УДК 66.061.34+579.66
ИССЛЕДОВАНИЕ СТАДИЙ ХИМИЧЕСКОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ И БИООКИСЛЕНИЯ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ЗОЛОТА ИЗ СУЛЬФИДНОГО КОНЦЕНТРАТА
© 2015 г. М. И. Муравьёв, Н. В. Фомченко, Т. Ф. Кондратьева
Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН, Москва, 117312 e-mail: maxmuravyov@gmail.com Поступила в редакцию 23.04.2014 г.
Исследованы стадии химического выщелачивания и биоокисления двухстадийного процесса биоокисления золотосодержащего сульфидного концентрата, содержащего пирротин, арсенопирит и пирит. Химическое выщелачивание концентрата (плотность пульпы 200 г/л) биораствором сульфата трехвалентного железа (начальная концентрация 35.6 г/л), полученного микробным окислением сульфата двухвалентного железа, в течение 2 ч при 70°С и pH 1.4 позволяло окислить 20.4% арсено-пирита и 52.1% серы в составе сульфидов. Наиболее эффективное биоокисление химически выщелоченного концентрата наблюдалось при 45°С в присутствии дрожжевого экстракта. Окисление концентрата в двухстадийном процессе протекало более эффективно, чем в одностадийном. При этом извлечение золота из осадка было на 10% больше, а содержание в нем элементной серы было в 2 раза меньше.
DOI: 10.7868/S0555109915010110
В настоящее время большое внимание уделяется извлечению золота из коренных сульфидных руд с помощью биотехнологии [1], которая позволяет перерабатывать даже золотосодержащие концентраты с высоким содержанием мышьяка. В настоящее время наиболее распространена технология биоокисления золотосодержащих арсенопиритно-пиритных концентратов в реакторах [2], которая имеет промышленное обозначение ВЮХ®. Поскольку процесс биоокисления сульфидных концентратов в промышленных условиях продолжается от 4 до 6 сут [3], то необходимо разрабатывть пути его интенсификации.
Ранее была предложена новая двухстадийная технология окисления сульфидного сырья, позволяющая интенсифицировать процесс биоокисления золотосодержащих концентратов [4, 5]. Эта технология заключается в последовательном проведении стадий химического выщелачивания и биоокисления при использовании на первой стадии раствора трехвалентного железа, образующегося при проведении биологической стадии. Были представлены результаты исследований процессов химического выщелачивания и биоокисления ар-сенопиритных и пиритного концентратов, которые позволяли разработать подходы к интенсификации технологии биоокисления этого сырья и повышения эффективности извлечения из него золота [6]. Однако в этой работе не было изучено образование элементной серы в продуктах окисления сульфидного сырья, от содержания которой зависит процесс цианирования золота.
Для развития разработанного подхода и применения его к различным типам золотосодержащего сульфидного сырья была исследована двух-стадийная технология переработки упорного сульфидного золотосодержащего концентрата.
Цель работы — исследование условий химического выщелачивания упорного сульфидного золотосодержащего концентрата, а также его последующего биоокисления при получении золота.
МЕТОДИКА
Характеристика сульфидного концентрата. В
работе использован упорный сульфидный золотосодержащий флотационный концентрат крупностью 80% класса — 0.044 мм, полученный в производственных условиях. Химический состав концентрата (%): железо (34.3), суммарный мышьяк (7.66), мышьяк сульфидный (6.86), суммарная сера (23.8), сера элементная (2.76), сера сульфидная (20.4), сурьма (2.02), кальций (3.12), магний (0.45), алюминий (1.23), калий (0.44) и кремний (7.75). Содержание золота — 63 г/т. Минералогический состав концентрата представлен в табл. 1. Золото в концентрате было ассоциировано главным образом с арсенопиритом (БеАзВ), пиритом (Бе82), и небольшим количеством стибнита (8Ъ283). Нерудные минералы были представлены кварцем, алюмосиликатами и карбонатами.
Биоокисление. Биоокисление пульпы плотностью 20% (1 л) проводили в биореакторах объе-
Таблица 1. Общее содержание минералов в концентрате
Минералы Формула Содержание, %
Пирротин Fe1- xß 29
Арсенопирит FeAsS 15
Пирит FeS2 6
Стибнит Sb2S3 1
Кварц SiO2 18
Серицит KAl2[AlSi3Ow](OH)2 10
Кальцит CaCO3 6
Хлорит (Mg,Fe)6(Al,Si)4Ow(OH)6 3
Плагиоклаз (Na,Ca)AlSi3O8 2
Анкерит Ca(Mg, Fe)(CO3)2 2
Гипс CaSO4 • 2H2O 1
Сервантит Sb2O4 1
мом 2.0 л при аэрации (4 мин-1) и перемешивании турбинной мешалкой со скоростью вращения 500 мин-1. В качестве жидкой фазы была использована среда 9К [7], не содержащая железа. В среду дополнительно вносили 0.02% дрожжевого экстракта. Процесс проводили в периодическом или непрерывном режимах. В последнем случае каждые сутки заменяли часть пульпы на свежую. В качестве инокулята был использован комплекс микроорганизмов, вырастающих при культивировании на данном сульфидном концентрате в условиях различных температурных режимов, включавших бактерии родов Sulfobacillus, Leptospirillum и Acidithiobacillus, а также археи родов Ferroplasma и Acidiplasma.
