авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Интенсификация технологии бактериального выщелачивания упорных золотосульфидных концентратов с использованием ассоциации микроорганизмов, включая умеренно-тер

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Заулочный Павел Александрович

интенсификация технологии бактериального выщелачивания упорных золотосульфидных концентратов с использованием ассоциации микроорганизмов, включая умеренно-термофильные бактерии

Специальность 25.00.13 – Обогащение полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии «Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт цветных и благородных металлов» (ФГУП ЦНИГРИ)

в отделе обогащения минерального сырья

Научный руководитель доктор технических наук Седельникова Галина Васильевна
Официальные оппоненты профессор, доктор технических наук Соложенкин Петр Михайлович кандидат технических наук Фомченко Наталья Викторовна

Ведущая организация – Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» (НИТУ МИСиС)

Защита состоится «15» февраля 2011 г. в 14 час. 00 мин на заседании диссертационного совета № Д 002.074.01 при Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук по адресу: 111020, г. Москва, Крюковский тупик, д.4; тел./факс 8 (495) 360-89-60

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УРАН ИПКОН РАН.

Автореферат разослан « » января 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук Папичев В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. По итогам работы золотодобывающей промышленности в 2009 году, Россия, обладая высоким ресурсным потенциалом золота в недрах и значительным резервом разведанных месторождений, занимает лишь пятое место среди золотодобывающих стран.

При этом минерально-сырьевая база золота России, по разведанной массе запасов, достаточна для наращивания золотодобычи. Преобладающее количество запасов золота (59 %) сосредоточено в собственно золоторудных месторождениях, из которых четвертую часть составляют упорные золото-мышьяковые руды, характеризующиеся преимущественной или существенной ролью тонкодисперсного золота, связанного с мышьяковистым пиритом и арсенопиритом.

В мировой практике для переработки такого упорного золотосодержащего сырья в основном применяют следующие методы: окислительный обжиг, автоклавное выщелачивание или биогидрометаллургическую технологию. При разработке и выборе новых эффективных процессов извлечения золота из упорного сульфидного сырья специалисты отдают предпочтение гидрометаллургическим методам, так как в этом случае, наряду с достижением высоких технико-экономических показателей, исключается загрязнение окружающей среды вредными газовыми и пылевыми выбросами мышьяка, серы, сурьмы и др. При сравнении автоклавного метода вскрытия упорного золота и биовыщелачивания выявляются некоторые преимущества бактериальной технологии: более высокие показатели по извлечению золота, простота технологического оборудования, более низкие капитальные и эксплуатационные расходы, отсутствие высоких температур и давлений.

Вопросам изучения процесса бактериального окисления упорного золотосодержащего сырья посвящены труды видных отечественных и зарубежных ученых: С.И. Полькин, Э.В. Адамов, В.В. Панин, Г.И. Каравайко, Т.Ф. Кондратьева, Т.А. Пивоварова, Г.В. Седельникова, П.М. Соложенкин, В.П. Небера, А.В. Белый, Brierly C.L., van Aswegen P.C., Silverman M. P., Crundwell F.K., Sand W., Tuovinen O. H. и др.

Существующие способы бактериального окисления упорного золотосодержащего сырья характеризуются большой продолжительностью процесса (5-6 суток) и неполным окислением наиболее упорного золотосодержащего сульфида – пирита (45-60%). Поэтому проблема интенсификации бактериального окисления упорного золотосульфидного сырья является актуальной.

Цель работы Интенсификация технологии бактериального окисления упорных золотосульфидных концентратов с использованием ассоциации микроорганизмов, включая умеренно-термофильные бактерии.

Основная идея работы заключается в использовании ассоциации микроорганизмов, включая умеренно-термофильные бактерии, для ускорения процесса биоокисления золотосодержащих сульфидов – арсенопирита и пирита – в двухстадиальном температурном режиме.

Методы исследований: изучение вещественного состава концентрата с применением пробирного и химического анализов (атомно-абсорбционного, масс-спектрометрического и атомно-эмиссионного с индуктивно связанной плазмой), метода анализа изображений, оптической и электронной микроскопии, лабораторных и укрупненно-лабораторных испытаний.

Основные задачи исследований:

– выбор штаммов бактерий для создания ассоциации микроорганизмов эффективно окисляющей золотосодержащие сульфидные минералы упорного концентрата;

– теоретическое изучение процесса биоокисления упорного золотосульфидного концентрата различными ассоциациями микроорганизмов с точки зрения ферментативного катализа;

– исследование условий формирования ассоциации и ее жизнедеятельности в зависимости от основных технологических параметров биовыщелачивания;

– изучение влияния температурного режима на кинетику биоокисления основных золотосодержащих сульфидов ассоциацией микроорганизмов, включая умеренно-термофильные бактерии;

– разработка технологии бактериального окисления с использованием рекомендуемой ассоциации микроорганизмов на примере упорного концентрата Майского месторождения;

– апробация разработанной технологии для биоокисления концентрата месторождения Кючус.

