Способ подготовки сульфидных золотосодержащих концентратов к бактериальному окислению при извлечении золота

Изобретение относится к гидрометаллургическим методам извлечения золота из сульфидных концентратов с предварительным бактериальным окислением. Способ подготовки сульфидных золотосодержащих концентратов к бактериальному окислению при извлечении золота включает приготовление пульпы из концентрата и нейтрализацию его карбонатной составляющей. Для приготовления пульпы и нейтрализации используют оборотную жидкую фазу биопульпы, содержащую ионы Fe³⁺, As⁵⁺и SO₄ ^2-, с добавкой гидрофилизатора на основе кремневой кислоты или желатины. Нейтрализацию ведут до рН 2,6÷2,8 при температуре не более 40°С и продолжительности перемешивания 2÷4 часа. Техническим результатом является снижение расхода серной кислоты в процессе бактериального окисления на 60%, увеличение производительности на 16÷18%, повышение скорости фильтрации биопульпы до 0,083÷0,086 т/м³·ч и снижение содержания элементарной серы в биокеке в 1,5÷1,7 раза. 1 ил., 2 табл.

 

Способ подготовки сульфидных золотосодержащих концентратов к бактериальному окислению относится к гидрометаллургическим методам извлечения золота.

Известен способ подготовки сульфидных золотосодержащих концентратов к извлечению золота цианированием (пат. RU №1767900, опубл. 27.02.1995), основанный на бактериальном окислении пульпы, в которой жидкая фаза представлена биофильтратом с биомассой и серощелочным раствором с 10 г/л серы и рН 12,0.

В этом способе биофильтрат используется как переносчик микроорганизмов, а содержащееся в нем трехвалентное железо - как химический окислитель сульфидов. При этом карбонатная составляющая золотосодержащего концентрата уже нейтрализована серной кислотой, так как жизнедеятельность бактерий протекает в слабокислой среде при рН<2,0. Способ характеризуется повышенным содержанием серы в биокеке и увеличенным ~ в 2 раза расходом серной кислоты по сравнению с классическим методом биовыщелачивания [Полькин С.И., Адамов Э.В., Панин В.В. Технология бактериального выщелачивания цветных и редких металлов. - М.: Недра, 1972, с 287].

Наиболее близким по технологической сущности и достигаемому результату является «Способ бактериального окисления золотосодержащих сульфидных концентратов при получении золота» по пат. RU №2346063 от 10.02.2009, включающий предварительную обработку сульфидного концентрата кислотой при ее расходе 70% от количества, подаваемого на весь процесс бактериального окисления (10÷30 кг/т концентрата).

Однако, несмотря на то, что в данном способе повышается степень окисления сульфидов, расход серной кислоты и содержание элементарной серы в биокеке остаются высокими из-за протекания реакций:

Цианирование биокека с большим содержанием элементарной серы протекает с высоким расходом цианистого натрия (45÷55 кг/т биокека), что снижает технико-экономические показатели процесса извлечения золота.

Задачей изобретения является снижение расхода H₂SO₄ на процесс подготовки концентрата к биоокислению, повышении скорости фильтрации биопульпы и уменьшение концентрации элементарной серы в биокеке.

Достигается это тем, что в способе подготовки сульфидных золотосодержащих концентратов к бактериальному окислению при извлечении золота, для приготовления пульпы из концентрата и нейтрализацию его карбонатной составляющей, используют оборотную жидкую фазу биопульпы, содержащую ионы Fе³⁺, As⁵⁺и SO₄ ² с добавкой гидрофилизатора на основе кремневой кислоты или желатины и нейтрализацию ведут до рН 2,6÷2,8 при температуре не более 40°С и продолжительности перемешивания 2÷4 часа.

Карбонатные составляющие сульфидного концентрата (СаСО₃, MgCO₃) нейтрализуются не серной кислотой, а ионами Fe³⁺, As⁵⁺и SO₄ ^2-, которые при взаимодействии с карбонатами образуют нерастворимые соединения по реакциям:

Образующиеся гипс и гидроксид железа (III), имеющие соответственно отрицательный и положительный заряд поверхности [Айлер Р.К. Коллоидная химия кремнезема и силикатов. - М.: Химия, 1959.- 423 с.] притягиваются друг к другу и компенсируют поверхностный потенциал, что приводит к их коагуляции и образованию крупнокристаллического осадка 3СаSO₄·2Fе(ОН)₃. Это соединение в процессе бактериального окисления упрочняет свою кристаллическую структуру, не «схватывается» как гипс в порах фильтровальной ткани и скорость фильтрации биопульпы остается высокой.

Добавка в пульпу гидрофилизатора на основе кремневой кислоты или желатины снижает пенообразование в процессе нейтрализации карбонатов сульфидного концентрата, приводит к смачиванию раствором гидрофобных минералов антимонита (Sb₂S₃) и пирита (FeS₂), что при бактериальном окислении облегчает доступ к ним микроорганизмов и реагентов - растворителей. Все это способствует ускорению процесса и повышению степени окисления MeS.

