Способ выщелачивания халькопирита в насыпной массе с использованием бактерий

1 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к выщелачиванию руды в насыпной массе с помощью бактерий. Более детально, выщелачивание руды в насыпной массе с помощью бактерий в данном изобретении используется для извлечения меди из сульфидных руд, в которых она присутствует в форме халькопирита. Предшествующий уровень техники Извлечение неблагородных металлов из сульфидных руд методом выщелачивания руды в насыпной массе (кучное выщелачивание) с использованием бактерий в настоящее время применяется только для вторичных медносульфидных минералов, таких как халькозин(chalcocite) и ковеллин. Халькопирит, первичный медно-сульфидный минерал, является значительным исключением и в настоящее время не может быть успешно выделен выщелачиванием в насыпной массе. Обычно из халькопиритовых руд путем пенной флотации получают концентрат для подачи в плавильную печь. Попытки выщелачивания халькопирита слабым до умеренно концентрированного раствором серной кислоты с добавлением трехвалентного железа в качестве окислителя приводят к пассивации поверхности халькопирита,вызывая либо остановку реакции, либо снижение ее скорости до неприемлемого уровня. Аналогичным образом тот же самый феномен поверхностной пассивации затрудняет попытки выщелачивания халькопирита с использованием бактерий. Механизм, вследствие которого происходит пассивация, и природа самого пассивирующего слоя не до конца понятны. Способ согласно представленному изобретению решает задачу преодоления вышеупомянутых проблем, связанных с предшествующим уровнем техники, или, по крайней мере, обеспечивает выработку их эффективного альтернативного решения. Приведенный выше обзор уровня техники служит лишь цели облегчения понимания данного изобретения. Следует иметь в виду, что этот обзор не является признанием или допущением того, что какие-либо из приведенных данных относятся к сведениям, ставшими общеизвестными на дату приоритета данной заявки. По всему тексту заявки, за исключением тех случаев, когда по смыслу требуется обратное,слово "содержать (включать)" или его варианты,такие как "содержит", "содержащий", подразумевают включение определенного признака или группы признаков, но не исключение любого другого признака или группы признаков. Сущность изобретения В соответствии с представленным изобретением предложен способ выщелачивания халькопирита в насыпной массе с использованием бактериальной культуры, способ характеризуется следующими операциями: 2 сооружение насыпной массы руды, содержащей халькопирит, в которой осуществляют окисление содержащихся в ней сульфидных минералов, причем насыпная масса руды содержит и/или инокулирована сульфидокисляющей бактериальной культурой, которая либо не окисляет двухвалентное железо до трехвалентного, либо делает это неэффективно; использование по меньшей мере первой емкости выщелачивающего раствора, например бассейна, из которого исходный раствор подают в насыпную массу и в который собирают выщелачивающий раствор из насыпной массы; и отвод части выщелачивающего раствора к средству выделения металлов. Предпочтительно, когда в первой емкости выщелачивающего раствора поддерживают низкую концентрацию трехвалентного железа относительно двухвалентного железа. Предпочтительно, когда в первой емкости выщелачивающего раствора поддерживают окислительно-восстановительный потенциал ниже 500 мВ относительно стандарта Ag/AgCl2. Кроме того, предпочтительно, когда в первой емкости выщелачивающего раствора обеспечивают химические условия, способствующие выщелачиванию халькопирита и неблагоприятные для поверхностной пассивации. Предпочтительно, когда аэрацию насыпной массы руды осуществляют через ее основание или в ее зоне. Окисление халькопирита предпочтительно обеспечивают посредством действия хемолитотрофных бактерий. Способ согласно данному изобретению может дополнительно предусматривать использование биологического контактора, инокулированного железоокисляющими бактериями, и второй емкости выщелачивающего раствора, из которой выщелачивающий раствор подают в биологический контактор и в который собирают выщелачивающий раствор из биологического контактора. Предпочтительно, когда выщелачивающий раствор из первой емкости выщелачивающего раствора может быть подан в биологический контактор. Кроме того, предпочтительно, когда выщелачивающий раствор можно подавать из второй емкости выщелачивающего раствора в первую емкость выщелачивающего раствора, посредством чего содержание трехвалентного железа и значение рН в первой емкости выщелачивающего раствора можно в значительной степени контролировать. Кроме того, предпочтительно, когда выщелачивающий раствор отводят из биологического контактора, чтобы он проходил через средство выделения металлов, при этом уровни трехвалентного железа облегчают выделение металла. 