Биологическое выщелачивание цинка и меди из отходов флотацинного обогащения сульфидных руд Бурибаевского горно-обогатительного комбината в перколяционной установке

Отходы горно-обогатительного и металлургического производства, включающие отвалы бедных руд, хвосты обогащения, шлаки и шламы металлургического производства, а так же промышленные стоки привлекают все большее внимание в качестве потенциального сырья для извлечения металлов [1-2]. Одним из перспективных направлений разработок в этой области могут стать биотехнологические решения проблемы [3-6]. Применение биологической технологии дает хорошие результаты на лежалых отвалах сульфидных отходов, позволяет работать с любыми объемами отходов, использовать простое (сезонное орошение куч) или более сложное (для работы в любые сезоны) оборудование [7, 8]. Такие технологии применяются во многих странах и в меньшей степени в России (Г.И. Каравайко и его ученики).

Основой биогеотехнологий являются микроорганизмы, способные к избирательному извлечению металлов из рудных пород или их отвалов, от видовых особенностей и стабильности свойств которых будет зависеть, в конечном счете, эффективность переработки отходов. В результате биологического окисления микроорганизмами сульфидов меди и цинка минералов сфалерита и халькопирита образуются сульфаты меди, цинка и железа, которые легко переходят в кислый раствор и могут быть извлечены из него общепринятыми способами.

Отходы флотационного обогащения отличаются от руд и концентратов как по содержанию целевых компонентов, так и состоянию минералов и питательных субстратов для литотрофных бактерий, что делает исключительно актуальным и перспективным разработку специальных биотехнологий с применением активных адаптированных штаммов микроорганизмов.

Целью работы было исследование различных режимов биологического выщелачивания отходов флотационного обогащения сульфидных медноцинковых руд в перколяционных установках на отходах флотационного обогащения Бурибаевского горно-обогатительного комбината (ГОК).

В качестве сырья для биологического выщелачивания служили образцы отработанных медноцинковых руд Бурибаевского ГОК, содержащие 67% пирита, 21% кварца, 0,8% халькопирита, 0,6% сфалерита, 6% серицита, 2% хлорита. Размер частиц: 20 – 900 мкм. Среднее содержание цинка и меди: 1,97±0,27 г/кг и 1,72±0,19 г/кг, соответственно.

Перколяционная установка представляла собой набор колонок, в которые помещалась отработанная руда (по 5000 г в каждую) (рис. 1). Через них пассивно фильтровался выщелачивающий раствор, который представлял собой раствор солей (мг/л): (NH 4 ) 2 SO 4 – 132, (MgCl 2 )×6H 2 O – 53, CaCl 2 ×2H 2 O – 147, KH 2 PO 4 – 27.

Для постановки опытов была использована культура ИБ 2, состоящая из штаммов Acidithioba-cillus ferrooxidans и Ferroplasma sp. в количестве 20 мл с титром 10⁹ клеток/мл на один вариант опыта.

Для культивирования и хранения микроорганизмов, окисляющих железо, использована питательная среда Сильвермана и Лундгрена 9К [9].

Опыты в перколяционной установке были поставлены в двух режимах: «затопления» - когда скорость подачи раствора обеспечивала постоянное нахождение руды под слоем жидкости, и «смачивания» - с меньшей скоростью подачи раствора, приводящей лишь к смачиванию руды. Другим варьируемым фактором было соотношение по массе твердой фазы и выщелачивающего раствора (табл. 1).

Концентрацию меди и цинка в периодически отбираемых пробах измеряли на атомноабсорбционном спектрофотометре КВАНТ-2А (Россия), а концентрацию железа – титрованием с

ЭДТА. Численность железобактерий определяли по таблицам Мак-Креди после посева в серии разведений на жидкую селективную питательную среду 9К [10]. Статистическую обработку данных проводили с использованием компьютерной программы Exсel 2003.

Рис. 1. Принципиальная схема установки биологического выщелачивания отходов флотационного обогащения

Динамика перехода в раствор ионов меди и цинка в процессе выщелачивания отхода флотационного обогащения Бурибаевского ГОК представлена на рис. 2.

Больше ионов цинка было извлечено из отходов на установках II и IV, где масса руды относилась к массе выщелачивающего раствора 1:5, а объем раствора был равен 25 л (рис. 2).

В этих вариантах опыта было выделено 76% и 73% цинка от содержавшегося в отходе. В других вариантах опыта доля извлеченного цинка была немного меньше: при объеме жидкой фазы 17,5 л во I и III установке в раствор выделялось 64% и 61% цинка, соответственно.

