RU2819546C2 - Способ микробиовыщелачивания сульфидов из шунгитовой породы - Google Patents
Способ микробиовыщелачивания сульфидов из шунгитовой породы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2819546C2 RU2819546C2 RU2022122546A RU2022122546A RU2819546C2 RU 2819546 C2 RU2819546 C2 RU 2819546C2 RU 2022122546 A RU2022122546 A RU 2022122546A RU 2022122546 A RU2022122546 A RU 2022122546A RU 2819546 C2 RU2819546 C2 RU 2819546C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- leaching
- shungite
- schungite
- rock
- microorganisms
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 46
- 238000002386 leaching Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 title claims abstract 4
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 title abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims abstract description 10
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 14
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 14
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001447 ferric ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000013048 microbiological method Methods 0.000 description 3
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 2
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 241000605222 Acidithiobacillus ferrooxidans Species 0.000 description 1
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003674 animal food additive Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DVRDHUBQLOKMHZ-UHFFFAOYSA-N chalcopyrite Chemical compound [S-2].[S-2].[Fe+2].[Cu+2] DVRDHUBQLOKMHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052951 chalcopyrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N copper zinc Chemical compound [Cu].[Zn] TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 229940024464 emollients and protectives zinc product Drugs 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013630 prepared media Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N pyrite Chemical compound [Fe+2].[S-][S-] NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052683 pyrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011028 pyrite Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052950 sphalerite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к микробиологии, а именно к получению микроорганизмов из шунгита и выщелачиванию сульфидов с их помощью. Способ микробиовыщелачивания сульфидов из шунгитовой породы включает измельчение шунгитовой породы с получением шунгитового порошка. При этом добавляют к дистиллированной воде 1,5-2,0 об.% среды с шунгитовыми микроорганизмами. В полученный водный раствор добавляют шунгитовый порошок в соотношении 1:10 и выдерживают при температуре 10-40°С в статическом режиме в течение 60-90 сут. Способ обеспечивает экологически безопасное извлечение металлов с повышением эффективности выщелачивания. 4 ил., 2 табл.
Description
Изобретение относиться к микробиологии, а именно к способам получения микроорганизмов из шунгита и способам выщелачивания сульфидов с их помощью.
Известен способ переработки сульфидных медно-цинковых продуктов включающее их бактериальное выщелачивание культурой Thiobacillus ferrooxidans с выделением металлов в раствор, проводимое в две стадии. Первая из которых осуществляется при интенсивном перемешивании с последующим отделением иловой фракции, которая довыщелачивается на второй стадии при аэрации до полного перехода металлов из этой фракции в раствор. Первую стадию проводят при рН 1,6-1,7, 60-80°С, средней концентрации иона трехвалентного железа 8-12 г/л, дисперсности частиц твердой фазы до -44 мкм и содержании ее в суспензии 25-40% при интенсивности перемешивания 1-4 Вт/л без дополнительной аэрации до накопления иловой фракции (-10 мкм) до 40-60% от массы выщелачиваемого продукта, от которой отделяют фракцию +10 мкм и возвращают на первую стадию, а вторую стадию процесса проводят при 28-32°С, рН 1,4-1,8, интенсивности аэрации-перемешивания, характеризующейся объемным коэффициентом массопередачи по кислороду 200-800 ч-1, до накопления в растворе концентрации иона трехвалентного железа 12-15 г/л, который возвращают на первую стадию с промежуточным выделением цветных металлов. Обеспечивается повышение эффективности процесса за счет селективного выщелачивания тонких и крупных фракций сульфидного сырья. Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение эффективности процесса за счет селективного выщелачивания тонких и крупных фракций сульфидного сырья (Патент РФ №2203336, опубл. 2003 г.).
Данное изобретение трудоемкое и многостадийное, что усложняет процесс воспроизводства данного способа.
