Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ГЛУБОКОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЗОЛОТА ИЗ ХВОСТОВ ОБОГАЩЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЯ АКБАКАЙ КУЛЬТУРОЙ ACIDITIOBACILLUS FERROOXIDANS

Канаев А.Т. 1 Канаева З.К. 1 Мырзаханова И.А. 1 Уразбекова Г.Е. 1 СатыбалдиеваГ.К. 2 Мусаев К.Л. 1
1 Казахский национальный педагогический университет имени Абая
2 Казахский национальный университет имени аль-Фараби
Золотосодержащая руда Акбакайского месторождения добывается как открытым способом – в карьере, так и подземным – в шахте, где содержание драгоценного металла в руде обычно повыше. Хвостохранилище это комплекс специальных сооружений и оборудования, предназначенный для хранения или захоронения радиоактивных, токсичных и других отвальных отходов обогащения полезных ископаемых, именуемых хвостами. На горно-обогатительных комбинатах (ГОК) из поступающей добытой руды получают концентрат, а отходы переработки перемещают в хвостохранилище. Цель данного исследования состояла в том, чтобы изучить биоокисление невосприимчивого, содержащего золото, пирротина, а также увеличить золотое восстановление во время последующего обычного цианирования. Бактериальные культуры, используемые в биологическом тесте, состояли в основном из рода Thiobacillus. Тесты проводились в лабораторном масштабе. Золотое содержание рудного образца, имело 10 г t−1 Au. После 24 h выщелачиваемого времени прямым цианированием было получено (20 %-й Au) низкое восстановление золота, с высоким потреблением реактива. Биовыщелачивание – процесс, который использовался в прошлом в минеральной предобработке невосприимчивых сульфидов, главным образом в золоте. Эта технология была доказана, чтобы быть более дешевой, более эффективной и безвредной для окружающей среды, чем жаренье и влажность высокого давления, нагревающие процессы. Пока наиболее изученный микроорганизм в биовыщелачивание – Acidithiobacillus ferrooxidans. Есть несколько исследований о выгоде металлов низкой ценности через биовыщелачивание. В информациях, связанных с ними, почти нет никаких исследований, имеющих дело со сложными полезными ископаемыми, содержащими арсенопирит (FeAsS). Сокращение и/или устранение мышьяка в этих рудах увеличивает их ценность, и позволяет эксплуатацию обширного разнообразия полезных ископаемых, которые сегодня являются подэксплуатируемыми.
золота
хвостохранилище
Aciditiobacillus ferrooxidans
бактерия
рудник
1. Тургенев И.С. Разработка эффективной экологически щадящей технологии выщелачивания золота из минерального сырья для регионов с суровым климатом // Тех. поддержка. – 2007. – Vol. 961, № 8. – C. 49–37.
2. Немодрук А.А. Аналитическая химия мышьяка. – 1976. – C. 244.
3. Полькин С.И., Адамов Э.В., Панин В.В. Технология бактериального выщелачивания цветных и редких металлов. – М., 1982. – C. 288.

В настоящее время степень извлечения золота из флотоконцентратов руд Акбакайского месторождения не превышает 50 % и от 7 до 20 г/т золота остается в хвостохралищах цианирования. До 80 % золота в них присутствует в виде тончайших вкраплений в зернах сульфидных минералов и не поддается цианированию [1].

Из рудника руда идет на обогатительную фабрику. На дробильном комплексе оно измельчается и поступает в бункеры мельниц, их пять. Здесь руда делится на крупную и мелкую фракции. Затем наступает процесс обогащения, он ведется на специальных столах В итоге получаются гравитационный и флотационный концентраты. Последний рабочий процесс – флотация, после чего флотоконцентрат направляется на Балхашский горно-металлургический комбинат для выплавки золота.

Целью исследования являлось бактериально-химический метод выщелачивания золотосодержащих хвостов обогащения с последующем применением способа цианирования для достижения глубокого доизвлечения золота.

