ВЫДЕЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗО- И СЕРУОКИСЛЯЮЩЕЙ АССОЦИАЦИИ БАКТЕРИЙ ИЗ ФЛОТОКОНЦЕНТРАТА МЕСТОРОЖДЕНИЯ КОКПАТАС

Ключевые слова: выделение; серуокисляющие; ассоциация бактерий; флотоконцентрат; месторождение Кокпатас; биогеотехнология; Acidithiobacillus ferrooxidans; Halothiobacillus denitrificans; Acidithiobacillus thiooxidans.

Keywords: isolation; sulphur-oxidizing; association of bacteria; flotoconcetrate; of Kokpatas deposit; biogeotechnology; Acidithiobacillus ferrooxidans; Halothiobacillus denitrificans; Acidithiobacillus thiooxidans.

Введение

В последнее время пристальное внимание металлургов, геохимиков, биотехнологов, микробиологов и других специалистов, работающих в различных отраслях горнорудной промышленности, отводится биогидрометаллургии или биогеотехнологии. Биогидрометаллургия в последнее время считается одним из перспективных направлений гидрометаллургии, характеризующаяся не только экономической эффективностью и высокой экологичностью при переработке некондиционных руд различных отвалов, но и способностью заменять традиционные экологически небезопасные пирометаллургические технологии, используемые в ряде горнорудных рудных предприятий. В перечне стран, используемых биогидрометаллургические методы извлечения цветных, благородных и редких металлов, можно отметить такие как ЮАР, Австралия, США, Канада, Россия, Гана, Испания, Польша, Болгария, Чили, Аргентина, Китай и другие.

Республика Узбекистан входит в первую десятку золотодобывающих стран мира, на ее территории расположено несколько крупных месторождений (Кокпатас, Даугызтау, Зармитан, Биран, Амантайтау и др.), руды которых не были вовлечены в производство вследствие отсутствия эффективной технологии их переработки, хотя научно-исследовательские работы по разработке биотехнологии переработки руд ряда перечисленных месторождений интенсивно проводились.

С 2008 года в Навоийском горно-металлургическом комбинате (НГМК) введена в эксплуатацию биогидрометаллургическая технология BIOX на гидрометаллургическом заводе 3 (ГМЗ-3) в Учкудуке для переработки упорных золотомышьяковистых руд месторождения Кокпатас [1].

Как правило, при вводе в эксплуатацию новой технологии, тем более биотехнологии, возникает ряд проблем, решение которых может способствовать интенсификации процесса и увеличению сквозного извлечения благородных металлов.

Цель работы: выделение железо- и серуокисляющей ассоциации бактерий из флотоконцентрата месторождения Кокпатас.

Материалы и методы исследований

Для выполнения научно-исследовательских работ нами был проведен микробиологический анализ отобранных из различных участков биозавода проб путём рассева методом предельных разведений для мезофильных железо- и серуокисляющих бактерий микроорганизмов на среды: 9К (Acidithiobacillus ferrooxidans), Ваксмана (Acidithiobacillus thiooxidans) и Баалсруда (Halothiobacillus denitrificans) при температуре 28-30С⁰, и умеренно термофильных железоокисляющих бактерий на среде 9К с уменьшенным содержанием железа (4,8 г/л) и с добавлением дрожжевого экстракта (0,02 мг/л) при температуре 43⁰ и 50С⁰. Данный метод позволяет определить численность жизнеспособных клеток бактерий. Сроки инкубации посевов составляют 15 суток, титр клеток рассчитывали по таблице Мак Креди по стандартной методике [2-3].

Численность указанных бактерий определяли в следующих пробах, отобранных на различных участках биозавода на ГМЗ-3:

Перечень проб, отобранных на ГМЗ-3 для исследования

В работе использовали общепринятые в микробиологии методы исследования: количество клеток в 1 мл образца определяли, применяя метод десятикратных последовательных разведений на среде 9К с обработкой полученных результатов по таблице Мак Креди; морфологию клеток в образцах культуральной жидкости (КЖ) изучали путём микроскопии препаратов под иммерсией, окрашивание клеток культур – метиленовой синью; количество посевного материала составляло 5-50%. Значения рН КЖ определяли на рН-метре марки «Mettler Toledo»; концентрацию окисного и закисного железа в растворе определяли комплексометрическим методом с раствором трилона Б.