Способ осуществляется следующим образом.

Карбонатная составляющая сульфидного концентрата нейтрализуется ионами

Fе³⁺, As⁵⁺и SO₄ ^2-, содержащимися в оборотной жидкой фазе биопульпы, до рН (2,6÷2,8) с добавкой гидрофилизатора на основе кремневой кислоты или желатины. Процесс осуществляется при температуре не более 40°С и продолжительности перемешивания (2÷4) часа.

Повышение температуры процесса ускоряет реакции (3, 4) и способствует формированию осадков кристаллической структуры, которые хорошо фильтруются [Зеликман А.Н., Вольдман Г.М., Беляевская Л.В. Теория гидрометаллургических процессов. - М.: Металлургия; 1975, 504 с.], однако, повышение температуры более 40°С приводит к гибели микроорганизмов. Поэтому процесс приготовления пульпы осуществляется при температуре не более 40°С.

Продолжительность перемешивания пульпы зависит от содержания карбонатов в концентрате, определяется по стабилизации рН и составляет (2÷4) часа. По окончании процесса приготовления пульпы жидкую фазу анализировали на содержание железа, мышьяка и по убыли масс этих элементов рассчитывали степень разложения карбонатов.

Подготовленная таким образом пульпа отправлялась на бактериальное окисление в периодическом режиме. Условия бактериального окисления: объем биопульпы 2 л, концентрация твердого 15%, количество инокулянта 0,5 л, концентрация железо - и сероокисляющих бактерий в инокулянте 1,6 г/л, дыхательная активность бактерий 50 мкл O₂/мл·15 мин, температура процесса 38°С, питательные соли, г/л: 3 (NH₄)₂SO₄; 0,5 К₂НРO₄·3Н₂O; 0,5 MgSO₄·7H₂O; 0,1 К₂SO₄, (рНбиопульпы)нач. 2,0, расход воздуха 1 л/мин.

После завершения процесса бактериального окисления сульфидного концентрата пульпу фильтровали на воронке Бюхнера при вакууме ~20кПа через бумажный фильтр с синей лентой диаметром 90 мм и определяли скорость фильтрации.

Твердый продукт - биокек анализировали на содержание сульфидной и элементарной серы.

Для экспериментов использовали исходные материалы: сульфидный золотосодержащий концентрат состава, %: 24,69 Fe; 7,44 As; 4,91 Sb; 16,88 S_s; 1,78 S_SO4; 1,71 S⁰; 4,5 Ca; 89 г/т Au и прочие - до 100. Минералогический состав концентрата, %: 23,12 Fe₇S₈; 16,06 FeAsS; 5,69 FeS₂; 5,45 Sb₂S₃; 11,25 СаСО₃, и жидкую фазу биопульпы, содержащую, г/л: 20 Fe³⁺; 4 As⁵⁺; 0,9 Sb³⁺, рН 2,0. Ионы представлены кислородными соединениями серы SO₄ ^2-.

По предлагаемому способу было проведено две серии экспериментов. В первой серии варьировали отношение концентрат (Т): жидкая фаза биопульпы (Ж) при продолжительности перемешивания пульпы 3 часа и температуре 40°С. Влияние отношения Ж:Т на показатели процессов приготовления пульпы и бактериального окисления, концентрацию элементарной серы в биокеке представлены в таблице 1 и на чертеж. Из представленных результатов видно, что наилучшие результаты по степени разложения СаСО₃, (ε _разл. кривая 1, скорости фильтрации биопульпы υ, кривая 4, и содержание серы С, %, в биокеке кривая 2 наблюдаются при рН 2,6-2,8 кривая 3 при отношении Ж:Т=2:1 (чертеж). При получении исходной пульпы с рН 2,6÷2,8 для подкисления биопульпы до рН 2,0 потребуется не более 8÷10% серной кислоты от ее общего расхода, поэтому снижение расхода кислоты по сравнению с прототипом может составлять 60%.

При более высоких значениях рН>4÷6 и отношении Ж:Т<1,75 степень разложения СаСО₃ становится менее 80%, что приведет при бактериальном окислении сульфидов к увеличению расхода серной кислоты для нейтрализации карбонатов и повышению концентрации элементарной серы в биокеке, образующейся по реакциям (1) и (2).

При рН<2,5 (Ж:Т>2,5) карбонаты разлагаются на 98-98,5%, но из-за неполного расходования ионов Fe³⁺в пульпе начинает протекать процесс окисления пирротина по реакции:

Образующаяся элементарная сера при бактериальном окислении практически не окисляется [Совмен В.К., Гуськов В.Н., Белый А.В. и др. Переработка золотоносных руд с применением бактериального окисления в условиях Крайнего Севера. - Новосибирск: Наука, 2007. - 144 с.] и при извлечении золота из биокека цианированием увеличивает расход дорогого и ядовитого реагента - цианида натрия.

