Бактериальное выщелач.

Роль микроорганизм в природе:

1. Участвуют в формировании ресурсов в недрах земли (первичный минерал халькопиррит CuFeS2)

CuFeS2®CuS2®CuO

2. Ускоряют процесс гниения, уничтожают нефтепродукты, 70%О2 дает фитопланктон (водоросли).

3. Биотехнология – отрасль, занимающаяся культивированием микроорганизм, которые благодаря своим св-ам прим в отраслях.

4. Способств выпадению в осадок соединений цв.мет, очищ промышлен воды.

Из 104 элементов 60 могут рассеиваться микроорганизмами (Cu, Zn, S, Na, Si). Сульфидные минералы и самородные металлы окисляясь бактериями дают им энергию для жизнедеят. Окисление происходит как прямым, так и косвенным способ. Прямой путь при адсорбции (на поверхности) бактерии на минерале. Косвенный путь, когда бактерии являются производителями окислителя в р-ре – это основной путь.

МЕХАНИЗМ ПРОЦЕССА ВЫЩЕЛАЧ.

FeS2®FeSO4®Fe2(SO4)3+H2SO4

Бактерии окисляют пиррит до высших окислов с образован хорошо растворим в воде соединений сульфатов окисного Fe (Fe2(SO4)3) и серной к-ты. Хорошим расворителем и окислителем сульфидных минералов служит окист Fe в кислой среде. Серная к-та взаимодейств с имеющимся в р-ре и вновь образующ окислами и образует растворимые в воде соли, т.о. бактерии оказыв непосредств воздействие лишь на сульфидные минералы и на закисное Fe, образуя тем самым H2SO4 и Fe2(SO4)3. Установлено, что бактерии окисляют сульфиды Cu, Zn, Pb, Ni, Bi, Mo. Бактерии могут ускорять окисление сульфидных менералов в 10-100 раз, а скорость окислен Fe(2) в присутствии “Fe-окисляющей бактерии” может быть увеличено в 2000раз.

Обл прим бактер выщелач.

1. В кучном выщел для извлечения Ме из старых отвалов и вновьскладируемых куч из бедных забаланс руд и вскрышных пород

2. В подземн выщел с целью извлечен Ме из оставшихся целиков и заброш участков при подземной добыче богатой руды.

3. В чановом выщелач для извлечен Ме из бедных некондиционных к-тов, из трудн обогат пром продуктов, для очистки от вредных примесей к-тов

4. Для очистки сточных вод

Теоретич основы применения микроорган при выщелач Ме.

Известны 2 вида бактерий

1. Автотрофные (потательн среда-минеральная)

2. Гетеротрофные (пит среда-органическая).

Наиболее широко прим автотрофные.

1947г обнаруж бактер в кислых шахтных водах (теоновые бактер) длина 1мкм, толщина 0, 4мкм. Бактерии состоят на 80% из O2, H2O и С. 20%-Na, K, P, H2, N2, S, Co, Fe, Mn. Живут теоновые только в водной среде.

1. Тионовые Fe окисляющие Tf (пит среда-минеральная, из различных видов бактерий выщелачивания сульфидов основная роль принадлежит ей. Ее роль сводится к ускорению хми реакции, благодаря окислению закисного Fe до окисного с образованием H2SO4. Оптимальн условия жизнедеятельн РН=1, 7-2, 4. При РН< 0, 3 бактерии погибают. Окисление в водной среде в присутствии теоновой бактерии Fe окисляющ (Tf-феррооксиданс)

Суммарная реакция FeS2+H2O+O2®Fe2(SO4)3+H2SO4.

Применение бактерий может снизить расход к-ты, образовавшийся сульфат окисей Fe взаимодействует с оставшимся пирритом FeS2+Fe2(SO4)3+H2O®FeSO4+H2SO4

Если в р-ре присутствуют тионовые бактерии, то равновесие данной реакции смещается вправо, вследствие окисления бактериями сульфата закиси Fe

FeSO4+H2SO4+O2®Fe2(SO4)3+H2O.

2. Тионовые сероокисляющие бактерии.

Tt-фиоксиданс

Эти бактерии явл постоянным спутником тионовых Fe окисляющ бактерий, образуя синбеоз. Источником питания явл элементарная сера S2O3, SO3, S4O6. Т.к. элементарная сера явл продуктом жизнедеятельности сероокисляющей бактерии, то этим объясняется их совместное присутствие в серных и медноколчеданных рудах. MeS®S®(SO4)2-

3. Сульфатвостанавливающие бактерии (Д). Были обнаружены в отстойных прудах балхашского ГМК. В присутствии этих бактер образуется сероводород, который осаждает ионы Cu в виде CuS/

H2+H2SO4®H2S+H2O

H2S+(Cu)2+®CuS¯ +(H)+

Факторы, влияющие на жизнедеят тионовых бактерий.

