Способ бактериального окисления сульфидных золотосодержащих концентратов для извлечения золота

Способ бактериального окисления сульфидных золотосодержащих концентратов для извлечения золота

Реферат

Изобретение относится к гидрометаллургическим методам извлечения золота из сульфидных (пирротин, арсенопирит, пирит, антимонит) золотосодержащих концентратов с применением бактериального окисления минералов.

Известен способ переработки первичных золотосульфидных руд [RU 2256712 С1, опубл. 20.07.2005], в котором бактериальное окисление сульфидного концентрата проводится в несколько стадий с изменяющимся видом микроорганизмов и температуры: первые две стадии осуществляются с использованием железо- и сульфидоокисляющих бактерий при (37÷38)°С, а последние две - с применением сероокисляющих бактерий при 45°С. Это изобретение хотя и увеличивает степень окисления сульфидов до 96÷98% и снижает содержание элементарной серы в биокеке до 1÷1,5%, но характеризуется сложностью приготовления и функционирования различных ассоциаций микроорганизмов, необходимостью установки нагревающих элементов в реакторах последних стадий, так как тепла, выделяемого при биоокислении (3÷4) % серы, недостаточно для поддержания температуры пульпы 45°С. Кроме того, не устраняется «узкое место» в повышении производительности биоцеха - образование труднорастворимых соединений железа (III): ярозита, скородита и гетита, которые экранируют сульфидные минералы и снижают скорость диффузионно-бактериальных процессов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является метод BIONORD, реализованный на Олимпиадинском ГОК в 2001 и 2007 гг.[Совмен В.К., Гуськов В.Н., Белый А.В. и др. Переработка золотоносных руд с применением бактериального окисления в условиях Крайнего Севера. - Новосибирск: Наука, 2007. - 144 с.]. Метод включает подготовку пульпы из сульфидного концентрата и воды (Т:Ж=1), нейтрализацию карбонатной составляющей концентрата серной кислой до рН 2,0 и дозирование питательных солей (аммофос, сульфаты аммония и калия) для микроорганизмов на первой стадии биоокисления, четырехстадийное бактериальное окисление сульфидов при C_тв=(15÷18%) в биопульпе с подачей воздуха в каждый реактор, разделение пульпы на твердую (биокек) и жидкую (биофильтрат) фазы фильтрацией.

Несмотря на хорошие технико-экономические показатели и высокую экологическую безопасность методу присущи следующие недостатки:

- высокая продолжительность процесса (~120÷180 ч) и низкая производительность установки из 6 реакторов (2,44 т/ч концентрата);

- невысокие степени окисления упорных сульфидных минералов пирита (70÷80%) и антимонита (40÷70%), сульфидной серы (84÷89%), что вызывает осложнения при переработке биокека цианированием;

- высокое содержание элементарной серы в биокеке (4÷8%) обуславливает большой расход дорогого и дефицитного цианистого натрия (до 50÷55 кг/т биокека);

- низкая фильтруемость биопульпы 9,7÷15,6 кг/м²·ч, что приводит к большим энергетическим и эксплуатационным затратам на операции фильтрования;

- невозможность переработки сульфидных концентратов с повышенным содержанием антимонита (>5÷7%) и пирита (>10÷12%) из-за их малых степеней окисления и существенного падения извлечения золота из биокека (<50÷60%).

Задачами изобретения являются повышение технико-экономических показателей бактериального окисления сульфидного золотосодержащего концентрата и снижение расхода воздуха на процесс, с получением биокека, обеспечивающего высокое извлечение золота в товарную продукцию.

Это достигается тем, что в способе бактериального окисления сульфидных золотосодержащих концентратов для извлечения золота, включающем четырехстадийное биоокисление сульфидов с подачей воздуха в биопульпу концентрата при протоке биопульпы через реакторы, бактериальное окисление проводят в биопульпе, содержащей 7,5÷10% твердого, при удельной скорости протока биопульпы (5÷7,8)·10^-2 м³/м³·ч и подаче воздуха в количестве, необходимом для окисления S^2- до S⁴⁺, а железа (II) и мышьяка (III) - до высших степеней валентности с расходом по стадиям бактериального окисления, %: 80÷85 - на первой; 8÷10 - на второй; 4÷6 - на третьей; 3÷4 - на четвертой.

