Способ управления процессом биовыщелачивания

(71)(73) Заявитель и патентовладелец: БИ ЭЙЧ ПИ БИЛЛИТОН СА ЛИМИТЕД Рорке Гари Вернон (ZA) Представитель: Предложен процесс биовыщелачивания суспензии сульфидного минерала в реакторе, при этом управление указанным процессом осуществляют путем изменения скорости подачи в реактор барботируемого газа и изменения количества энергии, подаваемой на электропривод перемешивающего устройства в реакторе, причем указанное управление осуществляют на основании измеренного или расчетного потребления кислорода в суспензии. 013851 Уровень техники Настоящее изобретение в целом относится к процессу биовыщелачивания, в частности к управлению процессами данного типа, направленному на снижение потребления энергии, при этом указанные процессы проводят в снабженном перемешивающим устройством чановом реакторе. Биовыщелачивание в чановых реакторах, снабженных перемешивающим устройством, применяют для окисления тугоплавких сульфидных золотосодержащих концентратов и сульфидных медных концентратов; кроме того, данный способ подходит для окисления сульфидов никеля и цинка. При проведении указанных операций затраты на электроэнергию, потребляемую на сжатие подаваемого в реактор воздуха или кислорода, и затраты на энергию, необходимую для диспергирования газа в реакторе, представляют значительную часть эксплуатационных расходов. В ходе процесса биовыщелачивания, проводимом в чановом реакторе, снабженном перемешивающим устройством, суспензию, состоящую из воды, питательных веществ и сульфидного концентрата,подают в реактор, где соответствующие микроорганизмы окисляют двухвалентное железо и сульфиды. Для протекания процесса окисления необходим кислород. Кислород подают в реактор в газообразном состоянии в виде воздуха, воздуха, обогащенного кислородом, или кислорода. Газ барботируют в часть реактора, находящуюся ниже мешалки, подходящей для перемешивания сред с высокой вязкостью, которая при перемешивании обеспечивает течение потоков сверху вниз, или ниже импеллера радиального типа. Такое устройство рассекает суспензию и разбивает поток поступающего газа на маленькие пузырьки, что значительно увеличивает площадь поверхности газового потока и скорость переноса кислорода в суспензию. Скорость переноса кислорода пропорциональна:a) количеству подаваемого газа, за исключением случаев, когда расход газа превышает способность мешалки диспергировать этот газ;b) парциальному давлению кислорода в газе и с) количеству энергии, передаваемому суспензии перемешивающим устройством. В то же время скорость переноса кислорода обратно пропорциональна количеству кислорода, растворенного в суспензии. Расход кислорода, потребляемого в ходе реакции (потребление кислорода), зависит от скорости подачи сульфидного материала в реактор, на которую, в свою очередь, может влиять пропускная способность системы или качество концентрата. Типичный процесс биовыщелачивания обычно осуществляют с учетом ряда граничных условий,например минимальной и максимальной концентрации растворенного кислорода, ограничений по диспергированию газа, накладываемых перемешивающим устройством, и т.д. В рамках этих граничных условий существуют оптимальные условия проведения процесса в зависимости от размещения установки,ее размеров и потребления кислорода. Установки обычно конструируют исходя из их проектной мощности в течение определенного периода работы установки. На практике установка часто работает в условиях, когда качество концентрата или скорость подачи сырья значительно отличаются от проектных. Это обусловлено рядом факторов, например изменениями минералогического состава сырья по мере разработки месторождения, расхождениями между расчетными и действительными параметрами процесса флотации сульфидных материалов и обработки других руд, изменениями тоннажа концентрата по технологическим причинам, скоростью добычи и т.