Электробиотехнология переработки золото- и цианидсодержащих растворов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.11 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА

На правах рукописи Для служебного пользования

Экз№ 000013 *

ВЕМБЕР Владимир Евгеньевич

ЭЛЕКТРОБИОТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ЗОЛОТО- И ЦИАНИДСОДЕРЖАЩИХ РАСТВОРОВ

Специальность 02.00.11 — коллоидная и мембранная химия

Автореферат

на соискание ученой степени кандидата технических наук

№ 185 ДСП от 22.06. 92 г.

) ,

Москва — 1992

Работа впюлнека е Институте, бяояоллоидкой х::к?.7. АН Украгш. - 1 '

Каучкне. рутсокодчтель • - доктор хи1.т.ческЕх-наук, профессор З.Р.Ульоерг.-' • ■'"• '

Каучетй! консультант - кандидат ;хя »кческих наук -Подольская.-'. - ■.'._■

ОЗкдкалкше' отзонента: доктор химических-наук, профессор .А.П.Гихонов; доктор хкщчео!-ких наук, лрсгессор Е.С.Ягрт-нсхлй. .;"'.. ¡.

'.Ьедутвая организация. - Ккеъскик по-татехки-!- . ческг.£1. г-нствтут. - - - |

'Защгк состой гея . В 14 Час. В КОНф.ЗаЛе.ка еасецаД. й'-ж спвЦЕглпзпроргишого совета Д 053.34.04 [ 6 1'ссковсксй! х1,.жко-технрлогй,косксй институте Д.К.тщелеева / 12?15С, Москва, А-1Р0, русская пл.., дом 9 /.

; ' С диссертпддей кокно ознакомиться б кауч изгермац-.'оннем центре института. ■ ■

Лг.тот.ь'; ер.ат разослан " оСгг&д . 1892 г

Учени:: секретарь еиепиал?гкрегягшого совета ?

/

- ОБЩАЯ ХАРАКТЕРКСТШа РАБС'ТН

Актуальность -работы. В настоящее время развитие,золотодобывающей прошалеяяости во многом связано с созданием комплекса природоохранных мер при работе- горно-обогатительных комбинатов, в тем числе разработкой экологически' чистых ^безвредных) техно--логлЬ обогащения1 минерального сырья .и извлечения ценных компонентов, а тага®; технологий, позволящих эффективно обезвреживать промышленные отходи, сточные воды.

Для золстоизглекателыюй промшленпости проблемы вколотим приобретают особое значение. в_ляязв с широким использованием на ее предприятиях.технологических процессов с применением цианис-•шх растворителей1. Существующие технологии их обезвреживания, .использующие различные реагенты-окислители не позволяют достичь необходимую степень разложения цианистых соединений в сточных водах.(¿пульпах)У характеризуемую/значениями предельно допустимых концентраций (ПДК), $. 'использование хлора и его производных для ?тих целей дополнительно осложняет энологическуо, ситуацию в связи, с образованием'при.этом новых токсичных соединений, а также опасностью накопления и хранения, гадкого хлора на предприятиях.

Принципиально новым 'решением в данной ситуации стало создание бтютехноЯогэтесгдх процессов, яозволявдих, согласно нашим ксследованиям, не только осуществлять процесс биодеструкцпи циан-кснсв и металлокошшехсов, но.одновременно е< биосорбцик значительного количества золота и серебра, нагсуящвхся в аьхйо-генных дисперсиях с последугядш их извлечением.

Научные разработки в этой области базируются на созданных и развиваемых в Институте биоколлоидной хют.:? представлениях о метаяло$ильностя шкроерг-аяизков, определяемой как споссбноотг

¡ЭЕроорганлзмоБ функционировать в условиях'-повышенных концентраций .гяяелшс металлов, а также материалах Открытия (# 361. 1939г.) суть которого состоит'в установлении явления избирательной ге~ терокоагуляции кнтакгншс клеток. микроорганизмов - с коллоидными частицами металлов (минералов)' 'в сложных многокомпонентных дас-перснвх системах','а-впоследствии установленной также избирательной сорбции. металлов из-смешанных электролитов, определяющих прароцнве.процессн локализации металлов и возможность создания ка их' основа 'промышленных технологий их извлечения»

Б основе научных исследований-лежат- достижений в области (1 ] коллоидной'а Оиоколлоадной химии, в частности, в'изучена» неравновесных-, электроповерхностяых; явлений в биологических и ьш1еральных суспензиях , :операьздиеся ка кснцешда клетки как хал-лоидао-ХЕКЯЧеской системы,(I г 3 а также микробиологии-в 'Части создания новых' синодальных метатш^гльк^'штошов- ишкроорганпз-г.:ов~деетрукторов и микроорганизмов,"специфически аосумулирующих металл, в данном случае золото е. серебро- в ионном н -коллоидном состоянии; изучение влияния электрического .доля'на эти процессы.

Работа являлась частью■ исследований»' вкполяяел-ш:'в Институте бйокодлсидноЁ -химии -в соответствии с 'проектом "Биотехнология извлечения золота в.-дисперсном и;роннсш состоянии ^биоакку-муляцвя) с одновременным обезвреживанием стоков золотоизвлека-телшых- предприятий" ( утЕеркден ГКНТ-' 16.01.1989 гф". ,. 'являющегося составной частью Государственной научно-технической лрограк-глг "Г.огеГлгие кет ода биоияжензрии" (задание, 01.01|н).

Дрль г. задачи ^.ссетт^хщорясй работа. Настоящая работа

»• ' I

(•.'"¿•г.? сх-оел дельл исследование биологической деструкции с с еда-

цианидов е растворах а дисперсиях"и разработку биотехноло-п'чьского процесса но обезвреживанию технологачеаах отходов золотой звлекатёльных Забран при одновременном дополнительном извлечения золота и серебра; исследование' процесса электрокоздштрг-рср&чпя коллоидного и ионного золота и других тякедых кетаялов с ьсшцью клеток микроводорослей я бактерий и разработку технологических подходов для его реализации. '

Б соответствии с постоело-ноК задачей, «ссдгедоваиая кроро-•шлвсг в следующих направлениях:

- исследование процесса сорбции золота клетлаш» отисросрга-низмов из растворов, изучение, влияния на,_процесс биологической аккумуляции металлов электрического поля;

- изучение особенностей олектроос&кцения биокосшлс агрегатов, состоящих из коллоидных'частиц золота и клеток, на ■дисперсных' фильтрах-загрузках различной яркролн;

- исследование процессов биологического разращения цианидов, определение"оптимальных ■■условий проведения этого процесса, в том.числе в электрическом поле; .