Глубина извлечения цинка из флотационного отхода зависела от объема использованного выщелачивающего раствора, но почти не зависела от скорости его фильтрации. Однако варианты опыта в режимах «затопления» и «смачивания» немного отличались динамикой выделения цинка в раствор. В режиме «затопления» максимальный прирост цинка в растворе приходился на 10-13 сутки эксперимента, тогда как в режиме «смачивания» на 1316 сутки. Это может быть связано как с разной скоростью выщелачивания цинка, так и с разной скоростью выхода выщелоченных ионов цинка из колонки, временно удерживаемых в ней за счет сорбции на поверхности частиц.

При биологическом выщелачивании меди из отходов флотационного обогащения Бурибаевского ГОК лучшие результаты были получены в варианте II, в котором было извлечено 84% меди. В вариантах опыта I, III и IV было извлечено 73%, 62% и 77% меди, соответственно.

Таким образом, при биологическом выщелачивании меди в режиме «затопление» выход меди выше, чем в режиме «смачивание».

Количество извлеченного железа Fe3+ в растворах биологического выщелачивания в разных вариантах опыта колебалось от 1368,5 мг/кг – 1835 мг/кг до 5537 мг/кг – 8450 мг/кг (рис. 3).

Концентрация железа в растворе возрастала, в основном, до 13 суток эксперимента. После чего выделение ионов железа из отходов флотации частично компенсировалось его осаждением на стенках емкостей и колонок. Количество извлеченного железа было выше в режиме «затопление». Разница в объеме выщелачивающего раствора оказывала влияние на выщелачивание железа таким образом, что концентрация железа в растворе была выше при меньшем его объеме (17,5 л), тогда как общее количество растворенного железа было больше в вариантах с большим объемом (25 л) раствора.

Таблица 1. Варианты опыта биологического выщелачивания отходов флотации в перколяционной установке

Вариант	Режим (доля от общего объема раствора за 1 сутки)	Соотношение фаз твердая:жидкая
I	Затопление (1/3)	1:3,5
II		1:5
III	Смачивание (1/9)	1:3,5
IV		1:5

а

—X —I

—■— II

▲ III

IV

10            13            16

Срок инк убации,сутк и

Рис. 2 . Количество извлеченных ионов цинка (а) и меди (б) в раствор из отходов Бурибаевского ГОК

—X —I

—■— II

▲ III

IV

Срок инк убации,сутк и

Рис. 3 . Количество железа (Fe³⁺) извлеченного в раствор из отходов Бурибаевского ГОК

Во всех вариантах опыта к концу эксперимента наблюдалась одинаковая численность железоокисляющих бактерий, которая составляла порядка 108 клеток/мл (табл. 2). В установке II скорость развития железоокисляющих бактерий была выше, уже к 13 сут эксперимента численность их составила

(6,0±0,4)∙107 клеток/мл. В остальных вариантах опыта скорость размножения микроорганизмов была ниже. В варианте IV к 13 сут было зарегистрировано (2,0±0,4)∙105 клеток/мл. Таким образом, лучшие условия для размножения железоокисляющих бактерий создавались в варианте опыта II.

Таблица 2. Численность железоокисляющих бактерий в растворах биологического выщелачивания отходов Бурибаевского ГОК

Сроки отбора проб, сутки	Численность железоокисляющих бактерий, клеток/мл
	I	II	III	IV
7	(6,0±0,1)∙101	(2,0±0,3)∙102	(1,4±0,4)∙102	(1,7±0,2)∙102
10	(8,0±0,5)∙102	(5,5±0,1)∙104	(6,0±0,3) 102	(1,4±0,5)∙103
13	(1,4±0,2)∙105	(6,0±0,4)∙107	(6,5±0,2)∙104	(2,0±0,4)∙105
16	(5,5±0,3)∙106	(1,3±0,5)∙108	(2,0±0,1)∙106	(1,7±0,3)∙107
21	(6,5±0,3)∙108	(8,0±0,2)∙108	(6,0±0,4)∙108	(5,5±0,1)∙108

Таким образом, опытным путем было установлено, что при биологическом выщелачивании цинка и меди в перколяционной установке из отходов Бурибаевского ГОК вариант опыта, в котором масса руды относилась к массе выщелачивающего раствора как 1:5, а объем раствора был равен 25 л, обеспечивал высокую степень извлечения металлов в раствор.

Institute of Biology, Ufa Sci. Centre of RAS, Ufa

Process of biological leaching of a sulphidic ores flotation waste of Buribay concentrating industrial complex in laboratory perkolator is studied. For modeling process of a bioleaching The culture IB 2 consisting of strains Acidithi-obacillus ferrooxidans and Ferroplasma sp., allocated from a natural reservoir in the territory of the Sibay branch of Uchaly concentrating industrial complex is applied. As a result of the bioleaching technology use 76% of zinc and 84% of copper was extracted.