RU2560627C2 - Способ выщелачивания ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала - Google Patents
Способ выщелачивания ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2560627C2 RU2560627C2 RU2013137692/02A RU2013137692A RU2560627C2 RU 2560627 C2 RU2560627 C2 RU 2560627C2 RU 2013137692/02 A RU2013137692/02 A RU 2013137692/02A RU 2013137692 A RU2013137692 A RU 2013137692A RU 2560627 C2 RU2560627 C2 RU 2560627C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulp
- leaching
- earth elements
- valuable components
- rare
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 34
- 238000002386 leaching Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000003818 cinder Substances 0.000 title abstract 5
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims abstract description 26
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 48
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 5
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 5
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 5
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 4
- 239000012531 culture fluid Substances 0.000 claims description 3
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 claims description 3
- 241000605222 Acidithiobacillus ferrooxidans Species 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims 2
- 241001464929 Acidithiobacillus caldus Species 0.000 claims 1
- 241000605272 Acidithiobacillus thiooxidans Species 0.000 claims 1
- 241001134777 Sulfobacillus Species 0.000 claims 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 18
- 239000003245 coal Substances 0.000 abstract description 8
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 abstract description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 abstract 3
- 239000001117 sulphuric acid Substances 0.000 abstract 3
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 abstract 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract 1
- 235000008935 nutritious Nutrition 0.000 abstract 1
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 37
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 11
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 8
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 7
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical class Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 6
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 6
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 4
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 4
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 235000011167 hydrochloric acid Nutrition 0.000 description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 3
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 3
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 3
- NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N pyrite Chemical compound [Fe+2].[S-][S-] NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052683 pyrite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011028 pyrite Substances 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 2
- 229910052776 Thorium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 2
- ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 232Th Chemical compound [232Th] ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000002918 Fraxinus excelsior Nutrition 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003916 acid precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000003698 anagen phase Effects 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
- STCOOQWBFONSKY-UHFFFAOYSA-N tributyl phosphate Chemical compound CCCCOP(=O)(OCCCC)OCCCC STCOOQWBFONSKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Paper (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области биогидрометаллургии, в частности к биотехнологии извлечения ценных компонентов и редкоземельных элементов из продуктов сжигания угля - зольно-шлакового материала. Способ выщелачивания ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала включает приготовление пульпы в биореакторе с соотношением твердой и жидкой фаз (Т:Ж)=1:5, соотношением зольно-шлакового материала и элементной серы 10-20:1. Затем доводят pH пульпы концентрированной серной кислотой до значений 2,0-3,0, добавляют в пульпу питательные соли и проводят инокуляцию пульпы внесением 10% культуральной жидкости, содержащей сообщество ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов. Далее проводят процесс биоокисления элементной серы микроорганизмами при перемешивании пульпы, аэрации воздухом и при температуре 44-46°C, сопровождающийся образованием серной кислоты, снижением pH и выщелачиванием ценных компонентов и редкоземельных элементов. Техническим результатом является снижение расхода реагента (серной кислоты) на выщелачивание ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала и снижение расхода электроэнергии на поддержание температуры реакционной смеси. 6 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.
Description
Изобретение относится к области биогидрометаллургии, в частности к биотехнологии извлечения ценных компонентов и редкоземельных элементов из продуктов сжигания угля - зольно-шлакового материала.
В настоящее время проблема использования отходов объектов тепло- и электрогенерации, в частности зольно-шлаковых материалов, образующихся при сжигании углей, не решена как в мире, так и в России. При сжигании углей образуются твердые отходы: зола-унос и шлак, которые перемещают в отвалы, где они складируются и хранятся на открытом воздухе или под слоем воды. В настоящее время в мире скопились в отвалах миллиарды тонн зольно-шлаковых материалов, которые создают большую экологическую напряженность в регионах объектов тепло- и электроэнергетики, представляют угрозу для окружающей среды и здоровья людей. В результате ветровой эрозии частицы золы поступают в атмосферу и, оседая, загрязняют почву токсичными веществами. Под действием кислотных осадков происходит миграция токсических веществ из отвалов, приводящая к загрязнению почв, грунтовых вод, поверхностных вод. Оборудование и эксплуатация зольно-шлаковых отвалов требуют значительных затрат, кроме того, под них отчуждаются плодородные земли.