 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Изначально аборигенную микрофлору выделяли из образцов флотационного концентрата месторождения Кокпатас на среде 9К при значении рН 1.4, на качалке с 180 об/мин, при температуре 41^оС. При этом процесс биоокисления двухвалентного железа в трёхвалентное длился очень медленно - в течение 12 суток, а то и более. Численность железоокисляющих бактерий, находящиеся в концентрате, была незначительна, активность по окислению железа представлена в таблице 2.

Динамика процесса биоокисления Fe²⁺ до Fe³⁺ первоначально выделенной аборигенной ассоциацией железоокисляющих бактерий из образцов концентрата на среде 9К полной (посев 1:1)

Как видно из данных, представленных в таблице 2 процесс биоокисления концентрата изначально выделенной ассоциацией бактерий проходил за 12 суток при значении рН 1,61 – 1,78.

После того, как жидкая фаза в образцах с концентратом приобретала сначала желтый, а затем коньячный цвет наблюдалось 100%-ное окисление двухвалентного железа до трехвалентного, а при микроскопии выявлены клетки железоокисляющих бактерий, - мы приступили к выявлению активной ассоциации среди аборигенной микрофлоры железоокисляющих культур. Для этого КЖ с концентрата высевали на полную среду 9К в соотношении (1:1). Инкубацию проводили при 180 об/мин, 41^оС, рН 2,0-2.05. В динамике эксперимента следили за скоростью процесса окисления двухвалентного железа и значениями рН.

Периодические пересевы КЖ 1:1 на среде 9К проводили так часто, как только двухвалентное железо переходило полностью в трёхвалентное при 41^оС, 180 об/мин и рН 2,0-2,05.

Таким образом, нами были отработаны оптимальные параметры для роста и окислительной активности ацидофильной ассоциации железоокисляющих бактерий, выделенной из флотационного концентрата месторождения Кокпатас.

На рис.1 представлен процесс биоокисления двухвалентного железа при различных значениях рН. Как видно из данных, представленных на рисунке, в данных условиях культивирования оптимальной величиной рН является 2,0-2,05, при которой наблюдается активное активно размножение железоокисляющих бактерий и быстрее начинается процесс биоокисления двухвалентного железа. При величине рН 2,0-2,05 окисление железа происходит за 20-22 часа, а при значении рН 1,4-1,5 за это время окисляется только 1,2 г/л железа, а полное окисление наблюдается за 120 часов. Таким образом, в данных условиях культивирования на среде 9К наблюдается обратная корреляция.

Рисунок 1. Влияние значений рН на продолжительность биоокисления двухвалентного железа выделенной из концентрата ацидофильной ассоциации железо- и серуокисляющих бактерий

Следующий этап работы заключался в активации культуры при посеве на среду 9К 1:1. Пассажи проводили через каждые промежутки времени, когда исчезало двухвалентное железо. Через 10-12 пассажей цикл окисления сократился до 4 суток. Данные представлены в таблице 3.

Динамика процесса биоокисления концентрата аборигенной микрофлорой на среде 9К полной (при посеве 1:1) (после 10-12 пассажей)

После получения довольно активной и однородной ассоциации железоокисляющих бактерий, начали сокращать процент посевного материала с 50% до 10%. В итоге, через 10-12 пассажей у выделенной аборигенной ассоциации при посеве 1:10 процесс окисления двухвалентного железа сократился до 2 суток, а затем и до 20-22 часов. Данные представлены в таблицах 4 и 5.

Динамика процесс окисления двухвалентного железа до трехвалентного на среде 9К при 10% посевного материала (10-12 пассажей)

Таблица 5.

Процесс окисления активной ассоциацией двухвалентного железа в трехвалентное (посев 1:10) при исходном титре клеток 10⁸кл/мл

Как видно из представленных данных активную ассоциацию железоокисляющих бактерий получили путём нескольких пассажей изначально выделенной аборигенной ассоциативной культуры на среде 9К сначала в соотношении 1:1 (50% КЖ+50% среды 9К), затем после аналогичных 10-12 пассажей в соотношении 1:10 также на среде 9К.

В результате проведенных исследований за небольшой довольно срок нами была получена очень активная по окислительной способности ассоциация железоокисляющих бактерий, окисляющая Fe²⁺ до Fe³⁺ в течение 20-22 часов и имеющая титр клеток 10^7-8кл/мл.

Таким образом, среди выделенной микрофлоры железоокисляющих бактерий нами была отобрана активная её ассоциация, характеризующаяся высоким биотехнологическим потенциалом.