Секция Микробиология

¹Канаев А.Т., ²Канаева З.К., ²Сагимбаева А.

¹Казахский национальный университет им.аль-Фараби,

²Казахский национальный технический университет им.К.И.Сатпаева, Алматы, Казахстан

«Кенді шоғырландырып шаймаландыру үрдісіне қатысатын хемолитоавтотрофты бактериялардың рөлі»

Уран кен орындарын қазу жұмыстары Қазақстанда 1948 жылдан басталады. Бірінші уран кеніші болып Қордай саналады. Қазіргі уақытта Қазақстанда 86 уран кен орындары белгілі. Қазақстан уран кен орындарында жер жүзінің (4млн.т) уран қорының 25%-ін құрайды. Біздің республикамызда уранды өндіру жер астын шаймалау әдісімен күкірт қышқылы ерітіндісін қолдану арқылы Қанжуған, Мойынқұм және Солтүстік Қарамұрын уран өндіру орындарында жүргізіледі.

Қазіргі уақытта атомдық техникада уранды ядерлік отынның негізгі көзі ретінде қолданады. Табиғи уран кендерін соңғы өнімге – металдық уранға, уран тотықтарына және басқа да жоғары дәрежелі таза уран қосылыстарына химиялық қайта өңдеудің үрдістері мен әдістерін қолданып, әрекет ететін кәсіпорындар қоршаған ортаның ластануына өз үлесін тигізуде.

Экономикалық бағалау бойынша шоғырландырып шаймаландыру кезінде дәстүрлі технологиямен салыстырғанда күрделі шығындар 30% жуық төмендейді.

Күкірт қышқылы арқылы шаймалағанда алтывалентті уран ерітінді түрінде алынады, ал төрт валентті уран жер қабатында, яғни астында қалады. Төрт валентті уранды ерітінді түріне айналдыру үшін тотықтырғыштар қолданылады. Әдебиеттерге сүйенсек үшвалентті темірдің тұзы қышқылдық ортадағы төрт валентті уранның тотықтырғышы болып табылады. Уран өндірілетін жерлерде руда түрінде, темір сульфидтер (пирит, марказит) және тотықтар (гетит, магнетит және т.б.) нысанында болады. Уақыт өте келе жердің астыңғы қабатында сульфидтік минералдардың Fe³⁺ және күкірт қышқылына дейін химиялық және микробиологиялық тотығуы жүреді. Ұңғылардың барлық қышқылдық ерітінділерінде кездесетін темір және күкіртті тотықтырушы микроорганизмдер Thіobacіllus ferroоxіdans үшвалентті темірді қалпына келтіру үшін арзандау әдіс болып табылады. Сондықтан да микроорганизмдердің бұл тобын әртүрлі объектілерден бөліп алып қарау және зерттеу уранды рудалар қатарынан бөліп шығару жолдарының жақсаруына мүмкіндік береді.

Одан да басқа, микроорганизмдердің тотықтыру-қалпына келтіру үрдістеріндегі ролін зерттеу жер асты суларының ластану проблемаларына да дұрыс қадам жасауға мүмкіндік береді. Жұмыс істеліп жатқан жерлерден темірдің және қышқылдың көздерінің табылуы ациодофильді микроорганизмдердің оларды тотықтырып жіберуіне және шаймалау үрдісінің ұзағырақ жүруіне әкеліп соғады.

Уран кендерін қайта өңдеуде шаймалау процесі ең негізгі процестердің бірі болып табылады. Шаймалаудың басты мақсаты уран минералдарының толықтай және селективті ерітіндіге айналуы, яғни еруі болып табылады. Шаймалау процесі келесі әдістермен жүзеге асырылады: агитациялық, перколяциялық (топтап) және жер асты.

Шет елдерде уран кендерін шаймалау көбінесе агитациялық әдіспен жүзеге асырылады. Бұл жағдайда шаймалау процесі 60-80⁰С температурасында өтеді. Шаймалау процесі көптеген кендер үшін 2-48 сағат аралығында созылады. Бұл әдіс көптеген шығындарды қажет ететін болған соң агитациялық шаймалау әдісі бай кен қазбалары үшін қолданылады ( ).