Материалы и методы исследований

В работе применяли лабораторные штаммы бактерии Aciditiobacillus ferrooxidans, адаптированные к высоким концентрациям цветных металлов, мышьяка и серной кислоты в растворе.

Культуру бактерий Acid.ferrooxidans выращивали на среде 9К Сильвермана и Лундгрена следующего состава (г/л): (NH4)2SO4 – 2,0; К2НРО4– 1,0; MgSO4·7Н2О – 0,5; NaCl – 0,2; FeSO4·7Н2О – 44,2; рН среды доводили до 1,0 с H2SO4. О развитии бактерий Acid.ferrooxidans судили по появлению бурой окраски среды, вызванной образованием трехвалентного железа в бактериальном растворе [2]. Определение Fe+2 и Fe+3 проводилось объемным трилонометрическим методом [3].

Результаты исследований и их обсуждение

В Акбакайском золотоносном месторождений хвостохранилище обогатительной фабрики представлены в двух видах – залежалые и свежие. Для проведения исследований были использованы хвостохранилище после цианирования, химический состав которых представлены в табл. 1. Как видно из табл. 1, в составе залежавшегося хвоста обогащения в достаточно большом количестве серебро Ag – 17,3 г/т, вместе с тем, содержание золота составляет Au – 7,6 г/т. Тогда как в свежем хвосте этот показатель противоположено, т.е содержание золота составляет Au – 18,0 г/т, количество серебра Ag – 5,4 г/т.

Таблица 1

Химический состав хвостов цианирования завода Доре

Вид материала

Содержание, г/т

Содержание, %

Au

Ag

As

Sb

Fe

Sобщ,

Sсульф

Cu

CaO

Al2O3

SiO2

Хвосты залежавшиеся

7,6

17,3

2,18

0,31

7,13

4,86

4,55

0,05

4,02

14,15

53,6

Хвосты свежие

18,0

5,4

2,49

0,03

6,93

7,24

5,54

Также в составе залежавшегося хвоста обогащения встречаются As, Sb, Fe, Sобщ, Sсульф, Cu, CaO, Al2O3, SiO2 в различных количествах, данные которого указанны в табл. 1. Свежие хвосты от залежавшегося отличается тем, что в составе первого не обнаружили Cu, CaO, Al2O3, SiO2. Вместе с тем отметим, что содержание окиси кремния составляет до SiO2 – 53,6 %. Это означает, что золото содержатся во взаимосвязанной форме с окисью кремния.

Для проведения эксперимента по бактериальному выщелачиванию хвостов отвала необходимо иметь в наличии активных культур A.ferrooxidans, адаптированная к производственным условиям Акбакайского ГОК. В связи с этим, для выращивания A. ferrooxidans использовали ингредиенты сред Сильвермана и Лундгрена (9К) приближенные к условиям производства. Для этого использовали вод с источника Бескемпир и Акбакайского месторождения. Кислотность среды подводили до рН 1,5 серной кислотой. Основной состав среды добавляли из расчета: FeSO4 – 3,0 г/л, (NH4)2SO4 – 0,5 г/л, MgSO4 – 0,5 г/л и K2HPO4 – 0,5 г/л. Для аэрации бактериальной среды использовали атмосферный воздух, которого подавали компрессором из расчета 1 объем воздуха на 1 объем среды в час.

Культивирование проводили периодическим способом, т.е. A.ferrooxidans выращивали на несменяемой среде от инокуляции до окончания роста клеток вследствие исчерпания питательных субстратов.

Как видно из рис. 1, в варианте эксперимента, где среда 9К, приготовленный шахтной водой Акбакай, окисление железа Fe (II) не происходит. Тогда как, в среде 9К, приготовленного в воде Бескемпир бактериальное окисление железа протекает интенсивно. Динамика окисление железа Fe (II) завершается на четвертые сутки. Необходима отметить, шахтная вода месторождения Акбакай по своему химическому и физическому составу непригодна для питья. В связи с этим, питьевую воду для поселка Акбакай поставляет водоводом из водоисточника Бескеапир, которая расположена в нескольких километрах.