- разработка технологической^ схеш процесса биологического разрушения соединений цианидов в растворах л суслензиях (технологических пульпах) с одновременным дополнительным извлечением золота и серебра.

Научная новизна работы.состоит в установлен®.! закономерностей ш одеосов Сяодеструкцип соединений цианидов и б.-сакх^тляции зо-

к других тяжелее кеталлоЕ в электрической волё. Предложен :: соерьгвчеекп обоснов&н возгязвгшй кеханязм обнаженного &:секта /нтсксифвкацглз процессов сорбции и деструкции в электрическом по-

.те. ?то позволяло ссТср.гуларсвать гипотезу о том, что на путл упралеккл размерами клеточных агрегатов имеются резервы иоеы-аения параметров сорбции комгокентов раствора в клеточных суспензиях я многократного ускорения процесса' сарбцга и бтедест-рукции цианидов.

Предложен подход к обогащению Седакх руд, содер-чацЕХ значительное количество золота коллоидной степени дисперсности, в основу которого еолежено явление селективной гетерокоагулядии ллюблдазованкьпс клеток ет.крооргакнз\:ов с частицами золота и глинистых минералов в злектрическои поле.

Показано,• что объединение в одной, технологической. цепи процесса биодеструкции цианидов с ^азико-хюлиескики козденст-к:яая позволяет создать интенсивную комплексную биотехнологию-переработки цканицсодергсаяей. хвостовой пулыы золотоизвлекатель-ТабрИКЛ. ' ; , .

Установлены яакономеркссти процесса электроосаждения ахрега-

■ <

юз клетка-металл на игсперсщх загрузках различной природа в □проком диапазоне каг;ря"сннсстей электрического поля; £-потенциала меток, скоростей, протока. ' ! -'

Сряетт.чесл.ая цаччостъ работы состоит в разработке • технологических принципов' процесса биологического разрушения цианисткх соединений в растворе. Показано, что прием биологической дест-хугохии цианидов е сочетания с уизико-хи.-.т'.ческими ¡воздействиями позроляет обезвреживать цлал1'дсса,ерг.алие сточные ¡вода золотоиз-влекателыаас огайрик с бнсойик содержанием твердой фазы до уров-

прсцельно допустим концентраций но цианидам

глазе

и. роданидам.

ало, что выделение баокссных агрегатов из водных растворов

нуте:- ит. ллекгроосачхеш-.я гл дисперсно: загрузках б электрофильтрах молот бить scccmscFaHO для извлечения хусокодксперснсг'. и пенного золота, а такие других таиеяьтс геталдов с целкэ их концентрирован;: л.

Прскедслдне "сслсдотлд-'ил легли в основу технологии,

которая прслла сп-.тно-зз c?f ,ve4:'yw проверку на Глрдланоулакс}л: зсл0тснь;-л'.;-.атель."с^ лаерлко ЕС "Уэбедзсл-.о". i La;: лслапалл гл-зулътггл :'c:vTa:-:i'J., техислсгня r.c-'ev быль рекслечдсвана к лге-плдепно:"- использования ixtx золотоиззлелатольнях .'аСрп-дас.

Лгу-р за—лет: ....... -

- регу.аезкг гл:сгерн:..енталънку нселздевгнп:; лрсцос..а с.:с-сороцэд sc.TrTS л других тяжело геталдов г.з рыеггеров кх сслс£ и влияния ка г гот ятсдесс ¡? лексического годя;

- реэультатк îксперрм^иагызос исследовании биолепгчегкггг разрушения цианидов и результаты по влкянта уолср*'.;-. злектроак-тт.Багйп ка р^сктаЕИс-сть о того прсцс-сса;

-результаты окспери/енталънкх исследовании удер-ливанпд сиоксскгх агрегатов коллоидная частица зсдста-клетиа на различных дпеперских загрузках;

- техлслогическую схетлу процесса биологического рагрренвя цианиеггх соединении в растворах и суспензиях (.уезкелогйчеекг.х зульпзд ) с одиовре!.>:гкн1лл дсясллпгелквд: изглечение:,: зелота ? СС-1.Г.6; :.ч; О

- оглнг.тлл лле параметр;; процесса глектроб.. эдеструхцик О-л-нидов к технологических пульгах зо^отсиаг-леклт-элвной о/а'рикн.

Апробация "работ::. ГРатериалк диссертации де:т,алк;-длись га: гсгсгэзлой кеп^-реяи:::: цо коллоидно!: тиля: лрл-одних ллслерс:дл

систем (Канев, 1987); Международнойконференции.по коллоидной химии (6ala.Îort]ûreé) , 1988 ; Международном симпозиуме "Электрокинетические явления - 1989 (Дрезден, 1989); У11 Международном совещании "Свойства жидкости-в малнх объемах? (Каев, 1989);. Всесоюзном семинаре по электроповерхностным -явлениям ж мембранным процессам (Киев, 1989); 1У Республиканской-научно-технической конференции молодых ученых и специалистов микробиологов "Биология культивирования и биотехнология кякрооргатзков" (Ташкент, 1939); Всесопзной конференции ■ "Коллоидно-химические; проблем* экологии" (Шнек, 19S0}. ■

Публикации> По теме диссертации опубликована'одна статья, четыре доклада в трудах'Меяцународакх к.Всесоюзны* конференций, двое тезисов, получено три авторских свидетельства на изобретение- - одна азшеатарованная заявка."; , • . : ; ',

Сб-ьем и структура таботн. Диссертация изложена на 222 страницах ыаяиношсного текста, включая список литературы из 186,

и.т ез введения.