3 Биологический контактор может быть выполнен в форме второй насыпной массы. Вторую насыпную массу формируют из относительно инертной пустой породы, инокулированной железоокисляющими бактериями. Перечень фигур чертежей и иных материалов Далее данное изобретение будет описано только в виде примера со ссылкой на один из вариантов его осуществления и прилагаемые фигуры. На фиг. 1 представлен в виде схемы или технологической карты способ выщелачивания халькопирита в насыпной массе с использованием бактерий в соответствии с одним из вариантов осуществления данного изобретения. На фиг. 2 в графической форме представлено процентное количество выщелоченной меди в выщелачивающем растворе азотной кислоты относительно размера частиц, полученных при дроблении содержащей халькопирит руды, в соответствии с примером 2. На фиг. 3 в графической форме представлены выходы меди в соответствии с примером 2. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения В приведенном в качестве примера варианте осуществления предполагают, что предпочтительной формой железа в потоке отводимого раствора, который направляют в цикл выделения неблагородных (обычных) металлов,является форма трехвалентного железа. Окисление двухвалентного железа до трехвалентного железа в выщелачивающем растворе обеспечивают пропусканием раствора через биологический контактор в виде насыпной массы, сделанной из пустой породы или руды низкого качества. На фиг. 1 представлена схема технологического процесса выщелачивания при помощи бактерий в насыпной массе руды, полностью или определенной фракции, который осуществляют посредством хемолитотрофных бактерий в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения. Из рассеянной сульфидной руды формируют насыпную массу 10 на непроницаемой подложке для выщелачивания 12. Предполагается, что рассеянная сульфидная руда может уже быть подвергнута одной или нескольким видам предварительной обработки, например агломерации для улучшения ее проницаемости или обогащению для повышения содержания неблагородных металлов. В насыпной массе 10 имеются аэрационные трубы 14 с отверстиями (прорезями), установленные у основания насыпной массы 10 для снабжения кислородом и углеродом бактерий,присутствующих в рассеянной сульфидной руде. Тем самым этим бактериям создают условия для размножения и расселения по насыпной 4 массе для последующего окисления сульфидных минералов. Предполагается, что для реализации предложенного способа может потребоваться заселение насыпной массы руды иным видом бактерий, нежели тот, который заселяет руду в естественных условиях. Такие виды бактерий могут быть введены путем инокуляции. Это может быть осуществлено путем добавления раствора, содержащего нужные бактерии, к обрабатываемому материалу до, во время или после сооружения насыпной массы 10. Насыпную массу 10 инокулируют бактериальной культурой, которая не окисляет двухвалентное железо или делает это неэффективно и может включать, но без ограничения перечисленным, Sulfobacillus thermosulfidooxidans иThiobacillus caldus. Предпочтительная бактериальная культура депонирована в Австралийских государственных аналитических лабораториях(Australian Government Analytical Laboratories) под регистрационным номером NM99/07541. Кроме того, имеется биологический контактор, например вторая насыпная масса 16,образованная из относительно инертной пустой породы, на не пропускающей выщелачивающий раствор основе (породной подушке) 18. Вторая насыпная масса 16 аналогичным образом снабжена аэрационными трубами 20 с прорезями,которые расположены около ее основания. Насыпную массу 16 инокулируют железоокисляющими бактериями, например Thiobacillusferrooxidans, которые могут быть или могут не быть аутохтонными для насыпной массы 16. На представленной схеме имеются две емкости выщелачивающего раствора, а именно бассейн 40 для пустой породы (вторая емкость) и бассейн 42 для руды (первая емкость). В бассейн 42 для руды заливают выщелачивающий раствор из насыпной массы руды 10 с помощью подающей линии 44, действующей под силой тяжести. Насыпную массу руды 10 снабжают выщелачивающим раствором из бассейна 42 с помощью подающей линии 28. Любой выщелачивающий раствор, не поданный в насыпную массу 10, возвращают в бассейн 42. Насыпную массу пустой породы 16 снабжают выщелачивающим раствором из бассейна 40 для пустой породы с помощью подающей линии 32. Любой выщелачивающий раствор, не