Таким образом, на основе полученных данных выяснили, что для выщелачивания золота из руд и продуктов их обогащения Акбакайского ГОК считаем, необходимым использовать воду из источника Бескемпир.

pic_53.wmf

Рис. 1. Динамика окисления Fe (II) культурой A. ferrooxidans в зависимости от различия источников воды

Хвосты обогащения можно наблюдать на предприятиях по добычи металлов (Горно обогатительные комбинаты). При добыче руды предприятие оставляет руду для переработки с определенным содержанием интересующего металла, а то, что не проходит по кондициям отправляется в «хвосты».

Как правило, ГОК строится с расчетом работы не менее 50 лет, и за это время в «хвостах» накапливается достаточное количество некондиционной руды. Так же может быть вариант, что под воздействием окружающей среды, в «хвостах» произошло вымывание ценного компонента, но например, в нижней части этих отвалов, произошло его накопление (барьер). Таким образом, в какой-то части «хвостов» скопился ценный компонент и теперь его можно извлечь.

Но обычно для извлечения ценного компонента из «хвостов» необходима другая технология, отличающаяся от основной, которая используется на ГОКе.

Пробы залежавшегося и свежего хвостов завода Доре Акбакайского ГОК представлены с содержанием 2,18 и 2,49 % мышьяка, 0,03 и 0,3 % сурьмы, 7,6 и 13,62 г/т Au соответственно (табл. 1). Мышьяк в пробах представлены в виде арсенопирита, сурьма – антимонитом, а железо – арсенопиритом и пиритом.

Для проведения лабораторного исследования отобрали пробу в количестве 100 г залежавщего хвоста, содержащего 7,6 г/т Au 2,18 % мышьяка(табл. 1). Предварительно пробу промывали раствором 1,0 % серной кислотой, объемом 0,5 л в течение одного часа.

После процесса фильтрации, твердый остаток кек подвергался к бактериально-химическому способу выщелачивания с целью удаления мышьяка с его состава. Процесс проходил с бактериальным раствором в объеме 500 мл с продолжительностью 4,0 суток.

pic_54.wmf

Рис. 2. Динамика изменения концентрации железа и извлечение мышьяка при бактериальном выщелачивании залежавщих хвостов (Au – 7,6 г/т)

Как видно из рис. 2, процесс активного восстановления железа Fe(III) проходит в первые сутки. Исходное содержание железа, которое составляет всего 6,8 г/л, через час снижается до 4,8 г/л. Начиная со второй сутки, наблюдается его замедление, т.е. на третью сутки содержание Fe(III) снижается всего до 4,0 г/л. Соответственно в первые трое суток мышьяк активно переходит в раствор, его максимальное количество (2,5 г/л) достигает на третьесутки.

Следующим этапом работы являлся глубокое извлечение золота методом цианирования из кека после бактериального вскрытия мышьяка. Опыты проводили при соотношении тяжелого к житкому Т:Ж = 1:5 с продолжительностью агитации 24 часа на качалке с оборотом 180 об/мин. В качестве контрольного варианта опыта брали исходную пробу залежавщих хвостов обогащения не подвергший к бактериальной обработке. В качестве растворителей использовали NaOH – 0,4 % и NaCN – 0,1 %.

Таблица 2

Извлечение золота из кека бактериального выщелачивания хвостов (Au-7.6 г/т)

Варианты

Т : Ж

Продолжительность агитации (час)

Растворители, %

Извлечение Au

NaOH

NaCN

мг/л

мг

%

Хвосты исходные(контроль)

1:5

24

0,4

0,1

0,46

0,23

30,2

Хвосты после бактериального вскрытия

1:5

24

0,4

0,1

1,40

0,70

92,1

Как видно из табл. 2, в варианте опыта с исходной пробой (контрольный вариант) при выщелачивании 0,4 % растворителем NaOH переход в раствор золота составляет 30,2 %. Тогда как, при выщелачивании кека с 0,1 % раствором NaCN после бактериального вскрытия, извлечение золота составляет 92,1 %.