Известен способ чанового бактериального выщелачивания сульфидсодержащих продуктов заключается в выщелачивании измельченного сульфидсодержащего продукта в водном растворе серной кислоты при значении рН 1,5-2,0 и температуре 10-40°С. Выщелачивание проводят в присутствии ионов трехвалентного железа концентрацией 5-20 г/л, железоокисляющих бактерий концентрацией 105 кл/мл и микроэлементов с аэрацией газовой смесью воздуха и озона. Содержание озона в газовой смеси в количестве до 0,01 об. %. Раствор выщелачивания разделяется на твердую и жидкую фазу (Патент РФ №2337156, опубл. 2008 г.).
Недостатками способа являются применение серной кислоты в качестве реагента при высокой концентрации мезофильных бактерий, непрерывная аэрация газовой смесью воздуха и озона, использование микроэлементов (N и Р) в виде солей для поддержания жизнедеятельности бактерий, использование дополнительной культуры сероокисляющих бактерий для увеличения скорости окисления железа и сульфидов.
Среди многочисленных направлений применения шунгитовых пород выделяется их использование в процессах водоподготовки и водоочистки, как для промышленных, так и хозяйственно-бытовых нужд, а также в качестве кормовой добавки в сельском хозяйстве. Ранее была выявлена способность шунгитовых фильтров доводить степень очистки сточных вод до норм сброса воды в рыбохозяйственные водоемы, однако в последнее время получены данные о нежелательности использования этой технологии водоподготовки. Такое расхождение связано с широким разнообразием шунгитовых пород и содержания в них рудных минералов (пирит, халькопирит, сфалерит и т.д.), процессы окисления, которых увеличивают кислотность водных вытяжек и приводят в конечном результате к превышению ПДК некоторых элементов, в том числе и ряда тяжелых металлов (Ni, Cu, Fe, Cd, Pb).
В этом плане актуальной становится задача создания микробиологического способа удаления сульфидов из шунгитовых пород. Использование бактерий для выщелачивания сульфидов и алюмосиликатов, содержащих токсически опасные химические элементы, из шунгитовых пород представляет особый интерес с экологической и технологической точки зрения.
Технический результат создание экологического и безопасного способа, а так же повышение степени извлечения металлов, повышение эффективности выщелачивания.
Технический результат достигается тем, что микробиологический способ выщелачивания сульфидов включает в себя измельчение продукта и добавление его в водный раствор, согласно заявляемого изобретения, шунгитовую породу измельчают до фракции 1-3 мм, < 1 мм, < 0,1 мм, к дистиллированной воде добавляют 1,5 - 2,0% среды с «шунгитовыми» микроорганизмами, затем в полученный водный раствор добавляют шунгитовый порошок в соотношении 1:10 и выдерживают при температуре 10-40 гр. С в статическом режиме в течение 60-90 суток.
Способ осуществляется следующим образом:
Объектами исследования были образцы проб шунгитовых пород отобранных на различных выходах и месторождениях.
Шунгитовые породы измельчают до фракции 1-3 мм, < 1 мм, < 0,1 мм и т.д. Затем к дистиллированной воде добавляют 1,5 - 2,0% (по объему) предварительно подготовленную среду с «шунгитовыми» микроорганизмами. После чего в полученный водный раствор добавляют шунгитовый порошок в соотношении 1:10. и выдерживают при температуре 10-40 гр. С в течение 60-90 суток. Режим статический, с периодическим перемешиванием стеклянной палочкой в течение 3-5 секунд. Видимый эффект наблюдается через 1 неделю, а полное удаление сульфидов наступает через 60-90 суток.
Микрозондовое исследование образцов шунгитовых пород до и после взаимодействия с «шунгитовыми» микроорганизмами наглядно подтверждает эффективное удаление сульфидов (рис. 1, 2; табл.1, 2).
На рис. 1. представлено сканирующее электронномикроскопическое изображение поверхности шунгитовой породы до и после микробиологического выщелачивания. Spectrum 1, 2, 3, и 4 соответствуют участкам электронного энергодисперсионного анализа, а в таблице 1 представлены результаты энергодисперсионного анализа участков шунгитовой породы соответствующих спектрам на рис. 1.