поданный в насыпную массу 16, возвращают в бассейн 40. Бассейн 40 принимает выщелачивающий раствор из насыпной массы 16 с помощью подающей линии, действующей под силой тяжести 46 и снабженной насосом 48. Избыток раствора из бассейна 40 для пустой породы направляют в бассейн 42 для руды посредством линии для избытка раствора 50. Контроль объема раствора, передаваемого по линии 50, позволяет контролировать уровень трехвалентного железа в бассейне 42 для руды. 5 Кроме того, жидкость из бассейна 42 для руды, кроме насыпной массы 10, подают в насыпную массу 16 посредством промежуточной линии 52 и подающей линии 32. В линии 46 подачи самотеком из насыпной массы 16 предусмотрена линия 52 отбора выщелачивающего раствора, предназначенная для отвода выщелачивающего раствора, уже обедненного по двухвалентному железу по сравнению с выщелачивающим раствором в бассейне 42, из циклического процесса, представленного на фиг. 1, к средству извлечения металлов. Как и в предыдущем примере, последующее извлечение неблагородных металлов из этого выщелачивающего раствора можно проводить с применением обычных гидрометаллургических средств и способов. Предполагается, что использование раздельных бассейнов 40 и 42 сделает циклический процесс более гибким по сравнению с возможным при использовании одного бассейна. Так,во втором варианте насыпные массы можно обрабатывать в разных условиях, в отношении рН и соотношения количеств двухвалентного и трехвалентного железа. Как отмечено выше, контроль объема раствора, передаваемого по линии 50, позволяет контролировать уровни трехвалентного железа в бассейне 42 для руды. Таким образом, бассейн с раствором для насыпной массы руды можно поддерживать так,чтобы обеспечить превалирование химических условий, способствующих выщелачиванию халькопирита, при этом неблагоприятных для поверхностной пассивации. В том числе сюда входит поддержание низкой концентрации трехвалентного железа в растворе. Окислительновосстановительный потенциал (ОВП) раствора в некоторых случаях может быть принят за показатель относительных концентраций трехвалентного железа и двухвалентного железа. Может быть также полезным нагревание или охлаждение выщелачивающего раствора до определенной температуры в некоторых операциях, показанных на схеме, представленной на фиг. 1. Биологический контактор может быть альтернативно представлен в форме насадочной колонны или ротационного биологического контактора. Кроме того, может быть предпочтительным повторное пропускание выщелачивающего раствора через каждую из насыпных масс 10 и 16 более 1 раза с целью повышения уровня растворенных металлов. Кроме того, может оказаться эффективной какая-либо форма контроля рН раствора. Способ согласно данному изобретению обеспечивает экономически выгодное выделение сульфидов меди и других обычных (неблагородных) металлов, например кобальта, никеля и цинка, из соответствующих руд. Предполага 004713 6 ется, что капитальные затраты и эксплуатационные расходы на производство обычных металлов посредством процесса, соответствующего данному изобретению, будут отличаться в выгодную сторону по сравнению с принятыми способами получения. Кроме того, данный способ может быть применен для разработки месторождений минералов с более низким содержанием обычных металлов, чем это было бы экономически выгодно при использовании принятых способов или способов, соответствующих предшествующему уровню техники. Далее настоящее изобретение будет описано со ссылкой на два примера. Однако следует понимать, что последующие примеры не предназначены для ограничения притязаний настоящего изобретения. Пример 1. Проводится два анализа бактериального выщелачивания в емкости с перемешиванием с использованием образцов одной и той халькопиритовой руды массой 300 г. Руду мелко дробят(79% проходит через меш 200) и готовят суспензию путем добавления 3 л раствора, содержащего бактерии. Кроме типа бактерий, используемых в анализах, все остальные условия,представленные температурой 45 С и рН 1,00, не изменяют. Результаты представляют в табл. 1 и 2. В первом анализе (см. табл. 1) бактериальная культура содержит бактерии, аутохтонные для руды и обладающие свойствами окислять железо. В результате, при проведении первого анализа трехвалентное железо является преобладающим видом железа среди присутствующих в образце, и через 36 дней доля выщелоченной меди составляет только 34,22% от ее исходного содержания в руде. Во втором анализе (см. табл. 2) используют не окисляющие железо бактерии. Вследствие этого в процессе выщелачивания двухвалентное железо является преобладающим видом железа среди присутствующих в образце, и через 19 