Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биотехнологический потенциал автохтонных хемолитотрофных микроорганизмов медно-никелевого месторождения Шануч (Западная Камчатка) в бактериально-химическом выщелачивании сульфидной кобальт-медно-никелевой руды

ВАК РФ 03.01.06, Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

Автореферат диссертации по теме "Биотехнологический потенциал автохтонных хемолитотрофных микроорганизмов медно-никелевого месторождения Шануч (Западная Камчатка) в бактериально-химическом выщелачивании сульфидной кобальт-медно-никелевой руды"

На правах рукописи

---'лЬгт1-^

005010^'

Хайнасова Татьяна Сергеевна

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ АВТОХТОННЫХ ХЕМОЛИТОТРОФНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ МЕД НО НИКЕЛЕВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ШАНУЧ (ЗАПАДНАЯ КАМЧАТКА) В БАКТЕРИАЛЬНО-ХИМИЧЕСКОМ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ СУЛЬФИДНОЙ КОБАЛЬТ-МЕДНО-НИКЕЛЕВОЙ РУДЫ

Специальность: 03.01.06 - Биотехнология (в том числе

бионанотехнологии)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

3 МАЙ ¿012

Улан-Удэ-2012

005016237

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки «Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения Российской академии наук»

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

доктор геолого-минералогических наук Трухин Юрий Петрович

Саловарова Валентина Петровна,

доктор биологических наук, профессор, Иркутский государственный университет, заведующая кафедрой физико-химической биологии

Хантургаева Галина Иринчеевна,

кандидат технических наук, доцент, Байкальский институт природопользования СО РАН, заведующая лабораторией химии и технологии минерального сырья

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, г, Иркутск

Защита диссертации состоится «17» мая 2012 года вЮ — на заседании диссертационного совета ДМ 212.039.02 при Восточно-Сибирском государственном университете технологий и управления (ФГБОУ ВПО ВСГУТУ) по адресу: 670013, Республика Бурятия, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская 40 В, ауд. 8-124.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВосточноСибирского государственного университета технологий и управления.

Автореферат разослан «16» апреля 2012 г.

Ученый секретарь /уг- . Хамнаева

диссертационного совета -^¿»^¿¿^'¿фщ Нина Ивановна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Применение ацидофильных хемолито-трофных железо- и сероокисляющих микроорганизмов в переработке минерального сырья обеспечило успешное развитие биогидрометаллургии. В мировой практике примерами эксплуатации хемолитотрофных ацидофилов являются методы биовыщелачивания и биоокисления меди, железа, цинка, урана и других металлов, десульфуризации угля и нефти' третичного восстановления нефти и биосорбции ионов металлов (Acevedo, 2000; Yahya, Johnson, 2002). Биовыщелачивание и биоокисление используют в России, Казахстане, Китае, США, ЮАР, Бразилии Австралии, Перу, Чили и выполняют кучным, дамповым и чановым способами при участии специфичныхгрупп микроорганизмов (Acidi-thiobacllus spp., Leptospirillum spp., Ferroplasma spp., Sulfobacillus spp Sulfolobus spp., Acidianus spp. и др.) (Sand et al„ 2001). Изучению процессов бактериально-химического выщелачивания посвящено множество работ отечественных (Г.И. Каравайко, Э.В. Адамов, В.В. Панин Т В Башлыкова и др.) и зарубежных (W. Sand, F.K. Crundwell ОН Tuovmen, D.E. Rawüngs и др.) ученых. Интенсивное развитие биогидрометаллургии обусловлено, главным образом, переходом на комплексные ресурсосберегающие и экологически чистые технологии.

Камчатская никеленосная провинция включает три рудных района: Шанучский (Шанучское рудное поле), Дукукский (в том числе Квинум-Кувалорогская зона) и Колпаковский (Трухин и др 2008) Me сторожденис Шануч (Западная Камчатка), входящее в первый район обладает богатыми сульфидными медно-никелевыми рудами (в среднем 5 % никеля, менее 1 % меди и кобальта). Руда данного месторождения служит ценным объектом для переработки. Однако существует сложность в ее переделе, обусловленная тесным взаимопрорастанием ни-кельсодержащих минералов и наличием высокого содержания пирротина. В условиях приближенности месторождения к особо охраняемым территориям чановое биовыщелачивание - наиболее приемлемый и рациональный путь извлечения ценных компонентов.

Подбору микробного компонента для биогеотехнологических задач уделяется большое внимание. Качественный состав и биологическая активность микроорганизмов обуславливают эффективность биовыщелачивания руд (Башлыкова и др., 2003; Каравайко и др., 2006). Аборигенные штаммы бактерий в ходе окислительных процессов начинают вытеснять привнесенную микрофлору, поэтому инжиниринг микроорганизмов не имеет приоритета (Battaglia-Brunet et al., 1998; Watiing 2006). В рамках активной политики Камчатского края по развитию ми-

нерально-сырьевой базы установление принципиальной возможности применения биовыщелачивания и определение биотехнологического потенциала автохтонных микроорганизмов являются актуальными задачами Их решение позволит использовать микробиологические методы, как более экологичные в горнорудной промышленности региона

Цель работы - оценка биотехнологического потенциала автохтонных хемолитотрофных микроорганизмов из окисленной руды в бактериально-химическом выщелачивании сульфидной кобальт-медно-никелевой руды в мезофильных условиях.

Задачи исследования. В соответствии с поставленной целью определены основные задачи настоящего исследования:

- изучить минеральный состав окисленной руды медно-

никелевого месторождения Шануч;

- выделить потенциально важные для биовыщелачивания автохтонные ассоциации мезофильных хемолитотрофных железо- и серо-окисляющих микроорганизмов из окисленной руды;

- определить окислительную активность автохтонной ассоциации мезофильных хемолитотрофных микроорганизмов, адаптированной к минеральному субстрату. Оценить перспективность ее использования и роль в бактериально-химических процессах выщелачивания сульфидной руды;

- изучить динамику бактериально-химического выщелачивания никеля, меди и кобальта из сульфидной кобальт-медно-никелевой руды.

Научная новизна работы состоит в следующем.

Впервые проведено комплексное минерально-микробиологическое исследование окисленной руды медно-никелевого месторождения Шануч и выделены автохтонные ассоциации мезофильных и умеренно термофильных ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов САсШЫоЪасШиз/еггоохШт, А. МоахШат, Ы/оЬасШш зрр.), перспективные для технологии биовыщелачивания.