На рис. 2. приведено сканирующее электронномикроскопическое изображение поверхности шунгитовой породы до и после микробиологического выщелачивания. Spectrum 1, 2, 3, и 4 соответствуют участкам электронного энергодисперсионного анализа, а в таблица 2. представлены результаты энергодисперсионного анализа участков шунгитовой породы соответствующих спектрам на рис. 2.
Полученные результаты показали жизнедеятельность микроорганизмов и их высокую активность по отношению к удалению сульфидов из углеродной матрицы. При этом бактерии после выщелачивания сульфидов покидают места выщелачивания и концентрируются на соседних участках. Удаление микроскопически видимых сульфидов весьма наглядно, однако возникает вопрос, а насколько глубоко воздействуют данные микроорганизмы на шунгитовую породу в целом и шунгит в частности.
Проведена серия экспериментов по послойной лазерной абляции с масс-спектрометрическим определением распыляемых элементов с поверхности шунгитовых пород, подвергнутых микробиологическому выщелачиванию. Первый эксперимент проводился на исходной поверхности после микробиологического выщелачивания с усреднением по 30 точкам лазерной абляции (рис. 4). Затем образцы аккуратно полировались до почти полного удаления кратеров лазерной абляции и проводился второй эксперимент по определению элементного состава полированной поверхности образцов на глубине 20 мкм по отношению к исходной поверхности.. Далее по этой же схеме проводилось еще два эксперимента на глубине 40 и 60 мкм по отношению к исходной поверхности. На рис. 4 представлено изображение и профиль кратера лазерной абляции на поверхности шунгитовой породы (сняты на лазерном микроскопе Куапсе) и результаты ICP MS для пород Подсосонье и Карнаволок (логарифмический масштаб, нормировка по хондриду).
Полученные результаты свидетельствуют, что «шунгитовые бактерии» выщелачивают широкий спектр химических элементов с поверхности до глубины порядка 20 мкм.
Исследование водных растворов микробиологического выщелачивания шунгитовых пород с помощью масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой показали, что для всех шунгитовых пород в присутствии бактерий происходит более интенсивное выщелачивание не только сульфидов, но также и алюмосиликатов, из которых выщелачивается большая группа химических элементов, не характерных для сульфидов. В частности, выщелачивание элементов группы Fe, а также Al, Zn, Cd, увеличивается от нескольких сотен до тысяч раз, а выщелачивание редкоземельных элементов (La, Се, Nd, Gd и др.) в присутствии бактерий, увеличивается от нескольких тысяч до десятков тысяч раз (рис. 3). При этом эффективность воздействия бактерий не зависит существенно от типа шунгитовой породы, кислотности, и редокс-потенциала водной среды, хотя в литературе отмечается существенное влияние этих параметров на процессы биовыщелачивания известными мезофильными бактериями. На рис. 3. показано выщелачивание редкоземельных элементов из различных шунгитовых пород в воде без бактерий - синий цвет и в присутствии «шунгитовых бактерий» - пурпурный цвет.
Данные «шунгитовые» бактерии могут быть использованы для модификации углерода и шунгитовых пород, селективного удаления нежелательных примесей и минералов, а также выщелачивания различных элементов, в том числе, редкоземельных из труднообогатимых руд и промышленных отходов.
Таким образом, заявляемый микробиологический способ выщелачивая сульфидов экологический и безопасный, а так же позволяет повысить степень извлечения металлов и эффективность выщелачивания. Применение такого инновационного способа выщелачивания сульфидов позволяет в дальнейшем использовать шунгитовые породы так же и в процессах водоподготовки.