Таблица 1
Влияние соотношения жидкая фаза биопульры: концентрат (Ж:Т) на рН пульпы, степень разложения СаСО3 и содержание элементарной серы в биокеке.
(Приготовление пульпы: загрузка концентрата в жидкую фазу биопульпы в течении 0,5 час, общая продолжительность процесса 3 часа, температура 40°С, добавка гидрофилизатора на основе кремневой кислоты). Бактериальное окисление пульпы: Ств=15%, объем реактора 2 л; температура 38 С; концентрация железо- и сероокисляющих бактерий в пульпе 1,6 г/л, активность дыхания бактерий 50÷20 мкл O2/мл·15 мин, продолжительность 10 сут.)
Соотношение биофильтрат: концентрат в исходной пульпе (Ж:Т)	Показатели процесса
Степень разложения СаСО3,%	рН пульпы	Скорость фильтрации биопульпы, т/м2·ч	Концентрация железа в растворе, г/л	Концентрация S0 в биокеке, %
0,5:1	24,0	6,10	0,021	-	2,78
1:1	47,1	6.07	0,058	-	2,17
1,5:1	72,2	6,07	0,076	-	1,88
2:1	95,3	2,70	0,083	0,05	1,78
2,5:1	98,0	2,50	0,085	0,40	2,07
3:1	98,1	2,47	0,088	0,56	2,51
3,5:1	98,5	2,40	0,089	0,88	3,15

Во второй серии опытов изучено влияние добавок гидрофилизатора на ценообразование в процессе приготовления исходной пульпы и основные показатели бактериального окисления сульфидного концентрата (таблица 2).

Расход гидрофилизатора определяется опытным путем для каждого сульфидного концентрата и зависит от концентрации гидрофобных минералов Sb₂S₃ и FeS₂. При переработке исследуемого концентрата расход кислого кремне-калиевого раствора С_K+=13,4 г/л, рН 1,3) составил 2 мл/л биопульпы, а 1% - ного раствора желатины - 1 мл/л биопульпы.

Добавка гидрофилизаторов в пульпу не только снижает устойчивость пены, образующейся при нейтрализации карбонатов щелочноземельных металлов, но и увеличивает производительность реакторов на стадии бактериального окисления пульпы на 16% и 18% соответственно в присутствии желатины или кислого кремне - килиевого реагента. Степень окисления сульфидов металлов при этом возрастает на (2,4-3,0)%.

Таблица 2
Влияние гидрофилизатора на ценообразование при приготовлении исходной пульпы и основные показатели бактериального окисления сульфидного концентрата (Ж:Т=2:1, t=40°C, n=500 об/мин, τ=3 часа)
№ п/п	Условия приготовления исходной пульпы	Пенообразование при приготовлении пульпы	Показатели бактериального окисления MeS
Производительность, кг/м3·час	Степень Окисления MeS, %
1	Без добавки гидрофилизатора	Наличие устойчивой пены в течение загрузки концентрата в биофильтрат	0,92	86,5
2	Добавка кислого кремне -калиевого раствора, 2 мл/л биопульпы	Незначительное, продолжительность "жизни" пузырьков газа СО2 равна 1-2 с	1,08	89,1
3	Добавка 1% раствора желатины, 1 мл/л биопульпы	Небольшое, продолжительность "жизни" пузырьков газа СО2 равна 2-3 с	1,06	88,5

Таким образом, оптимальными параметрами процесса приготовления пульпы сульфидного золотосодержащего концентрата для бактериального окисления являются:

- нейтрализация карбонатной составляющей сульфидного концентрата ионами

Fe³⁺, As⁵⁺и SO₄ ^2-, содержащимися в оборотной жидкой фазе биопульпы (биофильтрат или осветленный раствор), до рН (2,6÷2,8);

- добавка в пульпу гидрофилизатора на основе кремневой кислоты или желатины;

- температура процесса не более 40°С;

- продолжительность перемешивания пульпы (2÷4)часа;

Проведение процесса получения пульпы с соблюдением указанных параметров позволяет снизить расход серной кислоты на 60%, повысить производительность бактериального окисления на (16÷18)%, снизить содержание элементарной серы в биокеке в 1,5÷1,7 раза и увеличить скорость фильтрации биопульпы до 0,083÷0,086 т/м²·ч.

Способ подготовки сульфидных золотосодержащих концентратов к бактериальному окислению при извлечении золота, включающий приготовление пульпы из концентрата и нейтрализацию его карбонатной составляющей, отличающийся тем, что для приготовления пульпы из концентрата и нейтрализации его карбонатной составляющей используют оборотную жидкую фазу биопульпы, содержащую ионы Fe³⁺, As⁵⁺и SO₄ ^2-, с добавкой гидрофилизатора на основе кремневой кислоты или желатины и нейтрализацию ведут до рН=2,6÷2,8 при температуре не более 40°С и продолжительности перемешивания 2÷4 ч.