дней выщелачивания доля выщелоченной меди составляет 98,78%. Пример 2. Образцы той же руды, содержащей халькопирит, что используют в примере 1, дробят до получения крупности частиц разной степени и проводят анализ на выщелачивание с использованием концентрированной азотной кислоты с целью определения характеристик выделения халькопирита, содержащегося в руде. Результаты анализа приводят на фиг. 2. Результаты показывают, что при размере дробления, при котором размер 100% частиц проходит в 6,25 мм, 50% халькопирита подвергается воздействию и является доступным для выщелачивания. Затем формируют номинальную 5000 тонную насыпную массу из той же самой руды,при этом данная руда имеет размер дробления частиц, когда 100% проходит в 7,5 мм отвер 7 стия. Насыпную массу эксплуатируют в соответствии с данным изобретением, как описано выше. Полученная скорость выщелачивания меди представлена на фиг. 3. Окончательное выделение меди выщелачиванием близко к предсказанному на основании анализа выщелачивания с использованием азотной кислоты,указанному выше. Данные позволяют предпола 004713 8 гать, что весь или почти весь халькопирит, который доступен для выщелачивания, эффективно выщелачивается в данных условиях. Предусматривается, что модификации и вариации, такие, которые были бы очевидны для специалиста, входят в объем данного изобретения. Таблица 1 Загрузка: 300 г вкрапленной руды (79% проходит через меш 200) 3 л аутохтонной культуры Исходное содержание (компонентов в руде): Таблица 2 Загрузка: 300 г вкрапленной руды (79% проходит через меш 200) 3 л культуры, активной в отношении халькопирита Исходное содержание (компонентов в руде): ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ выщелачивания халькопирита в насыпной массе с использованием бактерий,отличающийся тем, что сооружают насыпную массу руды, содержащую халькопирит, в которой осуществляют окисление содержащихся в ней сульфидных минералов, причем насыпная масса руды содержит и/или инокулирована сульфидокисляющей бактериальной культурой,которая либо не окисляет двухвалентное железо до трехвалентного, либо делает это неэффективно, используют по меньшей мере первую емкость выщелачивающего раствора, из которой исходный раствор подают в насыпную массу и в которую собирают выщелачивающий раствор из насыпной массы, и отводят часть выщелачивающего раствора к средству выделения металлов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в первой емкости выщелачивающего раствора поддерживают низкую концентрацию трехва лентного железа относительно двухвалентного железа. 3. Способ по любому из пп.1-2, отличающийся тем, что в первой емкости выщелачивающего раствора поддерживают окислительновосстановительный потенциал ниже 500 мВ относительно стандарта Аg/АgСl2. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в первой емкости выщелачивающего раствора обеспечивают химические условия, способствующие выщелачиванию халькопирита и неблагоприятные для поверхностной пассивации. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что осуществляют аэрацию насыпной массы руды через или в зоне ее основания. 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что обеспечивают окисление халькопирита посредством действия хемолитотрофных бактерий. 7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что дополнительно используют биологический контактор, инокулированный железоокисляющими бактериями, и вторую емкость выщелачивающего раствора, из которой выщелачивающий раствор подают в биологический контактор и в которую собирают выщелачивающий раствор из биологического контактора. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что подают выщелачивающий раствор из первой емкости выщелачивающего раствора в биологический контактор. 9. Способ по любому из пп.7-8, отличающийся тем, что подают выщелачивающий раствор из второй емкости выщелачивающего раствора в первую емкость выщелачивающего раствора, посредством чего в значительной степени контролируют содержание трехвалентного же 12 леза и значение рН в первой емкости выщелачивающего раствора. 10. Способ по любому из пп.7-9, отличающийся тем, что отводят из биологического контактора к средству выделения металлов выщелачивающий раствор с уровнем трехвалентного железа, облегчающим выделение металла. 11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что биологический контактор выполняют в форме второй насыпной массы. 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что вторую насыпную массу сооружают из относительно инертной пустой породы, инокулированной железоокисляющими бактериями.% выщелоченной меди относительно размера 100% проходящих частиц Фиг. 3