Перколяциялық (топтап) шаймалау әдісі кеннің қозғалмайтын қабатын ерітінділер арқылы шаймалау болып табылады. Бұл әдістің тиімділігі жабдықты безендірудің қарапайымдылығында және оны жүзеге асыру кезіндегі шығынның аз мөлшерде кетуі болып табылады. Бірақ бұл әдістің айтарлықтай кемшіліктері бар. Ең бастысы, бұл шаймалау жылдамдығының төмендігі және процестің кезеңділігі. Сондықтан да бұл әдіс қазіргі уақытта онша көп қолданыла бермейді. Белгілі бір көлемде ғана топтап шаймалау Францияда, АҚШ-та, Испанияда жүргізіледі ( ).

Қазіргі кезде кеңінен таралған әдіс –уран кендерін қышқылдық шаймалау. Уран шикізаттарын қайта өңдейтін кәсіпорындардың 80%-не жуығы осы қышқылдық шаймалау жүйесі бойынша жұмыс істейді.

Тотыққан минералдарды қышқылдық шаймалағанда уран ерітіндіге уранил-ион түрінде ауысады:

VO ₃ + H₂SO₄ " VO₂SO₄+ H₂ O (1)

Сульфат уранильдің сұйық фазасында сульфат уранильдің кешенді түрі кездеседі:

VO₂SO₄ → [VO₂ (SO₄ ) ₂] ^2-g[VO₂ (SO₄ ) ₃] ^4- (2)

Қазақстанның уран өндіретін жерлеріндегі өндірістік мағынасы бар негізгі минералдар настуран, коффинит және ураниний болып табылады. Яғни бұлардың ішінде уран белгілі бір мөлшерде төрт валентті түрде кездеседі.

Қазіргі кезде рудаларды шаймалаудың бактериалдық процесінің техникалық және экономикалық мүмкіндіктеріне және осы шаймалаудан алынған ерітіндіден уранды бөліп шығаруды зерттеу мәселесіне өте көп көңіл бөлініп отыр.

Жер астын бактериалдық шаймалау әдісі химиялық шаймалау әдісіне қарағанда ерекшеленеді, өйткені шаймалайтын ерітінділер мен рудалық материал шаймалау процесін интенсифтендіретін микроорганизмдерден тұрады. Сондықтан да микроорганизмдердің негізгі ролі мен элементтік күкіртті, сульфидтік минералдарды тотықтандырудан тұрады. Сульфидтік минералды және күкіртті, еківалентті темірді тотықтандыру кезінде Thіobacіllus, Leptospіrіllum, Sulfolobus, Sulfobacіllus және Acіdіanus бактериялары да қатынасады.

Темір – Thіobacіllus ferrooxіdans және басқа бактериялары үшін тез тотықтанатын субстракт болып табылады. Тотығу реакциясы мына схема бойынша жүреді:

4Fe²⁺+O₂+4H⁺+бактериялар « 4Fe³⁺+2H₂O

△G=38 кДж/моль.

Т.ferrooxіdans микроорганизмінің ерекше қабілеті бар – ол қышқылдық орта жағдайында темірді тотықтырып тотыққа айналдырады. Химиялық бақылау кезеңіне қарағанда жай кездері темірдің бактериалдық тотықтануы 200-500 мың есе жоғары. Т.ferrooxіdans клеткалары және О₂, СО₂ концентрациялары өте маңызды болып табылады. Т.ferrooxіdans клеткаларының 2,5·10^-7-ден 2,5·10^-8-ге дейін бірқатар жоғарылауының өзі еківалентті темірдің тотығуын 8-9⁰С температурасының өзінде 3 есе тездетеді, шапшаңдатады.

Әдебиеттер тізімі:

1 Шығаева М.Х., Канаев А.Т. Микробиология және вирусология: Оқулық. –Алматы: Қазақ университеті, 2012. – 380 бет

2 Канаева З.К. Интенсификация процесса извлечения урана биотехнологическим способом из бедных руд // Монография, –Алматы, 2010. –143 с.