Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения Российской академии наук (НИГТЦ ДВО РАН) (Петропавловск-Камчатский, Россия)
Ю. П. Трухин, докт. геол.-минерал. наук, профессор, главный научный сотрудник, ytrukhin@yandex.ru
В. А. Иодис, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, iodisva@mail.ru
С. О. Очеретяна, канд. биол. наук, старший научный сотрудник, blossom-so@yandex.ru
В. Э. Аверьянова, младший научный сотрудник, purlac@inbox.ru
В работе экспериментально показана возможность значительного повышения кинетики процессов бактериально-химического выщелачивания кобальт-медно-никелевых руд месторождения Шануч (Камчатка) методом ультразвуковой активации рудной пульпы, направляемой в бактериально-химические реакторы. В исследовании были использованы высокосортная измельченная массивная руда (фракция ≤ 50мкм, Ni – 6,08%; Cu – 1,2%; Co – 0,17%; Fe2O3 – 41,3%, MnO – 0,092%, MgO – 3,21%, Al2O3 – 6,16%) и окисленная сульфидная кобальт-медно-никелевая руда (фракция ≤ 100мкм, Ni – 3,89%; Cu – 0,64%; Co – 0,084%; Fe2O3 – 31,6%, MnO – 0,082%, MgO – 3,95%, Al2O3 – 6,35%). Для эксперимента продолжительностью 27 сут. была выбрана интенсивность ультразвуковых колебаний 21 Вт/см2, частота 22 кГц ± 1,65, продолжительность 30 мин. Результаты двух экспериментов показали повышение извлечения целевых металлов при использовании ультразвукового излучения на 30,18 – 51,48 % по Ni; на 6,27 – 21,02 % по Cu; на 37,35 – 38,55 % по Co. Отношение концентрации Ni в растворе после бактериально-химического выщелачивания высокосортной массивной руды, окисленной руды активированной ультразвуком и концентрации Ni в растворе для данных руд без ультразвуковой активации находится в пределах от 1,58 до 2,24, что показывает значительное улучшение кинетики бактериально-химических процессов. Оценочный расчет показал минимальные энергозатраты на ультразвуковую обработку рудной пульпы – 0,55%. Продолжение исследований по оптимизации бактериально-химических процессов с ультразвуковой активации рудных пульп, в комплексе с выделением из зон окисления месторождений наиболее продуктивных ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов, позволит разработать рентабельные, экологически безопасные технологии для переработки сульфидных кобальт-медно-никелевых руд месторождений никеленосных провинций Дальнего Востока.
1. Biotechnology of metals. A practical guide. Ed. by G. I. Karavayko, J. Rossi, A. Agate, S. Grudev, Z. A. Avakyan. Moscow: Tsentr mezdunarodnykh proektov GKNT, 1989. 375 p.
2. Kondratyeva T. F., Bulaev A. G., Muravyov M. I. Microorganisms in biogeotechnologies for processing sulfide ores. Moscow: Nauka, 2015. 211 p.
3. Cameron R. A., Lastra R., Thibault Y., Morin L., Gould W. D. Stirredtank bioleaching of nickel and cobalt from pyrrhotite-rich tailings from Sudbury, Ontario. Hydrometallurgy. 2021. Vol. 204. 105592.
4. Stanković S., Goldmann S., Kraemer D., Ufer K., Schippers A. Bioleaching of a lateritic ore (Piauí, Brazil) in percolators. Hydrometallurgy. 2024. Vol. 224. 106262.
5. Kaksonen A. H., Cheng K. Y., Petersen J. Editorial: Special Issue for the 24th International Biohydrometallurgy Symposium (IBS 2022). Hydrometallurgy. 2024. Vol. 226. 106300.
6. Hedrich S., Schippers A. Distribution of acidophilic microorganisms in natural and man-made acidic environments. Current Issues in Molecular Biology. 2021. Vol. 40. pp. 25–48.
7. Hubau A., Guezennec A. G., Joulian C., Falagán C., Dew D., Hudson-Edwards K. A. Bioleaching to reprocess sulfidic polymetallic primary mining residues: determination of metal leaching mechanisms. Hydrometallurgy. 2020. Vol. 197. 105484.
8. Trukhin Yu. P., Balykov A. A., Vainstein M. B. Bacterial-chemical leaching of cobalt-copper-nickel ores and the technological scheme of processing of productive solutions of nickel and cobalt. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2017. Iss. S35. pp. 5–22.
