Подготовка продукта для выщелачивания начинается на стадии его получения из исходной руды, например выделением его методами обогащения с получением продукта определенного вещественного и минерального состава, который обеспечивает наибольшую эффективность его выщелачивания. Почти все упорные золотосодержащие концентраты выделяются из исходной руды методами гравитации и флотации. Получаемые гравитационные концентраты имеют крупность 1-2, а иногда и более. Флотационные же концентраты имеют крупность 80-90% класса -0,074 мм. В тоже время гравитационные концентраты, которые по содержанию золота являются более богатыми, как правило, отличаются повышенным содержанием мышьяка. Чаще всего эти концентраты смешиваются после доизмельчения с флотационными концентратами.

 Очень большое влияние на процесс бактериального окисления и выщелачивания арсенопирита, находящегося в этих концентратах, оказывает присутствие других сульфидных минералов. Если в присутствии пирита и при отношении его к арсенопириту 4:1 - 2:1 скорость окисления арсенопирита значительно повышается и время выщелачивания его снижается, то в присутствии пирротина, который является более легко окисляемым, арсенопирит начинает выщелачиваться после того, как выщелачивается основная масса пирротина. При этом общее время выщелачивания может возрасти в 1,5-2 раза. Кроме того, при выщелачивании пирротинсодержащих концентратов в пульпе появляется большое количество железа (III), подавляющего активность биомассы, и элементной серы, которая чрезвычайно негативно влияет на последующий процесс цианирования. Поэтому при подготовке такой пирротин-содержащей руды к бактериальному выщелачиванию необходимо решить вопрос о выделении пирротина процессами обогащения в отдельный продукт.

 Из руд, в которых содержатся углистые сорбционно- активные вещества, желательно выделить их в самостоятельный продукт с минимальными потерями золота до процесса бактериального выщелачивания. Для этого, как правило, используется флотационный метод, причем реагентный режим флотации этих углистых веществ будет зависеть от их состава и свойств. Иногда они хорошо флотируются одним аполярным собирателем и вспенивателем. Сами углистые вещества, как отмечалось выше, не влияют на процесс бактериального выщелачивания и их сорбционная активность во время этого процесса значительно снижается. Однако если их не выделять перед бактериальным выщелачиванием, приходится процесс цианирования проводить в присутствии более активного сорбента, т.е. применять вариант сорбционного цианирования. Иногда углистые вещества можно выделить из кеков бактериального выщелачивания также методом флотации.

 Известно, что в процессе бактериального выщелачивания поверхность сульфидных минералов окисляется и они теряют флотационную активность, а углерод сохраняет свою гидрофобность. Это явление использовано в способе десульфурации высокосернистых углей, когда после бактериальной обработки в течении 10 минут осуществляется флотация угля и содержание серы в угольном концентрате снижается с 4 до 1 и менее процентов. Кеки бактериального выщелачивания могут также подвергаться окислительному обжигу для окисления углистых веществ, например, для концентратов Бакырчикского месторождения, содержащих до 15% углерода, после окислительного обжига извлечение золота цианированием повышается на 30% по сравнению с цианированием кеков бактериального выщелачивания без обжига.

При подготовке пульпы измельченные концентраты смешиваются с регенерированным бактериальным (оборотным) раствором при определенном соотношении Т:Ж. В этот цикл подаются необходимые для биомассы питательные соли, устанавливается температурный режим, необходимая кислотность и заданная производительность, а также воздух для перемешивания и аэрации.

Цикл собственно бактериального выщелачивания осуществляется с определенной скоростью протекания пульпы, обеспечивающей воспроизводство активной биомассы. В аппаратах этого цикла поддерживается необходимая для роста биомассы кислотность, особенно в начале процесса, температура, необходимая степень аэрации и обеспечивается хорошее перемешивание. Цикл может включать одну или две стадии выщелачивания, может быть одно- или двухпоточным в зависимости от применяемой технологии.