наименований; 17 таблиц, 45 рисунков. Бабота состсе пяте глав и выводов. ' ' '■ ', ; .; ,. ■;'. ./.- ''

Первая глава является обзором литературы. В в ей-изложены .' современные представления о бпосорбции .тяжелых 'металлов -аз раст-норов: результаты научных исследований, рассмотрены разрабатываете на их основе новые технологические решения..' Два раздела пос-ряг;енк обсуждения научккх п' патента^ публикаций,! касаэдихся ис-Есльзсв-лиа электрических полей для .управления скоростью процессов, протекагаих с участием микроорганизмов п используемых для рлектро концентрирования ксллоидно-дисперснкх и молекулярнр-раст-

ч < *

воримых веществ. Рассмотрены л обобщены работы, посвященные проблемам обезвреживания цианздсодержаидах сточных вод с помощью культур биодеструкторов. Культуры клеток-деструкторов были выделены из хвостохранилищ зслотоизвлекательннх фабрик, работающих по схеме'растворения зелота в цианистых растворах. Клетки, аккумулирующие золото Снлв выделены.из золотссодерзсаааос шельфов оцыого пз районов Приморья, а затем' подвергали селекции и мутации б лаборатории. На основании анализа литературных данных обоснована постановка настоящей работы, сформулированы ее даль и основные задачи. • -

: о второй главе рассг.'огренн-обьекты.л меащы исследования. 3 качестве цианодеструкторов и сорбентов тяжелых металлов в виде ясное и коллоидных частиц использовали ряд техногенных и музейных штаммов микроорганизмов. Сре,ди них: шхроводоросли Chlorella pyrertoidosaУА-i-l, Chlorella pyrenoidosa УА-1-2, Scenedestnui obli(jt4UsyA-l-2, Ckiorella vulgaris 18; бактериальные культуры Pseudomonas sporum БКШ,! E-4251, Bacillus sporum. ЕКПМ Б-42БЗ, Pseudomonas jtuorescens ВЮШ B-5Q40, bacillus subtiiis BKI,1H71, bacillus sporum AC-l. Сектами исследования являлись такяе суспензии минеральных частиц: гидрозоли золота различной' степени дисперсности, хвосты золотоизвлекатель-ных фабрик (Ж), технологические цианлдсодернащие пульпы ЗИФ.

Для иммобилизации т^икроорганизкоЕ использовали методы включения клеток б поллакрилЕМИдннЗ гель, закрепления на анидных волокнах иле зёрнах пористого Фторопласта. - ■•

Ь экспериментах ло олектрсконцентрировшшю клеток микроорганизмов, золя золота и агрегатов клетка-частица золота рсполь-зовали двух- и трех-какеряке ячейки с электродными качерауи,

отделенным от фильтра-загрузки о помощью электрохимически '■ неонтиБЕЫх целлофановых шк'браи. В качестве фильтра-загрузки; использовали лроводедие с уголь,- медь >•' келезо;:; алюминий.),- кеирЬ--водязше (поливннилхлорид, фторопласт^ стекло) ^атерншн;'' а так® гранулированные иоягтк АВ-1? и КУ-2-8..V;'•

Использовались ^изико-хвмпческив ,-л -коллоидные ¡метода:" мцк-роэлектрат-ореза, электронной кккросксшн, глектрокбнцентрирора-' нин на дисперсных -загрузках',-измерения интенсивности :-аотре<5ле--л?.Е кислорода клексаая-с помощью универсального кислородного, *. :'-датчика и другие,'' - .':; :'--',- | ./.'..Контроль за степенью связнвания .тяделнхметаллов- клетками. шкроорганвзксв вели методом -рентгено?лйор8сдентко|о ^ангщзагна приборе ХБг-ЕОО. Сб аТйеЕТЯРности'в,зш«/оде£ствйЛ >.такрооргдаизмов с золотом-в ввде'зо^и и.тетрахлораурата судила во изменению он- , тп ческой плотности золй до -я досле' фильтрования бкосуспекзш1-':,.:

через мембранные фильтры с, даатгсйм-.пор '£}Д?'.ыкм;

Контроль'.-за ..

содержанием СМ-яонов е модельных растворах и дрокщпленных стоед; ней ьодах ссудестрлл/.и лиридин-барбитуровык методой.., . / , ■■'-:' £ ттй-тьей глаяе приведены результаты зкспер'^шкталгных во-/ следований процесса сорбция' зояйа' в -других-тяхелн с меуадлсв',;'1-'' клеткамз микроорганизмов и дан теоретический таай! ^.возможного.; -'. хехезй'зяг процесса слечтрсбиссорбции.' ,'' - ' -, < ;; "'•"...'

В ^етреотой главе представлены, результата но злектроконцен-. т;-йрср.аниа опокоснцх агрегатов на йильтрах-загруз1ах различней, природа л предгояен подход к обогащению бедных, руД, содержащих" ЕКСОЕОдисЕер-сг.се золото. '•'.. - |- ,'- "

В ту ей главе гкепериментатьно обоснована и разработана технологическая схе::а процесса биологического' разрушения цяанид-содер^аднх сг.стек с пегодья техногенных шташов ми кро оргакй зг.'ов— деструкторов цизятдов.

V. ' ■' ' i ■ '.'• ' • ■ ■■ . ■

' i - ССДЕШШЗ РАЕ01У■:

-?' • .■ Извлечение'ионов' металлов'из тестготхзв с применением

■ клеток микроорганизмов .' .

Свойство шталлойлтности'микроорганизмов характеризуется наличием'следувщих процессов: 1) хккгческим избирательным закреплением коллоидных, частиц металла на поверхности ишерала;

2)-избирательной; сорбцией тяжелых металлов из растворов; .

3) кристаллизацией (коллоидообразованием) металлов или их сое- динений на поверхности клеток; 4.) флскулировааием клеток с т-

нераплнма . частицах.®; которо"ё~Ярт,вода-т- к-обраааванур бкокосных агрегатов, ■ достигающие/размера-60...60 iw,

■ Проведенные 'экспериментальные исследования позволили уста-ноеит!»/существенные особенности процесса сорбции металлов ■

• клеткаш-двух щтзлмовлттаровоаорослей Chlorella vulgaris и CWloreLla pyrenoidosa- и. бактериальной ассоциации AC-i. Лва ватаых','свойства характеризуют'биосорбенты: высокая сорбционная емкость, достигающая для некоторых металлов, например серебра, .' 'меда, 'зЬлота, железа значений 100.«.300 wr/r, и, Енсокая степень ' избирательности в ■ ряду - металлов. Так,по колличеству аккумулированного реталла клеткакп'- CWoretlü pyrenoidosa металлы располагаются в следующей последовательности: Си » Ге > >[АаСУ »M>M(l i Важной' особенностью поведения клетки в качестве сорбента яв'ляется\ее способность перегодить акк^улировапнке ионы металлов в коллоидное состояние о. последующим выделением Ексоксдзсперсннх частиц металлов пли их соединений на поверхности, формированием, таким образом, бнокоешх агрегатов с дазует-ром 40...70 мкм. Следствием чего являются значительно белее высокие пс сравнению с полимерным 10...12 от/г показатели