Сущность предлагаемого способа основана на том, что снижение плотности биопульпы (C_тв=7,5÷10%) приводит к увеличению объема жидкой фазы и уменьшению концентрации железа (III), мышьяка (V), сурьмы (III) в растворе, которые переходят в него из сульфидного концентрата при бактериальном окислении. Снижение содержания этих металлов в растворе предотвращает образование труднорастворимых осадков железа (III) - ярозита, скородита, гетита и обеспечивает свободный доступ бактерий и реагентов к поверхности сульфидов и высокую скорость их окисления.

Подача на первую стадию бактериального окисления 80÷85% воздуха, необходимого для окисления S^2- до S⁴⁺ и железа (II), мышьяка (III) до высших степеней валентности, обусловлена высокой скоростью бактериального окисления пирротина и арсенопирита. При недостаточном расходе воздуха (менее 75%) сульфидная сера окисляется бактериями до элементарной. Элементарная сера медленно окисляется бактериями и при последующей переработке биокека реагирует с цианистым натрием с образованием роданидов, что увеличивает расход NaCN. Снижение расхода сжатого воздуха на последующих стадиях обусловлено уменьшением концентрации сульфидной серы в биопульпе.

Снижение расхода воздуха с использованием предлагаемого способа бактериального окисления можно проиллюстрировать следующими схемами и математическими расчетами.

При осуществлении бактериального окисления в установке из 6 реакторов объемом 440 м³ и удельной производительности 2,44 т/ч концентрата, содержании твердого в биопульпе 15% [Совмен В.К., Гуськов В.Н., Белый А.В. и др. Переработка золотоносных руд с применением бактериального окисления в условиях Крайнего Севера. - Новосибирск: Наука, 2007. - 144 с.] распределение потоков биопульпы выглядит следующим образом: первая стадия бактериального окисления сульфидной пульпы проводится в трех параллельно работающих реакторах объемом по 440 м³ и времени нахождения материала в них 72 часа; вторая, третья и четвертая стадии осуществляются в трех последовательно соединенных реакторах такого же объема и временем пребывания биопульпы в каждом реакторе 24 часа.

При расходе сжатого воздуха 964,7 м³/ч в каждый реактор, для работы всей установки потребуется воздуха:

на 1-й стадии: 964,7 м³/ч·72 ч·3=208375 м³;

на (2÷4) стадии: 964,7 м³/ч·24 ч·3=69458 м³.

Суммарный объем воздуха составит 277833 м³.

В предлагаемом способе при удельной производительности 3,66 т/ч концентрата, содержании твердого в пульпе 10% и удельном расходе воздуха на 1 т концентрата (с учетом степени усвоения кислорода биопульпой = 42%) 2280 м³/ч, степени заполнения реактора 80%, схема движения пульпы по реакторам будет аналогична прототипу, но за счет увеличения скорости протока биопульпы продолжительность первой стадии составит 30,9 часа, а последующих - по 10,3 часа.

Количество воздуха для работы биоустановки составит:

На 1-й стадии расходуется 80% воздуха от его общего количества: 2280·3,66·0,8·30,9=206283 м³;

На 2-й стадии расходуется 10% воздуха от практически необходимого, количество воздуха будет равно: 2280·3,66·0,1·10,3=8595 м³;

На 3-й стадии расходуется 6% воздуха, его объем равен: 2280·3,66·0,06·10,3=5157 м³;

На 4-й стадии при 4% расходе потребуется воздуха: 2280·3,66·0,04·10,3=3438 м³.

Суммарный объем воздуха составит 223473 м³, что на 19,5% меньше, чем на ЗИФ-2 ЗАО «Полюс».

Способ осуществляется следующим образом.

На бактериальное окисление поступает пульпа с 7,5÷10% сульфидного концентрата (твердое) и процесс ведут при увеличенной удельной скорости протока биопульпы (5÷7,8)·10^-2 м³/м³·ч. Воздух подают в реактора со следующим расходом по стадиям бактериального окисления, %: (80÷85) - на первой; (8÷10) - на второй; (4÷6) - на третьей; (3÷4) - на четвертой. Суммарное количество воздуха должно обеспечивать окисление S^2- до S⁴⁺ a железа (II) и мышьяка (III) - до высших валентностей.

