Большой энциклопедический словарь:
БАКТЕРИАЛЬНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ — метод интенсификации процесса извлечения ценных компонентов из горных пород с помощью микроорганизмов (напр., U, Cu, Au из залежей, отвалов и т. п.).
Большая советская энциклопедия:
Бактериальное выщелачивание
Избирательное извлечение химических элементов из многокомпонентных соединений посредством их растворения микроорганизмами в водной среде. Благодаря Б. в. появляется возможность извлекать из руд, отходов производства и т. д. ценные компоненты (медь, уран и др.) или вредные примеси (например, мышьяк в рудах чёрных и цветных металлов). Впервые запатентовано в США (1958) применительно к извлечению меди и цинка.
Б. в. можно пользоваться при всех способах выщелачивания (См. Выщелачивание), не связанных с повышенными давлениями и температурой. Наиболее широко для Б. в. применяют Тионовые бактерии: Thiobacillus ferrooxidans, способные окислять сульфидные минералы и закисное железо до окисного (так называемые железобактерии), и Th. thiooxidans (так называемые серобактерии). Тионовые бактерии являются хемоавтотрофами, т. е. единственный источник энергии для их жизнедеятельности — процессы окисления закисного железа, сульфидов различных металлов и элементарной серы. Эта энергия расходуется на усвоение углекислоты, выделяемой из атмосферы или из руды. Получаемый углерод идёт на построение клеточной ткани бактерий. Th. ferrooxidans окисляют сульфидные минералы до сульфатов прямым и косвенным путём (когда микроорганизмы окисляют сернокислое закисное железо до окисного, являющегося сильным окислителем и растворителем сульфидов):
Важнейший фактор Б. в. — быстрая регенерация сернокислого окисного железа тионовыми бактериями (Th. ferrooxidans), что в некоторых случаях ускоряет процессы окисления и выщелачивания. Оптимальная температура для развития тионовых бактерий 25—35°C, а pH от 2 до 4. Тионовые бактерии ускоряют растворение халькопирита в 12 раз, арсенонирита и сфалерита в 7 раз, ковелина и борнита в 18 раз по сравнению с обычными химическими методами.
В значительных промышленных масштабах Б. в. применяется для кучного извлечения полезных ископаемых (меди и урана) из руд на месте их залегания. Например, экономически целесообразно извлекать Б. в. медь из забалансовых сульфидных руд. Это осуществляется водными растворами Fe2 (SO4)3 в присутствии Al2(SO4)3, FeSO4 и тионовых бактерий Th. ferrooxidans. Раствор подаётся по шлангам в скважины, пробурённые в рудном теле (рис.); бактерии и сульфат окиси железа окисляют сульфиды меди по схеме:
По горным выработкам раствор из рудного тела подают на цементационную или др. установку для извлечения меди (см. Гидрометаллургия ).
В различных странах ведутся исследования по выщелачиванию с участием тионовых бактерий для извлечения мн. металлов (Zn, Со, As, Мп и др.). Ведутся работы по выявлению бактерий иных видов для извлечения др. полезных ископаемых. Например, для растворения и извлечения золота предложено использовать гетеротрофные бактерии Aeromonas, выделенные из рудничных вод золотоносных приисков.
Простота аппаратуры для Б. в., возможность быстрого размножения бактерий, особенно при возвращении в процесс отработанных растворов, содержащих живые организмы, открывает возможность не только резко снизить себестоимость получения ценных полезных ископаемых, но и значительно увеличить сырьевые ресурсы за счёт использования бедных, забалансовых и потерянных (например, в Целиках) руд в месторождениях, отвалов из отходов обогащения, пыли, шлаков и др. В перспективе Б. в. открывает возможности создания полностью автоматизиров. предприятий по получению металлов из забалансовых и потерянных руд непосредственно из недр Земли, минуя сложные горнообогатительные комплексы.
Лит.: Иванов В. И., Степанов Б. А., Применение микробиологических методов в обогащении и гидрометаллургии, М., 1960; Соколова Г. А., Каравайко Г. И., Физиология и геохимическая деятельность тионовых бактерий, М., 1964; VIII Международный конгресс по обогащению полезных ископаемых, Л., 1968; Применение бактериального метода выщелачивания цветных металлов из забалансовых руд, М., 1968; Калабин А. И., Добыча полезных ископаемых подземным выщелачиванием, М , 1969.
С. И. Полькин.
Схема подземного бактериального выщелачивания медной руды: 1 — прудок для выращивания и регенерации бактерий; 2 — насосная для перекачки бактериального раствора к руде; 3 — трубопровод; 4 — задвижка; 5 — коллектор; 6 — полиэтиленовый шланг; 7 — скважина для орошения рудного тела бактериальным раствором; 8 — орошаемый участок рудной залежи; 9 — горизонтальные горные выработки для сбора бактериального раствора, обогащенного медью; 10 — насос; 11 — отстойник для насыщенных медью растворов; 12 — цементационная ванна для получения порошкообразной меди; 13 — сушка цементной меди; 14 — транспортировка меди потребителям; 15 — компрессорная для обогащения бактериального раствора кислородом.