С точки зрения рационального природопользования зольно-шлаковые материалы представляет собой техногенное сырье, способное обеспечить многие нужды промышленности. Наибольшую ценность представляют благородные металлы (золото, серебро), микроэлементы (ванадий, галлий, стронций, цирконий, олово, барий и др.) и редкоземельные элементы (скандий, иттрий, лантан и др.).
Из всего вышесказанного следует, что разработка энерго- и ресурсосберегающих комплексных технологий их утилизация и извлечение ценных компонентов является актуальной задачей.
Изобретение относится к выщелачиванию ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала. Способ включает приготовление пульпы в биореакторе с определенным соотношением твердой и жидкой фаз и определенным соотношением элементной серы и зольно-шлакового материала, доведение pH пульпы концентрированной серной кислотой до значения <3,0, инокуляцию пульпы культуральной жидкостью, содержащей сообщество ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов, процесс биоокисления элементной серы микроорганизмами, сопровождающийся образованием серной кислоты и снижением pH, при интенсивной аэрации и определенной температуре и выщелачивание ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала.
Техническим результатом изобретения является разработка научно-технологических решений, обеспечивающих: малоэнергоемкое выделение ценных компонентов из отходов объектов тепло- и электрогенерации; рациональное использование природных ресурсов при производстве редких металлов; снижение экологической нагрузки в районах объектов тепло- и электрогенерации.
Известны различные способы извлечения ценных элементов (включая редкоземельные) из зольно-шлаковых материалов, которые заключаются в химической обработке зольно-шлаковых материалов после сжигания углей различными химическими реагентами. Основным методом переработки зольно-шлаковых материалов является вскрытие их кислотными реагентами, в качестве которых могут использоваться минеральные кислоты.
Известен способ выщелачивания металлов и редкоземельных элементов (Y, La, Се, Dy и др.) из зольно-шлаковых отвалов растворами азотной, серной или соляной кислот в концентрации от 50 до 300 г/л при соотношении твердой и жидкой фаз от 1:3 до 1:10 и температуре от 18°C до 90°C [Кузьмин В.И., Пашков Г.Л., Карцева Н.В., Охлопков С.С. Кычкин В.Р., Сулейманов A.M. Способ извлечения редкоземельных металлов и иттрия из углей и золошлаковых отходов от их сжигания // Патент РФ №2293134. Опубликован 10.02.2007 г. ]. Золы выщелачивали азотной кислотой при 90°C в течение 1 ч. Редкоземельные элементы экстрагировали из раствора трибутилфосфатом. Извлекалось до 80% редкоземельных элементов. Недостатком способа является использование высоких концентраций минеральных кислот, высокие затраты электроэнергии и экологическая опасность.
Известно выщелачивание зольно-шлаковых материалов различными концентрациями соляной кислоты при различных концентрациях (0,68-6,5) М, в диапазоне температур до 80°C, при разных плотностях пульпы [Концевой А.А., Михнев А.Д., Пашков Г.Л., Колмакова Л.П. Извлечение скандия и иттрия из золошлаковых отходов // Журнал прикладной химии. 1995. Т. 68. №7. С. 1075]. При оптимальных условиях (3М HCl, 40°C, Т:Ж=1:5) Sc извлекался на 84%, Y - на 91%. Удавалось достигнуть концентраций Sc - 84 мг/л, Y - 91 мг/л. Недостатком способа является использование концентрированных растворов соляной кислоты.
