Разработка способа выщелачивания сульфидных концентратов сернокислыми растворами трехвалентного железа, полученными иммобилизированной биомассой : на примере никельсодержащего пирротинового концентрата Талнахской ОФ

• Автор: Гусаков, Максим Сергеевич
• Шифр специальности: 25.00.13, 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ
ПРОДУКТОВ И ПРИМЕНЕНИЯ БАКТЕРИАЛЬНОГО ОКИСЛЕНИЯ
ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ
1Л Методы переработки медно-никелевых продуктов
1.2 Особенности переработки никельсодержащих пирротиновых
концентратов
1.3 Технологии чанового бактериального выщелачивания сульфидных
концентратов
1.4 Концентрирование микроорганизмов применением иммобилизации
Выводы по 1 главе
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Минералого-технологическое изучение вещественного состава
никельсодержащего пирротинового концентрата
2.2 Применяемые для окисления железа бактерии
2.3 Подготовка сернокислых растворов трехвалентного железа
2.4 Методики определения состава и свойств растворов
2.4Л Масс-спектрометрический метод «МАЛДИ» исследования ионного
состава растворов
2.4.2 Методика определения ИК-спектров
2.4.3 Методика определения концентрации железа, меди и никеля в
растворе
2.4.4 Определение окислительной активности бактерий
2.5 Лабораторная установка для бактериального выщелачивания
Выводы по 2 главе
ИЗУЧЕНИЕ СОСТАВА И СВОЙСТВ БАКТЕРИАЛЬНЫХ РАСТВОРОВ
ТРЕХВАЛЕНТНОГО ЖЕЛЕЗА
3.1 Особенности состава сернокислых бактериальных растворов Ге(Ш)
3.2 Изучение окислительных свойств бактериальных растворов
трехвалентного железа
3.3 Особенности реологических свойств бактериальных растворов
трехвалентного железа
3.4 Технологические свойства бактериальных сернокислых растворов
трехвалентного железа
Выводы по 3 главе
РАЗРАБОТКА ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ БИООКИСЛЕНИЯ
ЖЕЛЕЗА И ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ СУЛЬФИДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ
4.1 Исследования влияния состава и параметров среды на активность
железоокисляющих бактерий
4.1.1 Влияние концентрации ионов металлов на активность бактерий
4.1.2 Влияние флотационных реагентов на активность
железоокисляющих бактерий
4.1.3 Влияние кислотности среды на активность бактерий
4.2 Изучение параметров бактериального выщелачивания металлов из никельсодержащего пирротинового концентрата
4.3 Изучение концентрирования бактерий методом иммобилизации
4.3.1 Скорость окисления железа иммобилизованной биомассой
4.3.2 Исследование прочности закрепления биомассы на материале
4.3.3 Влияние скорости разбавления на окисление закисного железа
4.3.4 Влияние температуры на окисление закисного железа
иммобилизованной биомассой
4.3.5 Изучение дыхательной активности иммобилизованной биомассы
при окислении закисного железа
4.4 Изучение параметров и режимов выщелачивания никельсодержащего пирротинового концентрата растворами трехвалентного железа окисленного иммобилизованной биомассой
4.4.1 Влияние температуры выщелачивания
4.4.2 Влияние концентрации трехвалентного железа
4.4.3 Влияние плотности пульпы
4.4.4 Влияние интенсивности перемешивания
Выводы по 4 главе
5 ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ НИКЕЛЬСОДЕРЖАЩЕГО
ПИРРОТИНОВОГО КОНЦЕНТРАТА
5.1 Технология интенсивного выщелачивания сульфидных
концентратов с использованием бактерий
5.2 Изучение флотационного выделения металлов из кека
выщелачивания никельсодержащего пирротинового концентрата
5.3 Расчет технико-экономических показателей применения разработанной технологии переработки никельсодержащего пирротинового концентрата
Выводы по 5 главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ
В стратегии развития металлургической промышленности Российской Федерации до 2015 года одним из приоритетных направлений развития цветной металлургии определено использование более экологически чистых гидрометаллургических процессов, обеспечивающих, помимо снижения выбросов вредных веществ, вовлечение в производство низкокачественных промпродуктов и повышение комплексности использования сырья.