Переработка продуктов бактериального выщелачивания включает цикл разделения фаз ( сгущение и фильтрование ) и последующие циклы переработки твердой фазы и растворов. Твердая фаза в зависимости от требований, предъявляемых к получаемым после выщелачивания продуктам, может подвергаться, например, химическому выщелачиванию для удаления переосевших вредных примесей, нейтрализации с последующим цианированием, плавке, флотации, гравитационному обогащению, которые проводятся с целью получения товарной продукции. При переработке растворов из них прежде всего удаляются вредные примеси, например, железо, мышьяк, а затем после регенерации или без нее растворы направляются на приготовление пульпы.

При выщелачивании арсенопиритных концентратов возврат биомассы может быть осуществлен с жидкой фазой пульпы, т.к. концентрация мышьяка и железа в растворе определяется только величиной рН пульпы.

Необходимо отметить, что схемы переработки остатков бактериального выщелачивания и регенерации растворов могут быть сопряжены: например, для промывки остатка выщелачивания могут быть использованы растворы из цикла регенерации, где производится осаждение металлов из этих растворов.

Схемы процесса чанового бактериального выщелачивания зависят от минерального состава исходного продукта и, прежде всего, от содержания арсенопирита и его структурных и генетических особенностей, количества сульфидной серы, представленной пиритом, пирротином и другими сульфидными минералами, количеством железа, также связанного с сульфидными минералами. При выборе схемы учитывается распределение золота по минералам и классам крупности, наличие карбонатов, углистых веществ, первичных и вторичных шламов. Большое значение при выборе схемы играют экономические факторы, такие как расход реагентов, расход электроэнергии, требуемая производительность, качество получаемых продуктов и особенности процесса их дальнейшей переработки.

Разработка технологии бактериального выщелачивания золотомышьяковых концентратов включает несколько этапов с общей продолжительностью 4-6 лет. Эти этапы включают лабораторные исследования в различных режимах и пилотные исследования, которые используются при проектировании и эксплуатации установок большой производительности. Многие исследователи считают, что процессы бактериального выщелачивания хорошо масштабируются.

Первым этапом исследования технологии бактериального выщелачивания является получение культуры бактерий, активно окисляющей сульфидные минералы, входящие в состав выщелачиваемого концентрата. На этом этапе осуществляется адаптация бактерий и получение необходимого количества адаптированной культуры для проведения лабораторных исследований. При подготовке культуры для выщелачивания не рекомендуется адаптировать бактерии к отдельным минералам или элементам, входящим в состав данного сульфидного концентрата.

Для процесса выщелачивания могут быть использованы штаммы бактерий, выделенных из природных микробных ценозов на месторождении сульфидных руд, продукты переработки которых намечены для выщелачивания, или штаммы бактерий, ранее изолированные на месторождении и культивируемые на среде 9К или на средах, содержащих различные сульфидные минералы. Длительность процесса адаптации бактерий, культивируемых на среде с Fe²⁺ к намеченному для выщелачивания сульфидному концентрату в зависимости от его состава может достигать 6-8 недель. Это связано с тем, что при культивировании бактерий на синтетической среде с железом (II) они теряют адаптивные свойства к среде, содержащей сульфидные минералы. Поэтому первые этапы адаптации рекомендуется проводить в периодической культуре при плотности пульпы 2-3% твердого. Рост и окислительная активность культуры при адаптации контролируется по изменению рН, Еh, Fe²⁺ и Fe³⁺ и количеству биомассы, а также концентрации выщелачиваемых элементов, например, мышьяка. Пересевы на свежую пульпу активных бактерий осуществляется при увеличении количества твердого до 5-7% и т.д. Адаптация проводится в колбах Эрленмейера на качалке, в ферментерах, делительных воронках и других емкостях, обеспечивающих перемешивание, аэрацию и обогрев.

