2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University 10.31897/pmi.2018.4.383 pmi-12309 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/12309 Металлургия и обогащение Metallurgy and concentration Flow bioreactor for studying bacterial-chemical leaching of sulfide copper-nickel ores and concentrates Проточный биореактор для исследования бактериально-химического выщелачивания сульфидных медно-никелевых руд и концентратов Balykov A. A. Балыков А. А. Balykov A. A. ana-bio-z@yandex.ru Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения Российской академии наук (Петропавловск-Камчатский, Россия) Geotechnological Scientific Research Center of the Far-Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences (Petropavlovsk-Kamchatsky, Russia) Levenets O. O. Левенец О. О. Levenets O. O. leveolga@yandex.ru Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения Российской академии наук (Петропавловск-Камчатский, Россия) Geotechnological Scientific Research Center of the Far-Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences (Petropavlovsk-Kamchatsky, Russia) Khainasova T. S. Хайнасова Т. С. Khainasova T. S. khainasova@yandex.ru Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения Российской академии наук (Петропавловск-Камчатский, Россия) Geotechnological Scientific Research Center of the Far-Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences (Petropavlovsk-Kamchatsky, Russia) 24 08 2018 2018 232 383 387 04 03 2018 20 05 2018 24 08 2018 © 2018 А. А. Балыков, О. О. Левенец, Т. С. Хайнасова © 2018 A. A. Balykov, O. O. Levenets, T. S. Khainasova 2018 А. А. Балыков, О. О. Левенец, Т. С. Хайнасова A. A. Balykov, O. O. Levenets, T. S. Khainasova Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0) https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/12309

Бактериально-химическое выщелачивание металлов зарекомендовало себя как альтернативная технология гидрометаллургической переработки и обогащения рудного сырья благодаря снижению капитальных затрат и вредного воздействия на окружающую среду. Различные технологические схемы биовыщелачивания успешно применяются для переработки сульфидных концентратов, бедных сульфидных и окисленных руд. Одной из важнейших задач дальнейшего развития данной отрасли биотехнологии является усовершенствование биореакторных установок (в частности – проточного типа), снабжение их системами дополнительного контроля технологических параметров. В статье кратко освещены основные результаты, полученные в НИГТЦ ДВО РАН в рамках исследований биовыщелачивания сульфидной кобальт-медно-никелевой руды. Приведено описание биореактора для исследования биовыщелачивания в периодическом режиме и реакторной установки каскадного типа для исследования биовыщелачивания в непрерывном режиме. Представлена модель усовершенствованного биореактора для бактериально-химического выщелачивания сульфидной руды. Приведено подробное описание микроконтроллерного способа управления технологическими параметрами. Область применения представленных результатов – лабораторные, укрупненные и полупромышленные испытания технологии чанового и реакторного бактериально-химического выщелачивания сульфидных руд.

Bacterial and chemical leaching of metals has established itself as an alternative technology for hydrometallurgical processing and enrichment of ore due to a reduction in capital costs and adverse environmental impact. Various bioleaching processes are successfully used for the processing of sulfide concentrates, poor sulfide and oxidized ores. One of the most important tasks for further development of this branch of biotechnology is the improvement of bioreactor installations (in particular – flow type) and installation of systems of additional control of technological parameters. The article briefly highlights the main results obtained at the GSRC of FEB of RAS within the framework of bioleaching studies of sulfide cobalt-copper-nickel ore. A description of a bioreactor for the study of bioleaching in a batch mode and a cascade type reactor for studying bioleaching in a continuous mode is given. A model of an improved bioreactor for bacterial-chemical leaching of sulfide ore is presented. A detailed description of the microcontroller control method for technological parameters is given. The field of application of the presented results is laboratory, integrated and semi-industrial tests of the technology of tank and reactor bacterial-chemical leaching of sulfide ores.