Научная новизна

  1. Впервые исследована кинетика бактериального окисления упорного золотосульфидного концентрата различным консорциумом бактерий с точки зрения теории ферментативного катализа. На основе выполненных расчетов констант скорости окисления сульфидов показаны преимущества использования ассоциации микроорганизмов, включая умеренно-термофильные, по сравнению с монокультурой Acidithiobacillus ferrooxidans.
  2. Установлено, что в процессе бактериального окисления арсенопирита определяющую роль выполняют бактерии Acidithiobacillus ferrooxidans. Интенсификация его биоокисления ассоциацией микроорганизмов происходит в результате ускорения окисления промежуточных продуктов реакции.
  3. Установлено, что при использовании рекомендуемой ассоциации бактерий с изменением температуры с 32°С до 42°С уменьшается энергия активации, увеличивается скорость биовыщелачивания в 1,7 раза и повышается степень окисления пирита.

Практическое значение работы заключается в разработке двухстадиальной технологии биоокисления упорных золотосульфидных концентратов с применением ассоциации микроорганизмов, включая умеренно-термофильные бактерии, которая обеспечивает высокую степень окисления сульфидов и высокое извлечение золота – 94-98% при снижении продолжительности процесса со 120 до 90-96 часов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов, полученных в диссертационной работе, основывается на использовании большого объема экспериментальных данных, их статистической обработке, современных методах химического анализа.

Личный вклад автора заключается в проведении литературного обзора, постановке цели и задач исследований, выполнении экспериментов по бактериальному выщелачиванию упорных золотосульфидных концентратов и извлечению золота из продуктов биоокисления, теоретических расчетов кинетических параметров процесса биоокисления сульфидов различными ассоциациями бактерий, анализе и обобщении полученных результатов.

Основные защищаемые положения

  1. Научно-обоснованный выбор ассоциации хемолитотрофных микроорганизмов, включая умеренно-термофильные бактерии, для интенсификации процесса бактериального выщелачивания упорных золотосульфидных концентратов основан на изучении кинетических закономерностей процесса окисления сульфидных минералов различными культурами бактерий и формировании ассоциации, характеризующейся видовым и родовым разнообразием бактерий, обладающих наибольшей активностью к окислению сульфидов и «вскрытию» упорного золота в оптимальных для них условиях.
  2. Бактериальное окисление основного золотосодержащего минерала – арсенопирита – с помощью ассоциации микроорганизмов, включающей умеренно-термофильные бактерии, рекомендуется проводить в мезофильных условиях при t=34-36°C, в которых наибольшую окислительную активность имеют штаммы Acidithiobacillus ferrooxidans, о чем свидетельствуют практически неизменные значения кинетических параметров процесса: предельная скорость ферментативной реакции и кажущаяся константа Михаэлиса, которые не зависят от видового разнообразия микроорганизмов в исследуемых ассоциациях.
  3. Повышение максимальной скорости бактериального окисления пирита (с 3,45 до 5,42 г/л в сутки) и доокисление элементной серы эффективнее протекает в умеренно-термофильных условиях при t=38-42°С с использованием ассоциации микроорганизмов, включающей умеренно-термофильные бактерии Sulfobacillus и археи Ferroplasma.
  4. Разработанная технология и режимы бактериального выщелачивания золотосульфидного концентрата с применением ассоциации микроорганизмов, включающей умеренно-термофильные бактерии, предусматривает двухстадиальное окисление: на I стадии при t=34-36°С – преимущественно арсенопирита, на II стадии при температуре t=38-42°С – пирита и обеспечивает эффективную переработку концентратов пирит-арсенопиритового типа с высокой степенью окисления: 98,7% арсенопирита и 87,3% пирита, извлечение золота 98% при снижении продолжительности выщелачивания со 120 до 90 часов.

Реализация результатов работы. Рекомендуемая биогидрометаллургическая технология использована в ОАО «Якутская горная компания» при разработке технологического регламента и составлении технико-экономического обоснования для проектирования промышленного предприятия по переработке упорных руд Кючусского месторождения.

Апробация работы: Основные результаты работы и ее отдельные положения докладывались на научном симпозиуме «Неделя горняка» (2007-2010, Москва); на 4-ой и 5-ой Международной научной школе молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (2007, 2008, Москва); на научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Актуальные проблемы геологического изучения недр и воспроизводства минерально-сырьевой базы твердых полезных ископаемых» (2008, Москва); на Международном конгрессе обогатителей «International Mineral and Process Congress» (2008, China, Beijing; 2010, Australia, Brisbane); на V-м Московском Международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (2009, Москва); на VII-м конгрессе обогатителей стран СНГ (2009, Москва).

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 статья планируется к изданию в Цветных металлах №1, 2011 г.

Объем работы. Диссертация изложена на 168 стр., состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка использованной литературы из 153 наименований, содержит 57 рисунков и 23 таблицы.

основное содержание работы

Во введении дано обоснование актуальности темы исследований, сформулированы цель, идея и задачи работы, основные защищаемые положения, научная новизна, практическая значимость, приведены сведения о методах исследований, апробации работы и публикациях автора.