В зависимости от поставленных задач процессы чанового выщелачивания могут проводится как в периодическом, так и в проточном режиме культивирования микроорганизмов. При выщелачивании в периодическом режиме отсутствует отвод продуктов выщелачивания и метаболизма. В проточном режиме культура бактерий постепенно адаптируется к условиям выщелачивания, оценивается кинетика и степень извлечения металлов в жидкую фазу пульпы, определяется ионный состав жидкой фазы, максимальная скорость протока и т.п. Кроме того, при проточном режиме проводятся модельные исследования, имитирующие реальный технологический процесс, отрабатывается схема выщелачивания, включающая регенерацию растворов и переработку твердых остатков. Плавная регулировка скорости подачи пульпы на протоке позволяет осуществлять селекцию бактерий с высокой удельной скоростью роста по стадиям выщелачивания при увеличении концентрации выщелачиваемых металлов. В результате сокращается время выщелачивания. При исследованиях процесса в непрерывном режиме осуществляется полный цикл переработки концентратов, включая регенерацию растворов после выщелачивания, цианирование остатков выщелачивания и т.д.

Полупромышленные или пилотные испытания проводятся в непрерывном режиме культивирования бактерий, когда создаются наиболее благоприятные условия для их жизнедеятельности. Во время пилотных испытаний на установке перерабатывается не менее 2 т концентрата, при этом определяется максимальная скорость протока, скорость роста бактерий на различных стадиях выщелачивания, расход реагентов и воздуха, определяется способ регенерации выщелачивающих растворов и способ их использования, отрабатываются методы выделения металлов и, наконец, оценивается применимость процесса в промышленном масштабе.

Примером полупромышленной установки может служить установка, сооруженная впервые в мировой практике в ТулНИГП (бывшем Тульском филиале института ЦНИГРИ). Эта установка, схема цепи аппаратов которой представлена на рисунке 19, оборудована пачуками объемом 0,2 м³, расположенных каскадно двумя параллельными рядами по пять штук в каждом ряду ( 3 и 6 ). В зависимости от времени выщелачивания, определяемого характером перерабатываемого концентрата, используются оба ряда пачуков, работающих последовательно ( время выщелачивания 120-140 часов) или один ряд ( время выщелачивания 60-70 часов). Последний пачук в одном ряду (10) не соединен с остальными и служит для регенерации биомассы, подаваемой в голову процесса через чан 2. В этот же чан подается измельченный концентрат, который перемешивается с раствором при определенном значении рН и температуре. В пачуках температура поддерживается автоматически циркуляцией горячей воды в рубашках. Пульпа по пачукам движется самотеком через сливные патрубки. Перемешивание пульпы и ее аэрация осуществляется воздухом, подаваемым в аэраторы воздуходувкой.

Рис.19

Исходный концентрат перед выщелачиванием измельчается в мельнице 1, откуда вместе с оборотными растворами из сборника 10 закачивается насосом в контактный чан 2. Значение рН в этом чане поддерживается на уровне 2-2,2. Для обеспечения непрерывного и равномерного питания пачуков в контактном чане поддерживается 1,5-2 суточный запас пульпы. Из этого контактного чана, емкость которого составляет 0,9 м³, пульпа аэролифтом подается непрерывно в первый пачук, откуда самотеком - во все остальные в этом ряду. Если время выщелачивания в пяти пачуках достаточно, то из последнего пачука она поступает на сгущение в конус, откуда сгущенный продукт идет на фильтрование, а слив конуса и фильтрат- на операцию осаждения мышьяка и железа, регенерацию бактериальных растворов или сразу в оборот. При необходимости более длительного выщелачивания пульпа из пятого пачука аэролифтом подается, а первый пачук второго ряда.