оорбционной емкости, биосорбентов.'. . ; • ' -

Управление процессом ;биоаккумуляцйи возможно ;как на стадии захвата иона клеткой/, путем,регулирования ее заряда, так г. на . стадии транспорта ионов к поверхности при 'наложении ;электрпчес-, кого воля. „; "• ■'-.'■,';••'•;':: ; . ' ■

Изменение, поверхностного заряда клетки осуществляли, с помощью бисчетЕертичного шсговдевого' ПАВ • бис (п, И-дашетил- и--карбоя?оксиметил-э2илен-ажояи£)суляЬ1да. С повышением его концентрации наблюдается значительное снижение отрицательного -потеяцаала клетки от -33,0.'до' -3,0 мБ, а в присутствии тетра- • хлораурат-ионов достигается, изоэлектрическое состояние,- что сопровождается повьапенивы количества сорбированного золота приблизительно на 2С>5. Если при этом учесть, что бисчетвертичное • йшонневое соединение обладает бактврищдакн действием и при его использовании увеличивается.количество инакгивировшшых клеток,

то 1'Шо предположат, что в данном случае сорбщц ионов тетрахлор

• . ■ ■ - , . | ■ , аурата на стадии захват иоког носит характер электростатических)

взаимодействия. • | .

После закрепления ионов золота происходит их. трансформация с выделе-шем дисперсной ?азн, что зафиксировано не. электронкомй?--тООГЛП1ЧССКЙХ ¡Тстогра^иях (рас. 1). -

; Рис. 1. слектронная ■мйкрофотог-.' рафия клетки-после"кон-

I1, ■'.'•.

такта с раствором, содер-

каяга [ДцСЦ]~ Увеличение; х 10 ссо.

ГдтенсгЛгнлЕся процесса бпсссрбщн .татионсв ¡металлов клет-

Анализ предстаглеяшгх в таблице данных позволил сбкарузвть ^'Л-'окт повышения сорбцроннсй емкости иеталлссгильных клеток--сиосорбентов под влиянием электрического поля, сксперименти доказали, что этот обнаруженный накя чрезвычайно интересный г'й-"скт зависит от напряженности злектрического поля. Рис. 2 иллюстрирует особенности сорбции тетрахлораурат-ксноь клетками СЫогеИа ругепо'юЬза . Сорбция зелота значительно иптенск'?-цгруется яри уъетг-гении напряленности электрического поля от 5,С до 1С,С Е/см. Степень извлечения золота в постоянном элек-ттгчесвск иоле яапряяеяностьп 1С Т/см равная достигается в течение СО мк, в то время как. такие г.е показатели'без наложения поля ногут быть подуненн далиь при времени контакта 96 часов.

Враля контакта, ган. Рис. 2, Влияние постоянного

II 50 45 «в

электрического поля, напряженность» 5,С"-(2); 7,5 (3); 1С,0 (4) В/см на эффективность связывания золота клетка'я СЫогеЦа ругапо1<1о$а

из раствора Н^АцСЦ"] .

1 — сорбцпя без ралокения

! ;

электрического поля!. (Концентра-

ция клеток 5 глн/шг

Ы[1).^/ В ,,сх] -| величина, ; пропорциональная убыли концентрации золота в "растворе,

э-'лект псвклеп:'я сорбппокнон актглдссфл клеток в л иоле соиьрулен при иогользовачни бактериальной

действие:' о

•■:е поле иевеленней по-

каки микроводорослей. в бактерий становится возможной в электрическом поле. Б таблице 1 представлены результаты проведенных исследований1 по электроконцентрированию биоагрегатсв при различных условиях. Е качестве сТильтра-загрузкп использован тадвс-нгт КУ-2, что исключало простое аккумулирование ионов [АиС1[,] за счет ионного обмена. В первой случае процессы уцеряаваиия клеток на дгсперсном опльтре и биоссрОцкк золота клетками разделяли во времени. Предварительно на катеоните-загрузке осаждали клетки (во втором варианте обработанные ПАВ) к затем пропускали черрз ячейку раствор золотсхлористовоцорсдшл: кислстк (схемг 1). сф^ективность СЕязнвшия_аолота при_этом составляла £5...60?! и 70...соответственно. Во Еторсм - стадию электро-осадденкя предваряли стадией контактирования клеток с растворои - Н^АиСЦ] > с одновременным наложением электрического поля и без него (схема 11). Степень извлечения золота на .катионите К7-2 е виде, биоагрегатов, 82...84%.

'клетки-частицы металла достигала при этом

■ Таблица I.

слектробисконцентрирован!:е ионов [ДиСЦ] на ж?тионнте КУ-2 с применением клеток гакроводорослей.

• ■ ■ С, X Е М А.: Э К С н Е Р К 5.* БИТА

• ■ '1 11 с

:1яетки СЫогеЦа ругеио!<!о5С1 Клетки СПогеЦо. ругеиоЫо5а после адсорбции ПАВ ?сршрованис биоагрегатов без наложения поля Формирование биоагрегатов в электрическом поле (Е= = 10 Б/с,",).

Связывание [АиСЦ].* 58-50 70-74 50-64 82-84

ляркестк; вероятно сущестрсганпе сптгкуш час ют, когяа «г? максгуален. Наряду с антснсгДккзи'.о?. процесса в постоянно™ эле-хтгячвскок поле обнаружен змгект потхгдения сорбцксшэс>£ &.тх>стл клеток, иодрршр, дал золста от РГ,3 до 1СЗ и/г, серебра от 310 до ЗРЗ иг/г, никеля от 21,3 до 60,7 г.т/г.

