Вестник МГТУ, 2023, Т. 26, № 2.

Вестник МГТУ. 2023. Т. 26, № 2. С. 150-159. DOI: https://doi.org/10.21443/1560-9278-2023-26-2-150-159 (ПНД Ф 14.1:2:4.140-981). Степень извлечения меди и никеля рассчитывали по концентрации металлов в жидкой фазе. Анализ твердой фазы выполняли с помощью сканирующего электронного микроскопа ZEISS EVO 25, оборудованного энергодисперсионным спектрометром AztecUltimMax 170 (Oxford Instruments), ПО Aztec. Результаты и обсуждение На протяжении всего эксперимента значения рН продуктивных растворов были выше по сравнению с исходным раствором, подаваемым на вершину колонки. Это связано с преимущественным растворением оксидных минералов, в значительном количестве присутствующих в составе руды. На рис. 3, а представлена динамика значений рН и ОВП продуктивных растворов. Для поддержания рН в комфортном для функционирования микроорганизмов диапазоне продуктивный раствор подкисляли 1 0 %-м раствором серной кислоты, среднее значение рН по ходу эксперимента составило ~1,9. Расход серной кислоты - 33 кг/т. Значения ОВП изменялись в диапазоне 500-652 мВ, среднее значение - 564,8 мВ. Снижение концентрации железа в среде (рис. 3, б), вероятно, вызвано образованием ярозита, что приводит к вторичному осаждению железа из раствора и снижению его концентрации 3 Fe 2 (SO 4)3 + 1 2 H 2 O + H 2 SO 4 ^ 2 MeFes(SO 4 ) 2 (OH) 6 | + 6 H 2 SO 4 , где Me - ионы K+, Na+, H 3 O+, NH4+. Концентрации меди и никеля постепенно возрастали (рис. 3, в), никель извлекался в раствор интенсивнее меди. Это происходит благодаря вхождению меди в состав халькопирита, который более устойчив к биоокислению, чем минералы никеля. Разрушение кристаллической решетки сульфидных минералов обусловлено их взаимодействием с трехвалентным железом в кислой среде MexSy+ axFe3+ ^ xMe3++ axFe2++ yS0, где а - валентность металла, х и у - стехиометрические коэффициенты для металла и серы. Так, в присутствии Fe3+роль бактерий в процессе окисления сульфидных минералов, как правило, у 2+ заключается в регенерации окислителя, т. е. в окислении Fe2+. Выщелачивание халькопирита и пентландита можно представить в виде следующих формул: CuFeS 2 + 4Fe3+ ^ Cu2++ S 0 + 5Fe2+, 2(Ni,Fe) 9 S 8 + 36Fe3+ ^ 9Ni2++ 16S0+ 45Fe2+. С учетом кинетики извлечения металлов в раствор после 150 суток выщелачивания было выполнено разбавление раствора, что способствовало резкому росту извлечения металлов, в особенности - меди. К концу эксперимента из руды было извлечено 8,9 % никеля и 6,1 % меди. Наиболее интенсивно процесс выщелачивания происходил в течение 2 1 0 суток с начала эксперимента, после чего извлечение металлов в раствор существенно замедлилось. Это указывает на необходимость перемешивания рудного слоя, что вероятно, будет способствовать контакту раствора с минералами в тех участках рудного штабеля, куда попадание раствора по тем или причинам было затруднено. Из продуктивных растворов после биовыщелачивания выполнено извлечение меди методом цементации на железе, который заключается в восстановлении металла (окислителя), имеющего более положительный электродный потенциал, металлом с отрицательным потенциалом (Скорчеллетти, 1973). По данным Б. Д. Халезова, цементация на железе - самый распространенный способ извлечения меди при небольших масштабах производства из слабо концентрированных сульфатных растворов, что актуально при переработке отходов и руд маломощных месторождений (Халезов и др., 2005). Основной реакцией цементации меди является процесс CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu. Согласно работе (Скорчеллетти, 1973) теоретический расход железа на цементацию меди (Cu 2 ) составляет 0,867 весовых единицы на единицу меди. В действительности, расход железа становится выше, так как в процессе цементации площадь активной поверхности осадителя сокращается. 1 ПНД Ф 14.1:2:4.140-98. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовых концентраций бериллия, ванадия, висмута, кадмия, кобальта, меди, молибдена, мышьяка, никеля, олова, свинца, селена, серебра, сурьмы, хрома в питьевых, природных и сточных водах методом атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией. М., 2013. 153