 Пульпа из последнего пачука этого ряда поступает на сгущение в обезвоживающий конус 4 или 7, сгущенный продукт которого перекачивается на нутч-фильтр 15. Кек после фильтрования направляется на нейтрализацию и цианирование. Фильтрат соединяется со сливом конуса и направляется в чан 8, а затем, при необходимости, в чан 11, где осуществляется очистка растворов от мышьяка и железа путем подачи известкового молока, которое готовится в перемешивателе 18 и изменение рН до 3-3,1,. Пульпа с осадком перекачивается в чан-отстойник 13, откуда раствор декантируется, а осадок фильтруется на нутч-фильтре 16 и сбрасывается в отвал.

 Раствор после сгущения вместе с фильтратом поступает в пачук 10 для регенерации, если это необходимо, и для последующего использования в процессе выщелачивания. Регенерированный бактериальный раствор из пачука 10 подается в чаны для оборотных растворов 16 и 17, а из них - в контактный чан 2 для приготовления пульпы. Для выделения биомассы на установке предусмотрен сепаратор 9, в который направляются бактериальные растворы перед выделением металлов. Это позволяет сохранить высокую активность биомассы перед ее возвратом в процесс. Раствор из сепаратора направляется на осаждение металлов.

Для разгрузки установки пульпу из пачуков выпускают в чан 19 для нейтрализации. На установке предусмотрена возможность ведения процесса в две стадии с выделением готового по крупности продукта и с заменой выщелачивающих растворов, для чего пульпу из пачука 5 подают в конус или гидроциклон, сгущенный продукт которого направляется в чан 5, откуда после подачи бактериального раствора - на вторую стадию выщелачивания. На установке автоматически поддерживается температура пульпы, определяется значение рН, плотность пульпы, концентрация клеток и активность их, содержание железа(II) и железа (III), а также мышьяка. Особо контролируется производительность установки и крупность измельченного концентрата. Подобные установки с применением процесса бактериального выщелачивания использовались в качестве пилотных при разработке технологии бактериального выщелачивания.

Выбор схемы бактериального выщелачивания, как уже отмечалось выше, определяется целым рядом факторов и требований, как к исходному продукту, так и к продуктам выщелачивания.

Принципиальная схема переработки золотомышьякового концентрата с использованием процесса бактериального вскрытия приведена на рисунке 20. Эта схема является самой распространенной в промышленной практике. Содержание мышьяка в концентратах, перерабатываемых по этой схеме, составляет обычно от 3 до 8 %, иногда до 10%. Время выщелачивания такого концентрата колеблется от 72 до 100 часов.

Примером может служить золотомышьяковый концентрат, выделенный из руды Зодского месторождения (Армения). В концентрате содержится не более 3-4 % мышьяка в виде арсенопирита и до 30% пирита. По одностадиальной схеме выщелачивания при Т:Ж = 1:5, рН 2,1-1,7 за 90 часов содержание мышьяка снижается до 0,1-0,2%, при извлечении его в раствор более 92%. При этом извлечение золота из остатков бактериального выщелачивания достигает 93%.

Двухстадиальные схемы выщелачивания применяются при переработке концентратов, содержащих 8 и более процентов мышьяка. Эти схемы могут быть в нескольких вариантах. Во-первых, высокое содержание мышьяка в исходном концентрате приводит к повышению его содержания в жидкой фазе пульпы ( более 10 г/л ), что естественно ингибирует деятельность микроорганизмов, снижает их активность, а следовательно увеличивает время выщелачивания и содержание мышьяка в конечном продукте. Для того, чтобы выделить из жидкой фазы мышьяк, после первой стадии выщелачивания (24-48 часов) пульпа подвергается сгущению, и выделенный при этом слив направляется на осаждение мышьяка и железа, а сгущенный продукт после репульпации оборотными растворами идет на вторую стадию (рисунок 21). Это позволяет снять эффект ингибирования и активизировать деятельность микроорганизмов. Однако во второй стадии выщелачивания может произойти снижение скорости выщелачивания из-за увеличения лаг-фазы у бактерий, находящихся в оборотных растворах.