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:     | 1 || 3 |

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

-- [ Страница 2 ] --

* В соответствие с теорией ферментативного катализа все расчеты констант (Михаэлиса и ингибирования), а также предельной скорости ферментативной реакции, ведутся в размерности «грамм на литр». Поэтому нами был проведен перерасчет процентного содержания арсенопирита и пирита в твердой фазе на содержание в «г/л» (масса твердой фазы в пересчете на объем раствора)

Так содержание арсенопирита после 120-ти часов биовыщелачивания снижается с 18,83 г/л до 0,67, 0,33 и 0,14 г/л* при использовании монокультуры и ассоциации I и II, соответственно. Для пирита эти значения составили 19,36, 14,17 и 8,56 г/л, соответственно, при исходном его содержании 57,23 г/л.

Процессы, протекающие в результате бактериального окисления упорного сульфидного золотосодержащего сырья, подчиняются теории ферментативного катализа, и описываются уравнением Михаэлиса-Ментен, дифференциальная форма которого следующая:

, где (1)

– концентрация субстрата в твердой фазе, г/л;

– кажущаяся константа Михаэлиса, г/л;

– максимально возможная скорость реакции, г/(л·ч).

Для определения параметров Vm и Km(каж.) необходимо проинтегрировать уравнение (1) при начальных условиях [S] = [S0], = 0. Далее, проводя преобразования, получаем:

, где (2)

– продолжительность процесса биоокисления, час;

– начальное содержание субстрата в твердой фазе, г/л.

Для определения кинетических параметров окисления золото-мышьяковых концентратов нами построены графики, отражающие зависимость (2) для реакций биоокисления арсенопирита и пирита концентрата Майского месторождения с использованием данных кинетических кривых биоокисления (рисунок 1).

Результаты определения максимальной скорости реакции и кажущейся константы Михаэлиса реакций биоокисления арсенопирита и пирита Майского месторождения с использованием культур микроорганизмов различного состава указывают на то, что ферментативные процессы окисления сульфидных компонентов концентратов протекают со значительным конкурентным ингибированием продуктами реакций, что согласуется с ранее проведенными исследованиями для монокультуры A.ferrooxidans.

Максимальные значения скоростей реакций и констант Михаэлиса, полученные с использованием данных полной кинетической кривой биоокисления, при ингибирующем действии продуктов реакций, принято называть эффективными кинетическими параметрами и .Окончательное уравнение, выражающее зависимость концентрации продукта ферментативной реакции от времени, с учетом конкурентного ингибирования имеет вид:

(5)

По результатам определения и невозможно определить константы Кm(каж)., Кр и Vm, так как имеем два уравнения с тремя неизвестными. Одним из способов решения данной задачи является графический метод определения начальных скоростей. Представив обработанные результаты экспериментов в координатах и и экстраполируя ординату к значению , равному S0, на прямой зависимости получим точку с координатами S0 и S0/V0. Прямая, проведенная из начала координат до этой точки, пересекает прямую зависимости от , в точке, соответствующей начальному времени реакции (в которой ингибирование продуктом реакции отсутствует) и, следовательно, 1/V0 равно тангенсу наклона проведенной прямой к абсциссе. При условии, когда S0 равно исходному содержанию выщелачиваемого минерала имеет место равенство 1/V0=1/.

Результаты определения кинетических параметров биоокисления арсенопирита и пирита различными ассоциациями микроорганизмов приведены в таблице 1 и 2.

При выщелачивании арсенопирита, как следует из таблицы 1, параметр , характеризующий предельную скорость ферментативной реакции, не изменяется при увеличении видового разнообразия микроорганизмов в используемой ассоциации. Это указывает на то, что процесс окисления арсенопирита протекает, в основном, благодаря бактериям A.ferrooxidans. На это же указывает и постоянная величина , которая характеризует прочность связывания субстрата ферментом.

Улучшение кинетики бактериального окисления арсенопирита при использовании ассоциаций различного состава можно объяснить тем, что происходит увеличение скорости биоокисления промежуточных продуктов реакций выщелачивания арсенопирита на что указывает увеличение константы ингибирования.