Таким образом, сравнительные результаты извлечения золота цианированием показали, что золото из кека после бактериальной обработки переход в раствор составляет на 61,9 % больше, чем в контрольном варианте.

Следующий вариант исследовании проводили со свежими хвостами, отобранные из пульпопровода завода, где твердый материал содержал в количестве 13,62 г/т Au, 2,49 % мышьяка и 0,03 % сурьмы. Продолжительность опыта составлял шесть суток.

pic_55.wmf

Рис. 3. Динамика изменения концентрации железа и извлечение мышьяка при бактериальном выщелачивании свежих хвостов (Au – 13,62 г/т)

Как видно из рис. 3, при шестисуточной бактериальной обработке в течение трое суток концентрация железа Fe(III) снижается от 7,5 до 4,5 г/л. При этом, переход мышьяка в раствор составляет 2,9 г/л. Как известно, при в кислой выщелачивающией среде пятивалентный мышьяк связывается с ионами Fe+3 и выпадает в осадок в виде FeAsO4.

В следующем варианте опыта изучали глубокое извлечение золота из кека хвостов после бактериального выщелачивания. Для проведения эксперимента отобрали пробы из расчета Т:Ж = 1:5, продолжительность опыта составлял 24 часа. В качестве растворителей использовали 0,5 % NaOH и 0,2 %NaCN.

Таблица 3

Извлечение золота из кека хвостов цианированием после бактериального выщелачивания

Варианты

Т:Ж

Продолжительность, ч

Состав растворителя, %

Извлечение Au

   

NaOH

NaCN

мг/л

мг

%

Хвосты исходные (контроль)

1:5

24

0,5

0,2

0,84

0,42

32,3

Хвосты после бактериального вскрытия

1:5

24

0,5

0,2

2,47

1,23

95,0

Таблица 4

Бактериальному выщелачиванию золотосодержащих хвостов перед цианированием (Au – 18 г/т)

Время выщелачивания

Т, °C

pH

Колич. A.ferrooxidans, кл/мл

Содержаниежелеза, г/л

Извлечение мышьяка

Извлечение сурьмы

Fe+3

Fe+2

Feобщ

мг/л

мг

%

мг/л

мг

%

1

10

2,5

108

6,2

Сл

6,2

2

10

2,5

108

5,7

Сл

5,7

505,0

2,42

3

11

2,5

5,0

0,7

5,7

1047,5

1,7

4

23

2,5

107

4,6

0,3

4,9

1,47

5

25

2,5

108

4,6

Сл

4,9

305,6

1,75

6

27

2,5

5,1

0

5,1

1,98

7

25

2,5

108

5,0

0

5,0

2850,8

42760

57,3

2,2

33,0

3,66

Как видно из табл. 3, в растворах выщелачивания наблюдаем плавное снижение концентрации Fe+3 и As+5, извлечение мышьяка в раствор составило As+5 – 56,2 %. При этом и степень извлечения золота составила в количестве Au – 95 %, а в контрольном варианте Au – 32,3 %.

Результаты цианирования исследуемого кека подтвердили выводы предыдущих опытов, что в варианте опыта после процедуры бактериального выщелачивания способом цианирования больше извлекается в раствор золота против контрольного варианта.

На основе данных полученного при постановке лабораторного исследования, проводили укрупненный эксперимент. Для проведения опыта использовали емкость объемом на 20 л с агитатором в виде пропеллера (табл. 5). Отобрали хвосты обогащения в количестве 3,0 кг и промывали 1,0 % раствором серной кислоты. Общее количество расхода кислоты для промывания составлял – 15,0 л. После фильтрации в исследуемом твердом материале золото составлял Ag – 18,0 г/т. Процесс выщелачивания проводили с бактериальным раствором объемом 15 л, приготовленного на основе воды Бескемпир.