 Ключевые слова бактериально-химическое выщелачивание биовыщелачивание биогидрометаллургия сульфидная руда никель биореактор микроконтроллерное управление 3D-моделирование массообмен газообмен технологические параметры Keywords bacterial-chemical leaching bioleaching biohydrometallurgy sulfide ore nickel bioreactor microcontroller control 3D-modeling mass transfer gas exchange technological parameters Балыков А.А. Исследования бактериально-химического выщелачивания сульфидной медно-никелевой руды в проточном режиме / А.А.Балыков, Ю.П.Трухин // Горный информационно-аналитический бюллетен). 2014. Отдельный выпуск 2 «Камчатка». С. 290-299. Balykov A.A., Truhin Yu.P. Studies of bacterial-chemical leaching of sulfide copper-nickel ore in flow mode. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten'. 2014. Otdel'nyi vypusk 2 «Kamchatka», p. 290-299 (in Russian). Теляков Н.М. Перспективы применения биотехнологий в металлургии и обогащении / Н.М.Теляков, А.А.Дарьин, В.А.Луганов // Записки Горного института. 2016. Т. 217. С. 113-124. Telyakov N.M., Dar'in A.A., Luganov V.A. Prospects for the application of biotechnologies in metallurgy and enrichment. Zapiski Gornogo instituta. 2016. Vol. 217, p. 113-124 (in Russian). Хайнасова Т.С. Бактериально-химическое выщелачивание как экологически безопас-ный способ переработки сульфидной кобальт-медно-никелевой руды / Т.С.Хайнасова, О.О.Левенец // Разведка и охрана недр. 2015. № 1. С. 49-54. Khainasova T.S., Levenets O.O. Bacterial-chemical leaching as an environmentally safe method for processing sulphide cobalt-copper-nickel ore. Razvedka i okhrana nedr. 2015. N 1, p. 49-54 (in Russian). A review of sulfide minerals microbially assisted leaching in stirred tank reactors / A.Mahmoud, P.Cezac, A.F.A.Hoadley, F.Contamine, P.d’Hugues // International Biodeterioration & Biodegradation. 2017. Vol.119. P.118-146. DOI: 10.1016/j.ibiod.2016.09.015 Mahmoud A., Cezac P., Hoadley A.F.A., Contamine F., d’Hugues P. A review of sulfide minerals microbially assisted leaching in stirred tank reactors. International Biodeterioration & Biodegradation. 2017. Vol.119, p.118-146. DOI: 10.1016/j.ibiod.2016.09.015 Brierley J.A. Present and future commercial applications of biohydrometallurgy / J.A.Brierley, C.L.Brierley // Hydrometallurgy. 2001. Vol. 59. P. 233-239. DOI: 10.1016/S0304-386X(00)00162-6 Brierley J.A., Brierley C.L. Present and future commercial applications of biohydrometallurgy. Hydrometallurgy. 2001. Vol. 59, p. 233-239. DOI: 10.1016/S0304-386X(00)00162-6 Bioleaching of a chalcopyrite concentrate with moderate thermophilic microorganisms in a continuous reactor system / L.Cancho, M.L.Blazquez, A.Ballester, F.Gonzalez, J.A.Munoz // Hydrometallurgy. 2007. Vol. 87. P. 100-111. DOI: 10.1016/j.hydromet.2007.02.007 Cancho L., Blazquez M.L., Ballester A., Gonzalez F., Munoz J.A. Bioleaching of a chalcopyrite concentrate with moderate thermophilic microorganisms in a continuous reactor system. Hydrometallurgy. 2007. Vol. 87, p. 100-111. DOI: 10.1016/j.hydromet.2007.02.007 Bioleaching of a low grade nickel-copper-cobalt sulfide ore / C.Yang, W.Qin, S.Lai, J.Wang, Y.Zhang, F.Jiao, L.Ren, T.Zhuang, Z.Chang // Hydrometallurgy. 2011. Vol. 106. P. 32-37. DOI: 10.1016/j.hydromet.2010.11.013 Yang C., Qin W., Lai S., Wang J., Zhang Y., Jiao F., Ren L., Zhuang T., Chang Z. Bioleaching of a low-grade nickelcopper-cobalt sulfide ore. Hydrometallurgy. 