МИКРОБИОЛОГИЯ, 2015, том 84, № 5, с. 561-569
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
БИООКИСЛЕНИЕ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩЕГО КОНЦЕНТРАТА ДВОЙНОЙ УПОРНОСТИ © 2015 г. А. Г. Булаев*, З. К. Канаева**, А. Т. Канаев***, Т. Ф. Кондратьева*
*Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского Российской академии наук, Москва **Институт высоких технологий и устойчивого развития Казахского национального технического университета им. К.И. Сатпаева, Алма-Ата, Республика Казахстан ***Казахский национальный университет имени Аль-Фараби, Алма-Ата, Республика Казахстан
Поступила в редакцию 09.12.2014 г.
Определена эффективность процесса биоокисления концентрата двойной упорности сульфидной руды месторождения Бакырчик (Восточный Казахстан) в двух режимах: при использовании стандартной минеральной среды и среды, состав которой соответствовал составу подземной воды месторождения Бакырчик, содержащей высокие концентрации натрия, магния и хлорид-иона. Концентрат содержал большое количество углистого вещества (17.5%), 6% пирита, 13% арсенопирита и до 57.5 г/т золота. Прямым цианированием из концентрата извлекалось только 2.8% золота. В обоих режимах обработки биоокисление проходило с высокой эффективностью (окислено около 90% сульфидной серы), но извлечение золота цианированием было низким, 39 и 32% соответственно. Это свидетельствовало о том, что эффективного биоокисления может быть недостаточно для достижения высокой степени извлечения золота.
Ключевые слова: упорный золотосодержащий концентрат, биоокисление, цианирование, извлечение золота, состав микробного сообщества, ДГГЭ.
DOI: 10.7868/S0026365615050031
Технология чанового биоокисления сульфидных концентратов различного состава с использованием ацидофильных микроорганизмов разработана еще в 80-х годах прошлого столетия и успешно применяется на месторождениях всего мира (van Aswegen P.C. et al., 2007; Gericke et al., 2009; Совмен и соавт., 2007; Sovmen et al., 2009). В настоящее время насчитывается не менее 15 промышленных установок чанового биоокисления сульфидных концентратов и планируется постройка новых. Технология чанового биоокисления используется для переработки золотосодержащих концентратов, однако есть примеры успешного использования данной технологии для получения кобальта и никеля (Gericke et al., 2009; Morin, d'Hugues P., 2007). Сульфидные концентраты золотых руд являются упорными, так как степень извлечения из них золота с использованием технологии цианирования незначительна. Упорность золота связана, чаще всего, с тонкодисперсным рассеянием его в сульфидных минералах. В процессе биоокисления сульфидных минералов происходит разрушение их кристаллической решетки, и золото вскрывается, стано-
1 Автор для корреспонденции (e-mail: bulaev.inmi@yandex.ru).
вясь доступным для цианирования (Лодейщиков, 1999).
В биогидрометаллургических технологиях используются ацидофильные микроорганизмы, окисляющие соединения серы и двухвалентное железо. Реакции окисления сульфидных минералов экзотермичны, и в промышленных реакторах биоокисления происходит разогрев пульпы. Поэтому процессы промышленного биоокисления проводят в диапазоне температур 38—50°С. В этих условиях доминируют умеренно термофильные и термотолерантные микроорганизмы. В зависимости от температуры и минералогического состава окисляемого концентрата состав микробных сообществ может различаться (табл. 1).
Несмотря на успешное внедрение биогеотех-нологий в промышленность, существует ряд факторов, которые могут ограничивать их использование на конкретных месторождениях и которые необходимо учитывать при проектировании металлургических предприятий. Одним из факторов, влияющих на эффективность процессов биоокисления, является содержание различных катионов и анионов в воде, используемой в гидрометаллургических процессах. Месторождения металлов зачастую расположены в местах, характеризующихся недо-
Таблица 1. Видовой состав сообществ ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов в реакторах чанового биоокисления концентратов сульфидных руд
Сульфидные минералы, содержащиеся в концентрате Температура, °C Микробное сообщество Цитируемый источник
Пирит, арсенопирит пирротин 38-40 Acidiferrobacter thiooxidans, Leptospirillum ferriphilum, Sulfobacillus thermosulfidooxidans, Ferroplasma acidiphilum, Acidithiobacillus ferrooxidans, Alicyclobacillus tolerans, Acidiphilium cryptum (Булаев и соавт., 2011)
Пирит 42 Leptospirillum ferriphilum, Acidithiobacillus caldus, Ferroplasma acidiphilum, Sulfo-bacillus benefaciens (Morin, d'Hugues, 2007, Johnson et al., 2008)
Пирит, халькопирит, сфалерит 45 Acidithiobacillus caldus, Leptospirillum fer-riphilum, Sulfobacillus sp., Ferroplasma sp. (Okibe et al., 2003)
Пирит, арсенопирит, халькопирит 45 Acidithiobacillus caldus, Sulfobacillus ther-mosulfidooxidans, "Sulfobacillus montser-ratensis" (Dopson et al., 2004)
Пирит, арсенопирит 40-50 Sulfobacillus sp., Acidithiobacillus caldus, Leptospirillum ferriphilum, Ferroplasma sp., Acidiplasma sp. (van Hille et al., 2011 and 2013)
статком пресной воды (пустыни Чили, Австралии), что приводит к необходимости использования в биотехнологических операциях вод, содержащих высокие концентрации различных ионов, подавляющих рост и окислительную активность ацидофильных микроорганизмов ^аттИ й а1., 2012). Показано, что наибольшим ингибирую-щим эффектом по сравнению с другими анионами (сульфатом, фосфатом), обладает хлорид, который может подавлять окисление железа, серы и пирита ^аттк й а1., 2012; 8Ыегз й а1., 2005; ОаИап е! а1., 2009). Компания BIOMIN, владеющая патентом на самую распространенную в мире технологию чанового биоокисления ВЮХ™, при лабораторных исследованиях по адаптации технологии к конкретному концентрату применяет воду из тех источников, которые предполагается использовать при промышленном внедрении технологии (Ыотт.ео^а).
