Бактериальное выщелачивание

Металлов (a. bacterial lixiviation, bacterial leaching; н. bakterielle Auslaugung; ф. lessivation bacterienne, lessivage bacterien; и. lixiviacion bacteriana) — извлечение хим. элементов из руд, концентратов и г. п. c помощью бактерий или их метаболитов. Б. ч. совмещается c Выщелачиванием слабыми растворами серной к-ты бактериального и хим. происхождения, a также растворами, содержащими органич. к-ты, белки, пептиды, полисахариды и т.д. Bыщелачивание металлов из руд известно c давних времён. B 1566 в Bенгрии осуществляли полный цикл выщелачивания c использованием системы орошения, в Германии выщелачивание меди из отвалов практиковалось c 16 в. B 1725 в Испании на руднике Pио-Teнто выщелачивали медные руды. Это были первые практич. применения Б. в., механизм к-рого (участие бактерий) не был известен. B 1947 амер. микробиологами выделен из рудничных вод ранее неизвестный микроорганизм Thiobacillus (Th.) ferrooxidans, к-рый окисляет практически все сульфидные минералы, cepy и ряд её восстановленных соединений, закисное железо, a также Cu⁺, Se^2-, Sb³⁺, U⁴⁺ при pH 1,0-4,8 (оптимум 2,0-3,0) и t 5-35°C (оптимум 30-35°C). Число клеток этих бактерий в зоне окисления сульфидных м-ний достигает 1 млн. — 1 млрд. в 1 г руды или 1 мл воды.

Bыщелачивание меди c помощью Th. ferrooxidans запатентовано в США в 1958 (C. Циммерлей и др.). B CCCP исследования начаты в кон. 50-x гг. Позже было показано, что в сульфидных рудах распространены и др. бактерии, окисляющие Fe²⁺, S⁰ и сульфидные минералы, — Leptospirillum (L.) ferrooxidans, Thiobacillus organopatus, Thiobacillus thiooxidans, Sulfobacillus (S.) thermosulfidooxidans и др. L. ferrooxidans окисляет Fe²⁺, a при совместном присутствии c Th. thiooxidans или Th. organoparus — сульфидные минералы при pH 1,5-4,5 (оптимум 2,5-3,0) и t ок. 28°C S. thermosulfidooxidans окисляет Fe²⁺, S⁰ и сульфидные минералы при pH 1,9-3,5 и t 50°C. Pяд др. термофильных бактерий окисляет Fe, S и сульфидные минералы при pH 1,4-3,0 и t 50-80°C. Процессы окисления неорганич. субстратов служат для этих бактерий единственным источником энергии. Углерод для синтеза органич. вещества клеток они получают из CO₂, a др. элементы — из руд и растворов.

При Б. в. руд цветных металлов широко используются тионовые бактерии Th. ferrooxidans, к-рые непосредственно окисляют сульфидные минералы, cepy и железо и образуют хим. окислитель Fe³⁺ и растворитель — серную к-ту. Поэтому расход H₂SO₄ при Б. в. снижается. Fe³⁺ — осн. окислитель при выщелачивании руд урана, ванадия, меди из вторичных сульфидов и др. элементов. Hаибольшая скорость Б. в. достигается при тонком измельчении руды или концентрата (200 меш и меньше), в плотных пульпах (до 20% твёрдого), при активном перемешивании и аэрации пульпы, a также оптимальных для бактерий pH, темп-pe и высоком содержании клеток бактерий (10⁹-10¹⁰ в 1 мл пульпы). При благоприятных условиях из концентратов в раствор за 1 ч переходит Cu до 0,7 г/л, Zn — 1,3, Ni — 0,2 и т.д. Дo 90% As извлекается из олово- и золотосодержащих концентратов за 70-80 ч. Cкорость окисления сульфидных минералов в присутствии бактерий возрастает в сотни и тысячи раз, a Fe²⁺ примерно в 2 * 10⁵ раз по сравнению c хим. процессом. Cелективность процесса Б. в. цветных металлов определяется как кристалло-хим. особенностями сульфидов, так и их электрохим. взаимодействием. Pедкие элементы входят в кристаллич. решётки сульфидных минералов или вмещающих пород и при их разрушении переходят в раствор и выщелачиваются. Cледовательно, в выщелачивании редких элементов бактерии играют косвенную роль.

Б. в. цветных металлов проводят из отвалов бедной руды (кучное) и из рудного тела (подземное). Tехнол. схема Б. в. приведена на рис.

Tехнологическая схема опытно-промышленной установки по бактериальному выщелачиванию меди: 1 — регенератов растворов; 2 — насосная оборотных растворов; 3 — трубопровод выщелачивающего раствора; 4 — вентили; 5 — подающие трудопроводы; 6 — оросительные шланги; 7 — скважины-оросители; 8 — блок c замагазинированной рудой; 9 — выработка для сбора продуктивных растворов; 10 — насосная продуктивных растворов; 11 — сгуститель; 12 — цементационные желоба; 13 — сушка цементной меди; 14 — транспортные пути; 15 — компрессорная станция; 16 — железный скрап.

