ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 99
Скачиваний: 0
2Cu6FeS4 + 2H2S04 |
+ 18,502 + |
(n + |
2) H 20 |
|
||
-► lOCuSO, + |
Fe 20 3 • /iH 20 |
+ 4H20 , |
(1.43) |
|||
2C.ue FeS4 + |
36NH3 + |
2(NH4)2 S04 + |
|
|||
+ 16,7502 + (n + |
3,5) H 20 |
10 [Cu (NH3)4] S04 |
+ |
|||
+ Fea0 3 -nHs0 |
+ 2H*0. |
|
(1.44) |
|||
Окислительные процессы |
|
|
|
|||
в присутствии |
микроорганизмов |
|
|
|||
Использование микроорганизмов, ускоряющих |
развитие |
процесса |
||||
в десятки раз, — одно из интересных направлений в интенсификации окисления сульфидных минералов. Микроорганизмы либо непо средственно воздействуют на сульфиды, либо ускоряют окисление ферросульфата. В последнем случае регенерируется эффективный растворитель для большинства сульфидов и исключается необходи мость в специальном расходе сульфата трехвалентного железа,
атакже серной кислоты.
Смомента выделения культур Thiobacillus (Th) thiooxidans (Ваксман, Иоффе, 1922 г.) и Th. ferrooxidans (Холмер, Хинкель, 1947 г.), относящихся к группе тионовых бактерий, достаточно подробно изучены их свойства, условия жизнедеятельности.
Позднее были открыты культуры Ferrobacillus ferrooxidans (1954 г., источник энергии для жизнедеятельности — сульфат двух валентного железа), Ferrobacillus sulfooxidans (I960 г., источник энергии S, Fe).
Большинство оригинальных работ по вопросу биохимии микро организмов, их роли в извлечении металлов из руд, в том числе и из медных, обобщено в недавно появившейся книге [101]. Дополнитель ные сведения по теории и практике бактериального выщелачивания
вметаллургии меди можно получить в работах [102—118]. Окисление сульфидов микроорганизмами в присутствии пирита
по данным С. И. Кузнецова описывается схемой, представленной на рис. 17.
Интенсифицирующее влияние бактерий отчетливо видно пз дан ных авторов работы [102, табл. 4, 6 ], приведенных на рис. 18; осо бенно для халькопирита, ковеллина, халькозина. Роль бактерий
вокислении борнита и тетраэдрита менее существенна. Рассмотрим влияние основных'технологических параметров на
условия развития культуры Th. ferrooxidans:
. 1) кислотности среды; 2) температуры; 3) аэрации среды; 4) соле вого состава среды; 5) присутствия поверхностно активных веществ.
Для развития Th. ferrooxidans необходима кислая среда. Опти мальная величина pH в присутствии железа составляет 1,7—2,5; при pH > 6 бактерии не активны.
'При повышенном содержании серной кислоты устойчивость культуры заметно снижается: по данным Н. Н. Ляликовой [103, с. 11 ] при 22 г/л H 2S04 погибли все клетки-этой культуры, неадап тированной к кислоте.
43
Оптимальный интервал жизнедеятельности культуры Th. ferrooxidans соответствует 30—35° С. При 40° С активность бактерий снижается наполовину, а при 50° С культура стерилизуется. Для роста культур большинство исследователей рекомендуют 28—30° С. Большое значение для расширения масштабов использования бакте риального выщелачивания имеет выведение организмов, работаю щих при более низкой температуре (психрофильные рассы Th. ferrooxidans). Сообщалось о выделении культуры, развиваю щейся при 4° С, однако железо в этих условиях окислялось гораздо медленнее.