Известен также способ извлечения редких и редкоземельных элементов из бедной руды, содержащей пирит в разных растворах и в разных режимах [Sapsford D.J., Bowell R.J., Geroni J.N., Penman K.M., Dey M. Factors influencing the release rate of uranium, thorium, yttrium and rare earth elements from a low grade ore // Minerals Engineering. 2012. V. 39. P. 165-172]. Использовали разное время выщелачивания, добавление 0,5 г/л Fe2(SO4)3; применяли в качестве растворителя среду 9К Сильвермана и Лундгрена [Silverman М.Р., Lundgren D.C. Study on the chemoautotrophic iron bacterium Ferrobacillus ferrooxidans. An improved medium and harvesting procedure for securing high cell yield // J. Bacteriol. 1959. V. 77. №5. P. 642-647] без железа. В оптимальных условиях (pH 3,5, 0,5 г/л Fe3+) за 52 недели было выщелочено 58% U, 50% Th, 36% Y и 45% редкоземельных элементов. Показано, что при добавлении питательных солей может происходить «самовыщелачивание» редкоземельных элементов из руды благодаря микробному окислению пирита. Это единственный из известных нам патентов, где упоминается роль микроорганизмов в выщелачивании редкоземельных элементов, но не из отходов сжигания углей, а из бедной руды, содержащей пирит - источник энергии для микроорганизмов.
Общим недостатком известных процессов извлечения редкоземельных элементов из зольно-шлаковых материалов является большой расход кислот.
Другой существенный недостаток известных процессов заключается в высоких энергозатаратах на ведение процесса выщелачивания редкоземельных элементов при (80-90)°C.
Наиболее близким к предлагаемому способу извлечения редкоземельных металлов из руд и золошлаковых отходов является способ, предложенный в патенте Башлыковой Т.В., Живаевой А.Б. [Башлыкова Т.В., Живаева А.Б. Комплексный метод переработки шлаков // Патент РФ №2350666. Опубликован 20.10.2008 г. ]. Изобретение касается переработки шлаков и золошлаковых отходов. Способ переработки шлаков для извлечения ценных компонентов включает магнитную сепарацию и гравитационное обогащение с получением концентрата и хвостов обогащения. Хвосты после обогащения подвергают кавитационной обработке и биогидрометаллургическому переделу, обеспечивающему доизвлечение ценных компонентов, присутствующих в матрице шлака. Обработку ведут путем выращивания бактерий до концентрации (103-105) клеток в 1 мл, добавления хвостов в раствор с бактериями с соотношении Т:Ж=1:5 и развития культур бактерий до концентрации 107 клеток в 1 мл. При обработке осуществляют постоянную аэрацию при температуре среды (15-32)°C. Из полученного раствора выделяют ценные компоненты. Техническим результатом является повышение эффективности переработки шлака и золошлаковых отходов. Недостатком способа является его непригодность для извлечения ценных металлов из золошлаковых отходов (что заявлено в реферате), так как в них, в отличие от приведенной в примере переработки руд (г. Трепеча, Югославия), не содержится источник энергии для микроорганизмов, в результате окисления которого образуется выщелачивающая зольно-шлаковый материал кислота.
Отсутствуют патенты по разработке научно-технологических решений, обеспечивающих малоэнергоемкое выделение ценных компонентов из отходов сжигания углей с использованием микроорганизмов как генераторов серной кислоты. Такие способы могут обеспечить рациональное использование природных ресурсов при производстве редких металлов и снижение экологической нагрузки в районах объектов тепло- и электрогенерации.
Технический результат нашего способа выщелачивания ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала достигается тем, что вместо концентрированных растворов кислот при высокой температуре обработки процесс выщелачивания осуществляется серной кислотой, образуемой сообществом умеренно-термофильных ацидохемолитотрофных микроорганизмов при окислении дешевого источника энергии - элементной серы при температуре не выше 45°C. Способ включает приготовление пульпы в биореакторе с определенным соотношением твердой и жидкой фаз и определенным соотношением элементной серы и зольно-шлакового материала; доведение pH пульпы концентрированной серной кислотой до значения <3,0; инокуляцию пульпы культуральной жидкостью, содержащей сообщество умеренно-термофильных ацидохемолитотрофных микроорганизмов; процесс биоокисления элементной серы микроорганизмами, сопровождающийся образованием серной кислоты и снижением pH, при интенсивной аэрации и определенной температуре и выщелачивание ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала. Техническим результатом изобретения является также разработка научно-технологических решений, обеспечивающих: малоэнергоемкое выделение ценных компонентов из отходов объектов тепло и электрогенерации; рациональное использование природных ресурсов при производстве редких металлов; снижение экологической нагрузки в районах объектов тепло и электрогенерации.