9. Sun J., Wen J., Wu B., Chen B. Mechanism for the bio-oxidation and decomposition of pentlandite: implication for nickel bioleaching at elevated pH. Minerals. 2020. Vol. 10, Iss. 3. 289.
10. Dong Y., Zan J., Lin H. Bioleaching of heavy metals from metal tailings utilizing bacteria and fungi: mechanisms, strengthen measures, and development prospect. Journal of Environmental Management. 2023. Vol. 344. 118511.
11. Bobadilla-Fazzini R. A., Poblete-Castro I. Biofilm formation is crucial for efficient copper bioleaching from bornite under mesophilic conditions: unveiling the lifestyle and catalytic role of sulfur-oxidizing bacteria. Frontiers in Microbiology. 2021. Vol. 12. 761997.
12. Hosseini S. M., Vakilchap F., Baniasadi M., Mousavi S. M., Darban A. K., Farnaud S. Green recovery of cerium and strontium from gold mine tailings using an adapted acidophilic bacterium in onestep bioleaching approach. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. Vol. 138. 104482.
13. Schueler T. A., Schippers A., Goldmann D. Bioleaching for metals removal from mine tailings flotation fractions. Hydrometallurgy. 2024. Vol. 225. 106286.
14. Onufrienok V. V. Cristal-chemical transformation of pyrrhotite-pyrite inducted. Modern High Technologies. 2013. Iss. 5. pp. 116–122.
15. Trukhin Yu. P., Iodis V. A., Khainasova T. S. Microwave and ultrasound activation of kinetics of bacterial-chemical processes of leaching of cobalt-copper-nickel ores of the Shanuch deposit. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2021. Iss. S19. pp. 113–123.
16. Golykh R. ,N., Khmelyov V. N., Shalunov A. V., Bobrova G. A., Nesterov V. A., Titov G. A. Identification of optimal conditions for ultrasonic cavitation processing of high-viscosity and non-newtonian liquid media. Polzunovskiy Vestnik. 2017. Iss. 4. pp. 123–128.
17. Bao S., Chen B., Zhang Y., Ren L., Xin C., Ding W., Yang S., Zhang W. A comprehensive revier on the ultrasound-enhanced leaching recovery of valuable metals: application, mechanisms and prospects. Ultrasonics Sonochemistry. 2023. Vol. 98. 106525.
18. Pan W., Yang L., Jin H., Yi R., Liao Z. Experimental study on microbial desulphurization of sulfide ores and self-heating simulation of ore heaps under ultrasonic and microwave. Process Safety and Environmental Protection. 2022. Vol. 164. pp. 435–448.
19. Cao D., Xu X., Jiang S. Ultrasound-electrochemistry enhanced flotation and desulphurization for fine coal. Separation and Purification Technology. 2021. Vol. 258, Pt. 2. 117968.
20. Lim M. S. W., Yang T. C. K., Yap Y. H., Pan G.-T., Chong S., Tiong T. J. Intensification and optimisation of nickel recovery from spent hydrogenation catalysts via ultrasound-augmented hydrometallurgy. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2021. Vol. 9. 105771.
21. Mubula Y., Yu M., Niu H., Zhu Z., Xu K. Application of ultrasonicenhanced leaching for the recovery of metal elements from mineral raw materials and secondary resources. Metals. 2025. Vol. 15, Iss. 10. 1115.
22. Podkamennyi I. А., Kadyrbekova E. А. Theory and practice of the application of ultrasonic influences in the processes of concentration of ore and non-metallic raw materials. Problems of Mineralogy, Petrography and Metallogeny. Scientific Readings in Memory of P.N. Chirvinsky. 2021. Iss. 24. pp. 172–179.
23. Kopylova A. E., Prokhorov K. V. Application of ultrasonic impacts in the processing of gold-containing tailings by combined pneumatic-electric flotation. Problems of Subsoil Use. 2023. Iss. 2. pp. 14–22.
24. Wang T., Le T., Ravindra A.V., Jue H., Zhang L., Wang S. Enhanced regeneration of spent FCC catalyst by using oxalic acid-sulfuric acid mixture under ultrasonic irradiation. Journal of Materials Research and Technology. 2021. Vol. 15. pp. 7085–7099.
25. Ershov V. A., Kondratyev V. V., Afanasyev A. D. Sonochemical dispersing of quartz with the use of cavitation effects. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2011. Iss. 11. pp. 159–164.