Таблица 1 – Кинетические параметры процесса биоокисления арсенопирита Майского месторождения

Параметры монокультура ассоциация I ассоциация II
, г/(л·час) -0,721 -1,171 -2,152
, г/л -31,480 -39,252 -55,989
, г/(л·час) 1,240 1,238 1,242
, г/л 2,727 2,760 2,745
, г/л 0,99 1,342 1,740

Таблица 2 – Кинетические параметры процесса биоокисления пирита Майского месторождения

Параметры монокультура ассоциация I ассоциация II
, г/(л·час) -0,474 -1,142 -1,998
, г/л -87,178 -128,486 -151,025
, г/(л·час) 0,960 0,975 1,335
, г/л 3,455 3,55 5,425
, г/л 1,140 1,917 3,253

Анализ изменения кинетических параметров процесса биоокисления пирита Майского месторождения ассоциациями микроорганизмов различного состава (таблица 2) позволяет сделать следующие заключения.

При использовании ассоциации I бактерий A.ferrooxidans и A.thiooxidans, как и в случае с арсенопиритом, улучшение кинетики выщелачивания пирита происходит за счет ускорения окисления промежуточных продуктов выщелачивания, в частности серы элементной. На это указывает то, что параметры и остаются неизменными, а увеличивается.

При сравнении данных коэффициентов, найденных для ассоциации II микроорганизмов, включая умеренно-термофильные бактерии, видно, что происходит увеличение предельной скорости ферментативной реакции с 0,960 до 1,335 г/(л·час) и увеличение с ~3,5 до 5,4 г/л. Это объясняется тем, что даже в мезофильных условиях (не оптимальных для микроорганизмов Sulfobacillus температуре), скорость биоокисления пирита бактериями рода Sulfobacillus выше скорости биоокисления бактериями A.ferrooxidans. При этом бактерии рода Sulfobacillus наряду с бактериями A.thiooxidans участвуют также в биоокислении S0 (по данным химического анализа самое низкое содержание элементной серы в остатках БВ определено при использовании ассоциации II).

По данным полных кинетических кривых (

рисунок 2 а, б) были рассчитаны константы скорости окисления основных сульфидных компонентов концентрата.

Для кинетических реакций первого или близких к первому порядку, можно применить метод расчета констант скорости реакций через концентрацию продукта реакции и воспользоваться следующим уравнением:

(5)

, где (6)

[P] – концентрация продукта реакции в момент времени ,

[P] – концентрация продукта реакции после завершения реакции,

– продолжительность процесса, час

– константа скорости биоокисления, ч-1.

Уравнение (6) линеаризуется в координатах и по тангенсу угла наклона полученной прямой к оси абсцисс определяется константа скорости реакции биоокисления арсенопирита (

рисунок 2 а) и пирита (рисунок 2 б).

Результаты расчетов констант скорости биоокисления основных золотосодержащих минералов представлены в таблице 3, из которой следует, что значение константы повышается при увеличении видового и родового разнообразия микроорганизмов в используемом консорциуме бактерий для выщелачивания упорного золотосодержащего концентрата.

Наибольшие значения константы скорости биоокисления арсенопирита и пирита достигаются при использовании ассоциации микроорганизмов, включая умеренно-термофильные бактерии.

а) б)

Рисунок 2 – Определение констант скорости биоокисления арсенопирита (а) и пирита (б) Майского концентрата различным консорциумом бактерий: 1 – монокультура; 2 – ассоциация I; 3 – ассоциация II.

Таблица 3 – Константы скорости биоокисления арсенопирита и пирита концентрата Майского м есторождения с использованием различного консорциума бактерий.

Консорциум бактерий Константа скорости биоокисления, час-1
Арсенопирит Пирит
Монокультура 0,027 0,009
Ассоциация I 0,033 0,012
Ассоциация II 0,041 0,016

влияние технологических параметров на формирование ассоциации микроорганизмов в процессе биоокисления упорных золотосульфидных концентратов

Наличие в пульпе бактериального выщелачивания микроорганизмов различных видов и родов ставит задачу по изучению влияния основных технологических факторов (кислотности среды и температуры) процесса биовыщелачивания на количественный и качественный состав ассоциации с целью определения оптимальных параметров технологии биоокисления.

На базе результатов микробиологического анализа среды выщелачивания по биовыщелачиванию сульфидных золотомышьяковых концентратов различного состава с использованием, как монокультуры, так и ассоциаций бактерий, проведена статистическая обработка массива данных по выявлению зависимости между концентрацией клеток микроорганизмов в жидкой фазе и температурой ведения биопроцесса. Полученные данные сведены в диаграмму, представленную на рисунке 3.

