Выщелачивание марганца методом биоэнергетики

Министерство образования и науки Украины

ДВНЗ Украинский государственный химико-технологический университет

Реферат

«Выщелачивание марганца методом биоэнергетики»

Днепропетровск 2011

План

1)Биогеотехнология выщелачивания металлов.

2)Бактериальное выщелачивание марганца.

- бактерии, выщелачивающие марганец

- кучное и чановое выщелачивание марганца

3) Бактериальное выщелачивание марганца из техногенных отходов горно-    металлургической промышленности Грузии .

1)   Биогеотехнология выщелачивания металлов

Биогеотехнология выщелачивания металлов — использование главным образом тионовых (окисляющих серу и серосодержащие соединения) бактерий для извлечения металлов из руд, рудных концентратов и горных пород. При переработке бедных и сложных руд тысячи и даже миллионы тонн ценных металлов теряются в виде отходов, шлаков, «хвостов». Происходят также выбросы вредных газов в атмосферу. Бактериально - химическое выщелачивание металлов уменьшает эти потери. Основу этого процесса составляет окисление содержащихся в рудах сульфидных минералов тионовыми бактериями. Окисляются сульфиды меди, железа, цинка, олова, кадмия и т. д. При этом металлы из нерастворимой сульфидной формы переходят в сульфаты, хорошо растворимые в воде. Из сульфатных растворов металлы извлекаются путем осаждения, экстракции, сорбции. Одним из возможных путей извлечения металлов из растворов является адсорбция металлов клетками живых микроорганизмов, так называемая биосорбция металлов. Металлы включаются в состав специфических белков – металлотионеинов. Полезными для биогеотехнологии добычи металлов свойствами обладает целый ряд микроорганизмов. Но основным из них, безусловно, является открытый в 1947 г. Колмером и Кинкелем вид тионовых бактерий, названный Thiobacillus ferrooxidans. Необходимую для роста энергию эти бактерии получают при окислении восстановленных соединений серы и двухвалентного железа в присутствии свободного кислорода. Они окисляют практически все известные в настоящее время сульфиды металлов. Источником углерода для роста бактерий служит при этом углекислый газ. Характерной особенностью их физиологии является потребность в очень кислой среде. Они развиваются при рН от 1 до 4,8 с оптимумом при 2—3. Интервал температур, в котором могут развиваться бактерии этого вида, составляет от 3 до 40°С с оптимумом при 28°С. Тионовые бактерии широко распространены в природе. Они обитают в водоемах, почвах, угольных и золоторудных месторождениях. В значительных количествах встречаются они в месторождениях серных и сульфидных руд. Но в условиях естественного залегания таких руд активность тионовых бактерий сдерживается отсутствием кислорода. При разработке сульфидных месторождений руды вступают в контакт с воздухом, и в них развиваются микробиологические процессы, приводящие к выщелачиванию металлов. Применяя определенные биотехнологические мероприятия, этот естественный процесс можно ускорить.

Основной технологической операцией этого способа является орошение отвалов добытой руды растворами, содержащими серную кислоту, ионы двух- и трехвалентного железа, а также жизнеспособные клетки тионовых бактерий. Иногда для усиления процессов выщелачивания внутрь отвала подают воздух. В таких условиях выщелачивающий раствор фильтруется через толщу руды и в результате микробиологических и химических процессов обогащается извлекаемыми из руды металлами. Затем этот раствор собирают с помощью системы коллекторов, и из него извлекают металлы одним из физико-химических методов. Ежегодно в мире таким способом добывают сотни тысяч тонн меди, или примерно 5 % от ее общей добычи. В ряде стран этим способом получают также значительные количества урана.

2) Бактериальное выщелачивание марганца

Бактерии, выщелачивающие марганец

Получение накопительной культуры. Накопительные культуры бактерий, выщелачивающих марганец, получают на среде Бромфильда (№20), содержащей 5-10 г/л глюкозы или сахарозы. Питательную среду засевают пробами марганцевих руд, отходами обогащения и т.д.

Для получения аэробной накопительной культуры в питательную среду (50-100 мл) вносят посевной материал и инкубируют при 28-30°С в аэробных условиях. Желательно постоянное перемешивание, обеспечивающее необходимый массообмен в системе.