Техническое решение иллюстрируется следующими примерами:
Пример 1
Проведение выщелачивания ценных компонентов из зольно-шлаковых материалов в режиме чанового процесса в разных температурных режимах: 28,40 или 45°C
Опыты проводили в периодическом режиме в реакторах объемом 3,0 л с объемом пульпы в них 1,0 л при следующих параметрах: начальном значении pH пульпы 1,60, плотности пульпы 20% (Т:Ж), аэрации 5 мин-1, скорости вращения турбинной мешалки 500 мин-1, соотношении зольно-шлакового материала и серы 20:1, количестве вносимого инокулята 10% и продолжительности биовыщелачивания 10 сут. Перед инокуляцией пульпы была проведена обработка зольно-шлакового материала серной кислотой для доведения значения pH до необходимого уровня (1,60). При этом расход серной кислоты составил 51 кг/т. При проведении процесса биовыщелачивания ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлаковых материалов при 28°C в качестве инокулята было использовано мезофильное сообщество ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов, в то время как при 40 и 45°C в качестве инокулята было использовано умеренно-термофильное сообщество ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов.
Наибольшая скорость снижения значения pH, а следовательно, и скорость окисления элементной серы, наблюдалась при проведении процесса при температуре 45°C и использовании умеренно-термофильного микробного сообщества ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов. Так, достигнутое значение pH за 10 сут процесса в этом случае составило 1,15, в то время как при проведении процесса при 28 и 40°C - только 1,41 и 1,27 соответственно. Кроме того, при 45°C наблюдалось большая численность микроорганизмов в пульпе (число клеток/мл ×108): 5,6, 5,0 и 4,8 и более высокие значения окислительно-восстановительного потенциала: 817, 759 и 676 мВ соответственно при 45, 40 и 28°C.
Из представленных в таблице 1 данных видно, что в процессе при 45°C достигнутые степени выщелачивания никеля, меди и цинка составили 46,3, 46,0 и 64% соответственно. Наибольшее влияние температурный режим оказывал на биовыщелачивание скандия, иттрия и лантана. Увеличение степени их выщелачивания при повышении температуры от 28 до 45°C составило 2.25, 1.71 и 2,08 раз соответственно. Извлечение благородного металла - серебра - во всех случаях составило 100%.
Таким образом, лучшим из исследуемых являлся режим проведения биовыщелачивания ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала при температуре 45°C, характеризующийся более интенсивным окислением элементной серы в пульпе и, как следствие, более быстрым снижением значения pH, а также большим извлечением ценных компонентов (меди, никеля и цинка) и редкоземельных элементов (скандия, иттрия и лантана).
Пример 2
Проведение выщелачивания ценных компонентов из зольно-шлаковых материалов в режиме чанового процесса при различных значениях исходного pH: 3,0,2,6 или 2,0
Опыты проводили в периодическом режиме в реакторах объемом 3,0 л с объемом пульпы в них 1,0 л при следующих параметрах: температуре 45°C, плотности пульпы 10% (Т:Ж), аэрации 5 мин-1, скорости вращения турбинной мешалки 500 мин-1, соотношении зольно-шлакового материала и серы 10:1, количестве вносимого инокулята умеренно-термофильного сообщества микроорганизмов 10% и продолжительности биовыщелачивания 10 сут. Перед инокуляцией пульпы была проведена обработка зольно-шлакового материала серной кислотой для доведения значения pH до необходимого уровня. Начальные значения pH задавали на уровне 3,0, 2,6 и 2,0 добавлением концентрированной серной кислоты. При этом расход серной кислоты составил 21±3 кг/т для случаев с начальным значением pH 3,0 и 2,6, а в случае исходного pH 2,0-45±1 кг/т.
