Извлечение металлов из забалансовых руд, вскрышных пород и отходов обогатительных фабрик

Окисление сульфидов с участием микроорганизмов

Длительное время считали, что окисление сульфидов в рудах идет чисто химичес­ким путем в результате воздействия на сернистые соединения металлов воды, кислорода воздуха, серной кислоты, сульфата железа (III) и других окислителей. Например, на месторождении "Рио-Тинто" (Испания) кучное выщелачивание ме­ди осуществляли почти в течение трехсот лет, не подозревая об участии бактерий в этом процессе. Лишь в последнее время выяснили, что окисление сульфидов меди протекает сравнительно быстро благодаря присутствию в руде микроорга­низмов. В настоящее время большая роль бактерий в процессе окисления суль­фидных минералов получила всеобщее признание, и в ряде зарубежных стран мик­роорганизмы эффективно используют для промышленного производства меди под­земным и кучным выщелачиванием.

При более детальном изучении процесса выщелачивания выяснилось, что мик­роорганизмы имеются на многих месторождениях сульфидных руд и активно "работают" независимо от участия человека. Однако их деятельность при этом прохо­дит не в оптимальных условиях и поэтому недостаточно эффективно.
Не так давно советскими исследователями выявлено наличие микроорганизмов на медных месторождениях нашей страны. Так, на Кальмакырском карьере в ре­зультате детального изучения рудного тела было установлено наличие тионовых бактерий. Указанные микроорганизмы обнаружены как в дренирую­щих рудничных водах у стен и днища карьера, так и в мелкодробленой руде и по­роде, взятой из различных участков карьера.
Подобные бактерии были найдены в различных количествах в рудничных водах и по всей глубине рудного тела месторождения "Левиха" Дегтярского рудника. Штаммы бактерий были выделены на Коунрадском месторождении медных руд. Особый вид бактерий был обнаружен на Хайдарканском и Кадамджайском сурьмяных месторождениях.
Первый патент на метод регенерации трехвалентного сульфата железа, вы­щелачивание меди и цинка из бедных руд, а также на биологическое обогащение молибденовых, железо-хромовых и железо-титановых концентратов с помощью бактерий был получен американской фирмой "Концерн Кеннекот корпорейшн" в 1958г.
В результате исследовательских и опытных работ было установлено, что бак­терии Thiobacillus ferrooxidans и Thiobacillus thiooxidans играют различную роль в процессе окисления сульфидов цветных металлов. Наиболее активны бактерии Th. ferrooxidans. По данным исследователей, этот вид мик­роорганизмов способен окислять многие сульфиды цветных металлов и, в частно­сти, FeS, FeS₂, CuS, Cu,S, CuFeS₂, Cu₅FeS₄, FeAsS, AsS, As₂S₃, CoAsS, (Fe, Ni),S_B, NiS, Sb₂S₃, MoS₂, ZnS, PbS, а также переводить FeSO₄ в Fe₂(SO₄)₃. Роль бакте­рий Th. thiooxidans сводится в основном к окислению элементарной серы до шести­валентной(S⁶⁺).
Эти бактерии способны также окислять сульфид сурьмы (антимонит).
Следует отметить, что окисление сульфидов цветных металлов происходит одно­временно как при помощи химических реакций, так и посредством микроорганиз­мов. Поэтому четкого разделения этого процесса при выщелачивании руд на хими­ческие и биологические реакции осуществить невозможно, учитывая весьма слож­ный характер микробиологических превращений в процессе взаимодействия бакте­рий с сульфидами. Даются только схематичные представления о хи­мизме процессов окисления сульфидов с участием микроорганизмов, исходя из того, какой фактор преимущественно действует в данной реакции — химический или биологический.
Например, реакции в процессе бактериального выщелачивания пирита протека­ют следующим образом:



(химическое взаимодействие с участием Th. ferrooxidans);

(с участием Th. ferrooxidans);

(химическое взаимодействие);

(с участием Th. thiooxidans и Th. ferrooxidans).
В присутствии пирита равновесие между Fe²⁺ и Fe³⁺ устанавливается при содер­жании в растворе около 65 % Fe³⁺ , т.е. скорость бактериальной регенерации Fe³⁺ несколько выше скорости его восстановления при взаимодействии с пиритом.
Аналогично можно представить и реакции окисления сульфидов меди, наг мер халькопирита:

(химическое взаимодействие с участием Th. ferrooxidans);

(с участием Th. ferrooxidans);

(химическое взаимодействие);

(с участием Th. thiooxidans и Th. ferrooxidans).
Выщелачивание халькозина и ковеллина с участием бактерий протекает следующим схемам:

(химическое взаимодействие с участием Тh. ferrooxidans);

(химическое взаимодействие);
.
(химическое взаимодействие);

(химическое взаимодействие с участием Th. ferrooxidans).
Как показано ранее, при наличии в растворах сульфата Fe (III) окисление идет в две стадии по химическим реакциям


;
.

Элементарная сера превращается в дальнейшем в серную кислоту под воздейвием бактерий, как это показано выше. Серная кислота получается отчасти и в результате гидролиза сульфата железа (III).

Из приведенных примеров следует, что при наличии в медных рудах сульфидов железа бактериальное выщелачивание сопровождается образованием сульфата

Рис. 2. Схема бактериального окисления сульфидов:

1— непосредственное окисление сульфидов (MeS) до сульфатов (MeSO₄);