п. Если потребление кислорода в реакторе падает, то оборудование, например компрессор или воздуходувка, используемые для подачи газа, работает с меньшей мощностью. На фиг. 1 показана зависимость потребления энергии на килограмм обрабатываемого сульфидного материала от входной мощности перемешивающего устройства для установки, в которой процесс проводят с использованием термофильных микроорганизмов, включающей первичный и вторичный реакторы. Нижняя кривая представляет вышеуказанную зависимость для полной загрузки сульфидного материала, подаваемого на установку,тогда как верхняя кривая представляет собой эту же зависимость при снижении подачи сульфидного материала на 50% и при уменьшении мощности на подачу газа, призванном скомпенсировать вышеуказанное снижение. Очевидно, что несмотря на снижение скорости подачи газа на установку, при компенсации снижения скорости подачи сульфидного материала энергозатраты на единицу обрабатываемого сульфидного материала увеличиваются с 19 до 39% в зависимости от мощности, подаваемой на перемешивающее устройство. На фиг. 2 представлены аналогичные графики, полученные для установки с аналогичной производительностью, в которой процесс проводят с использованием мезофильных микроорганизмов, и подачей воздуха. Нижняя кривая показывает полную загрузку сульфидного материала, а верхняя - половинную загрузку. В результате снижения загрузки сульфидного материала энергозатраты на единицу обрабатываемого сульфидного материала увеличиваются с 26 до 60%. Таким образом, в соответствии с данными, представленными на фиг. 1 и 2, следует, что энергетическая эффективность процесса биовыщелачивания может быть существенно повышена при снижении мощности, подаваемой на перемешивающее устройство, в условиях, связанных с уменьшением потребления кислорода в ходе указанного процесса.-1 013851 Настоящее изобретение относится к способу контроля, направленному на снижение энергопотребления на единицу обрабатываемого сульфидного материала при вышеуказанных условиях. Краткое описание изобретения Настоящее изобретение относится к способу проведения процесса биовыщелачивания, который включает следующие операции: подачу суспензии сульфидного минерала в реактор,барботирование газа через указанную суспензию, находящуюся в реакторе,перемешивание суспензии в реакторе с помощью перемешивающего устройства с электроприводом, обеспечивающее биоокисление сульфидного минерала, и регулирование скорости подачи барботируемого газа в реактор и энергии, подаваемой на привод мешалки, в зависимости по меньшей мере от одного из следующих факторов: измеренного потребления кислорода и расчетного потребления кислорода,отличающемуся тем, что мощность, подаваемую на привод мешалки, и/или мощность, подаваемую на источник газа, снижают, если указанное измеренное либо расчетное потребление кислорода уменьшается. Краткое описание чертежей Настоящее изобретение далее описано с помощью примера реализации со ссылками на прилагаемые чертежи, где фиг. 1 и 2 относятся к ситуации, существующей на данный момент; их описание было приведено выше; фиг. 3 иллюстрирует энергопотребление на единицу сульфидного материала для компрессоров и перемешивающих устройств для установки, в которой процесс проводят с использованием термофильных микроорганизмов, при стандартном качестве сульфидного материала, ухудшенном вдвое качестве сульфидного материала и ухудшенном вдвое качестве сульфидного материала при сниженной мощности перемешивания соответственно; фиг. 4 иллюстрирует энергопотребление на единицу сульфидного материала для компрессоров и перемешивающих устройств для установки, в которой процесс проводят с использованием термофильных микроорганизмов, при полной загрузке, загрузке на 2/3 и загрузке на 2/3 при сниженной мощности перемешивания соответственно; на фиг. 5 представлена блок-схема варианта реализации способа согласно настоящему изобретению. Описание предпочтительного варианта реализации На фиг. 5 прилагаемых чертежей представлена блок-схема установки 10, на которой проводят процесс окисления сульфидного материала путем биовыщелачивания в чановом реакторе, снабженном перемешивающим устройством, в соответствии с принципами настоящего изобретения. Несмотря на то что на фиг. 5 показан только один чановый реактор 12, указанная установка включает несколько чановых реакторов, снабженных перемешивающим устройством. Чановый реактор включает перемешивающее устройство или импеллер 14 (в настоящем описании эти термины взаимозаменяемы), приводимое в действие электрическим двигателем 16 при помощи способов, известных в данной области техники. Электрическую энергию на двигатель подают от источника 18. Для подачи барботируемого газа в диффузоры или подобные распыляющие устройства 22 в нижней части реактора 12 имеется источник 20 газа. Подаваемый газ может представлять собой воздух, воздух,обогащенный кислородом, или, по существу, чистый кислород. Источник 20 может включать один или более компрессоров, воздушных насосов и т.