Установлена окислительная активность адаптированной к минеральному субстрату автохтонной ассоциации хемолитотрофных микроорганизмов, выделенной из окисленной руды месторождения Шануч и включающей бактерии А./еггоахиЬт и А. МоохШага, в отношении ионов закисного железа, элементной серы и сульфиднои руды.

Выявлена динамика процесса бактериально-химического выщелачивания никеля, меди и кобальта из сульфидной руды месторождения Шануч.

Практическая значимость. Проведена оценка перспективности использования и определена роль адаптированной к минеральному суб' страту автохтонной ассоциации хемолитотрофных микроорганизмов,

включающей бактерии A. ferrooxidans и A. thiooxidans, в окислительных бактериально-химических процессах.

Установленные скорости биологического окисления двухвалентного железа, бактериально-химического выщелачивания никеля, меди и кобальта в мезофильных условиях в периодическом режиме могут быть использованы в разработке и усовершенствовании технологических схем переработки сульфидного полиметаллического сырья.

Показана целесообразность проведения первого цикла бактериально-химического выщелачивания в течение первых 3 суток.

Практическая значимость полученных результатов подтверждается актом о внедрении ЗАО Научно-производственной компании «Геотехнология» от 09.04.2012 г.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на VI и VII международных молодежных школах-конференциях «Актуальные аспекты современной микробиологии» (Москва, 2010, 2011), на Международной научно-практической конференции «Биотехнология: экология крупных городов» (Москва, 2010), на I международной научно-практической конференции «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии и медицине» (Санкт-Петербург, 2010), на XI международной научной конференции «Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей» (Петропавловск-Камчатский, 2010), на Ученых советах НИГТЦ ДВО РАН (20072011), семинарах лаборатории геохимии и геотехнологии НЙГТЦ ДВО РАН (2009-2010),

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе б статей в журналах и изданиях «Перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий» Высшей аттестационной комиссии Минобрнауки России.

Объем и структура диссертации. Объем диссертационной работы занимает 176 страниц машинописного текста и включает введение, пять глав, заключение, список литературы, включающий 182 найменованій, из которых 47 - иа русском языке, и приложение. Работа содержит 50 рисунков и 23 таблицы.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

В работе использовали образцы окисленной и сульфидной руды, а также автохтонную ассоциацию мезофильных хемолитотрофных микроорганизмов (О Б В), ранее выделенную и адаптированную в НИГТЦ ДВО РАН из окисленной руды месторождения Шануч (Левенец и др., 2008; Хайнасова, Левенец, 2009).

Количественный учет микроорганизмов осуществляли прямым подсчетом с помощью микроскопа ЛОМО МИКМЕД5 с фазово-контрастным устройством. Определение віщового состава ассоциаций микроорганизмов проводили с применением метода полимеразной цепной реакции в реальном времени (ПЦР-КеаІТіпіе) в НИГТЦ ДВО РАН и ЗАО «НПФ ДНК-Технология» (Рогатых и др., 2011).

Активность микроорганизмов оценивали по окисленшо: 1) ионов двухвалентного железа при различных их концентрациях (-4,5, ~9 и -18 г/л), 2) элементной серы (10 г/л) и 3) сульфидной руды месторождения Шануч (Т:Ж 1:20). Изучение динамики бактериально-химического выщелачивания металлов из сульфидной руды при Т:Ж пульпы 1:10.

Общая схема исследования представлена на рисунке 1.