При выделении анаэробных и факультативно аэробных бактерий, питательную среду разливают високим слоем в пробирки. Чтобы создать в среде равномерное распределение марганецсодержащего материала, руду втирают в неплотный ватный тампон, который помещают в пробирку со средой. Сверху среду заливают слоем вазелинового  масла. Стерильне пробирки со средой перед посевом кипятят и охлаждают в водяных банях. Инкубирование засеянных пробирок ведут в термостате при 28-30°С.

О развитии микроорганизмов, выщелачивающих марганець, и об активности процес сов восстановления Mn4+ судят по скорости перехода Mn2+ в раствор.

Выделение чистых культур

Для получения чистых культур марганец-выщелачивающих микроорганизмов используют плотную среду Бромфильда (№20). Посев проводят на 5-6 сутки культивирования накопительной культуры из разведений 10-4 и 10-5 по 0,1-0,2 мл на чашку. Засеянные чашки инкубируют при 28-30°С в зависимости от условий получения накопительных культур в аэробных или анаэробных условиях.

При развитии Mn4+ -восстанавливающих микроорганизмов на плотной средевокруг их колоний образуются светлые зоны, по величине которых можно судить об активности восстановления Mn4+. Чистоту культуры проверяют путем высева на различные среды для роста автотрофных и гетеротрофных микроорганизмов. Микроорганизмы идентифицируют, используя соответствующие определители.

Поддержание культуры. Чистую культуру следует поддерживать на жидкой питательной среде с рудой. Пересевы необходимо делать 1 раз в 10 дней, инокулят добавляют в количестве 10%, Mn4+ -восстанавливающую активность хранящихся культур контролируют 1 раз в месяц.

Способность Th. ferrooxidans окислять сульфиды нашла практическое применение для бактериального выщелачивания бедных руд. В настоящее время этот процесс используется в основном для обогащения медных руд с настолько низким содержанием меди, что их неэкономично обрабатывать обычным способом. Роль бактерий в этом процессе была выяснена недавно. В 1958 г. одной американской фирмой был запатентован способ бактериальной регенерации сернокислого окисного железа, выщелачивания меди и цинка из бедных руд, а также метод биологического обогащения молибденовых, железохромовых и железотитановых концентратов путем освобождения их от железа.

В настоящее время во многих странах микроорганизмы применяются для промышленного получения меди, урана и других металлов.

Бактериальное выщелачивание руд делится на кучное и чановое. Проводится кучное выщелачивание отвалов, которые складывают на подготовленной цементированной площадке. Крупные куски руды чередуют с мелкими, предусматривают вентиляционные ходы. Отвалы периодически орошают кислыми бактериальными растворами.

Фильтрующие свойства шламов типа пылевых и среднезернистых песков были исследованы в экспериментах с колоннами путем определения коэффициента фильтрации в динамике с последующим гранулометрическим анализом различных фракций до и после обработки микроорганизмами. Показано, что коэффициент фильтрации пылевых песков снижался быстрее, чем коэффициент фильтрации среднезернистых песков.

Изменение коэффициента фильтрации материала является основным лимитирующим фактором применения метода кучного выщелачивания марганца. За период активной фильтрации микроорганизмы извлекают в раствор не более 25% марганца, содержащегося в исходной руде. В связи с этим использование кучного метода выщелачивания возможно только в отдельных случаях, например, для переработки очень бедных крупнозернистых РУД.

Преимущество чанового способа состоит в возможности активно регулировать массообмен питательных веществ, кислорода, различных реагентов, поддерживать заданную температуру.

. Чановое выщелачивание экономично проводить для более дорогого сырья, например для обогащения концентратов. При этом способе выщелачивания часто образуются высокие концентрации металлов, поэтому целесообразно применять культуры бактерий, предварительно приученные к высоким концентрациям меди, мышьяка и других элементов. Так, при чановом выщелачивании успешно протекает процесс освобождения оловянных и золотых концентратов от мышьяка. В этих концентратах мышьяк присутствует в основном в виде арсенопирита — сульфида, легко окисляемого Th. ferrooxidans. Процесс очистки концентратов, содержащих 4—6% мышьяка, протекает около 120 ч.

Недостатками чанового способа являются трудности поддержания достаточного уровня перемешивания пульпы в емкостях большого объема, высокая абразивность пульпы и интенсивный вынос высокодисперсного материала при организации проточных систем.

