Технические науки/ Металлургия

К.т.н. Дзюба О.И., Попрожук О.А. ОАО «Завод КОНСТАР»,

Селикова М.В. , КИ КУЭИНТУ

Применение бактериального выщелачивания кремнезема в схемах получения железосодержащих суперконцентратов для ферритов

В настоящее время в мировой практике нашла широкое применение биотехнология извлечения металлов из руд, отходов производства, вредных примесей из концентратов, промышленных сточных вод и т.д. под действием микроорганизмов и их метаболитов при нормальном давлении и температуре. Из 104 химических элементов периодической системы Менделеева 60 могут концентрироваться и рассеиваться микроорганизмами.

Сейчас в 20 странах мира (США, Канада, Япония, Мексика, и др.) в промышленных масштабах применяются бактериально - химические методы кучного и подземного выщелачивания цветных и редких металлов (меди, цинка, урана и др.) из забалансовых руд и отвалов.

В связи с повышением эффективности использования минерально-сырьевых ресурсов в железорудной промышленности, обеспечением комплексности извлечения металлов, ужесточением требований к качеству выпускаемой продукции, охране окружающей среды необходимо пересмотреть применяемые традиционные методы добычи и переработки сырья, отличающиеся сложностью технологии и экологической опасностью.

Существующие микроорганизмы широко распространены в рудных месторождениях, отвалах, шламохранилищах, сточных и шахтных водах, почве и играют ванную роль во вскрытии элементов, их миграции в природе. По сравнению с химическими реакциями в горных породах они в десятки-сотни и тысячи раз ускоряют окислительно-восстановительные процессы, улучшают экологическую обстановку, полнота извлечения полезного ископаемого в несколько раз выше, чем традиционными методами.

Известно, что кремний различных пород и минералов чрезвычайно медленно растворяется в воде и составляет для крупных частиц 0,0006%, для частиц до 3 мкм - 0,093%. В присутствии минеральных солей процесс обескремнивания ускоряется. Установлено, что существенное влияние на вынос кремния оказывают различные микроорганизмы.

В процессе деструкции силикатов и алюмосиликатов участвуют следующие автотрофы: диатомовые водоросли, Ihiobacillus thiooxidans, Ihiobacillus thioparys, Ihiobacillus fezzooxidans и др.; гетеротрофы: Aspezgillus higez, Bacillus mucilaginosus др. Особое место занимает почвенная гетеротрофная бактерия Bacillus mucilaginosus, которая считается одним из наиболее активных разрушителей силикатов и алюмосиликатов (каолинита, галлуазита, нефелина и др. минералов). Бактерии имеют вид палочек, размер которых 1-1,2x2-4 мкм, неподвижные; споры овальной формы имеют размеры 1,1x1,7-2,0 мкм. Число клеток в 1 мл выщелачивающего раствора достигает 5·10⁸кл/мл, максимальное теоретически допустимое количество клеток составляет 10¹⁰-10¹¹ кл/мл. Температура выщелачивания с применением силикатных бактерий составляет 10-42°С, оптимальная- 37-40°С. Пределы рН среды - 5,5-9,5, оптимальный - 7,5-9,0. При выщелачивании рН растворов снижается на несколько единиц за счет выделения метаболитов, образующихся в процессе развития бактерий.

Целью данной работы было определение возможности и целесообразности применения бактериального выщелачивания в схемах подготовки гематитового сырья для ферритов.

Для исследований были отобраны опытные партии гематитовых концентратов с различным содержанием кремнезема (от 3 до 1%), полученных после обогащения богатых шахтных руд. Кремний в продуктах представлен в основном кварцем. Для интенсификации процесса концентраты были активированы в вибрационном измельчителе. Ситовый анализ проб после активации показал, что они были представлены классом менее 30мкм. Минералогические исследования показали, что кварц при этом имеет крупность менее 10 мкм. Bacillus mucilaginosus выращивали на жидкой питательной среде А-27 в г/дм³: MgSO₄ ∙ 7H₂O - 1,3; Na₂НPO₄ – 0,7; KNO₃ – 0,9; FeCl₃ – 0,05; глюкоза - 5,0. Экспериментальные исследования проводили в стационарном режиме. Температура выщелачивания поддерживалась термостатированием (30±5⁰С). Опыты проводились с навесками 10-20 г. Соотношение твердой и жидкой фаз составляло Т:Ж - 1:5, 1:10, 1:20. Продолжительность выщелачивания составляла от 30 мин. до 60 сут. В процессе выполнения исследований производились замеры рН, Eh u SiO₂ и Fe в растворе. Деструктивную способность микроорганизмов определяли по извлечению кремния. Содержание кремния в растворе определяли колориметрически на ФЄК-56М. Биовыщелачивание проводилось по следующей схеме: навеска пробы помещается в колбу с питательной средой при определенном соотношении Т:Ж. В полученную суспензию высевается подготовленная культура микроорганизмов концентрацией 5-10%. С помощью потенциометра определяется исходное значение рН и Еh среды. По окончанию эксперимента твердая фаза отделяется от культурной жидкости. Затем определяется значение рН, Еh, Fe и SiO₂ в отработанном растворе. Твердый остаток промывался водой, высушивался, истирался и сдавался на химический анализ.

Анализ проведенных исследований показал, что применение куль-туральной жидкости, выделенной в процессе роста бактерий и отделенной от клеток микроорганизмов, позволяет снизить содержание кремнезема в пробах на 20-50%.

Таким образом, показана принципиальная возможность использования Bacillus mucilaginosus для снижения кремнезема. Работа будет продолжена в направлении интенсификации выщелачивания с целью уменьшения времени процесса и получения более высоких экономических показателей.