1акг.м обгазем, особе-г-ссть использования принципа "бкеахку-:/уляцки" состоит в реализации в технологическом процессе стадт сбразсракря агрегатов, состоящих из частиц золота и спенр&ттх кгтал.логильккх штажов т.хкроорганкзмов, которые в дальнеСпе^ концентрируется в электрическом поле, на специальных сГатрах-

загру'тсох. • -----

С целью выяснения, возгонного механизма воздействия электрического поля на, процесс аккумуляции ионов металлов клеткага ксхрсорганаэг.'оз проведен теоретический анализ выявленного гг^ек-та и его сопоставление с экспериментальным! данным?:.

Рассматривали отдельно две электрические подели сорбцион-галс элементов частиц : изолированной клетки с непроводящими мембранам; и клеточного агрегата. Сопоставление рассчитанных аналитических, выражений с экспериментально измеренным дашзе: по убыли ионов [Аи&д] в растворе за счет эяевтребяоеорбед." позволило обнаружить, что для вссх рассмотренных моделей значения радиуса сорбционного центра оказались значительно болквшк, чек радиус отдельной клетки. Поэтому единственной моделью, способно!. претендовать на объяснение эксперимента, оказалась модель сорбционного центра, - клеточного агрегата Хыведештая для этого Яоротла =• _ (£) позволяла определить гздвус

такого агрегата, число таких агрегатов ькчгсллется го ¿ерт/уле й —__-г- » в потовой Я (£)- величина для

раздельного определения характеристик О. и (при Е = Б В/см $(е)= 2) : Е - напряженность внешенго шля; ,«£- объемная деля клеток в агрегате;- параметр, вычисленный по, экспериментальным данным; 3 - величина, численно равная расстоянию, на котором потенциал внешннро доля-меняется на 25 мВ;' Б - коэффициент диТ^узии. - - :

— о ' _ .

Релив эти.уравнения, получим: 0.= 2,2*10 см, - И = 12.см . Возможная причина повкшенной сорбционной активности клеточных агрегатов заключается в том, что условия восстановления золота б порах внутри клеточного агрегата могут.выгодно отличаться от условий вблизи отдельной, клетки тем, что-концентрация'органических молекул, метаболитов, поступающих в расТЕср при жпзне- . деятельности микроорганизмов, будет, вследствие совместного вклада близко расположенных "клеток,. значительно - больше, в перовом пгослракстве агрегата,'чем вблизи'отдельной клетки'.-Известно,

что полисахарида в белки- являются активными восстановителями

; . ) ! ;

ьсдста в растворе, поэтому повкяенная их концентрация в порах

тнутрп агрегата исхет. быть иричкиой сорбционной гуАлвнсети аг-

.- .• I

; .гатсв, ...!■■ " -

Проведенные исследования показали вьсокуя перспективность "слолъзсванпя биосорбентсв в процессах извлечения металлов из : лоттсров». Но ектчЕНостг. процесса способствует выбор металло- " ':::ъ::ух штаыов и использование в технологической ¡цепи электрического поля в сочетании с оптимальным параметрами -проведения

дг-длоеа. ' ! - Г

- !

/лалег/.чше результате интенсивсцдровадкя извлечения полу-чегг; не только для ионов зелота, но и идя коллоидных'частиц.

Уста:.отлове, что ?б"ектнгностъ процесса злек|грскснцентрЕ-5 г'Л'я б---ог.гтетатсв находится 'в пряттеГ. затлснгссти'от размера

агрегата (10...80 мкм), скорости протекания: жидкости через электрофильтр' и-напряженности электрического поля. .

Золь золота, связанный в биоагрегаты, с клетками CklorelU pyrertoidosa , гораздо элективное'связывается с фпл!трот,-загрузкой, чем саю частивд золя: на катионите; КУ-2 количество сконцентрированного золя в виде бискосннх агрегатов клетка-золь 'золота вдьоз превышает соответствующую величину для исходного

золя. ■ <

Значительный, вклад. ' вносит такие природа фильтра-загрузки. Металлы являются плохими коллекторами для удерживания частиц золота/ микроорганизмов и б;:'окосних агрегатов. Промежуточное положение"занимакг непроводящие и•не заряженные материалы. Лучяие показатели получены при использовании ионообменных смол, в первую очередь анионитов ÂB-17. Комплексное использование указан-ныл явлений и технических решений позволило Достичь высокой степени извлечения частиц тонкодисперсното золота из суспензии (95...а также реализовать-этот процесс при использовании многокомпонентных минеральных дисперсий.

•Предложен подоод, оснрванкый на'использовании явления селективной' гетербкбагудядий нивух.шкроорганнз'/ое (bacillus subtil is) с. тонкодисперсниш частицами золота в рудной пульпе. СН заключается, в пропускании, потока пульпы через камеру электрообработки в которой располагаются гранулы или пластины полиак-риламидного гелд, анидные волокна или зерна лористот о фторопласта с лшсбилизоваянымл, на них клетками. 2а. счет зов:зонной селективности данного штамма в пироком интервале иавряженчосте£ электрического поля (2...25 Г/см) извлечение тсякодиспсрского золота из р^-дко?. пульпн достигает 83,5...98,5$. '

Г ЛйК1тобр.отохволс>г1:я ir1, ¡шгАдестгукцип сбеззолочететнх i еунолргнческгх стоков зслотсизрлекательно!" сР-абрики.

Технологические стошке гот 31®- очень слояная система, . сгетал содержит лпрокий ассортимент токсичных компонентов,

в числе прочих: простые и котшлексные цианистые сое-д: пош.л меди, цинка, серебра, зелота и т.п., гсксациано<Тврраты, T-onr.vrGTit; содержание твердой <?азк монет достигать 5С# об.. Гхг.—).:тель рК мог.ет колебаться в интервале 8,0...11,0.