Начальное значение pH в диапазоне 2,0-3,0 не влияло на сероокисляющую активность умеренно- термофильного сообщества ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов при биовыщелачивании ценных металлов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала. Численность микроорганизмов была одинакова во всех случаях и составляла до 1,0×109 кл/мл. Значения окислительно-восстановительного потенциала закономерно увеличивались в процессе биовыщелачивания и достигали 845-855 мВ к концу процесса, что свидетельствует о нахождении элементов-ионов в среде в их высших валентностях. Более активное образование серной кислоты в первые четверо суток биовыщелачивания наблюдалось в случае с исходным значением pH 2,0. В дальнейшем скорости образования серной кислоты микроорганизмами были схожими во всех случаях, при этом конечное достигнутое значение pH составило 0,90-0,92, что свидетельствовало о высокой сероокисляющей активности умеренно- термофильного сообщества ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов. Таким образом, основываясь на том, что длительное пребывание зольно-шлакового материала в более кислых условиях будет способствовать более эффективному извлечению ценных металлов и редкоземельных элементов, оптимальным представляется режим биовыщелачивания с начальным значением pH 2,0.
Пример 3
Проведение выщелачивания ценных компонентов из зольно-шлаковых материалов в режиме чанового процесса при различных плотностях пульпы: 33 или 10%
Опыты проводили в периодическом режиме в реакторах объемом 3,0 л с объемом пульпы в них 1,0 л при следующих параметрах: температуре 45°C, начальном значении pH пульпы 2,0, аэрации 5 мин-1, скорости вращения турбинной мешалки 500 мин-1, соотношении зольно-шлаковый материала и серы 10:1, количестве вносимого инокулята умеренно- термофильного микробного сообщества 10% и продолжительности биовыщелачивания 10 сут. Плотность пульпы устанавливали на уровне 10 и 33% твердого в жидкой фазе. Перед инокуляцией пульпы была проведена обработка зольно-шлакового материала серной кислотой для доведения значения pH до необходимого уровня (2,0). При этом расход серной кислоты не зависел от плотности пульпы и составил 45±1 кг/т.
Более эффективное снижение значения pH наблюдалось при плотности пульпы 10%. Достигнутое конечное значение pH жидкой фазы составило 0,90, в то время как при плотности пульпы 33% - только 1,07. При биовыщелачивании ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала как при плотности пульпы 10%, так и при 33% наблюдались высокие значения окислительно-восстановительного потенциала, достигающие к 10 суткам процесса 855 и 805 мВ, что свидетельствует об окислительных условиях в пульпе. Численность микроорганизмов умеренно-термофильного сообщества ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов разнилась незначительно в обоих случаях и достигала 1,0×109 кл/мл в активной фазе роста.
Степень извлечения элементов в раствор в зависимости от плотности пульпы дана в таблице 2.
Из представленных данных видно, что плотность пульпы слабо влияла на степень извлечения в раствор ценных компонентов (кобальта, никеля, меди и цинка). При этом наибольшие значения выщелачивания получены для меди и цинка (до 54,3 и 57,3% соответственно). Наоборот, увеличение плотности пульпы с 10 до 33% резко снижало эффективность биовыщелачивания редкоземельных элементов, в том числе лантаноидов. Так, снижение степени извлечения скандия, иттрия и лантана составило в 2,72, 1,98 и 2,0 раз соответственно. Извлечение серебра в обоих случаях составило 100%.
Таким образом, лучшим из исследуемых являлся режим проведения биовыщелачивания ценных металлов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала при плотности пульпы 10%, характеризующийся более эффективным окислением элементной серы в пульпе и, как следствие, большим снижением значения pH. При этом извлечение редкоземельных элементов в раствор было наибольшим и составило для скандия, иттрия и лантана 52,0, 52,6 и 59,5% соответственно. Кроме того, было выщелочено 100% серебра.
