способ переработки сульфидных медно-цинковых продуктов

Формула изобретения

Способ переработки сульфидных медно-цинковых продуктов, включающий их бактериально-химическое выщелачивание с выделением металлов в раствор, проводимое в две стадии, первую из которых, являющуюся химическим окислением, осуществляют при интенсивности перемешивания 1-4 Вт/л без дополнительной аэрации, рН 1,6-1,7, температуре 60-80°С, средней концентрации ионов трехвалентного железа 8-12 г/л, содержании твердой фазы с дисперсностью частиц до -44 мкм 25-40% с последующим отделением образовавшейся иловой фракции, которую довыщелачивают на второй стадии бактериального окисления двухвалентного железа при интенсивности аэрации-перемешивания, характеризующейся объемным коэффициентом массопередачи по кислороду 200-800 ч^-1, с отделением твердой фазы и возвратом жидкой фазы на первую стадию с промежуточным выделением цветных металлов, отличающийся тем, что на второй стадии используют ассоциацию термофильных бактерий рода Sulfobacillus при температуре 50-55°С, рН 1,3-1,5 и при концентрации твердой фазы 1-5% до полного окисления ионов двухвалентного железа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидрометаллургическому производству и может быть использовано в процессе переработки сульфидных продуктов, содержащих цветные и благородные металлы.

В настоящее время все большее внимание уделяется процессам гидрометаллургической переработки сульфидных концентратов и промпродукутов, одним из которых является их бактериально-химическое выщелачивание. Этот процесс позволяет в относительно мягких условиях перевести в раствор все цветные металлы, откуда они могут быть выделены в виде товарных продуктов.

Известен способ выщелачивания медного сульфидного продукта с содержанием меди 7,4% с помощью сульфата трехвалентного железа с концентрацией иона трехвалентного железа около 20 г/л при атмосферном давлении и температуре 85°С и при среднем содержании твердой фазы в процессе выщелачивания 30%. При этом сульфат трехвалентного железа получают в отдельном узле с помощью комплекса бактерий [1]. Недостатком предложенного способа является то, что получение сульфата трехвалентного железа в отдельном узле является энергоемким, а также требует большого расхода серной кислоты. Энергоемкость способа связано с низкой скоростью окисления двухвалентного железа комплексом бактерий до концентрации трехвалентного железа 20 г/л при температуре 30°С. Большой расход серной кислоты обусловлен тем, что используемые бактерии не окисляют серу до сульфатов в этой технологии и не обеспечивают необходимого значения рН.

Ближайшим аналогом прелагаемого способа является способ, представленный в патенте [2]. Новизна этого способа бактериально-химического выщелачивания сульфидного сырья заключается в интенсификации выщелачивания цветных металлов путем проведения его в две стадии. Первая стадия проводится раствором, содержащим 10-12 г/л Fe³⁺, при температуре около 60-80°С и при концентрации твердой фазы 25-40%. Для обеспечения первой стадии химического окисления сульфидных минералов окислителем Fe³⁺ проводится его регенерация на второй стадии при бактериальном окислении ионов Fe²⁺ . Этот процесс протекает при температуре 28-32°С, рН 1,4-1,8 и при плотности твердой фазы в суспензии до 5%. При испытании технологии на лабораторной опытной установке на медно-цинковом промпродукте, содержащем около 16,7% цинка и до 1,3% меди, 34,5% железа и 40,5% серы с применением культуры Acidithiobacillus ferrooxidans было извлечено в раствор до 91% цинка и до 61% меди за 30 часов.

Недостатком этой технологии являются высокие энергозатраты, связанные с большой разницей температур на первой и второй стадиях процесса выщелачивания. При этом разница этих температур составляет от 28 до 52°С.

Техническим результатом изобретения является снижение энергозатрат и повышение степени извлечения цветных металлов при переработке сульфидных медно-цинковых продуктов.

Данный результат достигается тем, что бактериальное окисление осуществляют путем бактериально-химического выщелачивания, которое проводят в две стадии, при этом используют умеренно-термофильные бактерии рода Sulfobacillus, окисляющие двухвалентное железо при температуре 40-55°С [3, 4, 5]. В этих температурных условиях при использовании смеси штаммов Sulfobacillus thermosulfidooxidans штамм ВКМ В - 1269[3], Sulfobacillus sibiricus, штамм N1[4], Sulfobacillus thermotolerans, штамм Krl, Sulfobacillus thermosulfidooxidans subsp. asporogenes, штамм 41[5], скорость окисления ионов Fe ²⁺ достигала 0,75-0,95 г/л час, в то время как скорость окисления Fe²⁺ Acidithiobacillus ferrooxidans, используемого прежде для регенерации окислителя при оптимальной температуре, равной 30°С, не превышала 0,4 г/л час.