1-е основе использования природное техногенных штамков-де-cr'p.;.r:?cpci гкаахдов, а такке ассоциаций микроорганизмов г. эффекта г"!-лгроакт133ШШ, разработана новая технология обезвреживания п;шп;дсодеркзцйХ'хвостоЕь;х пульп .для золотонзвлекателькоп

Лог: Ее денные на рис. 3 кинетические кривые характеризуют рСгект7.тиссть процесса разрушения цианида с вошцью ассоциативно: сактериальксй культуры. Скорость, разрушения в значительной с-гпени зависит от исходного содержания цианида в растворе, сос-

яоежецуекоб система. Присутствие ионов тяжелых металлов и соедкнекай мняьяка е технологических водах незначительно crai-маст активность культуры. Культура сохраняет свою активность . -.аос.чстюН циакидсодергащей пульпе ЗИФ с 'высоким содержанием

Ркс. 3. Кинетические кривее обезвреживания цианидов в растворе в присутствии ассоциативной бактериально й культуры: 1 - модельная снс-тег.:а-50 кг/л; 2 - модельнал спстема-150 кг/л; 3-кеос- ' •v ьетленная пульпн-76 '.т/л; -

nposc.a»iuf»/in"oa«. коша*«,«™*

осветленная часть хтоетсвоп и;.'"-пк ЗИФ- 76

• Етаммн зеленых"макроводорослей являются двструктораш цианидов в осветленных сточных водах я практически уг рая:-вот ото сеойство в хвостовой пульпе 313-. Однако ассоциация, в;ст>-ча^чая, например, Chlorella pyrenotdosa и агам.гы бактерп:!. позволяет очи,стать ц^анидсодержащуга пульпу на 97,5? за 40 час;г.

Соединение в одной ассоциации бактерий и иирсЕ^орсслэп ведет к ооразовакгто «/©данных бисфлокул. Флокуляция протекает более интенсивно в присутствии шогозарядаыг'ионов,.содержащихся е сточных родах' ЗИС-. Бактерии и Ш::роводорос.-ти взажио усиливают активность, что особенно важно для'геторотрофов: продукты гетабелизка одного микроорганизма служат питанием для другого. Использование сгеианных культур позволяет значительно активировать процессы деструкции цианидов.

Интенсифицировать процесс биологического разложения цианидов и сделать, его технологичным становится возможным путам активации с помощь» слект^ического поля. Шли'одрсбоваиг р^.тти/Н биоразрушения цианидов- в постоянном,' переменном Спрошялепчсй частоты)?. иг/пульсном- электрических полях, а тахяе ь анроком диапазоне напряженностей электрического поля (0,5...50 В/сн). Псетз-дсвали воздействие глектрическсго поля на инокулят клетск, адаптированную культуру и культуру в процессе роста. Как егдпе из рис. 4, для клетск штамп Chlorella pyrenoidosa лучите результаты в стимулировании роста клеток получек: для тртлте. технологического процесса, когда постеянюш электрячес:"-;." поле.." обрабатырали нормально адаптированную культуру грг ггзпрягс^ос:.« 0,5...2,С В/см в течечге 3C...35 секунд. .

Tltí/Wft

Продолжительность электросбработки, с.

18.

Рис. 4. Зависимость относительной интенсивности прироста биокасок клеток СНАогеИй. ругепо1<Ь$й- от продсшкнтель-ности воздействия электрического поля 2,0 В/еы. Бремя роста 21 час.

Гели продолжительность обработки превышала 1,5...2,С .vt.ii, то вместо активации процесса культивирования биомассы,-происходило его икгибировачие. Обнаружено интересное явление, показывающее , что в процессе роста (через 19...21,час) метки как бк забывают о том, чте они отошли воздействие поля. Вало показано, что при напрякеш ости поля 0,5 Б/см оптимальный интервал лауз геащу очередными периодами наложения поля составляет,60 шн, при напряженности поля 2,0 В/см;' оптимальный интервал является

180 ;лш. ; *

Установленная закономерность обработки бисгласск в электрическом челе была-положена в основу продленного процесса циа-нсдеструкции с помощью шкроорганизмов. Из рис. 5 видно, что ие-полвзуя. ' приеьт эле.'строактшзащш при одинаковой исходной концентрации шанид-ионов в растворе уже через 30...36 часов што достичь разрушения цианида до 97 , 5...98$.

Рис. о. Кинетические кривые бке-разрушения цианида в модельном растворе, содержащем ICO г .т/л [СМ]"с помодь.о штамма Pseudomónos |Lu.orescens : 1 - без наложения электрическогс поля; i i ъ 2-в pernee злектроактив'-дли.

Ь|««МЧ CSTKU.

1Э.

Оптимальная температура, процесса.разрушения-цианидов с помощью пташов'.бактерий'.''роща'. Pseudomonas находится в интервале 26». ,28°С, оптимальная массовая "доля', клеток в биосуспензии. составляет 0,8..il,2 г/л (до сухому веществу).'

' Проведенные работы по подбору штаммов г'ткроорганизмов-деструкторов цианидов и исследования процессов биологического .разрушения цианидов с их, участием позволили ■разработать .технологическую схему процесса.биологического разрушения цианидов для золотсизвлекатедьной фабрики, которая приведена -а рис. 6.

Засевная культура Питательная среда

Выращивание "чистой культуры"

Питательная среда Цианистый гТ"Льтрат

-■ 1 Ii -

Выращивание биомасс

тортовая пульпа

Биологическая очистка

Электрообработка

Сорбционная доочистка■

Ионит;.' ' , Очищенная пульпа

Извлечение золота Сброс в хвосто-и па регенерации хранилище.

Рис..6. Технологическая схелеа процесса биологической очистки цианпдсо-дерказих сточных вод золотоизвлека.злънсй фабрики.

Основу технологии,составляет техногенный п'таым ю^фсорга-низмов, Pseudomonas |luores-enS , вндзлечныа из1 хвостохракпх'яа Марджанбулакской 31ТФ.

Процесс биологической очистки хвостовой цяанидсодеряпкей пульпы , золотоизвлекательнсй: $абрикп витает следуждав последовательные, операции:

;r! ■ ■

••20.