Анализ отечественных и зарубежных литературных данных, постановка цели и задач исследования

~~~~ V

Миперально-микробиологическая Минеральная характеристика

исследование окисленной руды

Си-№ месторождения Шануч Микробиологическая характеристика

і

Изучение железооклеляющей

Исследование окислительной активности

активности автохтонной ассоциации микроорганизмов, адаптированной к минераль-

Изучение сероокисляющей активности

ному субстрату, из окисленной руды

Изучение сульфидокисляющей активности

*

Оценка ро ли Н, Ре3+ и микроорганиз-

Исследование динамики мов

бактериально-химического выщелачивания №, Си и Со ю сульфидной Со-Си-

> Изучение динамики извлечения металлов

№ руды

Предварительные экономические показатели

Рисунок 1 - Общая схема исследования

Определение рН проводили с помощью рН-метра Hanna HI 98103, Eh - Eh-метра Hanna HI 98120. Концентрацию S042" измеряли фотоколориметрически с помощью ФЭК (КФК-2-УХЛ 4.2) и титрованием с ВаС12 (Лурье, 1984). Концентрацию ионов Fe3+/Fe2+ определяли комплексонометрическим титрованием трилоном Б (Резников и др., 1970). Концентрации целевых металлов (Ni2+, Cu2+, Со2+) определяли атомно-абсорбционным методом. Статистическую обработку экспериментальных данных производили с помощью программного обеспечения Microsoft Office Excel 2007, рассчитывая доверительные интервалы средних значений.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Минерально-микробиологическое исследование окисленной руды медно-никелевого месторождения Шануч

Показано, что исследуемая руда принадлежит преимущественно к брекчиевидному и прожилково-вкрапленному типам.

Для месторождения Шануч характерна доминирующая ассоциация сульфидных минералов, включающая пирротин, пентландит и халькопирит (Трухин, 2009). В окисленной руде обнаружены некоторые из них. В исследованных пробах первичными рудными минералами являются пирротин, халькопирит и редко встречающийся на месторождении арсенопирит. Пентландит практически не выявлен (единичные зерна в некоторых шлихах). Лимонит — главный вторичный минерал. Вторичные сульфидные минералы не определялись, за исключением единичных зерен в шлихах (халькозин, ковеллин, борнит, марказит). Детальное исследование минерального состава проб показывает, что руда характеризуется присутствием следующих породообразующих минералов: кварц, полевые шпаты, слюда и др.

На основании результатов ПЦР в режиме реального времени (табл. 1) мониторинг автохтонной железо- и сероокисляющей микрофлоры подтвердил, что бактерии родов Acidithiobacillus (A. ferrooxidans и A. thiooxidans) и Sulfobacillus принимают непосредственное участие в биогеохимических процессах на месторождении Шануч. Представители Ferroplasma spp., ранее обнаруживаемые и выделенные Г.И. Каравайко и его коллегами в Институте микробиологии им. С.Н. Виноградского из руды исследуемого рудника, в окисленной руде обнаружены не были.

Зависимости видового разнообразия хемолитотрофных ацидофильных бактерий от минерального состава проб (содержание сульфидных минералов), отобранных для микробного выделения, не выявлено.

Предположительно, для показателя качественной микробной характеристики основное значение имеют, главным образом, не минеральные особенности субстрата, а условия залегания руды.

На месторождении и непосредственно в .рудном теле по частоте выделения доминирующее участие обнаруживает бактерия А. /еггоохг-йат, предпочитающая в качестве источника энергии использовать как соединения железа, так и соединения серы. Биоокислительные процессы в зонах дополнительного активного контакта с агентами выветривания (на поверхности рудника) происходят при участии ассоциаций микроорганизмов А. /еггоох1с1ат, А. 1Ыоох1<Лат и Би^оЬасИЫ эрр., предпочитающих использовать в своем метаболизме соединения железа.

В лабораторных условиях проба руды № 8669, характеризующаяся наибольшим минеральным разнообразием, оказалась эффективнее для получения биомассы железо-окисляющих бактерий (рис. 2).

В качестве объекта для выделения биотехнологически перспективной автохтонной микрофлоры, в частности, монокультуры бактерий А. /еггоох1(1ап5, рекомендуется использовать руду, отобранную непосредственно в рудном теле разрабатывающегося месторождения.

8666 8667 8669 8671 8673 №пробы Е окисляющая ассоциация Ов-окисляющая ассоциация

Рисунок 2 - Численность бактериальных клеток (Си), выделившихся из накопительных культу из окисленной руды месторождения Шануч

Таблица 1 - Минеральная и микробиологическая характеристики проб руды из месторождения Шануч

№ пробы Сульфидные минералы Содер-е сульфид, минералов, % Суммарное содер-е сульфид, минералов, % Состав выделенных автохтонных микробных ассоциаций

Ие-окисляющая 8-окисляющая

1 2 3 4 5 6

8666 арсенопирит 5,3 5,6 А. /еггоохісіат А. /егтоохігіапз

халькопирит 0,3

8667 халькопирит ед. зн ед. зн. А. /гггоохісіапз, А. іМоохісістз, ЗиЦоЪасШж эрр. -

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5 б

8669 пирротин 45 63,2 А ■ /еггоояоЬпя, А. 1Ыоохи1апз, 8и1/оЬасИ1т врр. -

халькопирит зв.

халькопирит +малахит +азурит 16,2

арсенопирит 2

8671 отсутствуют 0 0 А. [е>гоох1с1апа, /1. (Ыоох1<1а>13, ЗиУоЪйсШиз врр. -

8673 пирротин 97,25 97,75 А. /еггоохШат, А. МоохШаги -

халькопирит 0,50

Исследование окислительной активности адаптированной к минеральному субстрату автохтонной ассоциации микроорганизмов из окисленной руды

По данным анализа ПЦР в реальном времени, в составе ассоциации обнаружены бактерии А./еггоохШт и А. Моох1йапя,

Изучение телезоокиспяющей активности в процессе биологического окисления ионов записного железа

Ионы закисного железа являются источником энергии для микроорганизмов, однако их следует также рассматривать как снижающие метаболическую активность агенты. После пересева микробной ассоциации ОБ В в среду 9К в окислении принимает участие только бактерия А. ;[еп'оох1<1ап$, обладающая высокой железоокисляющей активностью.

Время полного окисления при начальной концентрации Бе в среде -4,5 г/л фиксируется спустя 30 ч, при -9 г/л - 39 ч, при -18 г/л -57-58 ч (рис, 3).

Максимальные скорости окисления субстрата составляют: 0,22б±0,00б г/л-ч для концентрации железа -4,5 г/л, 0,316±0,023 г/л-ч -для -9 г/л, 0,446±0,035 г/л-ч - для ~18 г/л. Выяснено, что с повышением концентрации железа в 2 раза скорость возможного окисления Ре"' линейно увеличивается (рис. 4).

4,5 9 18

СРю Г/л ВУмаке, ИУсред,

Рисунок 4 - Зависимость скорости окисления двухвалентного железа (Уокисленияр/1) от начальной его ковцетрации (Си,14) в растворе

Рисунок 3 - Изменение концентрации двухвалентного железа (С^) во времени (I) в процессе биологического окисления ионов закисного железа

Концентрация ионов закисного железа 9 г/л является оптимальной концентрацией для бактерий, при которой наблюдается наибольшая скорость прироста бактериальных клеток. При концентрации ионов Ре2+ больше 9 г/л прирост биомассы ингибируется.

Изучение сероокисляющей активности в процессе бактериально-химического окисления элементной серы