Полученный после бактериального окисления биокек анализировался химическим и рентгенофазовым методами и направлялся на извлечение золота сорбционным цианированием с активированным углем (CIP-процесс).

По предлагаемому способу бактериального окисления сульфидного золотосодержащего концентрата проведена серия опытов с различным содержанием твердого в биопульпе и разной скоростью ее протока по цепочке реакторов.

Результаты исследований приведены в таблице 1.

Наилучшие результаты по бактериального окисления сульфидного концентрата получаются при содержании твердого в биопульпе 10% и скорости протока биопульпы 97,1 мл/ч: удельная производительность 9,7 г/ч (в 1,5 раза выше, чем в действующей технологии), самое малое значение V_Σ:П_уд=61,1 л·ч/г, характеризующее эффективность использования сжатого воздуха и высокие степени окисления упорных минералов (86,6÷97,4 %), хорошая фильтруемость биопульпы (скорость фильтрации равна 85,7 кг/м²·ч), извлечение золота 97,8% (таблица 1, опыт 4).

Снижение концентрации твердого в биопульпе до 7,5 и увеличение скорости протока пульпы до 86,7 мл/ч обеспечивают такую же производительность, как и в контрольном опыте 1 (6,5 г/ч), но при этом на 40,3% снижается расход воздуха на работу установки, увеличиваются степени окисления: пирита - до 97,2%, антимонита - до 82,4%, сульфидной серы до 96,7%, содержание элементарной серы снижается до 0,44%, а извлечение золота в активированный уголь - 96,9%. Все эти показатели убедительно демонстрируют преимущества предложенного способа по сравнению с действующей технологией (таблица 1, опыт 2 и 1). Однако в данной вариации предложенного способа ниже степени окисления упорных минералов и сульфидной серы по сравнению с опытом №4, так как при одинаковом расходе питательных солей их концентрация в биопульпе в 1,33 раза меньше, что и обусловливает снижение скоростей химико-биологических процессов. Кроме того, скорость фильтрации из-за большого объема биопульпы самая низкая (63,9 кг/м²·ч) из четырех вариантов предлагаемого способа.

Увеличение содержания твердого в биопульпе выше 10% приводит к образованию все возрастающего количества труднорастворимых осадков железа (III), снижению скорости бактериального окисления и ухудшению всех технико-экономических показателей процесса (таблица 1, опыты 1, 5).

Таким образом, оптимальными параметрами и режимами бактериального окисления сульфидных золотосодержащих концентратов являются:

- бактериальное окисление осуществляется с содержанием сульфидного концентрата в пульпе 7,5÷10%;

- удельная скорость протока биопульпы по реакторам равна (5÷7,8)·10^-2 м³/м³·ч;

- суммарное количество воздуха должно обеспечивать окисление S^2- до S⁴⁺, а железа (II) и мышьяка (III) - до высших степеней валентности;

- распределение воздуха по стадиям бактериального окисления, %: (80÷85) - на первую; (8÷10) - на вторую; (4÷6) - на третью; (3÷4) - на четвертую.

Осуществление процесса бактериального окисления сульфидного золотосодержащего концентрата при оптимальных условиях позволяет увеличить производительность процесса в 1,5 раза, снизить расход сжатого воздуха на 19,5% и повысить технико-экономические показатели технологии переработки минерального сырья: степени окисления антимонита до (86,6÷92,4) %, пирита - до (97,4÷97,8) %, сульфидной серы - до (98,2÷98,8) %, скорость фильтрации биопульпы до 85,7 кг/м²·ч, извлечение золота в активированный уголь до (97,8÷98,0) % и снизить содержание элементарной серы до (0,4÷0,5) %.

Способ бактериального окисления сульфидных золотосодержащих концентратов для извлечения золота, включающий четырехстадийное биоокисление сульфидов с подачей воздуха в биопульпу концентрата при протоке биопульпы через реакторы, отличающийся тем, что бактериальное окисление проводят в биопульпе, содержащей 7,5÷10% твердого, при удельной скорости протока биопульпы (5÷7,8)·10^-2 м³/м³·ч и подаче воздуха в количестве, необходимом для окисления S^2- до S⁴⁺, а железа (II) и мышьяка (III) - до высших степеней валентности, с расходом по стадиям бактериального окисления, %: 80÷85 - на первой, 8÷10 - на второй, 4÷6 - на третьей, 3÷4 - на четвертой.