Claims (7)
1. Способ выщелачивания ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала, включающий приготовление пульпы в биореакторе с соотношением твердой и жидкой фаз (Т:Ж)=1:5, соотношением зольно-шлакового материала и элементной серы 10-20:1, доведение pH пульпы концентрированной серной кислотой до значений 2,0-3,0, добавление в пульпу питательных солей, инокуляцию пульпы внесением 10% культуральной жидкости, содержащей сообщество ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов, проведение процесса биоокисления элементной серы микроорганизмами при перемешивании пульпы, аэрации воздухом и при температуре 44-46°C, сопровождающегося образованием серной кислоты, снижением pH и выщелачиванием ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в состав питательных солей, добавляемых в пульпу для жизнеобеспечения ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов сообщества, входят (г/л): (NH4)2SO4-3,0, K2HPO4×3H2O-0,5, KCl-0,1, MgSO4×7H2O-0,5.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выращивание инокулята микроорганизмов ведут на среде, содержащей (г/л): (NH4)2SO4-3,0, K2HPO4×3H2O-0,5, KCl-0,1, MgSO4×7H2O-0,5, S°-10, на термостатируемой качалке при скорости 200 об/мин и 45°C.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выщелачивание ведут селекционированным сообществом умеренно-термофильных ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов с высокой скоростью окисления элементной серы, в состав которого входят штаммы Acidithiobacillus caldus, A. thiooxidans, A. ferrooxidans, Sulfobacillus thermosulfidooxidans, Ferroplasma acidiphilum.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выщелачивание ведут при перемешивании пульпы со скоростью 500 об/мин.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выщелачивание ведут при аэрации со скоростью подачи воздуха 5 мин-1.
7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что ценными компонентами при выщелачивании являются кобальт, никель, медь, цинк, стронций, гафний и серебро.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013137692/02A RU2560627C2 (ru) | 2013-08-13 | 2013-08-13 | Способ выщелачивания ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013137692/02A RU2560627C2 (ru) | 2013-08-13 | 2013-08-13 | Способ выщелачивания ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013137692A RU2013137692A (ru) | 2015-02-20 |
| RU2560627C2 true RU2560627C2 (ru) | 2015-08-20 |
Family
ID=53282011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013137692/02A RU2560627C2 (ru) | 2013-08-13 | 2013-08-13 | Способ выщелачивания ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2560627C2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105063383A (zh) * | 2015-09-18 | 2015-11-18 | 朱上翔 | 活化离子水和微生物酸改进离子型稀土原地浸析法工艺 |
| RU2657149C1 (ru) * | 2017-07-25 | 2018-06-08 | Акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" | Способ извлечения редкоземельных металлов и скандия из золошлаковых отходов |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4254088A (en) * | 1979-03-27 | 1981-03-03 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Salt-soda sinter process for recovering aluminum from fly ash |
| GB2196649A (en) * | 1986-10-31 | 1988-05-05 | Rtz Technical Services Limited | Smelting complex sulphidic materials containing lead, zinc and optionally copper |
| WO2004053173A1 (ja) * | 2002-12-06 | 2004-06-24 | Mitsubishi Corporation | Ｖ、Ｍｏ、及びＮｉ含有廃棄物からの有価金属の回収方法 |
| WO2006131371A1 (de) * | 2005-06-08 | 2006-12-14 | Sms Demag Ag | Verfahren zur reduktion und/oder reinigung einer ein metall enthaltenden schlacke |
