Б. в. упорных сульфидных концентратов проводится прямоточно в серии последовательно соединённых чанов c перемешиванием и аэрацией аэрлифтом при t 30°C, pH 2,0-2,5 и концентрации клеток Th. ferrooxidans 1010 - 1011 в 1 мл пульпы. Cхема переработки сульфидных концентратов замкнутая. Oборотные растворы после частичной или полной регенерации используются в качестве питательной среды для бактерий и выщелачивающего раствора. Наиболее активными являются культуры бактерий, адаптированные к комплексу факторов (pH, тяжёлые металлы, тип концентрата и т.д.) в условиях активного процесса Б. в. Примеры Б. в. в чанах: из коллективных медно-цинковых концентратов за 72-96 ч извлекаются в раствор до 90-92% Zn и Cd при извлечении Cu и Fe соответственно около 25% и 5%; из свинцовых концентратов можно полностью извлечь Cu, Zn и Cd. B растворах достигаются концентрации металлов: Cu до 50 г/л, Zn до 100 г/л и т.д. B олово- и золотосодержащих мышьяковистых концентратах арсенопирит практически полностью разрушается за 120 ч, что позволяет в одних случаях очистить концентраты от вредной примеси мышьяка, в других - при последующем цианировании извлечь до 90% золота.
3. Переработка никелесодержащих руд
Методом кучного бактериального выщелачивания. Опыт фирмы «Talvivaara». Финская компания «TalvivaaraMiningCompany Р1с.» (ТМСР) является владельцем никелевого рудника на месторождении полиметаллических руд с одноименным названием (Talvivaara), расположенного в субарктической зоне на северо-востоке Финляндии. Измеренные и исчисленные запасы месторождения определены величиной 642 млн т руды со средней массовой долей никеля 0,23%. Кроме никеля, руда содержит в качестве попутных ценных компонентов медь (0,13%), кобальт (0,02%) и цинк (0,51%). Главные сульфидные минералы в руде — пирротин, пирит, халькопирит, сфалерит и петландит, суммарная массовая доля которых составляет в среднем 21%. Данная сырьевая база является достаточной для поддержания объема производства предприятия на период более 60 лет, при годовой добыче никеля 33 тыс. т, цинка — 60 тыс. т, меди — 10 тыс. т и кобальта —1,2 тыс. т. Оба рудных тела пригодны для их отработки открытым способом (экскаваторные работы), благодаря низкому коэффициенту вскрыши (примерно 1:1).
До последнего времени месторождение оставалось невостребованным из-за низкого качества руд. Было сделано заключение, что его эксплуатация с использованием общепринятых (главным образом, пирометаллургических) методов, экономически не оправдывается. По ранее выполненным в исследовательском центре Оутокумпу технологическим исследованиям, проведенных после 2004 г. в ТМСР, был составлен проект предприятия с ориентацией на технологию кучного бактериального выщелачивания металлов.
Предусмотренная проектом технолого-аппаратурная схема (см. рис. 3) включает в себя 4 стадии: горные работы, дробление, кучное биовыщелачивание и извлечение металлов из растворов с получением соответствующей товарной продукции. В качестве метода добычи руды приняты открытые горные работы, планируемые в объеме примерно 15 млн. т в год. Дробление руды осуществляется в 3 стадии. Дробленую руду подвергают агломерации. Затем руду с помощью конвейера укладывают в кучи высотой 8 м на соответствующие «подушки» для проведения первичного биовыщелачивания металлов, рассчитанного на период до 1,5 лет. Кучи снабжены трубами для аэрации. Кучи орошают выщелачивающими растворами, рециркулирующими в обороте до тех пор, пока концентрация металлов в растворах не достигает необходимого уровня. После 1,5-годового биовыщелачивания руду убирают с первичных оснований с укладкой ее на новые основания, где руда выщелачивается повторно для доизвлечения металлов. В цикле извлечения металлов никель, медь, цинк и кобальт осаждают из растворов сероводородом.
Летом 2005 г. непосредственно на руднике была создана демонстрационная биовыщелачивающая установка на производительность 17 тыс. т руды. Орошение кучи начато в августе 2005 г. Пилотная куча была инокулирована местными бактериями, отобранными на месторождении. Температура раствора достигала более 50°С. Повышенные температуры сохранялись и в зимних условиях.
Зимой 2007 г. кучу подвергли рештабелированию и началась фаза вторичного биохимического окисления. Бактерии, используемые в процессе биовыщелачивания на Talvivaara, присутствуют и развиваются в исходной руде. Таким образом, они являются эндемическими (т.е. свойственными данной местности) и поэтому хорошо приспособлены к условиям окружающей среды, что существенно повышает эффективность рассматриваемой технологии.
