gototopgototop

"Научный аспект №2-2019" - Естественные науки

Бактериально-химический способ выщелачивания урана из окисленных руд месторождения «Восток»

Канаев Ашимхан Токтасынович – доктор биологических наук, профессор Научно-исследовательского института проблем биотехнологии Жетысуского государственного университета им. И.Жансугурова.

Турганов Зангар Талгатович – магистр по направлению «Материаловедение и технология материалов» Научно-исследовательского института проблем биотехнологии Жетысуского государственного университета им. И.Жансугурова.

Токпаев Куаныш Марсбекович – магистр Научно-исследовательского института проблем биотехнологии Жетысуского государственного университета им. И.Жансугурова.

Сеит Анель Сейсембеккызы – магистрант Научно-исследовательского института проблем биотехнологии Жетысуского государственного университета им. И.Жансугурова.

Клим Сандугаш Абумуслимкызы – бакалавр Научно-исследовательского института проблем биотехнологии Жетысуского государственного университета им. И.Жансугурова.

Аннотация: В данной статье рассмотрен бактериально-химический способ выщелачивания урана из окисленных руд месторождения «Восток». Объектами исследование было выбрано хемолитоавтотрофные бактерии маточного раствора испарительной карты кучного выщелачивания и изучение физико-химическго состава руды РУ-1 Степногорского горно-химического комбината. Было предположение, что урансодержащим растворам на объектах КВ более свойственны микроорганизмы семейства серобактерий, то есть тионовых бактерий, окисляющих серу и соединения серы (сульфиды). Поэтому больше внимание обращали на изучение видового и количественного состава представителей хемолитоавтотрофных бактерий, а именно А. ferrooxidanse условиях испарительной карты кучного выщелачивания РУ-1 СГХК.

Ключевые слова: Бактериально-химический метод, биовыщелачивание, окисленная руда, хемолитоавтотрофные бактерий, накопительная культура, микроорганизмы, кучное выщелачивание.

В условиях падения цен на сырьевых рынках и истощения запасов богатых руд горнодобывающим компаниям приходится постоянно искать способы повышения экономической эффективности месторождений. С этой целью в эксплуатацию вовлекается нетрадиционное сырье - бедные и забалансовые руды, кондиционные руды маломощных месторождений, отходы горнообогатительного производства и др. - что позволяет значительно нарастить сырьевую базу и увеличить добычу металлов. Единственным способом создания экономически эффективного производства в данных условиях является применение инновационных технологий, позволяющих вовлекать в производство виды сырья, ранее считавшиеся нерентабельными [1].

Объектами исследования являются хемолитоавтотрофные бактерии маточного раствора испарительной карты кучного выщелачивания и изучение физико-химического состава руды РУ-1 Степногорского горно-химического комбината.

Цель работы: Исследование и обоснование эффективности бактериально-химического способа выщелачивания урана из бедных и забалансовых руд на месторождениях Северного региона Казахстана.

Научная новизна. Впервые выявлены оптимальные условия кучного выщелачивания урановых руд месторождения «Восток» РУ-1 СГХК и предложена принципиальная технологическая схема переработки урансодержащих руд с использованием бактерий Acid.ferrooxidans.

Объекты исследования. Шантобе(каз.Шантобе) - посёлок городского типа в Акмолинской области Казахстана. Находится в подчинении у администрации города Степногорска, хотя удалён от него на 400 километров. Административный центр Шантобинской поселковой администрации.

Методы исследование. Исследовательская работа была выполнена с помощью оборудования и установок лаборатории НИИ проблем биотехнологии при ЖГУ им. И.Жансугурова. Сбор растворов и отбор пробы (в бутылки 0,5-1,0 л) проводились для лабораторного исследования их щелочности-кислотности (pH), окислительно-восстановительного потенциала (Eh), а так же для определения химического состава и характеристики среды.