2011. Vol. 106, p. 32-37. DOI: 10.1016/j.hydromet.2010.11.013 Continuous bioleaching of a pyrite concentrate in stirred reactors: Population dynamics and exopolysaccharide production vs. bioleaching performance / P.d’Hugues, C.Joulian, P.Spolaore, C.Michel, F.Garrido, D.Morin // Hydrometallurgy. 2008. Vol. 94. P. 34-41. DOI: 10.1016/j.hydromet.2008.05.045 d’Hugues P., Joulian C., Spolaore P., Michel C., Garrido F., Morin D. Continuous bioleaching of a pyrite concentrate in stirred reactors: Population dynamics and exopolysaccharide production vs. bioleaching performance. Hydrometallurgy. 2008. Vol. 94, p. 34-41. DOI: 10.1016/j.hydromet.2008.05.045 Gericke M. Bioleaching strategies for the treatment of nickel-copper sulphide concentrates / M.Gericke, Y.Govender // Minerals Engineering. 2011. Vol. 24. P. 1106-1112. DOI: 10.1016/j.mineng.2011.02.006 Gericke M., Govender Y. Bioleaching strategies for the treatment of nickel-copper sulphide concentrates. Minerals Engineering. 2011. Vol. 24, p. 1106-1112. DOI: 10.1016/j.mineng.2011.02.006 Pogaku R. Optimization of bacterial oxidation process parameters for selective leaching of nickel by Thiobacillus ferrooxidans / R.Pogaku, B.Kodali // International Journal of Chemical Re-actor Engineering. 2006. Vol. 4. N 1. P. 1307-1314. Pogaku R., Kodali B. Optimization of bacterial oxidation process parameters for selective leaching of nickel by Thiobacillus ferrooxidans. International Journal of Chemical Reactor Engineering. 2006. Vol. 4. N 1, p. 1307-1314. Rawlings D.E. Industrial practice and the biology of leaching of metals from ores // Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology. 1998. Vol. 20. P. 268-274. Rawlings D.E. Industrial practice and the biology of leaching of metals from ores. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology. 1998. Vol. 20, p. 268-274. Tank bioleaching of copper from combined flotation concentrate and smelter dust / A.B.Vakylabad, M.Ranjbar, Z.Manafi, F.Bakhtiari // International Biodeterioration & Biodegrada-tion. 2011. Vol. 65. P. 1208-1214. DOI: 10.1016/j.ibiod.2011.09.006 Vakylabad A.B., Ranjbar M., Manafi Z., Bakhtiari F. Tank bioleaching of copper from combined flotation concentrate and smelter dust. International Biodeterioration & Biodegradation. 2011. Vol. 65, p. 1208-1214. DOI: 10.1016/j.ibiod.2011.09.006 Watling H.R. The bioleaching of sulphide minerals with emphasis on copper sulphides – A review // Hydrometallurgy. 2006. Vol. 84. P. 81-108. DOI: 10.1016/j.hydromet.2006.05.001 Watling H.R. The bioleaching of sulphide minerals with emphasis on copper sulphides – A review. Hydrometallurgy. 2006. Vol. 84, p. 81-108. DOI: 10.1016/j.hydromet.2006.05.001 Watling H.R. The bioleaching of nickel-copper sulfides // Hydrometallurgy. 2008. Vol. 91. P. 70-88. DOI: 10.1016/j.hydromet.2007.11.012 Watling H.R. The bioleaching of nickel-copper sulfides. Hydrometallurgy. 2008. Vol. 91, p. 70-88. DOI: 10.1016/j.hydromet.2007.11.012 Watling H.R. Review of biohydrometallurgical metals extraction from polymetallic mineral resources // Minerals. 2015. Vol. 5. P. 1-60. DOI: 10.3390/min5010001. Watling H.R. Review of biohydrometallurgical metals extraction from polymetallic mineral resources. Minerals. 2015. Vol. 5, p. 1-60. DOI: 10.3390/min5010001