Биологические науки/6.микробиология

д.б.н.,Исаева А.У., к.б.н.Успабаева А.А., Отарбекова А.А.

Южно-Казахстанский государственный университет им. М.Ауеэова. Казахстан

Исследование эффективности использования жизнедеятельности железоокисляющих бактерий Thiobacillus ferrooxidans в биологическом способе доизвлечения металлов из производственных отходов

Актуальность исследования. Один из перспективных направлений использования микробиологии связан с горно-рудной промышленностью. Как известно, преобладающее большинство существующих технологий извлечения металлов из руд основано на химических методах, которые сопряжены с негативными последствиями для окружающей среды. В связи с этим, в настоящее время возрастает приоритет биологических технологий выщелачивания металлов, которые основаны на использовании жизнедеятельности железоокисляющих бактерий. История использования этих микроорганизмов в горно-рудной промышленности берет свое начало с середины прошлого века и технологии, разработанные на их основе, в настоящее время успешно используются в отдельных развитых странах мира. Преимущество микробиологического метода выщелачивания заключается также в том, что этот метод позволяет осваивать залежи забалансовых руд и используем для доизвлечения отдельных ценных металлов из отходов металлургического производства. При этом методе процесс выщелачивания металлов экологически безопасен и экономически выгоден. В микробиологическом выщелачивании эффективную роль играет многие роды тионовых бактерии как Thiobacillus ferrooxidans Butcher et al.. Эти бактерии безвредны для людей, питаются минералами, легко транспортируются, устойчивы к низким температурам, отсутствию питательной среды и могут существовать при температуре до 80 ^оС [1].

Цель работы. В связи с выше указанными обстоятельствами, целью наших исследований была изучение эффективности применения метода биовыщелачивания для выделения ряда металлов из отходов полиметаллического производства.

Задачи исследования. Перед исследованием ставились следующие задачи:

- изучить влияния показателей температурного режима на окислительную активность бактерий Th. ferrooxidans;

- исследовать эффективность чистой культуры Th. ferrooxidans в биовыщелачивании различных металлов из отходов производства сульфидных руд.

Материалы исследования. Материалами наших исследований послужили чистая культура железоокисляющих бактерий Th. ferrooxidans, выделенная из сульфидных руд на питательной среде Сильвериана-Люндгрена, методом предельных разведений [2]. Материалом для выщелачивания были использованы отходы полиметаллического производства месторождений Казахстана.

Методы исследования. Исследования были проведены в лабораторных условиях, с применением перколяционных сосудов и бактериального раствора культуры Th. ferrooxidans. В качестве контрольного варианта был использован метод серно-кислого выщелачивания. Опыты по определению оптимальных параметров температурного режима на жизнедеятельность микроорганизмов проводились в вариантах, включающих интервал температуры от 0 до 35^оС. Опыты по изучению эффективности чистых культур Th. ferrooxidans в выщелачивании металлов проводились при температуре 22^оС. Во всех вариантах опыта соотношение руды и выщелачивающего раствора составило 3:1. Эффективность биологического метода выщелачивания определялась по концентрациям ионов металлов в продуктивном растворе (ПР), в сравнении с показателями контрольного варианта опыта. Измерение концентрации ионов металлов в ПР проводился масс-спектрометрическим методом через каждые сутки опыта.

Результаты исследования. Исследование влияния различных показателей температурного режима на окислительную активность показало, что при температуре от +8 до 0°С активность Th. ferrooxidans значительно снижается. В наших опытах интенсивность окисления закисного железа снизилась в 2,5 раза. Самые высокие показатели окисления двухвалентного железа были получены при температуре +28 +29 ºС. Также установлено, что инфракрасное облучение бактериального раствора в течении 1 часа ускоряет процесс бактериального окисления двух валентного железа в 0,8 раза.

Результаты исследования эффективности чистой культуры Th. ferrooxidans в биовыщелачивании различных металлов из отходов производства сульфидных руд установлена высокая эффективность бактериального способа выщелачитвания. Так, концентрации ионов меди, никеля, цинка, серебра, золота и платины в ПР вариантов бактериального выщелачивания оказались в 8,5-10,6 раза выше, по сравнению с показателями контрольного варианта опыта. Наибольшая эффективность была (10,3 и 10,6 раза) установлена для таких металлов, как никель, цинк и серебро. При этом высокая окислительная активность бактериального раствора было выявлено по отношению к меди, никеля и цинка. Наибольшая концентрация их ионов в ПР была достигнута за 24 часа эксперимента (Ni 0,69 , Zn 130 и Cu 0,06 мг/л). Дальнейшее увеличение экспозиции не привело к увеличению их концентрации ионов в растворе. В то время как, предельно высокая концентрация для ионов золота и серебра была достигнута на третьи сутки эксперимента (Au-0,0018, Ag-0,065 мг/л). Кроме этого, в продуктивном растворе биологического метода выщелачивания были определены незначительное количество таких редко-земельных элементов как La, Ce, Pr, Sm,Gd, Tb, Dy, Er, Yb. Их количественные показатели составили в пределах от 0,0000021 до 0,000015 мг/л.

Таким образом, результаты проведенных нами исследований позволяют сделать вывод об эффективности применения бактериального метода выщелачивания для доизвлечения ценных и редко-земельных элементов из отходов полиметаллического производства. Перспективность исследований по этому направлению обосновано большим запасом отходов производства и забалансовых руд в природе.

Литература

1. Камалов М.Р. Роль микроорганизмов в выщелачивании металлов из руд Казахстана. Алма –Ата. «Гылым». 1990г.

2. Каравайко Г.И. Биотехнология переработка металлосодержащих руд и концентратов. // Вестник АН СССР. 1985 №1.С. 72-83.