Шайхутдинов В.М.¹, Жаппар Н.К.¹, Тен О.А.¹, Балпанов Д.С.¹, Еркасов Р.Ш.², Бакибаев А.А.³

¹ТОО «BioGeoTec», Казахстан

²Евразийский Национальный Университет, Казахстан

³Томский Государственный Университет, Россия

Консорциум для биовыщелачивания арсенопиритных концентратов, устойчивый к высоким концентрациям мышьяка

Процесс биоокисления для переработки упорных золотосодержащих руд и концентратов был внедрен в 1986 году. Технология биоокисления BIOX® была успешно применена на золотом руднике Fairview в Южной Африке [1]. Данная технология показала высокую надежность, и в настоящее время в мире существует 19 подобных производств [2].

Метод бактериального вскрытия упорных золотосодержащих руд и концентратов основан на применении автотрофных бактерий Acidothiobacillus ferrooxidans, при которых золотосодержащие сульфиды железа окисляются до конечных химических соединений (сульфата и арсената железа, серной кислоты) без применения высоких давлений и температур. Освобождающееся при этом золото становится доступным для выщелачивания цианистыми растворами. Метод бактериального выщелачивания при переработке мышьяксодержащих руд является экологически чистой технологией, обладает также экономической эффективностью [3].

Немаловажным аспектом при разработке технологии чанового биовыщелачивания мышьяксодержащей золотой руды является устойчивость штаммов к повышенному содержанию мышьяка в технологических растворах. Проведено изучение природной устойчивости штаммов S. thermosulfidooxidans ST-12 и ОT-1 и At. ferrooxidans AF-2 к мышьяку. Для этого штаммы засевали на среды с различной концентрацией мышьяка – 0,5 г/л, 1,0 г/л, 1,5 г/л, 2,0 г/л. Анализ активности штаммов определяли по динамике окисления двухвалентного железа. На рисунке 1 представлено влияние ионов мышьяка на скорость окисления железа умеренно-термофильными штаммами.

а – S. thermosulfidooxidans SK-4; б – S. thermosulfidooxidans ОT-1

Рисунок 1 – Изучение устойчивости умеренно-термофильных штаммов к ионам мышьяка

При отсутствии мышьяка оба умеренно-термофильных штамма полностью окисляли двухвалентное железо за 30 часов роста. Внесение в среду арсената натрия в концентрации 0,5 г/л значительно снижало окислительную активность обоих штаммов – полное окисление двухвалентного железа произошло лишь на 48 час роста. Было замечено, что штамм S. thermosulfidooxidans ОT-1 обладает большей природной устойчивостью к мышьяку по сравнению со штаммом S. thermosulfidooxidans SK-4 – внесение в среду арсената натрия в концентрации 1 г/л и 1,5 г/л почти полностью ингибировало окислительную способность штамма S. thermosulfidooxidans SK-4, в то время как штамм S. thermosulfidooxidans ОT-1 сохранял окислительную активность на уровне 60% и 30% соответственно. На рисунке 2 представлено влияние ионов мышьяка на скорость окисления железа At. ferrooxidans AF-2.

Рисунок 2 – Изучение устойчивости At. ferrooxidans AF-2 к ионам мышьяка

При отсутствии токсических веществ At. ferrooxidans AF-2 полностью окислял двухвалентное железо за 30 часов роста. При внесении в среду ионов мышьяка в концентрации 1,0 г/л полное окисление двухвалентного железа наблюдалось лишь на 36 час роста, при внесении 1,5 г/л – на 42 час роста.

В дальнейшем была проведена направленная селекция на увеличение устойчивости штаммов к высокому содержанию мышьяка. Направленную селекцию осуществляли путем последовательных пересевов на питательные среды, в которых постепенно увеличивали содержание мышьяка. Динамика окисления железа адаптированными бактериями представлена на рисунке 3.

а – штамм S. thermosulfidooxidans SK-4; б – штамм S. thermosulfidooxidans ОT-1;

в – Acidithiobacillus ferrooxidans AF-2

Рисунок 3 – Динамика окисления железа адаптированными штаммами

В результате проведенной селекции у штамма S.thermosulfidooxidans SK-4 устойчивость к мышьяку была увеличена с 0,5 г/л до 11 г/л, у штамма S.thermosulfidooxidans ОT-1 с 1 г/л до 13 г/л, у At. ferrooxidans AF-2 с 1,0 г/л до 13,5 г/л, что соответствует необходимым технологическим требованиям для обработки арсенопиритных золотых руд и концентратов.

В технологии бактериального выщелачивания основная роль железоокисляющих микроорганизмов заключается в регенерации ионов трехвалентного железа, которые являются главным окислителем сульфидных минералов. Окисление минералов ионами железа сопровождается образованием на поверхности слоя элементарной серы, что приводит к экранированию дальнейшего действия окислителя. В связи с этим важно применение микроорганизмов как железоокисляющей активностью так и с сероокисляющей активностью.

На основе адаптированных к высоким содержаниям мышьяка штаммов составлен консорциум хемолитотрофных бактерий, состоящий из железоокисляющего штамма At. ferrooxidans AF-2, умеренно-термофильных штаммов S.thermosulfidooxidans SK-4 и ОT-1 с железо и сероокисляющей активностью.

Литература

1 Kaksonena A. H., Mudunurua B. M., Hackl R. The role of microorganisms in gold processing and recovery-A review // Hydrometallurgy. – 2014. – Vol. 142. – P. 70-83.

2 Brierley, J.A. Present and future commercial applications of biohydrometallurgy // Hydrometallurgy. – 2001. – Vol. 59. – P. 233-239.

3 Bhalerao S.A. Bioleaching: An Economic Alternative for the Mining Industry: A Review // International journal of biotechnology and biosciences. – 2011. – Vol. 1. – P. 67-72.