В составе сульфидной руды медно-никелевого месторождения Шануч основным сульфидным минералом является пирротин. При разрушении пирротиновой составляющей на поверхности руды формируется элементная сера, снижающая скорость процесса растворения металлов из-за образования пассивирующего слоя на минеральных частицах. В связи с этим исследовали процесс окисления серы, После пересева ассоциации микроорг анизмов ОБ В с рудного субстрата в экспериментальную среду с 8° в дальнейшем бактерии/1, (Ыоохккик в ней не обнаруживается. Таким образом, в окислительном процессе участвует только А. /еггоох!с1(Ш.ч. Микробную окислительную активность оценивали по интенсивности изменения рН среды и скорости образования сульфат-иона.

Показано, что в сравнении с абиотическим контролем А. /егюох-к!апх проявляет слабо выраженную сероокисляющую активность. Концентрация образовавшегося сульфат-иона в ходе бактериально-химического окисления в целом остается низкой, при этом возраст культуры имеет существенное значение в ускорении окислительного

800 700 600

;« 500

3 400

п

х, а

.. V

процесса (рис. 5). В случае с 6-суточной культурой окисление происходит интенсивнее в связи с сокращением периода лаг-фазы в развитии микроорганизмов.

Массовые доли образовавшихся сульфат-ионов в растворе для 3-суточной и 6-суточной культур соответственно составляют 4,51 и 6,5 %.

В абиотическом процессе на долю сульфат-иона приходится 0,26 %.

Средняя скорость образования 804г"при использовании 3-суточной культуры -1,14±0Д5 мг/л-ч, для 6-суточной культуры - 2ДЗ±0Д0 мг/л-ч.

о

300 ¿00 100 о Л-

Ж

о 1

тр,

2 3

-г-*"

4 5

6 7 8 9 10 II 12 13 ^сут

......♦" '"• контроль —а?-. 3-оут. кулиура

б-суг, культура Рисунок 5 - Изменение концентрации сульфат-иона (СйоЛ в растворе во времени (I) в процессе бактеришшю-химичеекого окисления элементной серы

Изучение сульфидокиашющей активности в процессе бактериально-химического окисления сульфидной кобальт-медна-никелевой руды

Окисление проводили с использованием сульфидной руды мед-но-никелевого месторождения Шануч при соотношении твердой фазы к жидкой 1:20. Используемая ассоциация микроорганизмов при пересеве на аналогичный рудный субстрат сохраняет видовой состав (А. /еггоох-гс1ат и А. Моохикт). А. /еггооШат играет доминирующую роль в окислительных процессах как в отношении элементной серы, так и, возможна, в отношении сульфидной серы. Ввиду того что А. МооШат сохраняется при культивировании на руде, она служит окислителем сульфидной серы и промежуточных серосодержащих соединений,

Исследуемая культура обнаруживает высокую окислительную активность в отношении руды. Об этом свидетельствует изменение основных параметров процесса. Наблюдается существенное подкисление раствора (до рН 1,98), Выщелачивание железа црпи—эдат интенсивно, но из-за отсутствия подкисления его концентрация в жидкой фазе пульпы не превышает 1 г/л, осаждаясь на руде в виде гидратных форм вторичных соединений.

Биологическое окисление происходит при низких значениях окислительно-восстановительного потенциала (до 514 мВ) по причине

невысоких концентраций железа в растворе и особенностей окисляемого субстрата.

Продолжительность лаг-фазы в развитии микроорганизмов на руде составляет сутки, В ходе окисления фиксируется высокая концентрация микроорганизмов (1,4 109кл/мл). При этом показано, что развитие микробной биомассы происходит в две выраженные стадии.

За 15 суток бактериально-химического окисления степень извлечения никеля насчитывает 1887 мг/л, меди - 21,21 мг/л и кобальта -42,05 мг/л, что соответствует 56,15 % №, 4,80 % Си и 54,13 % Со.

Средняя скорость извлечения металлов составляет: для N1 -113±2,37 мг/лсут, для Си - 1,19±0,05 мг/л-сут, для Со -2,54±0,04мг/л-сут.

Исследование динамики бактериально-химического выщелачивания Си и Со из сульфидной Со-Си-№ руды

Исследование динамики выщелачивания металлов из руды осуществляли следующим образом. В одностадийном периодическом режиме в агитационных мезофильных условиях (Т 30 °С) проводили бактериально-химическое (БХВ) и хгтическое (ХВ) (контрольное, с подавлением развития автохтонной микрофлоры) выщелачивания в присутствии сульфата железа (П) 9 г/л соли Ре804'7Н20) и в его отсутствии. Условно процессы были обозначены как «биотический» - в присутствии микробной ассоциации ОБВ и «абиотический» - без внесения инокулята бактерий. Ионы закисного железа рассматривались как легкодоступный источник энергии для микроорганизмов, а также как агент, дифференцирующий механизм разрушения сульфидной руды, и источник для дополнительной регенерации окислителя (Ре-1) В выщелачивающей пульпе.

Бактериально-химическое разложение сульфидной руды в сравнении с химическим повышает степень извлечения никеля, меди и кобальта. При этом подтверждено, что и абиотическое, и биотическое выщелачивания - селективные процессы извлечения металлов. Избирательность растворения прослеживается в отношении N1 и Со, то есть окислительному воздействию подвергаются преимущественно никель-и кобальтсодержащие пирротин и пентландит.

Биологический компонент является ключевым фактором для разрушения халькопирита, поскольку выщелачивание Си в абиотическом процессе не происходит. На основании степени извлечет« металлов (табл. 2) в выщелачивающих процессах механизмы разложения руды могут быть сведены к условным схемам: пирротин-пентландит-

халькопирит (для биотического процесса) и пирротин-пентландит (для абиотического процесса).

Таблица 2 - Степень извлечения металлов в одностадийных периодических процессах бактериально-химического (ЕХВ) и химического (ХВ) выщелачиваний сульфидной руды медно-ннкелевого месторождения Шануч за 15 срок при Т:Ж=1:10 и Т=30 °С

Процесс Содержание и степень извлечения металлов

N1 Си Со

выщелачивания г/л % г/л % г/л %

БХВ без Fe"* 3,151 42,73 0,054 5,57 0,079 47,06

ЕХВ с Fe24 3,253 44,08 0,071 7,28 0,080 47,06

ХВ без Fei+ 0,900 12,78 0 0 0,018 10.3Й

ХВ с IV 0,492 6,99 0 0 0,008 5,04

Полнота извлечения металлов составляет в среднем до 3 20 г/л № (43,41 %), 0,06 г/л Си (6,43 %), 0,08 г/л Со (47,06 %). В сравнении с данными по биологической активности показано, что уменьшение плотности пульпы до Т:Ж 1:20 может повысить степень растворения № до 56,15 %, Со до 54,13 % и снизить процент выхода Си до 4,80 %.

Установлено, что присутствие сернокислого железа (П) в пульпе не оказывает существенного влияния на выщелачивание № за исследованный период, повышая степень извлечения металла всего на 3,06 %, и не влияет на процентный выход Со. Ионы железа способствуют большему выщелачиванию Си, увеличивая концентрацию металла в растворе на 23,49 %. Однако на начальных этапах процесса поддержание большей концентрации № и Со в пульпе обеспечивается в бактериально-химическом выщелачивании без сернокислого железа (П).

Динамика целевых металлов обнаруживает стадийность процесса их растворения (рис. 6). Условно выделено два цикла инициации интенсивного разрушения рудных минералов. I циклу, при котором наблюдается максимальные скорости извлечения металлов, соответствует период времени с 0-х по 3-й сутки. П цикл осуществляется спустя 9 суток (с 9-х по 12-ые сутки).

