешивания смеси смола — пульпа.
На крупнейшем золотоизвлекательном заводе стран СНГ ГМЗ-2, перерабатывающем руды карьера Мурунтау (Узбекистан), сгущенная пульпа Т:Ж = 1,0 : (0,9—1,0) поступает на барабанные грохоты, на которых происходит классификация по классу +2,0 мм. Класс +2,0 мм (щебень, щепа) насосами 5ГР-8Г откачивается в цех измельчения. Класс -2,0 мм насосами 12ГР-8 из зумпфа закачивается в девятиструйный пульподелитель отделения сорбции, на котором происходит распределение пульпы на 9 технологических цепочек процесса цианирования и сорбционного выщелачивания. В зумпф сорбции через регулирующий клапан из склада реагентов самотеком подается цианистый натрий. Разделение пульпы происходит на сетках, установленных в головке пачука. Насыщенная смола подается на барабанный грохот для отмывки смолы от пульпы и далее на отсадочную машину OMP-IA для отделения смолы от песка класса +0,4 мм, который направляется в цех измельчения. После обезвоживания смола подается на регенерацию (рис. 4.5).
Комбинированное выщелачивание металлов

Бактериальное выщелачивание основано на феномене извлечения металлов из руд с помощью бактерий. Число бактерий в зоне окисления руд достигает 1 млрд. в 1 г руды или 1 см3 воды. Чаще всего эта технология совмещается с выщелачиванием слабыми растворами кислот, которые являются питательной средой для бактерий. Выщелачивание меди с помощью бактерий запатентовано в СССР и США в конце 50-х годов. Эта технология требует надежного контроля из-за возможности регенерации штаммов бактерий и их неуправляемой миграции.
Выщелачивание меди из руд в штабелях с неизученным механизмом было известно в Венгрии и Германии с XVI в., в Испании — XVII в. Впервые запатентовано в США в 1958 г. применительно к извлечению меди и цинка.
В 1947 г. американскими микробиологами из рудничных вод был выделен микроорганизм, который окисляет сульфидные минералы, серу и ряд ее соединений, железо, медь, селен, сурьму, уран при pH 1,0—4,8 и температуре 5—35 °C.
Избирательное извлечение химических элементов из многокомпонентных соединений посредством их растворения микроорганизмами в водной среде позволяет извлекать из руд и отходов горно-перерабатывающего производства ценные компоненты или вредные примеси (мышьяк). С использованием этой технологии в промышленных масштабах извлекают медь из забалансовых руд в США, Испании, Перу, Португалии, Мексике, Австралии и других странах.
Технология пригодна при всех способах выщелачивания, не связанных с повышенными давлением и температурой. Наиболее широко применяют тионовые бактерии Thiobaciilus ferrooxidans, способные окислять сульфидные минералы и закисное железо до окисного, и Thiobacillus thiooxidans. Тионовые бактерии являются хемоавтотрофами, так как единственным источником энергии для их жизнедеятельности служат процессы окисления закисного железа, сульфидов металлов и элементарной серы. Эта энергия расходуется на усвоение природной углекислоты. Получаемый углерод идет на построение клеточной ткани бактерий. Thiobacillus ferrooxidans окисляют сульфидные минералы до сульфатов прямым и косвенным путем. Микроорганизмы окисляют серно-кислое закисное железо до окисного, являющегося сильным окислителем и растворителем сульфидов:
Комбинированное выщелачивание металлов

Основной фактор процесса — быстрая регенерация сернокислого окисного железа тионовыми бактериями, что ускоряет процессы окисления и выщелачивания. Оптимальная температура для развития тионовых бактерий 25—35 °C, pH от 2 до 4. Тионовые бактерии ускоряют растворение халькопирита в 12 раз, арсенопирита и сфалерита в 7 раз, ковеллина и борнита в 18 раз по сравнению с обычными химическими методами.
Комплекс подземного бактериального выщелачивания медной руды включает в себя прудок для выращивания и регенерации бактерий; насосную для перекачки бактериального раствора к руде; трубопровод; задвижку; коллектор; скважину для орошения рудного тела бактериальным раствором; орошаемый участок рудной залежи; горные выработки для сбора бактериального раствора; насос; отстойник для насыщенных медью растворов; цементационную ванну для получения порошкообразной меди; помещение для сушки цементной меди; транспортные средства; компрессорное хозяйство для обогащения бактериального раствора кислородом.
В штабеле или подземном блоке руду орошают растворами серной кислоты, содержащими ионы железа и бактерии. В присутствии кислорода воздуха и бактерий идет окисление сульфидных минералов, а металлы переходят из нерастворимых соединений в растворимые. Наибольшая скорость достигается при тонком измельчении руды (200 меш), в плотных пульпах (до 20 % твердого), при перемешивании и аэрации. Число клеток-бактерий в выщелачивающем растворе и руде должно быть не ниже 10в6—10в7 в 1 мл. В раствор за 1 ч переходит меди до 0,7 г/дм3, цинка — 1,3, никеля — 0,2 и т.д. Из олово- и золотосодержащих концентратов за 70 — 80 ч извлекается до 90 % мышьяка.
Скорость окисления сульфидных материалов в присутствии бактерий возрастает в тысячи раз, а железа примерно в 2*10в6 раз по сравнению с химическим выщелачиванием. Интенсификация выщелачивания обеспечивается при активизации деятельности бактерий. Для этого необходимы pH 1,5—2,5, окислительно-восстановительный потенциал (600—750 мВ), благоприятный состав растворов, что достигается путем их регенерации и режимов аэрации и увлажнения. Добавляют соли азота и фосфора.
В промышленных масштабах технология применяется при кучном выщелачивании меди и урана. С ее помощью экономически целесообразно извлекать медь из забалансовых сульфидных руд. Это осуществляется водными растворами Fe2 (SO4)3 в присутствии A12(SО4)3, FeSO4 и тионовых бактерий Thiobacillus ferrooxidans. Раствор подается в скважины, пробуренные в рудном теле. Бактерии и сульфат оксида железа окисляют сульфиды меди по схеме
Комбинированное выщелачивание металлов

Продуктивный раствор подают на установку для извлечения меди.
Выщелачивание с участием тионовых бактерий в опытном порядке используют для извлечения Zn, Co, As, Mn и других металлов. Например, для растворения и извлечения золота используют гетеротрофные бактерии Aeromonas, выделенные из рудничных вод.
За счет использования бедных и потерянных в недрах руд увеличиваются запасы, полнее используется сырье, повышается культура производства, улучшается состояние окружающей среды. Себестоимость 1 т меди, полученной этим методом, в 1,5—2 раза ниже, чем при обычных способах. Процессы окисления неорганических субстратов служат источником энергии.
Простота технологического процесса, возможность быстрого размножения бактерий, особенно при циркуляции растворов, содержащих живые организмы, открывает возможность не только снизить затраты на получение ценных компонентов, но и значительно увеличить сырьевые ресурсы за счет использования бедных, забалансовых и потерянных руд, хвостов обогащения, пыли, шлаков и других отходов. Процесс перспективен для полной автоматизации предприятий по получению металлов из недоступных при использовании традиционной технологии запасов, сложные горнодобычные и обогатительные комплексы при этом не используются.