колонна для регенерации железоокисляющими микроорганизмами растворов выщелачивания минерального сырья

Формула изобретения

Колонна для регенерации железоокисляющими микроорганизмами растворов выщелачивания минерального сырья, включающая цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками для подвода и отвода регенерируемого раствора, систему автоматического регулирования технологических параметров, отличающаяся тем, что корпус колонны заполнен носителем, на котором сорбированы железоокисляющие микроорганизмы и в качестве которого используют твердый пористый материал с развитой поверхностью, при этом колонна в нижней части снабжена резервуаром, в котором установлены датчики измерения системы автоматического регулирования технологических параметров раствора и устройством для регулирования подачи раствора в колонну из резервуара.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано при регенерации растворов, полученных после выщелачивания минерального сырья, в частности для окисления ионов железа.

Известна колонна для регенерации железоокисляющими микроорганизмами растворов выщелачивания минерального сырья, выполненная в виде ферментера, в которой регенерация проводится с помощью микроорганизмов, выращенных в жидкой питательной среде. Колонна снабжена системой автоматического поддержания температуры, содержания кислорода, контроля и регистрации окислительно-восстановительного потенциала и рН среды и числа оборотов перемешивающего устройства. Подача регенерируемого раствора в колонну производится с помощью насоса (патент РФ № 2011691, кл. С22В 3/02, опубл. 30.04.1994 г.).

Недостатком предлагаемого устройства является то, что в ферментере использованы культуры микроорганизмов, находящиеся в жидкой питательной среде. Концентрация клеток микроорганизмов, выращенных на жидкой среде, находится на уровне 10⁷-10⁸ кл./мл, при этой концентрации скорость окисления железа не превышает 1-5 г/л двухвалентного железа в час.

Подача регенерируемого раствора с помощью насоса приводит к вымыванию микроорганизмов из зоны окисления, т.к. при такой подаче затруднена скорость ее регулирования.

Задачей изобретения является повышение скорости регенерации раствора.

Поставленная задача достигается тем, что в известной колонне для регенерации железоокисляющими микроорганизмами растворов выщелачивания минерального сырья, включающей цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками для подвода и отвода регенерируемого раствора, систему автоматического регулирования технологических параметров, согласно изобретению, корпус колонны заполнен носителем, на котором сорбированы железоокисляющие микроорганизмы и в качестве которого используют твердый пористый материал с развитой поверхностью, при этом колонна в нижней части снабжена резервуаром, в котором установлены датчики измерения системы автоматического регулирования технологических параметров раствора и устройством для регулирования подачи раствора в колонну из резервуара.

Использование в колонне железоокисляющих микроорганизмов, сорбированных на пористом носителе с развитой поверхностью, увеличивает их концентрацию на 2-4 порядка, в результате чего скорость окисления двухвалентного железа в растворе увеличивается в несколько раз, и тем самым повышается скорость регенерации раствора.

Использование резервуара в нижней части колонны, в котором установлены датчики измерения системы автоматического регулирования технологических параметров раствора, и устройства между резервуаром и колонной, которое позволяет регулировать скорость подачи раствора в колонну и исключить вымывание микроорганизмов из зоны окисления, приводит к повышению скорости регенерации раствора.

Регенерационная колонна представлена на чертеже, где 1 - входной патрубок для подачи регенерируемого раствора, 2 - резервуар, из которого регенерируемый раствор поступает в колонну, 3 - датчики измерения параметров регенерируемого раствора, 4 - полость прокачки воды для обогрева, 5 - патрубки для подачи и вывода воды для обогрева, 6 - датчики измерения параметров регенерированного раствора, 7 - выходной патрубок для регенерированного раствора, 8 - комплекс автоматизации процесса измерения, подачи раствора и реагентов, 9 - твердый пористый носитель с сорбированными на нем железоокисляющими микроорганизмами, 10 - устройство для регулирования подачи раствора в колонну.

Колонна работает следующим образом.