При сравнении биотических процессов выщелачивания в присутствии и отсутствии соли Ре804-7Н20 показано, что I цикл для N1 и Со интенсивнее происходит в варианте без сульфата железа, И цикл - в его присутствии (табл. 3). Для Си оба цикла интенсивнее осуществляются в варианте с железом. В абиотическом выщелачивании интенсивность извлечения металлов (N1 и Со) выше в варианте без добавления железа в I и П циклах.

1,9т

-БХВбвй12+ 11 ■ БХВ с -ХВбаГе2+ —ХВсРе2+

БХВ о Г л* ХВ с Рв2+

Рпсунок б - Прирост металлов в раствор в процессе выщеяачивалия сульфидной кобальт-медно-никслевой руды: а - никель (ДС№), Ь - медь (ДС щ), с - кобальт (¿С»)

Таблица 3 - Скорость извлечения мегталлов, мг/л-сут

Процесс выщелачивания Скорость извлечения металлов, мг/л-еут

I цикл (0-3 сут) П цикл 19-12 см)

N1 Си Со N1 Си Со

БХВ без Ре" 325±1б 8,87±0,35 7,61±0,40 147±1б 1,12±0,21 4,08±0,21

БХВсКе" 272±10 10,75±0,75 6Д1±031 19Э±12 3,12±0,18 б±0,23

ХВ без Ре'* 111±8 а±о 2±0,13 37±5 ОМ 0,78=Ю,05

ХВсИе" 93±8 0±0 1,79*0.15 5±7 0=Ю 0,2440,03

Медьсодержащий минерал в бактериально-химическом выщелачивании вторичному этапу растворения подвергается в меньшей степени. Снижение интенсивности извлечения Си во П цикле происходит из-за значительного проявления на данном этапе халькопиритом катодных свойств. Этот эффект существеннее проявляется в отсутствии ионов железа в растворе.

Предварительные экономические показатели баюпериальпо-химннеского выщелачивания сульфидной кобальт-медио-никелевой руды

На основании проведенных экспериментов, моделирующих одностадийный периодический режим бактериально-химического выщелачивания в агитационных условиях (чановым способом) при температуре 30 °С, предварительный анализ возможных экономических показателей обнаруживает целесообразность извлечения никеля с использованием раствора без добавления соли Ре804 7Н20.

Однократная бактериально-химическая обработка руды позволяет получать продуктивный раствор с концентрацией № 1,19 г/л на 3-й сутки (72 часа), В связи с тем что спустя этот период прирост металла в жидкую фазу пульпы сокращается, в качестве рекомендации для многостадийного технологического процесса переработки руды первый цикл выщелачивания предлагается проводить в течение трех суток.

С экономической точки зрения использование жидкой фазы трех суток для дальнейшей экстракции металла представляется наиболее рациональным, увеличивая прибыль от переработки руды на 22,43 % (табл. 4).

Таблица 4 - Показатели прибыли от извлечения никеля при бакгериальш-химичееком выщелачивании сульфидной кобаль-р-медио-иикелевой руды в агитационных условиях (одностадийный периодический режим, 1 чан с рабочим объемом 100 м\ Т:Ж 1-10 Т

Показатели 3-суточный процесс 15-сугочный процесс

Расход солевого раствора, т/год 82 670 16 500

Затраты па реактивы, $/год 119 286 23 808

Концентрация никеля в продуктивном растворе, г/л 1,19 3,15

Степень извлечения никеля, % 16,12 42,73

Прибыль от извлеченного в проду ктивный раствор никеля, $/гоц 255 348 134 940

Прибыль с учетом затрат на реактивы, $/п>д 136 062 111 132

выводы

1. Показано, что в окисленной руде месторождения Шануч присутствуют первичные минералы - пирротин, халькопирит и арсенопи-рит, а также вторичный минерал - лимонит.

2. Впервые из окисленной руды месторождения Шануч выделены перспективные для технологии биовыщелачивания ассоциации мезо-фильных и умеренно термофильных хемолитотрофных микроорганизмов родов Acidithiobacillus (А. ferrooxidans, A. thiooxidans) и Sidfobacillus. Содержание и качественный состав сульфидных минералов в руде не влияют на видовое разнообразие выделенных микробных ассоциаций, однако в количественном отношении проба руды с наиболее разнообразным минеральным составом является оптимальной для выделения биомассы железоокисляющих бактерий,

3. Исследованиями установлено, что в окислительных процессах в адаптированной к минеральному субстрату ассоциации железо- и серо-окисляющих бактерий A. fotrooxidans и А. thiooxidans доминирует А. ferrooxidans, предпочтительно использующая в качестве источника энергии железо и сульфидную серу.

4. Показано, что бактериально-химическое выщелачивание кобальт-медно-никелевой руды в периодическом одностадийном режиме чановым способом при температуре 30 °С позволяет селективно извлекать Ni и Со, обеспечивая за 15 суток достижение высокой концентрации никеля (до 3 г/л).

5. Экспериментально определены два цикла начала интенсивного растворения никеля, меди и кобальта, при этом в присутствии бактерий процесс ускоряется.

6. Установлено, что в процессе бактериально-химического выщелачивания Ni и Со рационально использовать раствор без сульфата железа (П). При извлечении Ni продуктивный раствор получается за трое суток, что повышает экономические показатели процесса на 22,43 %.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Кузякина Т.И. Биотехнология извлечения металлов из сульфидных руд / Т.И. Кузякина, Т.С. Хайнасова, О.О. Левенец // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. - Петропавловск-Камчатский, 2008. - Вып. 12, ~№2.-С. 76-86.

2. Хайнасова Т.С. Состояние и перспективы развития технологии бактериально-химического выщелачивания металлов из сульфид-

ных руд на Камчатке / Т.С. Хайнасова, О.О, Левенец, Т.Н. Кузякина, C.B. Мурадов, А.А Балыков И Горный информационно-аналитический бюллетень, - М: Горная книга, 2009. - № 4, - С, 306-310.

3. Трухин Ю.П. Эколого-экономические аспекты применения технологии биовыщелачивания ценных компонентов из сульфидных кобальт-медно-никелевых руд (Камчатка) / Ю.П. Трухин Т.И Кузякина, C.B. Мурадов, Т.С. Хайнасова, 0,0, Левенец, A.A. Балыков, C.B. Рогатых // Проблемы региональной экологии. Экологические технологии и инновации. - М, 2010, - № 6. - С. 117-122,

4, Рогатых С.В, Использование технологии ПЦР в реальном времени для оценки эффективности методов выделения ДНК из культур ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов / С.В, Рогатых. A.A. Докшукина, Т.С. Хайнасова, С,В. Мурадов, H.A. Кофиади // Прикладная биохимия и микробиология. -М., 2011, - Т 47 - JV« 2 - С 226230. '

5. Трухин Ю.П. Исследование кинетики и механизма биовыщелачивания сульфидной Co-Cu-Ni руды в периодическом режиме / Ю.П. Трухин, Т.С. Хайнасова // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: Горная книга, 2011 - X« 10 - С 111117. " '

6, Трухин Ю.П, Разработка технологии бактериально-химического выщелачивания сульфидной кобальт-медно-никелевой руды / Ю.П. Трухин, Т.е. Хайнасова, О.О. Левенец // Вестник ДВО РАН. - Владивосток: Дальнаука, 2011. - № 4. - С. 101-104.

Материалы международных и всероссийских конгрессов и конференций

1, Хайнасова Т.С. Перспективы использования Ferroplasma в биовыщелачивании сульфидных руд Камчатки // Материалы VIII международной научной конференции «Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей». - Петропавловск-Камчатский' Камчат-пресс, 2007,-С. 121-124,