Одновременно с процессом КБВ в 2005–2006 гг. проведены испытания по осаждению металлов из получаемых технологических растворов. Принятые на Talvivaara методы извлечения никеля и сопутствующих ему цветных металлов (кобальта, меди, цинка) разработаны предприятием в содружестве с фирмой OMG Kokkola Chemicals (Финляндия).
Начало производства металлсодержащих продуктов на пилотных установках OMG датируются мартом 2006 г. Полученные продукты характеризуются высоким качеством, при извлечении из растворов близким к 100%. Результаты технологических испытаний 2005–2006 гг. позволили получить весьма ценную информацию и исходные данные в проект «Talvivaara». На опытных установках достигнут 96–98% извлечения металлов из руд.
Промышленное освоение технологии на руднике начато в 2008 г. В середине сентября 2009 г. пущена в строй установка по производству сульфидов никеля и цинка. В октябре того же года на фабрике установлено дополнительное дробильное оборудование с доведением общей производительности данного технологического передела до 22 млн т в год. Динамика производства руды и металлов на Talvivaara за период, прошедший с начала промышленной эксплуатации до IV-го квартала 2009 г. характеризуется представленными ниже табличными данными (см. табл. 1).
Таблица 1Динамика производства руды и металлов на Talvivaara
| Виды работ | III квартал 2009 г. | I–III кварталы 2009 г. | 2008–2009 гг. |
| Добыча руды (взрывные работы), млн. т | 2,0 | 7,3 | 10,3 |
| Экскавация пустой породы, млн. т | 1,0 | 2,9 | 4,2 |
| Штабелирование руды, млн. т | 1,4 | 5,5 | 8,0 |
| Общий объем руды в «первичных» кучах», подвергаемых биовыщелачиванию, млн. т (к концу периода) | 8,0 | 8,0 | 8,0 |
| Производство металлосодержащих сульфидов, т (по сухой массе) | |||
| Никель | 208 | 668 | 668 |
| Цинк | 190 | 1444 | 1444 |
| То же в расчете на «чистые» металлы, т | |||
| Никель | 101 | 325 | 325 |
| Цинк | 114 | 820 | 820 |
В летний период 2009 г. осуществлены мероприятия, обеспечивающие возможность расширения годового производства никеля к 2011 г. до 40, а к 2012 г. — до 50 тыс. т.
Необходимость вовлечения в переработку нетрадиционного сырья (бедные и забалансовые руды, кондиционные руды маломощных месторождений, отходы горнообогатительного производства и др.) вызвана истощением запасов богатых золотосодержащих руд. Переработка такого сырья по традиционной фабричной технологии нерентабельна, а вовлечение в промышленную эксплуатацию этих продуктов позволяет значительно увеличить сырьевую базу и добычу благородных металлов.
Наибольшее распространение в мировой практике получил метод кучного выщелачивания (КВ). Этот метод используется за рубежом в промышленной практике с начала 1970-х годов. В настоящее время метод КВ прочно вошел в промышленную практику золотодобычи США, Австралии, Канады, Мексики, Бразилии, Саудовской Аравии, Индонезии, Новой Гвинеи, Чили, Зимбабве, Ганы и др. Более 40 % мировой золотодобычи приходится на технологию КВ.
Многолетняя практика работы зарубежных предприятий КВ подтверждает их высокую технико-экономическую эффективность. По сравнению с традиционными фабричными технологиями КВ характеризуется низкими капитальными вложениями и эксплуатационными затратами, меньшим энерго- и водопотреблением, высокой производительностью труда, щадящим экосистему уровнем производства, низкой себестоимостью добычи золота и серебра, что позволяет вовлекать в отработку бедное золотосодержащее сырье с содержанием золота выше 0,5 г/т. Основными недостатками КВ по сравнению с фабричной технологией является, как правило, меньшее извлечение и сезонность работы.
Особенно актуальна в настоящее время проблема внедрения КВ в России. Из-за отсутствия государственных инвестиций в разработку новых месторождений строительство фабрик стало невозможным. Из-за низкой мировой цены на золото и увеличения цен на энергоносители большинство действующих предприятий стали убыточными, некоторые законсервированы и объявлены банкротами. Даже старательская золотодобыча многих россыпных месторождений стала нерентабельной.
Опыт внедрения за последние три года первых куч в России на месторождениях «Майское», «Чазы-Гол» (Хакасия), «Холодное», «Лопуховское», «Канавное», «Центральное» (Алданский район) /1,2,3,4/ показал высокую эффективность КВ: получено более 2 т золота.