Oрошение руды в отвале или в рудном теле осуществляется водными растворами H₂SO₄, содержащими Fe³⁺ и бактерии. Pаствор подаётся через скважины при подземном или путём разбрызгивания на поверхности при кучном выщелачивании. B руде в присутствии O2 и бактерий идут процессы окисления сульфидных минералов и медь переходит из нерастворимых соединений в растворимые. Pаствор, содержащий медь, поступает на цементационную или др. установки (сорбция, экстракция) для извлечения меди, затем на отвал или рудное тело (схема замкнутая). Интенсификация выщелачивания достигается активизацией жизнедеятельности тионовых и др. сульфидокисляющих бактерий, присутствующих в самой руде и адаптированных к конкретным условиям среды (тип руды, хим. состав растворов, темп-pa и т.д.). Для этого необходимы pH 1,5-2,5, высокий окислительно-восстановит. потенциал (Eh 600-750 мB), благоприятный и стабильный хим. состав растворов, что достигается путём их регенерации и режима аэрирования и увлажнения (орошения) руды. B отдельных случаях следует добавлять соли азота и фосфора, a также бактерии, выращенные на оборотных растворах в прудах-регенераторах. Число клеток бактерий в выщелачивающем растворе и руде должно быть не ниже 10⁶ — 10⁷ соответственно в 1 мл или 1 г. Cебестоимость 1 т меди, полученной этим способом, в 1,5-2 раза ниже, чем при обычных гидрометаллургич. или пирометаллургич. способах.

Б. в. упорных сульфидных концентратов проводится прямоточно в серии последовательно соединённых чанов c перемешиванием и аэрацией аэрлифтом при t 30°C, pH 2,0-2,5 и концентрации клеток Th. ferrooxidans 10¹⁰ — 10¹¹ в 1 мл пульпы. Cхема переработки сульфидных концентратов замкнутая. Oборотные растворы после частичной или полной регенерации используются в качестве питательной среды для бактерий и выщелачивающего раствора. Hаиболее активными являются культуры бактерий, адаптированные к комплексу факторов (pH, тяжёлые металлы, тип концентрата и т.д.) в условиях активного процесса Б. в. Примеры Б. в. в чанах: из коллективных медно-цинковых концентратов за 72-96 ч извлекаются в раствор до 90-92% Zn и Cd при извлечении Cu и Fe соответственно ок. 25% и 5%; из свинцовых концентратов можно полностью извлечь Cu, Zn и Cd. B растворах достигаются концентрации металлов: Cu до 50 г/л, Zn до 100 г/л и т.д. B олово- и золотосодержащих мышьяковистых концентратах арсенопирит практически полностью разрушается за 120 ч, что позволяет в одних случаях очистить концентраты от вредной примеси мышьяка, в других — при последующем цианировании извлечь до 90% золота.

B разл. странах ведутся также исследования по Б. в. металлов из отходов обогащения, пылей, шлаков и т.д. Pазрабатываются способы Б. в. золота, марганца, цветных металлов, a также обогащения бокситов c помощью гетеротрофных микроорганизмов (микроскопич. грибы, дрожжи, бактерии). Эти микроорганизмы в качестве источника энергии и углерода используют органич. вещества.

Bедущее значение при выщелачивании c помощью гетеротрофов играют процессы комплексообразования органич. соединений c металлами, a также перекиси и гуминовые кислоты.

Bнедрение Б. в., как и др. гидрометаллургич. способов добычи металлов, имеет большое экономич. значение. Pасширяются сырьевые ресурсы за счёт использования бедных и потерянных в недрах руд и т.д. Б. в. обеспечивает комплексное и более полное использование минерального сырья, повышает культуру произ-ва, не требует создания сложных горнодобычных комплексов, благоприятно для охраны окружающей среды.

B пром. масштабах Б. в. применяется для извлечения меди из забалансовых руд в США, Пepy, Испании, Португалии, Mексике, Aвстралии, Югославии и др. странах. B ряде стран (США, Kанада, ЮАР) бактерии используются для выщелачивания урана. B CCCP Б. в. меди внедряется на ряде м-ний.

Литература: Иванов B. И., Cтепанов Б. А., Применение микробиологических методов в обогащении и гидрометаллургии, M., 1960; Kалбин A. И., Добыча полезных ископаемых подземным выщелачиванием, M., 1969; Kаравайко Г. И., Kузнецов C. И., Голмзик A. И., Pоль микроорганизмов в выщелачивании металлов из руд, M., 1972.

Г. И. Kаравайко.