2, Левенец О.О. Изучение биологической активности мезо-фильных аборигенных сообществ хемолитотрофных микроорганизмов в ходе окисления сульфидной руды кобальт-медно-никелевого месторождения Шануч / О.О. Левенец, Т.С. Хайнасова, M A. Суханова // Актуальные аспекты современной микробиологии: IV молодежная школа-конференция с международным участием / Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН. - М: МАКС Пресс, 2008. - С, 96-97.

3, Кузякина Т.И. Развитие технологии биовыщелачивания в Камчатском крае / Т.И. Кузякина, С.В. Мурадов, Т.С. Хайнасова,

О.О. Левенец, А. А. Балыков, C.B. Рогатых II Биотехнология: состояние и перспективы развития: материалы V московского международного конгресса. - М„ 2009. - С. 339-340.

4. Хайнасова Т.С. Влияние последовательной адаптации сообществ хемолитотрофных микроорганизмов к плотности пульпы на их окислительную активность / Т.С. Хайнасова, О.О. Левенец // Актуальные аспекты современной микробиологии: материалы V молодежной школы-конференции с международным участием / Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского. - М.: МАКС Пресс, 2009. - С. 139-140.

5. Хайнасова Т.С. Изучение железоокисляющей активности автохтонной ассоциации хемолитотрофных микроорганизмов // Актуальные аспекчы современной микробиологии: материалы VI молодежной школы-конференции с международным участием / Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского. -М.: МАКС Пресс, 2010. - С. 121-122.

6. Левенец О.О. Повышение окислительной активности мезо-фильных ассоциаций хемолитотрофных микроорганизмов / О.О. Левенец, Т.С. Хайнасова, А.А. Балыков, C.B. Рогатых // Московская международная научно-практическая конференция «Биотехнология: экология крупных городов» ~ М.: ЗАО "Экспо-биохим-технологии", РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2010. - С. 138-139.

7. Хайнасова Т.С. Эколого-экономические аспекты применения технологии микробного выщелачивания ценных компонентов из месторождений сульфидных медно-никелевых руд (Камчатка) / Т.С. Хайнасова, О.О. Левенец, Т.И. Кузякина // Материалы XI международной научной конференции «Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей», посвященной 100-летию со дня рождения выдающихся российских ихтиологов А.П. Андрияшева и А.Я. Таранца. -Петропавловск-Камчатский: Камчатпресс, 2010. - С. 198-201.

8. Кузякина Т.И. Выделение автохтонных микроорганизмов из окисленной руды кобальт-медно-никелевого месторождения Шануч (Камчатка) / Т.И. Кузякина, Т.С. Хайнасова, А.Р. Гирфанова // Сборник трудов I международной научно-практической конференции «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии и медицине». - СПб.: изд-во Политехнического ун-та, 2010, - Т. 1. -С. 163-164.

9. Хайнасова Т.С. Биогеохимические процессы формирования зоны окисления на месторождении Шануч (Западная Камчатка) И Актуальные аспекты современной микробиологии: тезисы VII-ой молодежной школы-конференции / Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН. - M : МАКС Пресс, 2011.-С. 153-156.

Подписано в печать 13.04.2012. Формат 60x84 1/16, Усл. п. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ К» 105 Издательство ВСГГУ, 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Хайнасова, Татьяна Сергеевна, Петропавловск-Камчатский

61 12-3/1Ю9

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения Российской академии наук

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ АВТОХТОННЫХ ХЕМОЛИТОТРОФНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ МЕДНО-НИКЕЛЕВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ШАНУЧ (ЗАПАДНАЯ КАМЧАТКА) В БАКТЕРИАЛЬНО-ХИМИЧЕСКОМ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ СУЛЬФИДНОЙ КОБАЛЬТ-МЕДНО-НИКЕЛЕВОЙ РУДЫ

Специальность: 03.01.06 - Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

На правах рукописи

Хайнасова Татьяна Сергеевна

Научный руководитель: д.г.-м.н. Трухин Ю.П.

Петропавловск-Камчатский - 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ......................................... 4

ВВЕДЕНИЕ........................................................................... 5

ГЛАВА 1. Современное состояние изученности бактериально-химических процессов выщелачивания металлов................................ 12

1.1. Общая характеристика ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов, принимающих участие в бактериально-химических процессах выщелачивания металлов.......................................... 12

1.2. Бактериально-химические процессы извлечения металлов..... 25

1.2.1. Основные способы биогидрометаллургической переработки руд и использования микроорганизмов.................................... 25

1.2.2. Механизм микробного окисления сульфидных минералов..... 34

1.2.3. Факторы, влияющие на процесс биовыщелачивания металлов................................................................................................^

ГЛАВА 2. Объекты и методика выполнения исследования.................... 49

2.1. Объекты исследования................................................ 49

2.1.1. Окисленная руда..............................................

2.1.2. Сульфидная руда........................................................................................51

2.1.3. Смешанная культура автохтонных микроорганизмов..........................51

2.2. Методы исследований............................................................................52

2.2.1. Методы изучения руды........................................................................................52

2.2.2. Методы культивирования и изучения микроорганизмов..................53

2.2.3. Методы исследования окислительных бактериально-химических процессов....................................................................................56

2.2.4. Методы аналитической химии........................................ 58

ГЛАВА 3. Минерально-микробиологическое исследование окисленной руды медно-никелевого месторождения Шануч....................................... 60

3.1. Общая характеристика медно-никелевого месторождения Ша-

НУЧ.................................................................................... 62

3.2. Минеральная характеристика окисленной руды............................................71

3.3. Микробиологическая характеристика окисленной руды........................76

3.4. Выводы по главе................................................................................^

ГЛАВА 4. Исследование окислительной активности адаптированной к минеральному субстрату автохтонной ассоциации микроорганизмов из окисленной руды........................................

4.1. Изучение железоокисляющей активности в процессе биологического окисления ионов закисного железа.............................. 86

4.2. Изучение сероокисляющей активности в процессе бактериально-химического окисления элементной серы............................... 93

4.3. Изучение сульфидоокисляющей активности в процессе бактериально-химического окисления сульфидной кобальт-медно-никелевой руды........................................................................^

