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

2 — регенерация сульфата железа (III); 3- окисление пирита и элементарной серы

железа (III) и серной кислоты, получающейся в результате гидролиза этой соли и окисления элементарной серы. При окислении сульфидов меди, не содержащих железа, серная кислота и сульфат окиси железа (III) не образуются. Другими сло­вами, чисто медные сульфидные руды для своего растворения требуют расхода серной кислоты, а руды, содержащие сульфиды железа, теоретически могут выщела­чиваться без использования серной кислоты (при условии, что на пустую породу кислота также не расходуется).

Другой важный вывод состоит в том, что в процессе бактериального выщелачи­вания медных руд, содержащих сульфиды железа, наряду с бактериями активно участвует как окислитель сульфат трехвалентного железа, в образовании и регене­рации которого большая роль принадлежит микроорганизмам Th. ferrooxidans. По­лучающаяся в результате взаимодействия сульфата железа (III) с сульфидами эле­ментарная сера окисляется в основном другим видом микроорганизмов, а именно бактериями Th. thiooxidans.
Окисление сульфидов микроорганизмами в присутствии пирита описывается схемой, представленной на рис. 2. Интенсифицирующее влияние бактерий на окис­ление сульфидов показано на рис. 3, из которого видно, что микроорганизмы уско­ряют процесс окисления сульфидов меди в несколько раз, однако для некоторых сернистых соединений меди это ускорение проявляется в меньшей степени.
Нужно, однако, подчеркнуть, что для промышленного использования микроорганизмов в качестве интенсифицирующего средства для выщелачивания сульфидных руд требуются особые условия, отсутствие которых во многих случаях приводит к отрицательным результатам и даже к гибели бактерий. Поэтому необходимо знать и строго соблюдать специфические условия жизнедеятельности микроорганизмов и в особенности кислотность среды, температуру и солевой состав растворов, насыщенность кислородом воздуха, присутствие поверхностно-активных веществ и др.
В частности, для развития Th. ferrooxidans в присутствии ионов железа необхо­дима определенная кислотность среды, не выходящая за пределы рН = 1,7 3,5. При рН = 0,3 неадаптированные к кислоте клет­ки погибают, а при рН > 6 становятся неактивными. Последнее легко объяснимо, если вспомнить, что гидролиз сульфата железа (II) также начинается при рН > 6 и образующаяся гидроокись препятствует контакту клетки со средой. При рН > 7 эти микроорганизмы вообще лишаются источника энергии для своей жизнедеятельности — сульфата железа (II). В литературе имеются сведения о том, что неко­торые разновидности Th. ferrooxidans живучи и при значительных отклонениях от оптимального значения среды, но в практике бактериального выщелачивания под­тверждения этому не найдено.
Знание кислотного режима бактериального выщелачивания имеет важное зна­чение еще и потому, что в отдельных случаях для орошения упорных сульфидных руд необходима повышенная концентрация кислоты в рабочих растворах, которая может не совпадать с оптимумом кислотности для интенсивной деятельности микроорганизмов.
руд необходима повышенная Концентрация кислоты в рабочих растворах, которая может не совпадать с оптимумом кислотности для интенсивной деятельности мик­роорганизмов. В таких случаях необходимо предварительно опытным путем уста­новить, что выгоднее для конкретных условий — бактериальное или обычное сер­нокислотное выщелачивание.
По мнению большинства исследователей, наиболее благоприятным для жизне­деятельности Th. ferrooxidans температурным интервалом является 28—35°С. При 40 С активность бактерий снижается наполовину, а при 50°С они гибнут. О нали­чии бактерий, способных развиваться при более низких температурах, в литерату­ре имеются только отрывочные сведения. Минимальная температура, при кото­рой еще происходит бактериальное окисление сульфидов, до сих пор точно не ус­тановлена и считается около +10°С.
Скорость окисления закисного железа в рудничных водах Дегтярского рудни­ка при понижении температуры с 20-25 до 13-15°С снижается примерно в 2-4 раза. Показано, что скорость окисления сульфидов бактериями, выделенными на месторождениях Кольского полуострова, уменьшается примерно в 2—3 раза при снижении температуры с 28 до 18°С.
Таким образом, активная окислительная деятельность бактерий требует опреде­ленной температуры (28—35 °С), которую создать на месторождениях и в отвалах забалансовых руд, особенно в северных районах, чаще всего не удается. Исходя из этого, важнейшей задачей институтов микробиологии и отраслевых научных организаций цветной металлургии является выведение микроорганиз­мов, активных при более низких температурах, и подбор объектов для выщелачи­вания с соответствующими температурными условиями. В некоторых случаях, когда это экономически оправдано, следует организовывать подогрев растворов или проводить выщелачивание сезонно в теплое время года.
Как все живые организмы, бактерии Th. ferrooxidans нуждаются для своего развития и жизнедеятельности не только в кислороде и углекислоте, но также и в минеральных солях, особенно в фосфатах и аммонийных солях. Обычно в руднич­ных водах и орошающих отвалы растворах содержание фосфора и азота невелико. Добавление фосфора к рудничным водам Дегтярского рудника ускоряло процесс бактериального окисления двухвалентного железа. Такое же действие оказывало и добавление аммонийных солей. Оптимальная концентрация фосфора в растворах составляет 400 мг/л, а азота (по Брайнеру) 300 мг/л.
В целом бактерии Th. ferrooxidans и Th. thiooxidans устойчивы к повышенным, концентрациям в растворах меди, цинка, железа и других металлов, хотя для это­го приходится адаптировать их в соответствующих условиях. Вместе с тем установ­лено, что молибден при содержании его в кислой среде более 70—80 мг/л оказыва­ет губительное воздействие на бактерии. Из этого следует, что в каждом конкрет­ном случае необходимо предварительно сопостэезлять условия выщелачивания на данном объекте с возможностями бактерий.
Из данных многочисленных исследований известно, что одним из важных ус­ловий интенсификации бактериальных окислительных процессов является снабже­ние среды обитания бактерий достаточным количеством кислорода. Это же усло­вие необходимо и для чисто химических процессов окисления сульфидов и суль­фата двухвалентного железа. Количество воздуха, необходимое для аэрации раст­воров, определяется в каждом конкретном случае опытным путем. В работе |61, с. 36—39! было установлено, что 9—11 мг/л растворенного кислорода в рудничных водах достаточно для почти полного окисления сульфата железа (II) при 18—20°С за 5—8 сут. Однако чрезмерная аэрация растворов также неблагоприятно действует на бактерии.
Как и все гетерогенные химические реакции процесса выщелачивания, бактери­альное окисление зависит от ряда других факторов, имеющих немаловажное значение для показателей процесса: минералогического состава руды и вмещаю­щих пород, размера кусков и тонкости помола руды, отношения жидкого к твер­дому, интенсивности перемешивания пульпы и т.п.