| RU2350666C2 (ru) * | 2007-04-06 | 2009-03-27 | Татьяна Викторовна Башлыкова | Комплексный метод переработки шлаков |
-
2013
- 2013-08-13 RU RU2013137692/02A patent/RU2560627C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4254088A (en) * | 1979-03-27 | 1981-03-03 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Salt-soda sinter process for recovering aluminum from fly ash |
| GB2196649A (en) * | 1986-10-31 | 1988-05-05 | Rtz Technical Services Limited | Smelting complex sulphidic materials containing lead, zinc and optionally copper |
| WO2004053173A1 (ja) * | 2002-12-06 | 2004-06-24 | Mitsubishi Corporation | Ｖ、Ｍｏ、及びＮｉ含有廃棄物からの有価金属の回収方法 |
| WO2006131371A1 (de) * | 2005-06-08 | 2006-12-14 | Sms Demag Ag | Verfahren zur reduktion und/oder reinigung einer ein metall enthaltenden schlacke |
| RU2350666C2 (ru) * | 2007-04-06 | 2009-03-27 | Татьяна Викторовна Башлыкова | Комплексный метод переработки шлаков |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105063383A (zh) * | 2015-09-18 | 2015-11-18 | 朱上翔 | 活化离子水和微生物酸改进离子型稀土原地浸析法工艺 |
| CN105063383B (zh) * | 2015-09-18 | 2020-07-03 | 朱上翔 | 活化离子水和微生物酸改进离子型稀土原地浸析法工艺 |
| RU2657149C1 (ru) * | 2017-07-25 | 2018-06-08 | Акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" | Способ извлечения редкоземельных металлов и скандия из золошлаковых отходов |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013137692A (ru) | 2015-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tayar et al. | Sulfuric acid bioproduction and its application in rare earth extraction from phosphogypsum | |
| Muravyov et al. | Leaching of rare earth elements from coal ashes using acidophilic chemolithotrophic microbial communities | |
| CN105861823B (zh) | 一种强化黄铜矿微生物浸出的方法 | |
| CN102329957A (zh) | 利用自养型浸矿菌-异养型浸矿菌协同连续浸取硫化矿的方法 | |
| Zhao et al. | Bioleaching of spent Ni–Cd batteries by continuous flow system: Effect of hydraulic retention time and process load | |
| CN104152691B (zh) | 一种露天剥离硫化铜矿的生物堆浸工艺 | |
| Choi et al. | Bioleaching of uranium from low grade black schists by Acidithiobacillus ferrooxidans | |
| CN103805777B (zh) | 一种强化黄铁矿微生物浸出的方法 | |
| CN102534210A (zh) | 金属矿堆浸-厌氧浓缩转化-生物浸出提取工艺 | |
| Jadhao et al. | Biohydrometallurgy: A sustainable approach for urban mining of metals and metal refining | |
| RU2560627C2 (ru) | Способ выщелачивания ценных компонентов и редкоземельных элементов из зольно-шлакового материала | |
| Dan et al. | Reductive leaching of manganese from manganese dioxide ores by bacterial-catalyzed two-ores method | |
| CN101792853B (zh) | 毒砂-雄黄型难浸金矿的细菌氧化预处理-氰化提金方法 | |
| CN107858507B (zh) | 一种提高硫氧化菌种浸出黄铜矿效率的复合方法 | |
| CN104212970A (zh) | 从铜镍矿山尾矿砂中富集回收有价金属镍、铜和钴的方法 | |
| CN103413958A (zh) | 一种嗜酸微生物燃料电池以及嗜酸微生物的培养方法 | |
| CN107739835B (zh) | 一种赤泥的连续浸出生物淋滤装置及方法 | |
| CN115232979B (zh) | 低品位铜锌硫化矿生物浸出制备硫酸锌并回收铜的方法 | |
| Liu et al. | Enhanced bioleaching of granite-type uranium ore using an applied electric field | |
| CN1147598C (zh) | 氧化锰矿中有价金属的微生物催化氧化-还原耦合浸出方法 | |
| CN102051479B (zh) | 常温嗜酸浸矿菌及高砷高品位原生硫化铜矿生物搅拌浸出方法 | |
| Bai et al. | Bioleaching of heavy metals from a contaminated soil using bacteria from wastewater sludge | |
| Mathew et al. | Bioleaching: An Advanced Technique for the Renewal of Essential Metals | |
| CN1858276A (zh) | 一种利用微生物提取金属铜的方法及其应用 | |
| Andrzejewska-Górecka et al. | Release of critical metals from furnace wastes using the process of bioleaching in various variants |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150814 |