4.4. Выводы по главе....................................................................................102

ГЛАВА 5. Исследование динамики бактериально-химического выщелачивания никеля, меди и кобальта из сульфидной кобальт-медно-никелевой руды................................................................................202

5.1. Оценка роли ионов водорода, трехвалентного железа и микроорганизмов в выщелачивании..................................................................................................Ю5

5.2. Изучение динамики извлечения металлов в процессе выщелачивания..........................................................................................................123

5.3. Предварительные экономические показатели бактериально-химического выщелачивания сульфидной кобальт-медно-никелевой РУДЫ.................................................................................. 144

5.4. Выводы по главе........................................................................................................148

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................................................................151

ЛИТЕРАТУРА........................................................................................................................................153

ПРИЛОЖЕНИЕ..............

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ОБВ - мезофильная ассоциация автохтонных хемолитотрофных микроорганизмов из окисленной руды, адаптированная к минеральному субстрату,

2+

БХВ без Бе - бактериально-химическое выщелачивание (биотический процесс) без добавления соли Ре804-7Н20,

БХВ с Бе - бактериально-химическое выщелачивание (биотический процесс) с добавлением соли Ре804-7Н20,

ХВ без Ре2+ - химическое выщелачивание (контрольный абиотический процесс) без добавления соли Ре804-7Н20,

ХВ с Ре2+ - химическое выщелачивание (контрольный абиотический процесс) с добавлением соли Ре804-7Н20.

ВВЕДЕНИЕ

С идентификацией и характеристикой железо- и сероокисляющих микроорганизмов еще в 1940-х годах открылись новые возможности в металлургической промышленности (Devasia, Natarajan, 2004). Применение ацидофильных хемолитотрофных железо- и сероокисляющих микроорганизмов в переработке минерального сырья (рудных концентратов, бедных, забалансовых руд, отвальных «хвостов», шламов и отходов металлургических производств) обеспечило успешное развитие биогидрометаллургии. В мировой практике примерами широкой эксплуатации хемолитотрофных ацидофилов являются методы биовыщелачивания и биоокисления меди, железа, цинка, урана и других металлов, десульфуризация угля и нефти, третичное восстановление нефти и биосорбция ионов металлов (Acevedo, 2000; Yahya, Johnson, 2002). Биовыщелачивание и биоокисление используют в России, Казахстане, Китае, США, ЮАР, Бразилии, Австралии, Перу, Чили и выполняют кучным, дамповым и чановым способами при участии специфичных групп микроорганизмов, включающих представителей родов Acidithiobacillus, Lep-tospirillum, Ferroplasma, Sulfobacillus, Sulfolobus, Acidianus и других или их ассоциаций (Sand et al., 2001).

Изучению процессов бактериально-химического выщелачивания посвящено множество работ отечественных (Г.И. Каравайко, Э.В. Адамов, В.В. Панин, Т.В. Башлыкова и др.) и зарубежных (W. Sand, F.K. Crundwell, О.Н. Tuovinen, D.E. Rawlings и др.) ученых. Развитие биогидрометаллургии обусловлено, главным образом, переходом на ресурсосберегающие и экономически выгодные технологии в связи с истощением богатых руд и потребностью в переработке минерального сырья с низким содержанием ценных компонентов. Значительное внимание уделяется технологиям извлечения ценных металлов из тонковкрапленных сложных по составу полиметаллических руд. По сравнению с традиционными методами (пирометаллургия, автоклавное выщелачивание) биогидрометаллургия имеет ряд преимуществ, которые, на-

ряду с экономичностью, считаются весьма экологически чистыми, отличаются простотой в организации и способны к самоподдержанию (Волова, 1999; •Гошоп, 2008).

По данным Л.В. Игревской (2006, 2009) в 50 странах выявлено более 300 никелевых месторождений. На начало 1998 года подтвержденные запасы никеля составили около 50 млн. т. Запасами более 1 млн. т никеля обладало десять стран: Канада (7,4 млн. т), Россия (6,6 млн. т), Куба (5,5 млн. т), Новая Каледония (5,2 млн. т), Австралия (3,7 млн. т), Китай (3,7 млн. т), Индонезия (3,2 млн. т), ЮАР (2,5 млн. т), Филиппины (1,1 млн. т) и Албания (1 млн. т). В Канаде, России, Китае и ЮАР от 90 до 100 % никеля сосредоточено в сульфидных рудах. Несмотря на возросшее внимание к силикатным никелевым рудам, сульфидные руды являются все же более важным объектом для интенсивной и комплексной переработки никельсодержащего сырья, поскольку, помимо никеля, содержат в совокупности не менее ценные сопутствующие компоненты, такие как кобальт, медь, золото, металлы платиновой группы.

В России главные никеленосные руды сосредоточены в Норильской группе месторождений (содержание никеля в них составляет 2-3%) и на Кольском полуострове (Резник и др., 2003). Камчатская никеленосная провинция включает три рудных района: Шанучский (Шанучское рудное поле), Дукукский (в т.ч. Квинум-Кувалорогская зона) и Колпаковский (Трухин и др., 2008). Месторождение Шануч (Западная Камчатка), входящее в первый район, обладает богатыми сульфидными медно-никелевыми рудами (содержащими в среднем 5 % никеля, менее 1 % меди и кобальта), являющимися ценным объектом для переработки. Однако существует сложность в переделе такой полиметалической руды, обусловленная тесным взаимным срастанием никельсодержащих минералов и наличием высокого содержания пирротина. В условиях приближенности месторождения к особо охраняемым территориям чановое биовыщелачивание служит приемлемым и рациональным путем извлечения целевых компонентов из подобного сырья.

Основные исследования в области бактериально-химических технологий связаны, как правило, с изучением процессов извлечения меди и золота (Lizama, 2001; Zilouei et al., 2003; Devasia, Natarajan, 2004). Работы по биовыщелачиванию никеля и кобальта в современной литературе встречаются мало (Nakazawa, Sato, 1995; Salo-Zieman et al., 2006; Zhen et al., 2008). Исследования ограничиваются частными изысканиями выщелачивающей способности монокультур хемолитотрофных микроорганизмов (например, A. fer-rooxidans) (Cwalina et al., 2000; Nowaczyk, Domka, 2000; Lombardi, Garcia, 2002), реже их ассоциаций в отношении отдельных сульфидных минералов (Bhatti et al., 1993; Lorenzo et al., 1997; Peterson, Dixon, 2002), в том числе и никельсодержащих.