направления ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ БиоОКИСЛЕНИЯ УПОРНЫХ ЗОЛОТОСУЛЬФИДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

Ведущую роль в биогидрометаллургических технологиях переработки различного минерального сырья играют бактерии Acidithiobacillus ferrooxidans (A.ferrooxidans). Их несомненными преимуществами являются: способность окислять большой круг субстратов и адаптироваться к окружающим условиям среды.

Процессы бактериального выщелачивания сульфидных минералов характеризуются постоянными изменениями физико-химических параметров пульпы: происходит накопление ионов тяжелых металлов, увеличивается кислотность пульпы, в результате чего активность данных бактерий падает, что приводит к снижению скорости выщелачивания.

Основной тенденцией интенсификации процесса бактериального окисления сульфидных руд и концентратов является использование ассоциаций микроорганизмов Acidithiobacillus с новыми высокоэффективными штаммами бактерий, способными окислять сульфидные минералы, Fe+2 и элементную серу в широком интервале значений рН и температуры, что должно позволить проводить процесс в условиях гибкого регулирования физико-химических параметров пульпы.

В ЦНИГРИ, совместно с сотрудниками ИНМИ РАН, проведен качественный анализ микрофлоры технологических пульп чанового биоокисления упорных золотосульфидных концентратов, в результате чего был установлен широкий спектр микроорганизмов, участвующих в процессах биоокисления: выявлены бактерии родов Acidithiobacillus, Leptospirillum, Sulfobacillus, а также архебактерии, принадлежащие к роду Ferroplasma.

Впервые идея регулирования температуры в процессе биовыщелачивания была выдвинута ИНМИ РАН (Меламуд, 1999). Было показано, что при выщелачивании упорного золотосульфидного концентрата Нежданинского месторождения с применением ассоциации бактерий Acidithiobacillus ferrooxidans и Sulfobacillus thermosulfidooxidans в переменном температурном режиме достигается интенсификация процесса по сравнению с постоянной температурой 30°С. Однако авторы не обосновали температурный режим первой стадии биоокисления и не изучили влияние родового и видового разнообразия ассоциации микроорганизмов на процесс бактериального выщелачивания.

В настоящей работе выполнены исследования по научному обоснованию выбора бактерий для создания ассоциации микроорганизмов, эффективно окисляющей сульфидные золотосодержащие минералы, путем изучения потенциальной активности биоокисления различных энергетических субстратов представителями родов Acidithiobacillus, Leptospirillum, Sulfobacillus и Ferroplasma, а также кинетических закономерностей бактериального выщелачивания упорного золотосульфидного концентрата ассоциациями различного состава, и влияния температуры на биовыщелачивание основных золотосульфидных минералов.

выбор бактерий и кинетические закономерности биоокисления сульфидных минералов различными ассоциациями бактерий

Одним из основных биологических факторов, по которому можно оценить активность микроорганизмов и скорость окисления энергетических субстратов является максимальная удельная скорость роста бактерий на данном субстрате.

Сравнительный анализ данных Кондратьевой Т.Ф., Пивоваровой Т.А. и др. по скорости роста бактерий в оптимальных для них условиях на различных энергетических субстратах показал, что бактерии Sulfobacillus являются наиболее активными при росте на Fe+2, пирите и элементной сере при повышенных температурах. В мезофильных условиях наибольшей скоростью роста обладают: при использовании элементной серы в качестве субстрата Acidithiobacillus thiooxidans (A.thiooxidans), а при использовании закисного железа при повышенной кислотности – Leptospirillum ferroxidans (L.ferroxidans). Использование архей Ferroplasma для окисления Fe+2 также перспективно при пониженных значениях рН пульпы. Однако данные археи не всегда обнаруживались в пульпах биовыщелачивания. Вследствие этого при формировании ассоциации, включающей умеренно-термофильные бактерии, были взяты микроорганизмы A.ferrooxidans и A.thiooxidans, L.ferrooxidans и Sulfobacillus.

Для проведения экспериментов по определению кинетических параметров процесса бактериального окисления сульфидных минералов использовали три различных консорциума бактерий: монокультура мезофильных A.ferrooxidans; ассоциация I, состоящая из A.ferrooxidans + A.thiooxidans и ассоциация II, включающая умеренно-термофильные микроорганизмы: A.ferrooxidans + A.thiooxidans + Sulfobacillus + Leptospirillum.

Исследования проводили на концентрате Майского месторождения с содержанием золота 98,0 г/т, арсенопирита 10,0%, пирита 30,4%. Упорность концентрата обуславливается тонкой вкрапленностью золота в сульфиды. Извлечение золота цианированием составляет 11,6%. Бактериальное окисление концентрата проводилось в непрерывном режиме при t=32-34°C, Т:Ж=1:5 и продолжительности процесса 120 часов.

Результаты изучения кинетики бактериального окисления сульфидных минералов показывают, что рассматриваемый процесс протекает наиболее интенсивно при использовании ассоциации микроорганизмов, включая умеренно-термофильные бактерии (рисунок 1).

а) б)

Рисунок 1 – Изменение содержания арсенопирита (а) и пирита (б) в продуктах бактериального окисления в зависимости от продолжительности процесса



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.