Месторождение Бакырчик (Казахстан) расположено в Восточно-Казахстанской области и отличается большими запасами золота ^еоройаЬ^.о^). Основная часть золота в руде месторождения ассоциировано с сульфидными минералами (пиритом и арсенопиритом). Особенностью состава руды является высокое содержание углистого вещества, представленного шунгитом. В данном веществе может содержаться значительное количество благородных металлов, сравнимое с их содержанием в сульфидах (Марченко, 2012). Высокое содержание углистого вещества, являющегося сорбентом золота, обусловливает высокую упорность данной руды к извлечению золота. Таким образом, руды месторождения Бакырчик являются рудами
двойной упорности из-за значительного количества углистого вещества и включения золота в кристаллическую решетку сульфидных минералов. Поэтому, несмотря на высокое содержание золота в руде месторождения и большие запасы, для руды Бакырчикского месторождения эффективная технология до сих пор не разработана (ттт§.к2). Кроме этого, препятствием в освоении Бакырчикского месторождения является недостаток воды в районе расположения месторождения: значительная удаленность его от крупных поверхностных водоемов, недоступность для влажных ветров и открытый характер местности, который обусловливает сравнительно небольшое количество атмосферных осадков, являющихся единственным источником питания подземных вод.
В 80-е гг. ХХ века при разработке технологии чанового биоокисления сульфидных руд было использовано несколько концентратов руды Ба-кырчикского месторождения различного состава. С помощью биоокисления удалось значительно повысить степень извлечения золота цианированием (табл. 2) (Каравайко и соавт., 2000). К сожалению, не были проведены пилотные испытания данной технологии. Концентраты руды текущей добычи могут значительно различаться по составу, поэтому для корректной оценки пригодности сырья для переработки методами биогидрометаллургии необходимы длительные испытания.
Кроме биогидрометаллургических технологий для переработки руды месторождения Бакырчик было предложено использовать REDOX-процесс, представляющий собой один из вариантов автоклавного процесса, выщелачивание сульфидных
Таблица 2. Извлечение золота цианированием из концентратов руды месторождения Бакырчик и продуктов их биоокисления (Каравайко и соавт., 2000)
Извлечение золота, %
Год проведения испытаний Из исходного концентрата Из продуктов биоокисления концентрата
1979 10.0 88.3
1991-1992 12.6 94.0
минералов в котором производится с участием оксидов азота при температуре 180°С и выше (So-bel et al., 1995). Несмотря на то, что удалось достичь высокой степени извлечения золота цианированием, эта технология после проведения пилотных испытаний не была внедрена из-за высокой себестоимости.
Целью работы было определить эффективность процесса биоокисления концентрата руды Бакырчикского месторождения текущей добычи в двух режимах обработки: при использовании стандартной минеральной среды и среды, состав которой соответствовал составу подземной воды месторождения Бакырчик, содержащей высокие концентрации натрия, магния и хлорид-иона, а также изучить состав микробного сообщества, сформировавшегося при разных режимах биоокисления.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объекты исследования. Объектом исследования был пиритно-арсенопиритный концентрат руды месторождения Бакырчик. Минеральный и химический состав концентрата представлен в табл. 3 и 4. Частицы класса крупности — 74 мкм
составляли 80% (Р80 = 74 мкм). Общее содержание сульфидных минералов в концентрате достигало примерно 20%.
Прямым цианированием из концентрата извлекалось 2.8% золота, что свидетельствует о его высокой упорности.
Биоокисление концентрата проводили в двух последовательно соединенных реакторах с механическим перемешиванием и аэрацией (скорость перемешивания 500 об/мин, аэрация 4 л/мин). Объем пульпы в каждом реакторе составлял 1 л, плотность пульпы 200 г концентрата на 1 л среды. Время пребывания составляло 240 ч. Температуру пульпы поддерживали на уровне 38—39°С с помощью и-образного теплообменника, соединенного с термостатом Е1т1 TW2.02 (Латвия), рН поддерживали в диапазоне 1.35—1.55 с помощью серной кислоты или мела.
В качестве инокулята и
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.