Содержание железа в бактериальном растворе составлял Fe+3 – 6,2 г/л, количество A. ferrooxidans – 108 кл/мл. В течение семи суточного выщелачивания в растворе Fe2+ железо окисляется до Fe3+ и в раствор переходит 42,7 г мышьяка, т.е. извлечение его составляет 57,3 %. Извлечение сурьмы незначительно – всего 3,66 %.

Таблица 5

Извлечение золота из кека укрупненного опыта (Au – 18 г/т; Ag – 5,4 г/т)

Кек, г

Т: Ж

Продолжительность, ч

Растворители, %

Извлечение золота

Извлечение серебра

NaOH

NaCN

мг/л

мг

%

мг/л

мг

%

100

1:5

24

0,4

0,3

3,27

1,635

90,8

0,88

0,44

81,4

Результаты цианирования кека укрупненного опыта (табл. 5) показали, что бактериальное вскрытие золота способствует увеличения степень извлечения до 90 %, а извлечение серебра 81,4 %.

Результаты атомно-адсорбционных анализов также подтвердили преимущество применение бактериальной обработки твердого материала. В контрольном варианте извлечение золота составляло всего 19–22 %, а в вариантах, где кек обработали культурой бактерии A.ferrooxidans извлечение золота на 60 % больше, т.е. более 82 % (табл. 6 и рис. 4).

Таблица 6

Сравнительные результаты глубокого извлечения золота из кека методом цианирования после бактериального выщелачивания мышьяка

Варианты

Au в исх., г/т

Извлечения Au по раствору

Извлечение Au по твердому

мг/л

мг

%

до, г/т

после, г/т

степень извлеч., %

Хвосты исходные (контроль)

7,60

0,46

0,23

30,2

7,6

5,92

22,1

Хвосты после бактериального вскрытия

7,60

1,40

0,70

92,1

7,6

1,32

82,7

Хвосты исходные (контроль)

13,62

0,84

0,42

32,3

13,62

12

19,1

Хвосты после бактериального вскрытия

13,62

2,47

1,235

95,0

13,62

2,47

80,0

Хвосты после бактериального вскрытия (укрупненный опыт)

18,0

3,27

1,635

90,8

18,0

3,33

81,5

pic_56.wmf

1 2 3

Рис. 4. Степень извлечения золота при цианировании:1,2 – лабораторные опыты; 3 – укрупненный опыт; 1, 3– контрольные варианты(без бактериальной обработки); 2, 4, 5 – опытные варианты(после бактериальной обработки)

Таким образом, химический cостав шахтной воды Акбакайского рудника отрицательно действует на рост и развития культуры A. ferrooxidans. Вода водоисточника Бескемпир благоприятно влияет на жизнедеятельность бактерий A. ferrooxidans, что ее можно применять в технологических процессах связанных с окислительной способностью бактерий A. ferrooxidans.

При бактериальном выщелачивании хвостов степень извлечения мышьяка в раствор составляет 50–68 %. В дальнейшем увеличении рН среды до 2,0 количество извлеченного мышьяка от 15 до 30 % выпадает в осадок в виде FeAsO4. Поэтому, после завершения опыта во всех проведенных опытах наблюдается процесс снижение количество Fe + 3.

После бактериальной обработки кека степень извлечения золота методом цианирования составляет 90–95 % (по раствору), 80–82,7 % (по твердому) и этот показатель на 60–65 % больше чем в контрольном опыте.


Библиографическая ссылка

Канаев А.Т., Канаева З.К., Мырзаханова И.А., Уразбекова Г.Е., СатыбалдиеваГ.К., Мусаев К.Л. ГЛУБОКОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЗОЛОТА ИЗ ХВОСТОВ ОБОГАЩЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЯ АКБАКАЙ КУЛЬТУРОЙ ACIDITIOBACILLUS FERROOXIDANS // Успехи современного естествознания. – 2013. – № 6. – С. 115-120;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=32505 (дата обращения: 21.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074