Первую стадию осуществляют при интенсивности перемешивания 1-4 Вт/л без дополнительной аэрации, при температуре 60-80°С, рН 1,6-1,7. Средняя концентрация ионов трехвалентного железа составляет 8-12 г/л, содержание твердой фазы с дисперсностью частиц до - 44 мкм - 25-40%. В процессе взаимодействия с сульфидами ионы трехвалентного железа восстанавливаются до двухвалентного, что сопровождается активным переходом в раствор цинка и меди и накоплением тонкой или иловой фракции, которую подвергают второй стадии выщелачивания до полного перехода металлов из этой фракции в раствор. Крупность тонкой фракции составляет в среднем около 10 мкм. Вторую стадию проводят при интенсивности аэрации-перемешивания, характеризующейся объемным коэффициентом массопередачи по кислороду 200-800 ч^-1 при температуре 50-55°С, рН 1,3-1,5 при концентрации твердой фазы 1-5%. Значения коэффициента массопередачи обусловлено тем, что он обеспечивает оптимальную концентрацию кислорода для протекания окислительно-восстановительных реакций в биореакторе на второй стадии. Значение температуры в пределах 50-55°С, рН 1,3-1,5, а также концентраций твердой фазы 1-5% обусловлено технологией применения умеренно-термофильных бактерий рода Sulfobacillus в двухстадийном процессе.

На второй стадии происходит интенсивное бактериальное окисление двухвалентного железа и тонкой фракции сульфидных минералов. Цветные металлы при этом практически полностью переходят в раствор, сульфидная сера окисляется до элементной, которая частично окисляется до сульфатов, тем самым обеспечивая необходимое для процесса выщелачивания значение рН.

Изобретение поясняется примером.

Пример.

Сульфидный медно-цинковый промпродукт, содержащий около 15,2% цинка и до 1,5% меди, 34,5% железа и 48,5% серы, подвергали бактериально-химическому выщелачиванию с применением смеси культур рода Sulfobacillus в две стадии. Первую стадию проводили при содержании твердой фазы в суспензии 35%, исходном рН 1,4, концентрации иона трехвалентного железа в исходном биорастворе 10 г/л. Процесс осуществлялся на опытной лабораторной установке на протоке при температуре 70°С в аппарате с механическим перемешиванием при интенсивности перемешивания 1 Вт/л и при постоянной подаче биораствора в аппарат. В процессе взаимодействия с сульфидами ион Fe³⁺ восстанавливался до Fe²⁺, что сопровождалось активным переходом в раствор цинка и меди и накоплением тонкой фракции. Суспензия из аппарата постоянно поступала в отстойник, откуда жидкая фаза вместе с тонкой фракцией направлялась в биореактор на вторую стадию выщелачивания, которая проводилась при 2% твердой фазы при интенсивности аэрации-перемешивания, характеризующейся объемным коэффициентом массопередачи по кислороду 800 1/ч при температуре 55°С. При этом наблюдалось интенсивное бактериальное окисление ионов Fe²⁺ и тонкой фракции сульфидных минералов. Цветные металлы при этом практически полностью переходят в раствор, сульфидная сера практически полностью окисляется до элементарной, которая в свою очередь частично окисляется до сульфатов, тем самым обеспечивая необходимое значение рН для процесса выщелачивания. Суспензия после второй стадии поступала в отстойник, где выщелоченный продукт отделяли от жидкой фазы, которую после нагрева в теплообменнике снова возвращали на первую стадию процесса. Общее время выщелачивания на двух стадиях процесса - 24 часа. Целевым продуктом являлся раствор, содержащий ионы цинка (до 20 г/л) и меди (до 2 г/л). Извлечение цинка в раствор - 92%, меди - 62%. При этом разница в температурах между первой и второй стадиями выщелачивания составляла всего 15°С.

Литература.

1. Smalley N., Davis G., Mineral Engineering. Vol.13 N6, pp.599-608, 2000.

2. Патент RU 2203336 C1, 2002, Бюл. №12, 2003.

3. Головачева Р.С., Каравайко Г.И., 1978. Sulfobacillus - новый род термофильных спорообразующих бактерий. // Микробиология. Т.47. Вып.5. С.815-822.

4. Новая умеренно-термофильная бактерия Sulfobacillus sibiricus sp.nov, Меламуд B.C., Пивоварова Т.А, Турова Т.П. и др. Микробиология, 2003, т.27, №5, с.681-688.

5. Вартанян Н.С., Пивоварова Т.А., Цаплина И.А., Лысенко А.М., Каравайко Г.И., 1988. Новая термоацидофильная бактерия, относящаяся к роду Sulfobacillus. // Микробиология. Т.57. Вып.2. С.268-274.