26. Vladykin A. Yu. Ultrasonic treatment effect on goldbearing material processing parameters. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2013. Iss. 3. pp. 267–270.
27. Lu J., Wang N., Yuan Z., Zhang Q., Li L., Wang Z. The effects of ultrasonic wave on heterogeneous coagulation and flotation separation of pentlandite-serpentine. Minerals Engineering. 2022. Vol. 188. 107828.
28. Groo E. A., Algebraistova N. K., Zhizhaev A. M., Romanchenko A. S., Makshanin A. V. The research is on the effect of an ultra-sound treatment for intensification the processes of extracting gold from refractory materials. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2012. Iss. 2. pp. 89–96.
29. Alloberganova A. M., Yunusov O. K., Achilova S. S., Ruzibaev A. T. Intensification of the fat recovering process of spent nickel fat hydrogenation catalyst. Universum: Technical Sciences. 2023. Iss. 12. pp. 48–52.
30. Burov V. E. Capabilities of sonochemistry in flotation of ore minerals. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2024. Iss. 1. pp. 36–51.
31. Yin W., Wang Y., Ma Y., Chen K. Effects of ultrasonic treatment on the flotation behavior of magnesite and dolomite in a sodium oleate system. Green and Smart Mining Engineering. 2024. Vol. 1, Iss. 1. pp. 76–84.
32. Fedotova O. A., Kuzminykh K. G., Shestakova E. S., Denisenko A. O., Mozzhegorova L. А., Poilov V. Z. Application of ultrasonic treatment at different stages of flotation enrichment of mineral raw materials. Bulletin of PNRPU. Chemical Technology and Biotechnology. 2025. Iss. 2. pp. 75–88.
33. Iodis V. A. Activation, regeneration and recycling of spent catalyst using ultrasonic impact. Mine Surveying and Subsurface Use. 2025. Vol. 25, Iss 3. pp. 61–65.
34. Hosseinzadeh F., Rastegar S.O., Ashengroph M., Gu T. Ultrasoundassisted Fenton-like reagent to leach precious metals from spent automotive catalysts: process optimization and kinetic modeling. The International Journal of Environmental Science and Technology. 2021. Vol. 18. pp. 3449–3458.
35. Khmelev V. N., Barsukov R. V., Barsukov A. R., Tsyganok S. N., Nesterov V. A. Ultrasonic technological apparatus with five working tools of different diameters for scientific research. South-Siberian Scientific Bulletin. 2022. Iss. 4. pp. 106–109.
36. Iodis V. A. Lab-scale reactor for ultrasonic treatment of cobalt–copper–nickel ore pulp. Gornyi Zhurnal. 2023. No. 12. pp. 81–87.
37. Khmelev V. N., Tsyganok S. N., Barsukov R. V., Khmelev M. V. Ensuring the maximum efficiency of ultrasonic technologies in media with a liquid phase. South-Siberian Scientific Bulletin. 2021. No. 4. pp. 62–70.
38. Sand W., Gehrke T., Jozsa P.-G., Schippers A. (Bio)chemistry of bacterial leaching – direct vs. indirect bioleaching. Hydrometallurgy. 2001. V. 59. Iss. 2-3. pp. 159–175.
39. Rodriguez Y., Ballester A., Blázquez M. L., González F., Muñoz J. A. New information on the pyrite bioleaching mechanism at low and high temperature. Hydrometallurgy. 2003. Vol. 71. pp. 37–46.
40. Levenets O. O. Bacterial-chemical leaching of sulfide cobalt-coppernickel ore under different pulp densities. Vestnik of the Far East Branch of the Russian Academy of Sciences. 2014. Iss. 4. pp. 96–100.
41. Kuzyakina T. I., Khainasova T. S., Levenets O. O. Biotechnology of extraction of metals from sulfidic ores. Bulletin of Kamchatka Regional Association “Educational-Scientific Center”. Earth Sciences. 2008. Iss. 2. pp. 76–85.
42. Reznik I. D., Ermakov G. P., Shneerson Ya. M. Nickel: in 3 vols. Vol. 2: Oxidized nickel ores. Ore characteristics. Pyrometallurgy. Hydrometallurgy. Moscow: OOO “Nauka i Tekhnologii”, 2001. 468 p.
43. Gui Q., Wang S., Zhang L. The mechanism of ultrasound oxidation effect on the pyrite for refractory gold ore pretreatment. Arabian Journal of Chemistry. 2021. Vol. 14, Iss. 4. 103045.