1. Физико-хим факторы

А) рН среды

Б) Окислит-восстановит потенциал

В) температура

Г) степень аэрации

Д) концентрация O2, CO2.

2. Биологические факторы

А) концентрац бактерий и возраст культур

Б) минеральный состав питательной среды

В) адаптация культуры

3. Технологические

А) отношение Ж: Т в выщелач пульпе

Б) способ перемешивания и аэрации

В) схемавыщелач

Г) Крупн исх материала

Д) время выщелач

Весь цикл жизнедяят бактер состоит из 4-х фаз

N-кол-во клеток

1-лаг- фаза- это начальная фаза развития, которая хар-ся приспособлен бактер к окруж среде, т.е. это период адаптации культуры.

2-экспоненциальная-наблюдается рост бактерий и их активность. Для технологии бактер выщелач имеют значение именно эти две фазы, которыми опр-ся общее время выщелач.

3-стационарная

4-фаза отмирания

¨ Влияние рН.

Оптимально рН=2, 3-2, 6. При рН> 9 и рН< 0, 3 бактерии гибнут

1. При изменении рН в ту или другую сторону от рН оптимального продолжит лаг-фазы резко увелич, т.е. с 3-5 часов при рН=2, 3 до 75 часов при рН=3, 2 и до 250ч рН=1, 5

2. Необходимо отметить тредность поддержания рН р-ра на оптимальном уровне, особенно после того, как бактерии пройдя лаг фазу начинают активно участвовать в окислении минерала.

Зона А – лаг фаза. Здесь происходит хим растворение сульфидов с поглощением H2SO4, следоват рН­. По окончан лаг фазы наблюд интенсивн рост бактер и соответств их участие в бактер выщелач. Вследствие этого вырабатывается кислота, рН¯ (зона Б) и восстанавливается до исходного оптимального=2-2, 3. Бактерии саморегулируют рН, переокисление здесь невозможно, т.к. оно снижает рост и активность бактер.

¨ Влияние минерального состава

Смеси минералов выщелач с иной скоростью, чем чистые минералы. Это опр-ся электродным потенциалом, величина которого зависит от состава среды, от рН, от температ. Окисление минералов с более высоким потенц замедляется, а с более низким ускоряется. Это объясняется образованием электродной пары. Например, смесь халькопиррита CuFeS2 и молебденита MoS2 в 1-ую очередь окисляется халькопиррит, а затем молебденит.

Скорость бактериального окисления сфалерита ZnS в присутствии пиррита FeS2 возрастает в 30 раз. Следоват при проектир технологии выщелач необходимо учитывать минеральный состав, а возможно даже и изменять в свою сторону.

¨ Влияние температуры

Оптимальное значен Т=28-35°. При Т выше 40° они прекращ размножаться. При Т> 50° они гибнут, приТ 2-40° впадают в анабиоз.

¨ Влияние крупности руды

Это относится ко всем видам бактериального выщелач-подземному, кучному, чановому. В подземном на месте залегания необходимо чтобы руда имела естественную проницанмость для фильтрации бактериальных р-ров, которая осущ по трещинам и порам рудного тела. Для хорошей проницаемости необходимо, чтобы пористость руды была не менее 5-10%. При кучном выщелач крупность должна быть оптимальной, т.к. при увеличен крупности извлечение Ме будет низкое, а мелкие куски и шламы закупоривают каналы для просачив р-ра. Содержание мелких классов < =10-20%, а максимальный кусок до 1000мм, минимальн менее 10мм. При чановом выщелач крупность имеет наибольшее значение, т.к. полнота раскрытия минералов и их крупность существенно влияет на кинетику выщелач.

Стадии выщелач

1. Дифузионный режим

2. Химический режим

¨ Влияние аэрации

Влияет на активность бактерий и степень окисления. Необходимо обеспечить интенсивную аэрацию созданием большой поверхности контакта раствор-воздух. При агитационном выщелач это достигается барбатажем (продувка воздуха через р-р). При кучном аэрация производится по трубам, расположенным внутри кучи, либо проветриванием.

¨ Влияние перемешив

При перемешивании концентрация клеток может быть в 1000 раз выше, чем без перемешив.

Способы перемеш

-Вращающ магнитная мешалка (или барбатаж)