  Области температур жизнедеятельности и активного роста различных-41

Рисунок 3 – Области температур жизнедеятельности и активного роста различных микроорганизмов

По результатам изучения состава ассоциации микроорганизмов установлено, что в зависимости от температурного режима в процессе биоокисления упорного золотосодержащего сырья могут участвовать:

  • при температуре от 28°С до 45°С – ассоциация микроорганизмов из штаммов бактерий 4-х родов (Acidithiobacillus, Leptospirillum, Ferroplasma и Sulfobacillus);
  • при температуре около 45°С – ассоциация микроорганизмов из штаммов бактерий 2-х родов (Ferroplasma и Sulfobacillus);
  • при температуре более 45°С – только штаммы бактерий рода Sulfobacillus.

Таким образом, в зависимости от температурного режима ведения процесса биоокисления сульфидного золотосодержащего сырья и наличия необходимых энергетических субстратов будет доминировать та или иная температурная группа микроорганизмов.

Изучение влияния кислотности пульпы (рисунок 4) на численный состав микроорганизмов различных родов, входящих в ассоциацию, показало, что наиболее оптимальными значениями рН являются: для бактерий рода Acidithiobacillus – 1,9-2,1; Leptospirillum – 1,6-1,9; Ferroplasma – 1,5-1,7; Sulfobacillus – 1,6-1,8.

влияние температуры на биоокисление арсенопирита и пирита ассоциацией микроорганизмов, включая умеренно-термофильные бактерии

Скорость выщелачивания зависит от многих факторов: концентрации реагентов, температуры, скорости перемешивания, поверхности твердой фазы и др. Установление лимитирующей стадии и определение зависимости скорости процесса от основных технологических параметров позволяет оптимизировать условия бактериального выщелачивания концентратов и определить пути управления процессом окисления золотосодержащих сульфидов.

Выше было показано, что при различных температурах формируются ассоциации различного состава. Вследствие этого целесообразно было изучить влияние температурного фактора на биоокисление сульфидного мышьяка и железа ассоциацией микроорганизмов, включая умеренно-термофильные бактерии.

Результаты проведенного исследования представлены на рисунке 5, из которого видно, что наиболее активно арсенопирит окисляется при температуре 34-36°С.

Установлено, что в процессе бактериального выщелачивания концентрата Майского месторождения после 48 часов происходит ускорение окисления сульфидного железа при повышенных температурах (38-42°С) по сравнению с остальными температурными режимами. Это происходит в результате того, что к этому времени основная часть арсенопирита окисляется и начинается селективное окисление пирита, которое, как следует из данного эксперимента, происходит более активно при повышенных температурах.

а) б) в)
г) д)

Рисунок 4 – Влияние кислотности пульпы на 1 – максимально наблюдаемое, 2 – минимально наблюдаемое количество бактерий: а) A.ferrooxidans, б) A.thiooxidans, в) L.ferrooxidans, г) Ferroplasma, д) Sulfobacillus при биоокислении сульфидного золотосодержащего сырья.

  Кинетика биоокисления сульфидных мышьяка и железа концентрата Майского-47

Рисунок 5 – Кинетика биоокисления сульфидных мышьяка и железа концентрата Майского месторождения ассоциацией II микроорганизмов, включая умеренно-термофильные, при различных температурах: 1 – 32°С; 2 – 34-36°С; 3 – 38-42°С

Для подтверждения данного факта была изучена зависимость скорости окисления пирита после выщелачивания сульфидного мышьяка. С этой целью был наработан продукт бактериального окисления, характеризующийся наличием арсенопирита в количестве 0,8% и пирита 20,1%. В статическом режиме биоокисления была исследована зависимость скорости окисления пирита ассоциацией микроорганизмов, включая умеренно-термофильные бактерии, при различных температурах: 32°С, 34-36°С и 38-42°С.

Рисунок 6 отображает изменение ОВП пульпы и концентрации Fe+3 растворе в зависимости от продолжительности процесса при различных температурах.

Анализируя полученные данные, можно сделать вывод о том, что процессы биовыщелачивания пирита активнее протекают при повышенных температурах: 38-42°С. Об этом свидетельствует более высокое значение ОВП на протяжении всего бактериального выщелачивания в умеренно-термофильных условиях: к 120 часам это значение составило 780 мВ, по сравнению с 722 мВ для температурного режима 32°С. Отмечается и более сильное закисление пульпы при повышенных температурах, что может свидетельствовать об активном протекании окисления пирита, сопровождающееся образованием серной кислоты.

а) б)

Рисунок 6 – Изменение ОВП пульпы (а) и концентрации окисного железа в бактериальных растворах (б) в зависимости от продолжительности процесса биовыщелачивания при различных температурах: 1 – 32°С;
2 – 34-36°С; 3 – 38-42°С



Pages:     | 1 || 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.