Рнс. 17. Схема |
бактериального окисления |
сульфидов: |
|||
/ — непосредственное |
окисление сульфидов |
(RS) |
до |
сульфатов (RS0 4); / / — регенерация |
|
сернокислого |
железа; |
/ / / — окисление пирита |
и |
элементарной серы |
|
В результате аэрации среды ускоряется окисление железа не только за счет повышения окислительно-восстановительного потен циала среды, но и улучшения условий жизнедеятельности бактерий Th. ferrooxidans особенно при обеспечении расхода 1—3 объемов воздуха на 1 объем среды. По данным работы [104], чрезмерная аэра ция снижает потребление кислорода клетками. Дополнительная цир
куляция раствора еще больше |
увеличивает скорость окисления. |
Th. ferrooxidans— весьма |
устойчивая культура к повышен |
ным содержаниям меди, железа, цинка, окислов урана, мышьяка, |
|
нако например, молибден при |
содержании в кислой среде более |
70—80 мг/л оказывает губительное воздействие на бактерии. |
|
Путем последовательного пересева культур в среды с возрастаю щим содержанием металла удавалась их адаптация к растворам, содержащим 10—17 г/л Zn. Аналогичными приемами была достиг нута адаптация Th. ferrooxidans к растворам, содержащим до 20 г/л
Си и л и до 5—9 г/л Fe. В работе |
[105] сообщалось о жизнедеятель |
ности этой культуры даже при |
содержании 50 г/л Fe. По данным |
М. Р. Камалова1, культура Th. ferrooxidans сохраняет устойчивость
1 К а м а л о в М. Р. Бактериальное выщелачивание меди из |
забалансовых |
руд Коунрадского месторождения. Автореф. канд. дис. Алма-Ата, |
1970. |
44
В последние годы появилось ряд оригинальных работ, в которых сделана попытка описать основные физико-химические процессы, происходящие при выщелачивании кусковой руды [128—131]. Показано, что при растворении с поверхности процесс развивается быстро, подчиняясь закономерностям фильтрации, а затем медленно в связи с переходом в область, контролируемую капиллярными явле ниями. Поэтому скорость процесса возрастает с увеличением реакци онной поверхности, количества изломов, трещин и улучшения усло вий проницаемости раствора внутрь куска. При перколяционном и кучном вариантах выщелачивания руду предварительно дробят, учитывая ее свойства и выход шламовых фракций. При выборе опти мальной крупности дробления необходимо принимать во внимание взаимопротивоположные гидравлические зависимости — соотноше ние скоростей проницаемости слоя руды и проникновения раствора в отдельный кусок.
Основным транспортирующим агентом при выщелачивании яв ляется вода. Различают гигроскопическую, пленочную и гравита ционную воду. Гигроскопическая вода — мономолекулярный ее слой, адсорбируемый из влажного воздуха поверхностью частиц (особенно мелкозернистых и глинистых пород) и удерживаемый поверхностными и электростатическими силами, движение ее не подчиняется законам гидродинамики. Пленочная вода образует тонкий слой над слоем гигроскопической влаги. Этот слой переме щается в направлении от более толстых к более тонким пленкам (процесс выравнивания) особенно с увеличением температуры под влиянием сил межмолекулярного притяжения. Образование пленоч ной воды особенно характерно для' мелкозернистых и глинистых пород. Гравитационная вода уже не поглощается рудной частицей, движение ее подчиняется законам гидравлики. Различают свободную и капиллярную воду: первая заполняет промежутки между твердыми частицами, вторая — присутствует в порах, трещинах частиц. Ско рость движения капиллярной воды зависит от внутрикапиллярных сил и заметно снижается при заполнении каналов газами (воздухом, С 02), ухудшающими смачиваемость поверхности частиц.
Движение раствора через пористый слой описывается уравне нием Дарси, которое в первом приближении можно использовать для объяснения закономерностей перколяции:
ч _ |
|
|
|
С = —*ДГ-* |
(1-49) |
|
Г |
|
где Q — объемное количество жидкости, проходящее через попереч |
||
ное сечение в единицу времени, м3/с; |
|
|
k — удельная |
проницаемость слоя, м2; |
|
S — площадь поперечного сечения потока, м2; |
|
|
р — гидравлический градиент; |
|
|
р — вязкость |
раствора, Па-с; |
|
р — плотность |
раствора, кг/м3. |
от пористости |
Величина k — эмпирическая константа зависит |
||
слоя руды.4 |
|
|
4 С. С. Иабойченко |
|
49 |
Знак минус в формуле (1.49) указывает на снижение напора в направлении движения жидкости. Пористость слоя зависит от его высоты, крупности кусков, их расположения, вторичных процес сов (заиливания, выветривания и разрушениявмещающих пород,
оседания |
слоя). |
|
|
|
Пусть /Сф = |
/е-jj-, где Кф— коэффициент фильтрации, |
тогда |
||
|
|
Q = |
КфБр. |
(1.50) |
Скорость |
потока |
раствора подсчитывают по уравнению * |
|
|
|
|
^ |
= АГфР- |
(1-51) |
При повышенной скорости перколяции большая часть раствори теля пройдет через слой руды практически неиспользованной в связи с ограниченной продолжительностью контакта его с обрабатываемым материалом. При недостаточной скорости перколяции растворитель быстро расходуется, что замедляет выщелачивание.