-производство необходимого количества' <Sz<mcçùaremk- •

деструктора для здсева в биореакторы;"' - '".•".'-"

- пересеивание микроорганизмов в бяореакторн с очищаемой пульпой и га,'дальнейшее наращивание;-','

- биологическая¡очистка и одновременно .проведение периоди-

.ческой »лектрообработки вданздаюдерзйащух растворов, с на-' ходяцашея- в.них микроорганизма*,® в электрическом поле; ■ - дополнительная очистка сточьой во.дк от комплексных :цна-нидов с пог.ощьа конообмен" of; ; смолы и" микроорганизмов. ' Полон-тельные результаты," полученные .при испитаниях технологии биологического, разрушения цианидов в лабораторных'условиях позволила продолжать 'проверку'этой технологии на ' укрупненной ■ установка периодического действия с рабочей'емкостью биореактора

3 ! ' ' , ; ' ; • .'■

5 м . Еалн 'проведены 'исследования степени очистки цианидсодер-пасей хвостогс£ пульпы от' диаяадов и тяквлнх 'ме^атйов- я .отработана реаяш процесса:' удельные' расходе 'бкогасен п'.рбактивов, : расход сжатого воздуха для. аэрации гадр'одляашческне параметры, вопросы сорбцпонного ■ извлечения йзтаадов. Результаты 'лрсведепннх испытаний изменения содержания' токотчйкх-.-'кошояентов" в, хвостовое пульпе SI® до.'п Яосле •0чистга«';с 'помощь» культурк Pseudontonas j^luoresceis представленн в таблице,2.'.,',''; , V ; . • ".''..'1 -'.'' ■-.. " " ' - 'Таблица 2.' ' '

'. Состав хвостовой ' пульпы 1'ардяанбулазсской. до и после .'обезвреживания е поммз&о Pseudomonas fluoré seen s B-6040.

Ан ал: ?и ру емне вещества* . Концентрация,' ъег/л

До обезвреживания После обезвреживания

1 ' 2 3

CN" scw- 74,'Б 08,0'^ 1,15 2,30

.. ■ 3

Гексацяано^ерратн л '' '| ■ ; Не-.обнаружено'

-■'■=' Ли . - С,'1 Не. обнаружено

1»? : ' ! 0,02

',.-' ' 8,0 1 0,12

:■■'; рь, - с,6 оде

■'.-' •■3,8 ■■ [ _____________' .. 1 0,3»

Дли' иро'ЁбдР.ниЯ' 'оштно-про1.шшле}шых исщтанкй биодеструк-цяи цианиаов 'Е хвостах'золотойЗБлакательных;'фабрик была сконструирована и, взготовлёна'Мобильная. сштно-чхромы'дленная .установка, рабочей "емк^-стьи ...Общий вид установки -представлен на рас«,7."Установка включает т .себя: грнешпк пульпы,- трзхсек-дионенй: фактор оиодеструкции, Ьнабйенный:дв'ут.1я электроактиваро-' рами (в 1 „и- 2 -секциях), ■ два аппарата- сорбции1 (.основной и резерв-.ный),- культиватор бактерией бак {для накопления биомассы. Кроме того, на .установке смонтированы узел. электроснабжения (выпрямительные блоки) и узел;подготовки,сжатого воздуха./

Ь;с. -7. Общий вид иобилькой"' '..'установки для биологического - разрушения циЬлидов.

Установка испытана,на реальней хвостовой пульпе Мардгая-булакской. ЗКО в проточной релизе при скорости .подачи пульпы

3 ? •

10 м в сутки и- 16 М-3 в сутки, В процессе счистки концентрация изаяадсв а'тиоцианатов снижалась, соответствен^, дг уровня:

не обнаружено...0,27 кг/л и до .-€,05.. .0,84 мг/л; происходило доизвлечение благородных металлов, снижалось содержанке ненов меди, келеза и-других тяжелых металлов.'

Татаг образок, в'результате проведениях исследовании, создана биотехнология, лозЕолшцая проводить процесс биодеструк-пди цианидов и металлококплексоЕ с дополнительным извлечением золота и серебра в количестве 40...150 иг/т. Технология шшененв к использованию ври строительстве золотоизвлекательноЕ Фабрики на месторождении Нужиево (Украин ) при переработке ^лотациано-концектрага. .„ •

ВЫВОДЫ ,

1. В результате проведенных' коллоияяо-химичееклх и биологических (микробиологических) исследовании изучены .^закономерности селективней гетерокоагуляцаи ингактннх клеток бактерий и микроводорослей с коллоидными частицами золота; сорбции ионов тетра-хлораурата золота из растворов ел( ктрелитов; деструкции цианидов и. мсталлокомплексов в растворах в дисперсиях .г разработана технология биодеструкции цианистых соединений в дисперсиях и технологических пульпах с одновременным доизвлечением золота и с_~ ребра из пульп. V - - ■

2. Обнаружен эффект довнпения сорбционной активности и емкости клеток бактерий, водорослей ло отношению к ионам золота (тетрахлераурата) згри' наложении электрического поля. Установлено угсличение сорбции для зелота от 90,8 до 103 мг/г, серебра - от 31 £ до Зо8 мг/г, никеляот 21,9 до 60,7 мг/г. Изучена возможность использования селектившк биоссрбектов на примере культур мигрогэдсрослс?. и бактерий г процессе извлечения золота и се-

| 23.

!

ребра- из растворов та солей. Показано, что¡регулирование параметров процесса йаосорбцЕЯ возможно путем ¿ведения поверхностно-актявных веществ, изменения концентрации биомассы, наложная электрического Ьоля и варьирования его параметров.

3. КсследСван механизм повышения сорбцгоннок е;жости бактериальных клаток и еткроводорослей. Согласованно? рассмотрение

параметров сорбции золота в виде тетрахлораурат-^.онов на к.тет-

1 ■ |

ках мкроводорсслай и бактерий и влияние электртдч.ескох'о поля на эти параметры позволило предложить• в качестве адекватной модель, в которой' э^ектстнши сорбционннми центрами являются не отдельные клетки-, а.клеточные агрегате.'с радиусом.пгжерно'2,2*10 с}.:, в котсркс объединено около от. общего'количества клетск е суспензии. £то позволило сйормуляровать гипотезу о тем, что на пути управления раз^ер&'.си клеточных агрегатов т.теются резервы повышения/параметров сорбцяи компонентов-раствора в биосуспензиях Д многократного ускорения процесса сорбции.

4/. Изучены закономерности бионзвлечения тонг.одисперсногс золота-из'модельных'технологаческих суспензий путем флонуляции частиц металла я иеталлофияыж &щроорганяздав' я. концентриро-затая образугоихея ириэтом биокоскнх агрегатов в электрическом золе на фильтрах-загрузках различной природы.' Показано, что' эффективность процесса злечтрокопцеЕтрирования бисагрегатоэ интен— нзЗпилруется с увеличением размер« биоагрегатов, имеет зкетре-{альнуз зависимость от скорости подачи суспензии я напряженности |ле:-.грическсго поля. Лучшие показатели получены при исдользг-¡-ании в качестве Згльтра-загрусзки анионитов, при этом извлечёте золота в ионном и коллоидном состоянии составило 87,5?.

