Особенности биотехнологического получения меди

В настоящее время биогеотехнологическое извлечение меди из бедных пород (содержащих менее 0,4 % меди по весу) и отвалов, образующихся при крупномасштабной открытой разработке руды, получило широкое распространение в России, Казахстане, США, Испании, Австралии, Канаде. Отвалы имеют высоту 300 м и более. Самый большой в мире отвал Бингхем-Каньон (США), он вмещает 3,6∙10¹² кг породы. Используют также подземное и чановое выщелачивание. Сырьем служит медьсодержащие сульфтдные минералы; халькопирит, ковеллин и др. Процесс основан на непосредственном окислении сульфидной серы до сульфата с образованием соли CuSO₄.

CuS+2O₂= CuSO₄

Если в руде, кроме сульфидов меди содержится и пирит (FeS₂) или другие соединения двухвалентного железа, то тиобациллы окисляют также их:

1) 4 FeS₂+15O₂+2H₂O T. ferrooxidans 2Fe₂(SO₄)₃+2H₂O

с образованием трехвалентного железа Fe³⁺, которое служит сильным окислительным агентом и переводит в раствор химически (без участия бактерий) многие минералы

2) Cu₂S+2Fe₂(SO₄)₃ 2CuSO₄+4FeSO₄+S⁰

Если же в медной руде содержится недостаточное количество железа, то в выщелачивающий раствор добавляют соли трех- или двухвалентоного железа. В последнем случае бактерии содержащие в породе, окисляют Fe²⁺;

3) 4 FeS₂+O₂+2H₂SO₄ T. ferrooxidans 2Fe₂(SO₄)₃+2H₂O

Образующаяся элементарная (коллойдная) сера экранирует непрореагировавшие частицы CuS или Cu₂S, ограничивая воздействие на них со стороны Fe³⁺. Однако второй компонент ассоциации - T. ferrooxidans – осуществляет окисление колодной серы:

4) S₈+12O₂+8H₂O T. ferrooxidans 8H₂SO₄

Тем самым обеспечивается непрерывный доступ реагентов и клеток T. ferrooxidans к сульфиду меди и повышение концентрации H₂SO₄ которая создает благоприятную среду для деятельности бактерий и удерживает ионы Cu²⁺ в растворе.

Обычно засева микроорганизмами не производят; они широко распространенны в сульфидных рудах и хорошо размножаются при благоприятных условиях аэрации кислорода и углекислоты, введение солей аммония и фосфатов, добавление к раствору поверхностно активных веществ; смачивание породы в начале процесса выщелачивания водой, подкисленной серной кислотой до рН 1,5-3,0. Концентрация бактерий при этом достигает 10⁶ мк/см³ выщелачивающего раствора.

Иногда внутри отвалов помещают вертикальные трубы и продувают через них воздух для увеличения скорости реакций.

Из выщелачивающих отвалов вытекают растворы, содержащие приблизительно 2 г меди в 1дм³. Их направляют в отстойники, медь из них получают путем электролиза или "цементацией" восстановления Cu²⁺ цинковой или железной пылью:

5) CuSO₄+Fe⁰ Cu+FeSO₄

Отработанные выщелачивающие растворы FeSO₄ вновь поступают в отвал. Влажный осадок меди гранулируют и отправляют на плавку

Себестоимость 1 т меди, полученной биогеотехнологическим путем, в 2-3 раза ниже; подготовка минерального сырья к выщелачиванию меди в 3 раза, а само выщелачивание в 4 раза быстрее, чем при использовании традиционных технологий.

Например, на Конрадском руднике в Казахстане медь добывали из отвала 10⁵м³, разделенного на 4 блока по 90 тыс т. руды в каждом. Руда была измельчена на куски диаметром 20-30 см, содержала гидроокись трехвалентного железа. Куски имели поры и трещины. Отвалы орошали выщелачивающим раствором, который содержал бактерии рода Thiobacillus и просачивался сквозь руду со скоростью 0,4-0,6 м/час. Далее раствор собирали в прудах глубиной 6 м. выщелачивание продолжалось несколько лет, причем за первые 3 года в раствор переходило 70% меди из отвала.