Определение железоокислительной способности Fe2+ и Fe3+ в среде - способность бактерий окислять Fe2+ определяли по изменению в среде количества Fe2+ и Fe3+. Количество Fe2+ и Fe3+ определяли комплексонометрическим методом, с использованием в качестве титранта ЭДТА (этилендиаминтетрауксусной кислоты динатриевая соль). Метод основан на реакции образования комплексных соединений ионов металлов с органическими соединениями.

Выделение микроорганизмов. Отбор хемолитоавтотрофных бактерий, важных для гидрометаллургии, осуществлялся путем посева соответствующих проб руды или растворов на ферментационные среды. Таким образом, она получила культуры коллекционирования. Даже при использовании элективных сред кумулятивные культуры содержат помимо выделяемых микроорганизмов и другие виды. [2].

Сбор материалов для исследования проводился по стандартной методике из растворов под табелем № 4, 5, 6 и спаривающего раствора, а также из карт испарения №. 1, 2, 3, 4, 5.

Получение накопительной культуры. Для получения Acid. Ferrooxidans в колбы Эрленмейера на 100 мл вносила 30 мл стерильной среды Сильвермана и Лундгрена 9К и пробы раствора Шантобе, затем инкубировали при 30°С до появления роста. О развитии бактерий судили по появлению коричневой среды, окрашенной образованием соединений трехвалентного железа.

Накопительную культуру, как Acid.thiooxidans получили путем посева на жидкую питательную среду Ваксмана с серой пробами рудничной воды КВ и инкубировала в термостате при 30°С. Через 3-4 дня появилось помутнение среды, а pH ее снижался (рис.1).

Рисунок 1. Характеристика роста и развития культуры бактерий Acid, ferrooxidans.

В таблице 1 представлены химический состав исследуемого сернокислотного урансодержащего раствора испарительной карты №4 РУ-1 СГХК. Определение основных технологических компонентов сернокислотного раствора испарительной карты №4 РУ-1 СГХК показало, что в растворе содержится в незначительная количества урана - 0,016 г/л. А также количество молибдена в растворе не превышает 0,028 г/л. Исходя из данного показателя, можно считать, что указанное количество в маточном растворе позволяет дополнительно получит урана и молибдена путем тщательного адсорбирования адсорбентами органического происхождения. Видимо такая ситуация возникает в результате сгущения маточного раствора в результате многолетнего испарения сернокислотного раствора в испарительных картах.

Таблица 1. Химический состав исследуемого образца сернокислотного урансодержащего раствора испарительной карты РУ-1 СГХК.

Место

отбора

раствора

Содержание в растворах, г/л

A.lerrooxidans кл/мл

A.thiooxidans кл/мл

pH

H2So4

Fe3+

Fe2+

Feобщ

U

Mo

SiO2

SO42-

Cорг

NH4+ мг/л

Карта

№4

1,60

2,4

2,3

0

2,3

0,016

0,028

-

60,2

-

25,0

104

-

 

На микрофотографиях образцов урановой руды (рис. 2, 3) видно, что зерно, содержащее на участке а, не является вкраплением в один из присутствующих минералов. В свою очередь минералы окружены основными фазами руды: мусковитом и ортоклазом (приложения Е, F).


Рисунок 2. Снимки сканирующего электронного микроскопа исходной руды.


Рисунок 3. Снимки сканирующего электронного микроскопа руды после длительного времени выщелачивания 2,5% серной кислотой.

Для определения особенностей распределения урана в рудоносной породе была проведена сканирующая электронная микроскопия исследуемого образца урановой руды. Диапазон исследований сканирующей электронной микроскопии охватил не только исходный образец урановой руды, но и руду после длительного времени выщелачивания 2,5% раствором серной кислоты кучным способом (приложения В, С, D).

Известно, что в кислых комплексах минералов наблюдается накопление редкоземельных элементов с высокой основностью, что совпадает с результатами исследований.

Выводы

В эксплуатацию вовлекается нетрадиционное сырье - бедные и забалансовые руды, кондиционные руды маломощных месторождений, отходы горнообогатительного производства и др. - что позволяет значительно нарастить сырьевую базу и увеличить добычу металлов. Единственным способом создания экономически эффективного производства в данных условиях является применение инновационных технологий, позволяющих вовлекать в производство виды сырья, ранее считавшиеся нерентабельными.