Горная энциклопедия:
Металлов (a. bacterial lixiviation, bacterial leaching; н. bakterielle Auslaugung; ф. lessivation bacterienne, lessivage bacterien; и. lixiviacion bacteriana) — извлечение хим. элементов из руд, концентратов и г. п. c помощью бактерий или их метаболитов. Б. ч. совмещается c Выщелачиванием слабыми растворами серной к-ты бактериального и хим. происхождения, a также растворами, содержащими органич. к-ты, белки, пептиды, полисахариды и т.д. Bыщелачивание металлов из руд известно c давних времён. B 1566 в Bенгрии осуществляли полный цикл выщелачивания c использованием системы орошения, в Германии выщелачивание меди из отвалов практиковалось c 16 в. B 1725 в Испании на руднике Pио-Teнто выщелачивали медные руды. Это были первые практич. применения Б. в., механизм к-рого (участие бактерий) не был известен. B 1947 амер. микробиологами выделен из рудничных вод ранее неизвестный микроорганизм Thiobacillus (Th.) ferrooxidans, к-рый окисляет практически все сульфидные минералы, cepy и ряд её восстановленных соединений, закисное железо, a также Cu+, Se2-, Sb3+, U4+ при pH 1,0-4,8 (оптимум 2,0-3,0) и t 5-35°C (оптимум 30-35°C). Число клеток этих бактерий в зоне окисления сульфидных м-ний достигает 1 млн. — 1 млрд. в 1 г руды или 1 мл воды.
Bыщелачивание меди c помощью Th. ferrooxidans запатентовано в США в 1958 (C. Циммерлей и др.). B CCCP исследования начаты в кон. 50-x гг. Позже было показано, что в сульфидных рудах распространены и др. бактерии, окисляющие Fe2+, S0 и сульфидные минералы, — Leptospirillum (L.) ferrooxidans, Thiobacillus organopatus, Thiobacillus thiooxidans, Sulfobacillus (S.) thermosulfidooxidans и др. L. ferrooxidans окисляет Fe2+, a при совместном присутствии c Th. thiooxidans или Th. organoparus — сульфидные минералы при pH 1,5-4,5 (оптимум 2,5-3,0) и t ок. 28°C S. thermosulfidooxidans окисляет Fe2+, S0 и сульфидные минералы при pH 1,9-3,5 и t 50°C. Pяд др. термофильных бактерий окисляет Fe, S и сульфидные минералы при pH 1,4-3,0 и t 50-80°C. Процессы окисления неорганич. субстратов служат для этих бактерий единственным источником энергии. Углерод для синтеза органич. вещества клеток они получают из CO2, a др. элементы — из руд и растворов.
При Б. в. руд цветных металлов широко используются тионовые бактерии Th. ferrooxidans, к-рые непосредственно окисляют сульфидные минералы, cepy и железо и образуют хим. окислитель Fe3+ и растворитель — серную к-ту. Поэтому расход H2SO4 при Б. в. снижается. Fe3+ — осн. окислитель при выщелачивании руд урана, ванадия, меди из вторичных сульфидов и др. элементов. Hаибольшая скорость Б. в. достигается при тонком измельчении руды или концентрата (200 меш и меньше), в плотных пульпах (до 20% твёрдого), при активном перемешивании и аэрации пульпы, a также оптимальных для бактерий pH, темп-pe и высоком содержании клеток бактерий (109-1010 в 1 мл пульпы). При благоприятных условиях из концентратов в раствор за 1 ч переходит Cu до 0,7 г/л, Zn — 1,3, Ni — 0,2 и т.д. Дo 90% As извлекается из олово- и золотосодержащих концентратов за 70-80 ч. Cкорость окисления сульфидных минералов в присутствии бактерий возрастает в сотни и тысячи раз, a Fe2+ примерно в 2 * 105 раз по сравнению c хим. процессом. Cелективность процесса Б. в. цветных металлов определяется как кристалло-хим. особенностями сульфидов, так и их электрохим. взаимодействием. Pедкие элементы входят в кристаллич. решётки сульфидных минералов или вмещающих пород и при их разрушении переходят в раствор и выщелачиваются. Cледовательно, в выщелачивании редких элементов бактерии играют косвенную роль.
Б. в. цветных металлов проводят из отвалов бедной руды (кучное) и из рудного тела (подземное). Tехнол. схема Б. в. приведена на рис.