Раствор, содержащий до 25-30 г/л двухвалентного железа, подается вниз колоны через входной патрубок 1 перистальтическим или другим, кислотостойким насосом. Раствор изначально попадает в резервуар 2, где датчики 3 определяют основные параметры: температуру, рН, Eh, концентрацию ионов Fe (II) и Fe (III). При необходимости в раствор подается серная кислота для снижения рН (кислотность среды должна поддерживаться на уровне 1,3-1,4 для исключения выпадения железосодержащих осадков).

Далее раствор под напором насоса подается в колонну с твердым пористым носителем, регулирование подачи раствора в колонну осуществляется с помощью устройства 10. В качестве носителя может быть использован уголь, керамзит или любая твердая среда с развитой поверхностью 9, на котором выращены железоокисляющие бактерии рода Thiobacillus. Раствор при прохождении через толщу среды бактерий окисляется, в результате двухвалентное железо переходит в трехвалентное. На выходе также анализируются основные параметры раствора с помощью датчиков 6, раствор выводится через верхний выходной патрубок 7 и подается на выщелачивание или по месту требования.

Для поддержания температуры в колонне 35-40°С колонна имеет полую стенку для подачи термостатирующей воды 4 (подогрев может осуществляться и другими методами). Вода подается через верхний правый патрубок и выводится через левый нижний 5.

Датчики передают информацию на комплекс автоматизации процесса измерения, подачи раствора и реагентов 8, с которого автоматически или вручную можно управлять процессом (скорость подачи раствора, подачи серной кислоты, температурой и т.д.).

Вся конструкция может быть выполнена как из нержавеющей стали, так и из кислотостойких пластмасс.

Изобретение иллюстрируется примерами работы колонны.

Пример 1 (по прототипу)

Растворы, полученные после выщелачивания шлаков медного производства с содержанием 25-30 г/л Fe (II), подавались шланговым насосом в ферментер на окисление. Электродвигатель с помощью вала и крыльчатки осуществлял перемешивание суспензии в ферментере, его обороты могли регулироваться в пределах 0-500 в минуту. В качестве железоокисляющих бактерий использовались бактерии рода Acidithiobacillus, выращенные и находящиеся в жидкой питательной среде Сильвермана и Люндгрена(9К). Ферментер выполнен с системой автоматического поддержания температуры, содержания кислорода и контроля и регистрации окислительно-восстановительного потенциала и рН среды и числа оборотов перемешивающего устройства. Основные показатели регенерации раствора приведены в таблице.

Пример 2 (по изобретению).

Регенерация растворов проводилась в регенерационной колонне в соответствии с заявленным изобретением. При этом колонна в нижней части снабжена резервуаром, в котором установлены датчики измерения системы автоматического регулирования технологических параметров раствора, и устройством для регулирования подачи раствора из резервуара в колонну, а в качестве среды использовали активированный уголь крупность 5 мм с выращенными на нем железоокисляющими бактериями рода Acidithiobacillus. Уголь располагался в колоне (объемом 100 м³), в нижнюю часть, которой подавался регенерируемый раствор с содержанием 25-30 г/л двухвалентного железа после выщелачивания. Регулирование подачи раствора в колонну осуществлялось с помощью задвижки. Далее раствор под напором насоса проходил через слой угля. Скорость потока составляла 50 м³/час. При необходимости в резервуар подавалась серная кислота, для поддержания рН в рамках 1,4-1,5. Основные физико-химические параметры (рН, Eh, концентрация Fe (II), Fe (III)) постоянно определялись в резервуарах до и после прохождения через слой угля. Основные показатели регенерации раствора также приведены в таблице.

Таблица
Основные технологические параметры регенерации раствора
Стадия	рН	Еh, мВ	Fe (II), г/л	Fe (III), г/л	Скорость регенерации раствора
Пример 1 До регенерации	1,6	550	25	2	3 г/л·час
После регенерации	1,6	720	17	10
Пример 2 До регенерации	1,6	550	25	2	15 г/л·час
После регенерации	1,6	820	0	27

Из таблицы видно, что настоящее изобретение позволяет повысить скорость регенерации с 3 г/л·час до 15 г/л·час и таким образом сократить время регенерации в 5 раз.