В области исследования чанового биовыщелачивания основной задачей является поиск способов интенсификации технологического процесса. Качественный состав микроорганизмов и их биологическая активность обуславливают эффективность биовыщелачивания руд (Каравайко и др., 2006). При использовании привнесенного микробного компонента в ходе процесса выщелачивания начинают преобладать именно выделившиеся аборигенные штаммы бактерий, поэтому инжиниринг биовыщелачивающих микроорганизмов не имеет приоритета (Battaglia-Brunet et al., 1998; Watling, 2006). Генетически закрепленная способность автохтонной микрофлоры к растворению конкретного рудного субстрата обеспечивает ей высокую конкуренцию в сложившемся в процессе биовыщелачивания биоценозе.

Поскольку в биоценозах природных и техногенных биовыщелачивающих систем выражена штаммовая гетерогенность, обусловленная параметрами рудного субстрата (минеральный состав, температура и др.) (Каравайко, Кондратьева, 2006), то подбору микробного компонента для биотехнологии уделяется большое внимание. Применение адаптированных к совокупности параметров активных комплексов автохтонных микробных ассоциаций, выделенных непосредственно из месторождения, руда которого планируется для использования в биопереработке, является одним из актуальных аспектов

в ках

решении задачи интенсификации процесса (Адамов, Панин, 2003). В рам-активной политики Камчатского края по развитию минерально-сырьевой базы определение принципиальной возможности применения и биотехнологического потенциала автохтонных микроорганизмов актуально для внедрения микробных технологий извлечения ценных металлов в горнорудную промышленность региона.

На этом основании была определена цель работы: оценка биотехнологического потенциала автохтонных хемолитотрофных микроорганизмов из окисленной руды в бактериально-химическом выщелачивании сульфидной кобальт-медно-никелевой руды в мезофильных условиях.

В соответствии с поставленной целью определены основные задачи исследования:

- изучить минеральный состав окисленной руды медно-никелевого месторождения Шануч;

- выделить потенциально важные для биовыщелачивания автохтонные ассоциации мезофильных хемолитотрофных железо- и сероокисляющих микроорганизмов из окисленной руды;

- определить окислительную активность автохтонной ассоциации мезофильных хемолитотрофных микроорганизмов, адаптированной к минеральному субстрату. Оценить перспективность ее использования и роль в бактериально-химических процессах выщелачивания сульфидной руды;

- изучить динамику бактериально-химического выщелачивания никеля, меди и кобальта из сульфидной кобальт-медно-никелевой руды.

Научная новизна работы состоит в следующем. Впервые проведено комплексное минерально-микробиологическое исследование окисленной руды медно-никелевого месторождения Шануч и выделены автохтонные ассоциации мезофильных и умеренно термофильных ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов (АасЩЫоЪасШт /еггоохгс1ат, А. ¡МоохиНаю, 8и1-/оЪасШш врр.), перспективные для технологии биовыщелачивания.

Установлена окислительная активность адаптированной к минеральному субстрату автохтонной ассоциации хемолитотрофных микроорганизмов, выделенной из окисленной руды месторождения Шануч и включающей бактерии A. ferrooxidans и A. thiooxidans, в отношении ионов закисного железа, элементной серы и сульфидной руды.

Выявлена динамика процесса бактериально-химического выщелачивания никеля, меди и кобальта из сульфидной руды месторождения Шануч.

Практическая значимость

Проведена оценка перспективности использования и определена роль адаптированной к минеральному субстрату автохтонной ассоциации хемолитотрофных микроорганизмов, включающей бактерии A. ferrooxidans и А. thiooxidans, в окислительных бактериально-химических процессах.

Установленные скорости биологического окисления двухвалентного железа, бактериально-химического выщелачивания никеля, меди и кобальта в мезофильных условиях в периодическом режиме могут быть использованы в разработке и усовершенствовании технологических схем переработки сульфидного полиметаллического сырья.

Показана целесообразность проведения первого цикла бактериально-химического выщелачивания в течение первых 3 суток.

Практическая значимость полученных результатов подтверждается актом внедрения ЗАО Научно-производственной компании «Геотехнология» от 09.04.2012 г.

Достоверность полученных результатов подтверждается большим объемом экспериментальных данных (301 проба, 1405 определений) при использовании аттестованных и опробированных аналитических методик. Воспроизводимость результатов обеспечивали проведением процессов в трех повторах. Статистическую обработку производили с помощью программного обеспечения Microsoft Office Excel 2007, рассчитывая доверительные интервалы для средних значений.

Личный вклад автора состоит:

- в анализе материалов, касающихся процессов биовыщелачивания;

- в постановке цели и задач исследования;

- в планировании, проведении экспериментальной работы;

- в систематизации, обработке и анализе экспериментальных данных, касающихся динамики основных окислительных процессов и определения роли автохтонной микрофлоры в них.

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на VI и VII Международной молодежной школе-конференции «Актуальные аспекты современной микробиологии» (Москва, 2010, 2011), Международной научно-практической конференции «Биотехнология: экология крупных городов» (Москва, 2010), I Международной научно-практической конференции «Высокие технологии фундаментальные и прикладные исследования в физиологии и медицине» (Санкт-Петербург, 2010), XI Международной научной конференции «Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей» (Петропавловск-Камчатский, 2010), Ученых советах НИГТЦ ДВО РАН (2007-2011), семинарах лаборатории геохимии и геотехнологии НИГТЦ ДВО РАН (2009-2010).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 6

статей в журналах и изданиях «Перечня ведущих рецензируемых научных

журналов и изданий» Высшей аттестационной комиссии Минобрнауки России.

Объем и структура диссертации

Объем диссертационной работы занимает 176 страниц машинописного текста и включает введение, пять глав, заключение, список литературы, включающий 182 наименования, из них 47 на русском языке, и приложение. Работа содержит 50 рисунков и 23 таблицы.

Автор искренне выражает глубокую благодарность научному руководителю д.г.-м.н. Ю.П.Трухину. Считает долгом выразить признательность

д.б.н. Т.И. Кузякиной, а также к.г.-м.н. A.A. Алискерову за помощь в проведении минералогического исследования, коллективу химико-технологической лаборатории в лице к.т.н. Т.П. Беловой., н.с. Т.И. Корниловой, вед. инженера Т.И. Ратчиной, н.с. Л.Д. Зерновой, н.с. O.A. Яковишиной за помощь в осуществлении химических анализов. К.г.-м.н. В.Е. Кунгуровой, к.б.н. C.B. Мурадову, к.б.н. И.А. Кофиади, м.н.с. О.О. Левенец и м.н.с. A.A. Балыкову за участие в обсуждении основных результатов исследования и публикационной деятельности. Особую благодарность выражает д.т.н. Р.И. Пашкевичу за непосредственное решение организационных вопросов и научно-методические консультации на протяжении всей работы, н.с.

Т.И. Корниловой за неоценимую помощь при проведении аналитических исследований.

ГЛАВА 1. Современное состояние изученности бактериально-химического выщелачивания металлов

1.1. Общая характеристика ацид