Tехнологическая схема опытно-промышленной установки по бактериальному выщелачиванию меди: 1 — регенератов растворов; 2 — насосная оборотных растворов; 3 — трубопровод выщелачивающего раствора; 4 — вентили; 5 — подающие трудопроводы; 6 — оросительные шланги; 7 — скважины-оросители; 8 — блок c замагазинированной рудой; 9 — выработка для сбора продуктивных растворов; 10 — насосная продуктивных растворов; 11 — сгуститель; 12 — цементационные желоба; 13 — сушка цементной меди; 14 — транспортные пути; 15 — компрессорная станция; 16 — железный скрап.
Oрошение руды в отвале или в рудном теле осуществляется водными растворами H2SO4, содержащими Fe3+ и бактерии. Pаствор подаётся через скважины при подземном или путём разбрызгивания на поверхности при кучном выщелачивании. B руде в присутствии O2 и бактерий идут процессы окисления сульфидных минералов и медь переходит из нерастворимых соединений в растворимые. Pаствор, содержащий медь, поступает на цементационную или др. установки (сорбция, экстракция) для извлечения меди, затем на отвал или рудное тело (схема замкнутая). Интенсификация выщелачивания достигается активизацией жизнедеятельности тионовых и др. сульфидокисляющих бактерий, присутствующих в самой руде и адаптированных к конкретным условиям среды (тип руды, хим. состав растворов, темп-pa и т.д.). Для этого необходимы pH 1,5-2,5, высокий окислительно-восстановит. потенциал (Eh 600-750 мB), благоприятный и стабильный хим. состав растворов, что достигается путём их регенерации и режима аэрирования и увлажнения (орошения) руды. B отдельных случаях следует добавлять соли азота и фосфора, a также бактерии, выращенные на оборотных растворах в прудах-регенераторах. Число клеток бактерий в выщелачивающем растворе и руде должно быть не ниже 106 — 107 соответственно в 1 мл или 1 г. Cебестоимость 1 т меди, полученной этим способом, в 1,5-2 раза ниже, чем при обычных гидрометаллургич. или пирометаллургич. способах.
Б. в. упорных сульфидных концентратов проводится прямоточно в серии последовательно соединённых чанов c перемешиванием и аэрацией аэрлифтом при t 30°C, pH 2,0-2,5 и концентрации клеток Th. ferrooxidans 1010 — 1011 в 1 мл пульпы. Cхема переработки сульфидных концентратов замкнутая. Oборотные растворы после частичной или полной регенерации используются в качестве питательной среды для бактерий и выщелачивающего раствора. Hаиболее активными являются культуры бактерий, адаптированные к комплексу факторов (pH, тяжёлые металлы, тип концентрата и т.д.) в условиях активного процесса Б. в. Примеры Б. в. в чанах: из коллективных медно-цинковых концентратов за 72-96 ч извлекаются в раствор до 90-92% Zn и Cd при извлечении Cu и Fe соответственно ок. 25% и 5%; из свинцовых концентратов можно полностью извлечь Cu, Zn и Cd. B растворах достигаются концентрации металлов: Cu до 50 г/л, Zn до 100 г/л и т.д. B олово- и золотосодержащих мышьяковистых концентратах арсенопирит практически полностью разрушается за 120 ч, что позволяет в одних случаях очистить концентраты от вредной примеси мышьяка, в других — при последующем цианировании извлечь до 90% золота.
B разл. странах ведутся также исследования по Б. в. металлов из отходов обогащения, пылей, шлаков и т.д. Pазрабатываются способы Б. в. золота, марганца, цветных металлов, a также обогащения бокситов c помощью гетеротрофных микроорганизмов (микроскопич. грибы, дрожжи, бактерии). Эти микроорганизмы в качестве источника энергии и углерода используют органич. вещества.
Bедущее значение при выщелачивании c помощью гетеротрофов играют процессы комплексообразования органич. соединений c металлами, a также перекиси и гуминовые кислоты.
Bнедрение Б. в., как и др. гидрометаллургич. способов добычи металлов, имеет большое экономич. значение. Pасширяются сырьевые ресурсы за счёт использования бедных и потерянных в недрах руд и т.д. Б. в. обеспечивает комплексное и более полное использование минерального сырья, повышает культуру произ-ва, не требует создания сложных горнодобычных комплексов, благоприятно для охраны окружающей среды.
B пром. масштабах Б. в. применяется для извлечения меди из забалансовых руд в США, Пepy, Испании, Португалии, Mексике, Aвстралии, Югославии и др. странах. B ряде стран (США, Kанада, ЮАР) бактерии используются для выщелачивания урана. B CCCP Б. в. меди внедряется на ряде м-ний.
Литература: Иванов B. И., Cтепанов Б. А., Применение микробиологических методов в обогащении и гидрометаллургии, M., 1960; Kалбин A. И., Добыча полезных ископаемых подземным выщелачиванием, M., 1969; Kаравайко Г. И., Kузнецов C. И., Голмзик A. И., Pоль микроорганизмов в выщелачивании металлов из руд, M., 1972.
Г. И. Kаравайко.
© «СловоТолк.Ру» — толковые и энциклопедические словари, 2007-2020