п. Для этой цели можно использовать традиционные устройства. Скорость подачи газа от источника в чановый реактор контролируют при помощи датчика 24,информация с которого поступает на управляющий компьютер 26. Входные данные от других источников поступают на контроллер, который может осуществлять управление, изменяя скорость подачи газа от источника в реактор. Подачу суспензии 28 в чановый реактор осуществляют контролируемым образом. Суспензия содержит воду, питательные вещества и концентрат сульфидного минерала. Способ согласно настоящему изобретению не ограничен каким-то определенным видом минерала и, как правило, может быть использован для извлечения золота, меди, никеля и цинка. Рассматриваемый чановый реактор не обязательно представляет собой первичный реактор; он может представлять собой вторичный реактор, в который продукт из первого реактора направляют для дальнейшего окисления. Чановый реактор 12 содержит самоподдерживающуюся популяцию микроорганизмов, которые выполняют функцию катализатора окисления двухвалентного железа и сульфидного минерала. Для протекания указанных реакций необходим кислород, и, как показано, он поступает от источника 20 газа. Концентрацию растворенного в суспензии кислорода в чановом реакторе 12 контролируют при помощи подходящего датчика 30. Состав выходящего газа определяют при помощи датчика 32. Потребление кислорода рассчитывают либо на основании данных о расходе газа в устройстве 20 подачи газа, по-2 013851 ступающих от датчика 24 и датчика 32, либо с помощью соответствующего алгоритма на основании данных о мощности, поступающих с информационных выходов перемешивающего устройства 18, а также данных с информационных выходов устройства 20 подачи газа и датчика 30, или же скорость потребления кислорода вручную измеряет оператор. Рассчитанную или измеренную, в зависимости от обстоятельств, скорость потребления кислорода используют в соответствующем алгоритме для определения наиболее эффективного значения энергии,подаваемой на двигатель 16, с учетом полной энергии, потребляемой на подачу газа во все реакторы установки, и любых ограничений подачи газа. Указанный алгоритм может быть реализован как осуществляемый автоматически, с помощью управляющего компьютера 26, или вручную, путем введения исходных данных квалифицированным оператором. Общее потребление энергии всеми перемешивающими устройствами реакторов и компрессорами подачи газа измеряется и записывается для обеспечения возможности последующего анализа. Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности процесса окисления путем регулирования мощности, подаваемой на перемешивающее устройство, и количества газа, подаваемого в суспензию. В одном варианте реализации настоящего изобретения предложен способ, направленный на решение вышеуказанной задачи. В частности, предложен способ проведения процесса биовыщелачивания,который включает следующие операции: подачу суспензии сульфидного минерала в реактор,барботирование газа через указанную суспензию, находящуюся в реакторе,перемешивание суспензии в реакторе с помощью перемешивающего устройства с электроприводом, обеспечивающее биоокисление сульфидного минерала, и регулирование скорости подачи барботируемого газа в реактор и энергии, подаваемой на привод мешалки, в зависимости по меньшей мере от одного из следующих факторов: измеренного потребления кислорода и расчетного потребления кислорода,отличающийся тем, что мощность, подаваемую на привод мешалки, и/или мощность, подаваемую на источник газа, снижают, если указанное измеренное либо расчетное потребление кислорода уменьшается. На фиг. 3 показаны три точки, характеризующие протекание процесса, а именно точка 40 нормального функционирования, точка 42, показывающая влияние снижения качества сульфидного материала вдвое в отсутствие снижения мощности перемешивающего устройства, и точка 44, показывающая влияние снижения качества сульфидного материала вдвое при соответствующем снижении мощности перемешивающего устройства. Из фиг. 3 видно, что при сниженном вдвое качестве сульфидного материала энергозатраты, т.