Способ извлечения металлов из почвы с использованием биомассы растений

Изобретение относится к областям экологической безопасности и металлургии, в частности к способам извлечения металлов из почвы с использованием растений. Способ получения металлов из почвы включает сбор биомассы растений и последующее извлечение металлов из биомассы. При этом используют растения рода борщевик . Способ может включать этап озоления либо этап коксования биомассы указанного растения. Технический результат заключается в обеспечении извлечения и аккумуляции из грунта металлов до промышленного содержания без использования специальных реагентов как в естественных условиях, так и на искусственных плантациях на промышленных отвалах. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к областям экологической безопасности и металлургии, в частности, к способам получения металлов с использованием растений.

В настоящее время биоресурсы, включая дикие и культурные растения, использовались кроме традиционного назначения в целях геологоразведки [1. А.Л. Ковалевский. «Биогеохимические поиски рудных месторождений», М.: «Недра», 1984 г.], а также для экспериментальной добычи золота из отходов горного производства [2. М.А. Меретуков. «Золото: химия, минералогия, металлургия», М.: «Руда и металлы», 2008 г., стр. 482-485] или [3. Инновационный патент Республики Казахстан №28171]. Известно использование в таких экспериментах горчицы сарептской, полыни, фацелии, маиса, очитка, остролодочника равнинного, сидератов, рапса. Описанные в этих и других источниках экспериментальные применения фитотехнологии для добычи золота всегда предусматривают обязательное использование химических или органических реагентов для растворения золота в отвалах. Объем получаемой биомассы с использованием этих растений не превышает 30 тонн на гектар.

Содержание металла в растениях, превышающее 1 гр/тонну (в расчете на сухую массу), называют гипераккумуляцией [2]. Для активации гипераккумуляции металлов растениями применяются цианиды, бромиды, хлориды, тиосульфаты, оксикарбонильные соединения.

Наиболее близким является способ рекультивации промышленных отходов, описанный в [3]. В этом способе рекультивации используется растворение металлов экологически безопасными реагентами органическими оксикарбонильными соединениями, переводящими металлы в органометаллические соединения. Извлечение металлов осуществляется растениями, в т.ч. культурными, такими как рапс, кукуруза и другие. Сочетание вида растения, реагента и ежедневный полив водой с добавкой (0,1%) оксикарбонильных соединений обеспечивает биоаккумуляцию металлов в самом растении. Так, содержание металлов, например, таких как серебро, золото и других увеличивается в золе этих растений в 100-1000 раз по отношению к содержанию в горной массе отходов. Недостатками являются необходимость использования реагентов, ежедневный специальный полив растений и относительно невысокое количество получаемой биомассы.

Задачей является упрощение процесса получения металлов из почвы с использованием растений, в том числе устранение необходимости использования специальных реагентов, а также повышение количества получаемого сырья для извлечения металлов.

Задача решается тем, что способ получения металлов из почвы, включающий сбор биомассы растений и последующее извлечение металлов, отличается тем, что используют растения рода борщевик .

Способ может включать этап озоления, проводимый после сбора биомассы растений.

Способ может включать этап коксования, проводимый после сбора биомассы растений.

Способ может включать использование дикорастущих растений, являющихся сорняками.

Технический результат заключается в обеспечении извлечения и аккумуляции из грунта металлов до промышленного содержания без использования специальных реагентов как в естественных условиях (сорняки), так и на искусственных плантациях на промышленных отвалах. Преимущества способа заключаются также в том, что:

- значительно увеличивается удельный объем биомассы - до 250 тонн на гектар,

- содержание и объем получаемых по заявляемому способу металлов позволяют рентабельно получать концентраты не только золота, но и цветных и редких металлов,

- рентабельно решается экологическая задача по очистке от опасных сорняков значительных площадей.

Новизна и изобретательский уровень способа заключаются в том, что в качестве биоаккумулятора металлов используют не применявшиеся ранее для этих целей растения рода борщевик семейства Зонтичные.

Борщевик - род растений семейства Зонтичные. Часть видов фототоксична.

Борщевик, признанный сорняком, стремительно захватывает значительные территории России, Казахстана, Западной Европы, при этом в Западной Европе действуют правительственные и общественные программы по его уничтожению без какой-либо утилизации.

Борщевик отличается высокой урожайностью - до 250 тонн на гектар. Совпадение трех факторов - высокая урожайность, способность к гипераккумуляции металлов и беззатратная добыча (уничтожение вредного сорняка) - делают борщевик уникальным растением для альтернативной добычи металлов.

Автор определил, что борщевик является растением, способным к гипераккумуляции металлов в естественных условиях без применения активации реактивами. В районах произрастания растение аккумулирует находящиеся на данной территории металлы с увеличением содержания в биомассе до промышленного.

В одном из вариантов осуществления способа биомассу борщевика, как вредного сорняка в рамках программ борьбы с ним убирают с территорий, которые он заполонил, и перерабатывают для целей альтернативного получения металлов.

В другом варианте борщевик выращивают на искусственных плантациях на промышленных отвалах, убирают при достижении максимальной величины биомассы и перерабатывают.

Переработка заключается в сушке биомассы, ее озолении (разрушении органического субстрата, например, посредством сжигания, превращения в золу) либо коксовании (нагреве без доступа кислорода) с последующим извлечением ликвидных концентратов тех или иных металлов, направляемых на традиционную переработку.

Пример. Проверка эффективности способа была осуществлена следующим образом. Биомасса борщевика была собрана в ближнем Подмосковье на территории, в почве которой содержание цветных и редких металлов минимально.

Биомасса была подвергнута озолению. Зола в количестве 2,7 г была подвергнута масс-спектральному анализу с индуктивно-связанной плазмой (МС) с использованием масс-спектрометра с индуктивно-связанной плазмой Elan-6100 ("Perkin Elter", США) и атомно-эмиссионному анализу с индуктивно-связанной плазмой (АЭС) с использованием атомно-эмиссионного спектрометра Optima-4300 DV ("Perkin Elter", США). Результаты приведены в [4. Протокол испытаний химического состава №27 tg 02-01 от 06.11.2014]. Результаты для элементов, для которых обнаружена особенно высокая биоаккумуляция борщевиком, приведены в таблице. При этом проведено сравнение с содержанием химических элементов в золе растений, выращенных в соответствии с [3] на отвалах.

При этом концентрация оксида титана в золе растения составила 15% по массе, что сопоставимо с содержанием титана в руде.

В итоге подтверждено, что даже в безрудном районе Подмосковья зола борщевика содержит значительное количество ванадия, хрома, титана, меди, цинка и ниобия.

Способ извлечения металлов из почвы с использованием биомассы растений, включающий сбор биомассы растения, представляющего собой биоаккумулятор металлов, ее переработку с извлечением металлов, отличающийся тем, что в качестве биоаккумулятора металлов используют растения рода борщевик (), при этом переработку биомассы осуществляют путем сушки, озоления или коксования.