Выделяемый при флотационном обогащении сульфидных медно-никелевых руд упорный промпродукт - никельсодержащий пирротиновый концентрат, содержащий 0,7-2,8% никеля, 0,2-1,0% меди и металлы платиновой группы (МПГ), складируют или перерабатывают с богатыми никелевыми концентратами методом рудной плавки. Самостоятельная переработка такого продукта, получаемого на Талнахской ОФ, осуществляется на Надеждинском металлургическом заводе (НМК) в г. Норильске с применением автоклавного выщелачивания и последующей серосульфидной флотацией кеков выщелачивания, в процессе которой в значительной степени теряются МПГ с мелкодисперсными гидратами железа и плавами серы, образующимися при температуре 130-150°С. Процесс характеризуется высокими энергетическими и капитальными затратами. Помимо текущего промпродукта Талнахской ОФ, в Норильском регионе находится большое количество лежалого пирротинового концентрата.
Одним из вариантов гидрометаллургической переработки таких продуктов является бактериальное выщелачивание. Результаты расчетов и практический опыт показывает, что применение бактерий для выщелачивания упорных сульфидных концентратов является наименее затратным и несложно реализуемым способом. Бактериальное выщелачивание сульфидных руд и концентратов не требует больших эксплуатационных затрат на переработку, так как окисление сульфидов проводится ионами трехвалентного железа в растворе серной кислоты, которые регенерируются микроорганизмами, применение других реагентов для перевода Ре(П) в Ре(Ш) не требуется. Температурный режим процесса (35-45°С) позволяет исключить образование продуктов, усложняющих дальнейшую переработку кеков выщелачивания. Недостатками бактериального выщелачивания являются низкая скорость окисления двухвалентного железа в виду недостаточной концентрации биомассы в растворе, значительное влияние на активность бактерий факторов среды и большая продолжительность процесса (120-180 часов), что снижает эффективность и рентабельность гидрометаллургической переработки.

При эксплуатации колонн с иммобилизованными бактериями АсійіИііоЬасіІІиз Ґєітоохісіаш обнаружено образование осадка. Определено, что в состав осадков входят ярозиты калия и аммония, и одно соединение, состав которого точно определен. Образование ярозитов происходит по уравнениям реакций (12-13):
ЗБе3+ + К+ + 6Н20 + 2Б042~ = КРе3(804)2(0Н)6 + 6Н+ (12)
ЗРе3+ + ИН/ + 6Н20 + 28042“ = NH4Feз(S04)2(0H)6 + 6Н+ (13)
Образующиеся осадки могут забивать поры на поверхности материала (рисунок 6), уменьшая удельную площадь поверхности и снижая производительность биокатализатора [41].
Поверхность материала до Поверхность материала после
биоокисления биоокисления железа
Рисунок 6 - Образование осадков на поверхности пенополиуретановой пена в результате окисления железа иммобилизованной биомассой
Образование осадка ярозита на материале иммобилизаторе может положительно влиять на адсорбцию бактерий и даже является необходимым условием для иммобилизации некотрых микроорганизмов [38,39,42]. Осадок ярозита характеризуется высокой пористостью, что способствует увеличению удельной площади поверхности адсорбента, которое повышает количество иммобилизированных клеток на материале и скорость окисления закисного железа. Формирование осадка зависит от концентрации Ре(ІІІ) в растворе и значении pH раствора, чем выше концентрация Ре(Ш) в растворе, тем больше образуется осадка, и чем ниже pH, тем меньше образуется осадка. Установлено, что биоокисление железа необходимо вести при pH меньше 1,8, при увеличении pH количество осадка сильно увеличивается, он переходит в раствор и снижает проницаемость адсорбента для раствора.