В связи с наличием твердой фазы (руды) при выщелачивании марганца невозможно использовать аппараты полного вытеснения, например, коридорные аэротенки. Практически можно использовать только аппараты типа хемостатов, баки с мешалками различных конструкций или батареи хемостатов.

Активность выщелачивания марганца в условиях интенсивного перемешивания зависит от плотности пульпы, биомассы бактерий, массообмена и температуры, окислительно-восстановительного потенциала и рН среды. Ниже находится ряд примеров чанового бактериального выщелачивания марганца.

Чановое выщелачивание марганца в периодическом режиме. Цель эксперимента — определение основных параметров процесса выщелачивания, а именно: динамики выщелачивания марганца и расхода питательных веществ.

В настоящее время получает широкое распространение гидрометаллургия. Бактериальное выщелачивание занимает среди других гидрометаллургических методов одно из первых мест.

Сульфидам часто сопутствуют редкие элементы. По геохимическим данным, количество таких элементов, как кадмий, галлий, индий, таллий, уменьшается в продуктах окисления сфалерита и галенита в 50 раз. Лабораторные опыты по воздействию бактерий на сульфиды, в кристаллической решетке которых цинк или свинец изоморфно замещается редким металлом, показали, что под действием бактерий в растворе создается в 2—6 раз большая концентрация редкого элемента, чем при химическом окислении.

Таким образом, в миграции редких элементов и в обеднении ими зоны окисления сульфидных месторождений бактерии играют большую роль.

В такие сульфиды, как пирит, арсенопирит, антимонит, бывают включены мельчайшие частицы золота, которые при химическом и бактериальном окислении сульфидов должны освобождаться. Так, при окислении гравитационного концентрата под действием бактерий в раствор переходило около 0,5 мг/л золота.

Таким образом, бактерии способны воздействовать даже на такой инертный металл, как золото. Кроме Th. ferrooxidans и других тионовых бактерий, которые оказывают косвенное воздействие, существуют микроорганизмы, способные создавать вещества, вступающие в водно-растворимый комплекс с золотом. И. П а р е были выделены гетеротрофные бактерии, которые образовывали на органических средах, содержащих пептон и соли органических кислот, вещества неизвестной природы, растворяющие золото. Под действием бактерий, определенных как Вас. firmus и Вас. sphaericus, в раствор переходило до 10 мг/л золота. Возможно, что расшифровка химической природы водно-растворимого комплекса золота даст промышленности новый растворитель.

3)Бактериальное выщелачивание марганца из техногенных отходов горно-металлургической промышленности Грузии 

Сахвадзе Д.В., Сахвадзе Л.И., Джандиери Г.В., Тавадзе Г.Ф., Рапава А. В.

Аннотация

Установлено возможность утилизации марганецсодержащих производственных отходов методом бактериального выщелачивания с пролучением ценного продукта - сульфата марганца;  Разработан способ выщелачивания марганца в присутствии автотрофных бактерии и сульфидных минералов; Установлено, что концентрация марганца в растворе можно довести до 25,9 г/л. Продуктамы бактериального выщелачивания являются сульфат марганца (в диссоцированном в виде) и гидроокис железа находяшегося в осадке.

Заключение

. Бактериальное выщелачивание марганца делится на кучное и чановое.

При переработке бедных и сложных руд тысячи и даже миллионы тонн ценных металлов теряются в виде отходов, шлаков, «хвостов». Происходят также выбросы вредных газов в атмосферу. Бактериально - химическое выщелачивание металлов уменьшает эти потери.

В настоящее время получает широкое распространение гидрометаллургия. Бактериальное выщелачивание занимает среди других гидрометаллургических методов одно из первых мест.

Список литературы

1)       Г. И. Каравайко Биогеотехнология металлов/ Центр международных проектов ГКНТ/ М:1989, 374с.

2)     http://mmi.ge/index.php?newsid=298

3)     http://www.biotechnolog.ru/prombt/prombt1_4.htm

4)     Сахвадзе Д.В., Сахвадзе Л.И., Джандиери Г.В., Тавадзе Г.Ф., Рапава А. В. /Бактериальное выщелачивание марганца из техногенных отходов горно-металлургической промышленности Грузии/ Аннотация.