Предложен подход к обогащении йедакх зслотссодерх|-гих

уд, сонов:£:йк5 на использовании яяленик селективней гетеро-гоагузксии тснкотисперского золота кмгобЕлизованнкки кдеткгаж литых микроорганизмов в рудной вульпе и на различию; в глектро-гот-орхчс стнгх с: систвах дисьеронвх частиц. Он гсяет быть реалп-зсзан прелсчккх аппаратах с кглерадг электросслаботки, в ко-тсткх располагаются, гранулы или пластики полианрнлиа'двотс геля, лл.ллл'1-: волокна, зерна пористого г тсропласта с иг.т'ООллизсваллллги л.ь них глотками Ьа«Ии$ Ь^ЫхИб . За счет псвьлтеллгл се-:'елтл:-';ос;;: данного отаума г» ш^ч лсм дкеагазоке напряженно стел глеллрллеслсп поля 2...2С В/ст: изхлеченпе тсккодпсперснсге го.' ста лос'пгает от 83,6 до

С. Разработана оригинальная вгсскозл'5 ектигна^ технология ллл.стс С;:сгл~р7лсння цланистцх соединен;;!:, пргсутстЕ?У'.д«с ь лтлтглленнцх стенах водах в количествах до 250...300 мг/л, которая позволяет достичь уровня предельно допустимых концентрации пс токсичным цгашдам, Сскову технологии составляет специально полсбрашл:!: штата бактерий РьеисЬгоисв |1иоге5се«£ £>-502Ю, устол-чигл;;: к к-сэкзд; концентрапт: циаяедоз, слоосб.члГ к цпанодеструл-цп:: г присутствии ионов тякелнх металлов л соединен. глллъяка и не требуавдй сновальных питательных сред - их роль внголнязот пслосредстгокко дианвдеодержащке техногенные растЕорп. Технология мо-ет быть пепольговада для счистки осветлзнчкх и, особенно, нелсветленнкх цианиде оде р.пащих сточннх вод с дасокск содержанием —рлол Газк (до 25...4С£).

7, Разработан!: конструктивно простые лабораторные и У>:рул-келнге установки. для счдеткк хвостовой пульпг зелолоилглеиллель-л-.' -'л'рилл от ппахт.пов г. иепктанк в усдевзлх лелегеилглеллтель-гг л»~ (31?! X Результате гепитлкпй леллумллл ссноелл п.тл

разработке конструкции глобальней оштно-пр омет ленной установки.

8. Проведены опытно-промышленные испытания гоблльноГ: установки для очистки циадидсодерлслщей пульпы на Г'ардаанбулакскоЛ s;:. Степень очисти: хвостовой пульпы от цпаетзовтиоцланатов достигает уровня продельяз-яопустлмой р:онцент;аци;' (С,1 г т/г), происходя? доизвлечение благородных металлов. После осрасстки технологических параметров процесса биоочистки на опктпо-премкл-лс-:?:к>4 установке технология рекомендована к' кроиалешгоку использованию на предприятиях золотоизЕлекательно;! отрасли.

Основное1 содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Marochko L.G-, PodobkayaV.l., PolisckcWkT.A. and Vember V-E. Selectee heterocoagi»lQticn microorganisms o| with mineral particles. Iw- ,,ProceeJirt3& of Со«|егелсе on Colloid CkemHtry . balatonjursd '33 (balatowfarei, October A-7, 1988). P. 22-2.5.

2. Shilov V.N/. > PoJoUkayaV-i., Vember V-E. Ttam{IueMSeaf<wtsi-deelectric {isld ontke kinetics tkg sarytcn w.stal iovw by microorqamvn. //Труды международного симпозиума "Электрокинетическпе явления 1983".- Дрезден 6-8 ноября 19S9 г.

3. Иммобилизация клеток Ckbrella ругеViotio ЬЧ на ионообменных мембранах в электрическом поле/ О .В.Гребешок, 3.1.7лв-берг, D.II.Подольская, .В.Е.Векбер, С.Б.Еуриев// Тезисы 17 Республиканской научно-теоретической конференция молодых ученкх z сиепиалистов-аджробиологоз "Биология• кул ьт теировашя и бнот&хче-логпя микроорганизмов" (Ташкент, 24-26 мая, 133S г.).- С. 42-11.

4., Елияние электрического поля на кинетику сорбции иснов металла биологические югатвами/ З.Ч.Шилов, З.Р.Ульберг, З.У..11С-

дольская, В.Е.Вег.:бер// В сб.: Зкзико-хикическая механика и ■мобильность дисперсных систем, 1S30.- Бкп. 21.- С. 1-13.

5. Закономерности биологического обезвревивания цианистых соединений в сточных 'Ьодах с высоким содержанием твердой фазы// 2./I.Подольская, С.В.Гарбара, В.Г.Вембер, Н.И.Гршенко, Б.А.Пп-то;.;енкс// В сб.: "Коллоидно-химические проблей! экологии" (Т.'инск, 28-30 мая, 1SS0 г.) : Тез. докл. Всесоюзной конференции.-С. 67-С8.

5. A.c. 235487 СССР. Способ извлечения золота/ З.Р.Ульбсрг, Ь.Г.Степанекко, С.В.Гарбара, В.З.Вембер и др.- 1986.

7. A.c. 285441 СССР. Способ извлечения металлов пз еодно.' среда/ З.Р.Ульберг, В.И.Подольская, I.Г.Марочке, К.Б.Перцов,

B.2.Ве;,:бер и др.- 1988. •

6. A.c. 30,9473 СССР. Способ очистки сточных вод от цианидов/ З.Р.Ульберг, С.В.Гарбара, В.И.Додольская, Е.Ё.Ьекбер и др.- 1&SD. ...

9. А.з. 4807590/13 С17438 . Способ очистки даанидсодерл;.ч-гщх сточвнх вод/ З.Р.Ульберг, З.В.Рудаков, Б.И.Подольская,

C.В.Гарбара, Т'.Д.'Свчаренко, Б.Е.Веь'бер и др.- Заявл. 12.'С2.IL. Сг.-бл. 2e.ll.9j. \