Генеральный директор Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Карельский научный центр Российской академии наук», член-корр. РАН О.Н. Бахмет
Claims (1)
- Способ микробиовыщелачивания сульфидов из шунгитовой породы, включающий измельчение шунгитовой породы с получением шунгитового порошка, при этом добавляют к дистиллированной воде 1,5-2,0 об.% среды с шунгитовыми микроорганизмами, после чего в полученный водный раствор добавляют шунгитовый порошок в соотношении 1:10 и выдерживают при температуре 10-40°С в статическом режиме в течение 60-90 сут.
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2022122546A RU2022122546A (ru) | 2024-02-20 |
RU2819546C2 true RU2819546C2 (ru) | 2024-05-21 |
Family
ID=
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018061915A1 (ja) * | 2016-09-27 | 2018-04-05 | 国立大学法人 東京大学 | シュンガイトの精製方法 |
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018061915A1 (ja) * | 2016-09-27 | 2018-04-05 | 国立大学法人 東京大学 | シュンガイトの精製方法 |
Non-Patent Citations (1)
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Auerbach et al. | Critical raw materials–Advanced recycling technologies and processes: Recycling of rare earth metals out of end of life magnets by bioleaching with various bacteria as an example of an intelligent recycling strategy | |
Giannis et al. | Chelating agent-assisted electrokinetic removal of cadmium, lead and copper from contaminated soils | |
Ilyas et al. | Bioremoval of heavy metals from recycling industry electronic waste by a consortium of moderate thermophiles: process development and optimization | |
Dong et al. | Effects of ultraviolet irradiation on bacteria mutation and bioleaching of low-grade copper tailings | |
EP3008219B1 (en) | Process of isolating rare earth element scandium | |
Yu et al. | Effect of pH values on extracellular protein and polysaccharide secretions of Acidithiobacillus ferrooxidans during chalcopyrite bioleaching | |
Panda et al. | Bioleaching of copper from pre and post thermally activated low grade chalcopyrite contained ball mill spillage | |
Ghorbani et al. | An experimental study of the long-term bioleaching of large sphalerite ore particles in a circulating fluid fixed-bed reactor | |
US5030426A (en) | Biomining of gallium and germanium containing ores | |
Dong et al. | Influences of flotation reagents on bioleaching of chalcopyrite by Acidthiobacillus ferrooxidans | |
Rea et al. | Application of biotechnology in iron ore beneficiation | |
RU2819546C2 (ru) | Способ микробиовыщелачивания сульфидов из шунгитовой породы | |
Hong et al. | A two-step bioleaching process enhanced the recovery of rare earth elements from phosphogypsum | |
Romanova et al. | Fractionation of mercury in water hyacinth and pondweed from contaminated area of gold mine tailing | |
Zhou et al. | A designed moderately thermophilic consortia with a better performance for leaching high grade fine lead-zinc sulfide ore | |
Buanuam et al. | Fractionation and elemental association of Zn, Cd and Pb in soils contaminated by Zn minings using a continuous-flow sequential extraction | |
Cismasiu | The acidophilic chemolithotrophic bacteria involved in the desulphurization process of lignite and pit coal from Halanga, Mintia and Petrila mines | |
RU2135298C1 (ru) | Способ разделения медно-цинковых концентратов | |
Berkinbayeva et al. | The novel use of microalgae in the greening of the metallurgical industry | |
Dou et al. | Effects of sodium dodecyl sulphate on biooxidation of copper mine tailings by Acidithiobacillus ferrooxidans | |
La Vars et al. | Surface characterisation of pyrite exposed to A. brierleyi | |
RU2599068C1 (ru) | Способ переработки фосфористых магнетитовых руд | |
Danilov et al. | Investigation of the Influence of Ultrafine Grinding and Ultrasonic Field on the Intensification of the Processes of Extraction of Iron Oxides from Ash and Slag Waste of Energy | |
CN111511473B (zh) | 非氧化杀生物剂用于在泡沫浮选过程中选择性回收有价值的金属的用途 | |
Burgos et al. | BIOLEACHING PROCESS OF ZINC IN MINING WASTE USING NATIVE MICROORGANISMS THROUGH A D-OPTIMAL EXPERIMENTAL DESIGN |