В общем виде, скорость растворения сульфидов должна возра стать с увеличением концентрации растворителя (кислоты, сульфата трехвалентного железа), кислорода и температуры.
При кучном выщелачивании температура процесса существенно зависит от климатических условий. В условиях подземного выщела чивания температура сохраняется более постоянной. В связи с боль шим объемом перерабатываемого сырья специально повышать тем пературу внешними источниками тепла экономически нецелесо образно.
Поэтому основным фактором интенсификации выщелачивания кускового сырья является достаточная концентрация растворителя и кислорода (для сульфидных руд), равномерное смачивание кусков породы растворителем. При выщелачивании сульфидного . сырья большую роль играет диффузия растворителя, кислорода и продукта
реакции |
(CuS04). |
• |
- |
При |
одинаковой кинематической вязкости |
раствора |
скорость |
процесса будет контролироваться диффузией того вещества, у кото рого наименьшее произведение коэффициента диффузии (D) и пре
дельной растворимости (Спр) [127, с. 189—207]. Сопоставляя |
вели |
||||
чину D-Cnp для |
кислорода |
(D25 = |
2,5-10_о см2/с, |
Сз£ = |
2,5 X |
Х10-4 г-моль/л) |
и сульфата |
меди |
(D2s = 0,9-10-5 |
см2/с, |
= |
= 1,525 г-моль/л) |
[9, т. 3, с. 194], при условии избыточной концен |
||||
трации растворителя можно считать роль диффузии кислорода опре деляющей.
Кислород поступает с орошающим раствором; особенно сложна диффузия кислорода в капиллярах, порах и трещинах частицы. Относительно свободный и равномерный доступ'кислорода к поверх ности сульфидных частиц возможен при повышенной пористости вмещаемой породы. Для плотных пород и особенно при неравномер ной вкрапленности сульфидных частиц условия доступа кислорода к их поверхности наименее благоприятны.
50
В работе [130] сделана попытка оценить роль кислорода при выщелачивании сульфидной частицы по закономерности, выведенной для квазигомогенной модели частицы катализатора [132, с. 411—425]. Согласно квазигомогенной модели; раз меры пор малы в сравнении с размерами частицы и поры равномерно распределены
вобъеме частицы.
Сучетом закономерностей массопередачн и химической реакции внутри пор
частицы выражение для объемной скорости |
имеет следующий вид; |
(1.52)
где V — объем частицы;
К— константа скорости реакции, включающая константы диффузионного и химических процессов;
С— концентрация реагента;
в— безразмерный параметр, отражающий долю внутренней поверхности пор, участвующих в реакции;
т — безразмерный параметр, |
отражающий взаимосвязь |
константы скорости |
|
диффузионного процесса |
(К') и диаметра частицы |
(£>); т = |
|
а — показатель, отражающий условия диффузии; величина его ^ 0,5; |
|||
L — приведенный |
параметр, получаемый при делении объема частицы на на |
||
ружную ее |
поверхность, |
доступную для. взаимодействия с кислородом. |
|
Выразив объемную скорость реакций через скорость расхода кислорода
концентрацию кислорода (CQ ) через постоянную Генри (к) и давление кислорода
( О объединив постоянной В параметры размера частиц и характеры их упа ковки, получим уравнение, приведенное в работе [130];
(1.53)
где К\ — обобщенная константа скорости реакции.
Для этого уравнения характерны два следующие экстремальные условия (при
P o f = const):
1)а -> 0, т. е. частица не проницаема для кислорода;
2)а -> 0,5, т. е. отсутствуют затруднения с доставкой кислорода в зону реакции.
При а -у 0 величина th mL |
1 и |
|
1 |
dNo 2 |
К" |
V |
dt ~ |
L ’ |
где К" — константа, характеризующая пористость частицы, т. е. скорость выщела чивания зависит только от параметров, характеризующих физическое состояние частицы. Поэтому показатели выщелачивания не будут зависеть от факторов, оп ределяющих развитие химической стадии процесса (температуры, присутствия ката лизаторов, концентрации меди и др.)
ния будет определяться трлько величиной комбинированной физико-химической константы К и должна быть неизменной во времени; если преобладающей является физическая составляющая, то влияние температуры на скорость процесса будет крайне незначительным и наоборот.
Таким образом, для успешного выщелачивания меди из кусковых материалов необходимы;
4* |
51 |