Впервые выявлены оптимальные условия кучного выщелачивания урановых руд месторождения «Восток» РУ-1 СГХК и предложена принципиальная технологическая схема переработки урансодержащих руд с использованием бактерий Acid.ferrooxidans.

Было предположение, что урансодержащим растворам на объектах КВ более свойственны микроорганизмы семейства серобактерий, то есть тионовых бактерий, окисляющих серу и соединения серы (сульфиды). Поэтому больше внимание обращали на изучение видового и количественного состава представителей хемолитоавтотрофных бактерий, а именно A.ferrooxidans в условиях испарительной карты кучного выщелачивания РУ-1 ГХК.

Поставленному целью данной работы достигнута, все задачи решены:

  1. Определён количественный и качественный состав ацидофильных штаммов бактерий Acidthiobacillus ferrooxidans в растворах различных участков кучного сернокислотного выщелачивания урана. Выделены бактерии Acidthiobacillus ferrooxidans в количестве более 10 млн. кл в одном мл раствора.
  2. Результаты опытов показали, что ионы Мn2+ не влияет на скорость биоокисления железа даже при концентрации 30,0 г/л.
  3. Установлено наличие бактерий Acidthiobacillus ferrooxidans в кислых растворах, их способность окислять железо в присутствии серной кислоты и принимать активное участие в процессах кучного выщелачивания урансодержащих руд месторождения «Восток». Показано, что главным окислителем четырехвалентного урана являются ионы трехвалентного железа, которые образуются при бактериальном окислении железа и серосодержащих минералов в кислой среде.
  4. Исследования показали, что испытуемый штамм бактерий более активно окислял железо до концентрации кислоты 5,0 г/л. Дальнейшее повышение концентрации серной кислоты заметно снижало окислительную активность бактерий, и при концентрации кислоты 15,0-20,0 г/л время окисления железа увеличивалось.
  5. Установлено, что местный штамм бактерий активен при концентрации молибдена 0,05 г/л. Дальнейшее повышение концентрации молибдена (0,1-0,3 г/л) резко тормозило железоокисляющую активность бактерий, таким образом, местный штамм бактерий был адаптирован к условиям КВ, т.к. в технологических растворах содержание молибдена находится в пределах 0,025-0,Зг/л.
  6. На основании анализа 16S rRNA было установлено таксономическое

положение идентифиицруемых штаммов: царство тип- Proteobacteria, класс - Acidithiobacillia, порядок - Acidithiobacilliales, семейство -Acidithiobacillaceae, род - Acidithiobacillus, вид - Acidithiobacillus ferrooxidan.

  1. Максимальный процент совпадения анализируемой последовательности в международной базе данных по алгоритму BLAST, а также результатов филогенетического анализа установлено, что образец «среда 1 образец 1» является Acidithiobacillus ferrooxidans, а образцы «среда 1 образец 2» и «среда 1 образец З» идентифицированы как Acidiphiliumcryptum.

Список литературы

  1. Кузнецов Г.А. Качественный рентгенофазовый анализ // Метод, указания. ГОУ ВПО ИГУ. 2005. 28 с.
  2. Жерин И.И. Оптические методы определения урана и тория // ТПУ.Томск. 2008. 134 с.
Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail

Отправить статью

...

Форма оплаты

Номер статьи, присвоенный редакцией
Количество страниц в статье
Количество экземпляров журнала
Доставка: РФСНГ
Скидка (%)
Заказать свидетельство о публикации
1. Стоимость публикации каждой страницы статьи составляет 200 рублей.
2. Стоимость каждого экземпляра журнала, включая его изготовление и доставку, составляет 300 рублей для России и 600 рублей для стран СНГ.
3. Стоимость печатного свидетельства о публикации составляет 100 рублей

Реквизиты для оплаты через банк