Химическое выщелачивание. Химическое выщелачивание концентратов проводили в реакторе с рабочим объемом 2.0 л при перемешивании турбинной мешалкой со скоростью вращения 500 мин-1. К концентрату добавляли биораствор, содержащий сульфат трехвалентного железа, который получали путем биоокисления соли FeSO4 • 7H2O комплексом указанных выше микроорганизмов в среде 9К.
Температура в реакторах поддерживалась с помощью теплообменников, соединенных с водяным циркуляционным термостатом.
Аналитические методы. Количественный анализ содержания микроорганизмов проводили, используя микроскоп Amplival ("Carl Zeiss", Германия) с фазово-контрастным устройством. Значения рН и Eh измеряли с помощью рН-метра-милливольтметра рН-150М (Беларусь). Концентрацию ионов трехвалентного (Fe3+) и двухвалентного (Fe2+) железа в жидкой фазе оценивали методом комплексонометрического титрования
[8]. Содержание элементов и их форм в минеральных фазах определяли фазовым методом [9, 10], а их концентрации оценивали с помощью атомно-эмиссионного спектрометра с индуктивносвя-занной плазмой 0ptima-4300 DV ("Perkin Elmer", США), концентрацию серы — гравиметрическим методом. Содержание сурьмы в твердой фазе определяли на рентгенофлуоресцентном волновом спектрометре MagiX PRO ("Panalytical", Нидерланды). Содержание минералов определяли на рентгеновском дифрактометре Rigaku D/MAX2500 (Япония) с использованием медного вращающегося анода при напряжении 45 кВ. Степень извлечения золота оценивали сорбционным цианированием твердой фазы (плотность 25%) в растворе цианида натрия (1000 мг/л) при содержании ионообменной смолы 5%, в течение 36 ч при pH 10—11. Содержание золота в концентрате, продуктах его окисления, а также в ионообменной смоле определяли пробирным анализом [11].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Исследование химического выщелачивания концентрата. Химическое выщелачивание (окисление) сульфидного золотосодержащего флотационного концентрата биораствором, содержащим сульфат трехвалентного железа, осуществляли при различных температурах (40, 60, 70 и 80°С) и значениях рН. Содержание твердой фазы в суспензии выщелачивающего раствора было одинаковым и составляло 100 г/л или 9.1%. Выщелачивание проводили в течение 3.5 ч. Исходная концентрация ионов Fe3+ в биорастворах составляла 35.6 г/л, а Fe2+ — 0.28 г/л.
Ранее было показано, что проведение химического выщелачивания при pH выше 1.4 приводило к осаждению солей трехвалентного железа, особенно при повышенных температурах, и, как следствие, к нарушению этого процесса [12]. В связи с этим химическое выщелачивание проводили при значениях рН ниже 1.4.
Основной характеристикой эффективности процесса химического выщелачивания являлась скорость накопления ионов Fe2+ в жидкой фазе. Результаты изменения концентрации ионов Fe2+ при всех исследованных режимах выщелачивания концентрата представлены на рис. 1. Установлено, что при низких значениях рН (около 1.1) скорость накопления ионов Fe2+ была менее интенсивной, чем при поддержании значения рН на уровне 1.4. При повышении температуры от 40 до 70° С увеличивалась скорость накопления Fe2+ в жидкой фазе. Дальнейшее повышение температуры выше 70°С приводило к незначительному увеличению интенсивности накопления ионов Fe2+, а также к осаждению солей трехвалентного железа. Таким образом, эти данные свидетельствовали о том,
г/л
40 г
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
мин
Рис. 1. Изменение концентрации ионов двухвалентного железа при химическом выщелачивании сульфидного золотосодержащего концентрата (плотность пульпы 100 г/л) биораствором при различных температурах и рН
1 - 80°С, рН 1.4; 2 - 70°С, рН 1.4; 3 -70°С, рН 1.1; 4 - 60°С, рН 1.1; 5 - 40°С, рН 1.1.
что при рН ниже 1.4 интенсивность химического выщелачивания снижалась.
Изменение концентрации ионов Бе3+ и Бе2+ в процессе химического выщелачивания пульпы различной плотности представлено на рис. 2. Из рис. 2 видно, что при плотности пульпы 200 г/л практически все ионы Бе3+ были израсходованы в течение 2 ч процесса. Следует отметить, что наиболее интенсивное изменение исследуемых показателей наблюдалось в течение первого часа процесса. Оказалось, что при 70°С увеличение плотности пульпы приводило к увеличению конечной концентрации ионов Бе2+ от 28.8 до 47.9 г/л и уменьшению концентрации Бе3+ в жидкой фазе от 17.4 до 3.6 г/л. Были рассчитаны основные технологические параметры процесса химического выщелачивания золотосодержащего сульфидного концентрата, протекающего в течение 2 ч. К ним
г/л 60 г
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
мин
Рис. 2. Изменение концентрации ионов двухвалентного (1, 2) и трехвалентного (1', 2) железа в процессе химического выщелачивания сульфидного золотосодержащего концентрата биораствором при рН 1.4, температуре 70°С и плотности пульпы 200 г/л (1, 1') и 100 г/л (2, 2').
относятся скорость накопления ионов Бе2+ и суммы ионов Бе2+ и Бе3+ в жидкой фазе, удельная скорость накопления ионов Бе2+ и удельный расход серной кислоты, необходимой для поддержания рН. Результаты расчета этих параметров представлены в табл. 2. Как видно из табл. 2, при снижении рН удельная скорость накопления Бе2+ существенно уменьша
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.