е. энергия, потребляемая двигателем 16 и источником 20 газа, примерно на 35% больше, чем в случае, когда подачу энергии на перемешивающее устройство снижают. Однако при снижении расхода энергии энергопотребление на единицу обрабатываемого сульфидного материала возрастает примерно на 21%. При снижении качества сульфидного материала эффективность процесса окисления снижается, как было указано в пояснениях к фиг. 1-3. Следует иметь в виду, что для установок, на которых осуществляют процессы с использованием микроорганизмов, снижение качества материала не всегда приводит к снижению времени протекания процесса при одном и том же заданном процентном содержании ценного минерала, которое должно быть достигнуто после извлечения. Часто именно уменьшение загрузки концентрата приводит к снижению производительности установки. На фиг. 4 показана производительность установки при нормальной эксплуатации (точка 48), при эксплуатации на 2/3 от проектной мощности с (точка 50) и без (точка 52) сокращения потребления энергии перемешивающим устройством. Уменьшение скорости подачи концентрата приводит к увеличению энергопотребления на единицу обрабатываемого сульфидного материала на 24% при снижении одной только мощности, потребляемой источником 20 газа. Однако если при помощи процессора 30 осуществляют оптимизирующий контроль работы двигателя 16 и источника 20 для регулирования энергии, затрачиваемой на перемешивание, и энергии, затрачиваемой на аэрацию, то увеличение энергопотребления на единицу обрабатываемого сульфидного материала составляет примерно 14%. Настоящее изобретение направлено на оптимизацию работы участка биовыщелачивания установки. Аспекты, относящиеся к контролю потребления энергии, могут быть реализованы путем применения электроприводов с регулируемой частотой вращения, которые, как правило, выполнены с возможностью автоматического регулирования. Также для оптимизации всего процесса или параметров отдельного реактора можно использовать измеренные или расчетные скорости потребления кислорода наряду с проведением математической корреляции и использованием математических моделей. В отношении оптимизации параметров отдельного реактора следует иметь в виду, что изобретение описано на примере отдельного реактора или чана, но на практике используют группу реакторов. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает повышение общей эффективности при соответствующем снижении энергопотребления. Снижение энергопотребления достигают путем использования взаимозависимости между энергией,-3 013851 подаваемой на двигатель, и энергией, подаваемой на источник газа. При этом производят оптимизацию совокупного количества подаваемой энергии в отличие от оптимизации энергопотребления одного лишь двигателя. Информация, поступающая в ходе процесса, обрабатывается в автоматическом режиме или может быть передана управляющему персоналу, который затем может производить надлежащие регулирующие действия вручную. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ проведения процесса биовыщелачивания, который включает следующие операции: подачу суспензии сульфидного минерала в реактор,барботирование газа через суспензию, находящуюся в реакторе,перемешивание суспензии в реакторе с помощью перемешивающего устройства с электроприводом, обеспечивающее протекание процесса биоокисления указанного сульфидного минерала, и регулирование скорости подачи барботируемого газа в реактор и энергии, подаваемой на привод мешалки, в зависимости от скорости потребления кислорода, определенной по меньшей мере по одному из следующих факторов: измеренного потребления кислорода и расчетного потребления кислорода,отличающийся тем, что мощность, подаваемую на привод мешалки, и/или мощность, подаваемую на источник газа, снижают, если указанное измеренное либо расчетное потребление кислорода уменьшается. 2. Способ по п.1, включающий операцию сбора данных, характеризующих скорость подачи в реактор барботируемого газа и состав газа, выходящего из реактора, а также расчет потребления кислорода на основании полученных данных. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что потребление кислорода зависит от мощности, развиваемой перемешивающим устройством с электроприводом, скорости подачи в реактор барботируемого газа и содержания в суспензии растворенного кислорода. 4. Способ по п.1, включающий операцию снижения скорости подачи суспензии в реактор при снижении качества сульфидного материала, из которого получена суспензия.