Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

DISTRIBUTION THIOBACTERIA IN MINE WATERS AND THE ORE BODY – GOLD – ARSENIC BIRTHPLACE OF BAKYRCHIK

Kanaeva Z.K. 1 Kanaev A.T. 2 Semenchenko G.V. 3
1 Kazakh National Technical University after named K. Satpayev
2 Kazakh National University after named al-Farabi
3 Institute of microbiology and virology" Ministry of Education and Science of the Republic of Kazakhstan
В мировой практике для переработки золотосодержащих руд в последние десятилетия широко используется процесс кучного выщелачивания золота растворами цианидов щелочных металлов. К настоящему времени в горнодобывающей промышленности Республики Казахстан этот процесс получил развитие только в последние годы, в связи с этим преимущества указанного метода переработки руд выявлены недостаточно полно. В настоящее время на месторождении Бакырчик существуют проблемы с извлечением благородных металлов по причине высокого содержания углистых сланцев и мышьяка. Ожидается, что с использованием новых аборигенных штаммов тионовых бактерий извлечение благородных металлов повысится. Эффективность работы - полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования тионовых бактерий, выделенных непосредственно на месторождении для повышения извлечения благородных металлов при переработке руды месторождения Бакырчик. Опыт использования зарубежных технологий по биовыщелачиванию промпродуктов, полученных при переработке руды месторождении, оказался неэффективным по причине высокого содержания мышьяка.
The world practice for processing gold ore in the last decade is widely used process of heap leaching of gold cyanide solution of alkali metal. By present time in the mining industry of the Republic of Kazakhstan, this process has been developed only in recent years, in connection with the advantages of this method of ore processing are not fully identified. At present the field Bakyrchik there are problems with the extraction of precious metals due to the high content of carbonaceous shales and arsenic. It is expected that the use of new native strains thiobacteria extraction of precious metals will rise. The effectiveness of work - the results show the availability of thiobacteria isolated directly from the field to improve recovery of precious metals in the processing of ore Bakyrchik. Experience in the use of foreign technology by bioleaching industrial products obtained from the processing of ore deposit, proved to be ineffective because of the high arsenic content.
thionic
Th. Thiooxidans
A. Ferrooxidans
bacterium
hemolitoavtotrofny

Промышленные сточные воды и отработанные отвальные руды горно-обогатительных предприятий содержат простые и комплексные цианиды, ионы мышьяка и тяжелых металлов, которые являются сильными ядами. Наиболее перспективными для извлечения золота в этих условиях можно считать биотехнологические методы с использованием жизнедеятельности микроорганизмов [4,3].

Объекты и методы исследования

Изучение количественного и качественного состава микрофлоры месторождения Бакырчик проводили по общепринятым методикам. Пробы рудных вод при обследованиях отбирались стерильно, в соответствии с имеющимися руководствами. Подсчет количества микроорганизмов проводили методом предельных разведений испытуемых вод или болтушек на элективных средах в двух трехкратных повторностях.

Для количественного учета A.ferrooxidans, содержащихся в 1 г использовали метод кратных разведений. При исследовании рудного субстрата навеску измельчали в гомогенизаторе и растирали в ступке и готовили исходную взвесь в разведении 1:10. Из полченной взвеси или исходного жидкого материала готовили ряд последующих разведений с таким расчетом чтобы при посеве двух последних разведений на чашке Петри агаре выросло от 50 до 300 колоний.

Получение накопительной культуры для выделения культуры в колбы Эрленмейра на 100мл вносили 30мл стерильной среды Сильвермана и Лундгрена 9К и пробы рудничной воды или руды из месторождений сульфидных руд, затем инкубируют при 30ºС до появления роста. О развитии бактерии судили по появлению бурой окраски среды, вызванной образованием соединении трехвалентного железа.

Для выделения культуру A.ferrooxidans в колбу Эрленмейера емкостью 250 мл вносили среду Сильвермана и Лундгрена 9К в объеме 150 мл. Затем добавляли пробы руды из месторождений сульфидных руд, инкубировали при 30ºС до появления роста. Для выделения штаммов бактерии, активных в окислении сульфидных минералов и устойчивых к ионам тяжелых металлов, использовали также сульфидные минералы.

Определение Fe+2 и Fe+3 проводилось объемным трилонометрическим методом в пробах, основанным на образовании комплекса трехвалентного железа с сульфосалициловой кислотой, который окрашивается в малиновый цвет. Содержание железа в растворах варьировало в диапазоне 0,1-10 г/дм3 [2].

Учет Th.thiooxidans вели по появлению неисчезающей мути и оседанию серы, по образованию пленки серы, подкислению среды и другим специфическим признакам на среде Ваксмана (г/л): (NH4)2SO43,0; КН2РО43,0; MgSO4·7H2O0.5; CaCl2·6H2O0.25; Fe2SO4·7H2O3.0; серный цвет (Sº) 10; H2O1,0 л, рН 4,0, [1].

Для количественного учета аммонификаторов использовали пептонную воду (г/дм3 водопроводной воды): пептон 10, NaCl 0,5.

Для определения количества нитрификаторов I и II фазы была использована элективная минеральная среда Виноградского (г/л водопроводной воды): (NH4)2SO4 2,0; K2HPO4 1,0; MgSО4 0,5; FeSО4 0,4, NaCl 2,0, в избыточном количестве CaCO3 [6, 7].

Для учета денитрифицирующих бактерий применяли элективную среду Гильтая (г/л водопроводной воды): цитрат натрия или калия трехзамещенный 5,0, KNO3 2,0, аспарагин - 1,0, KH2PO4 2,0, MgSO4 2,0, CaCl2 0,2, FeCl3 следы, агар 18% [5].

Для подсчета азотфиксирующих бактерий производили высев 0,25 г пробу руды на среду Эшби. О наличии азотобактерий в исследуемом материале судили по образованию характерных колоний вокруг песчинок. Производили подсчет количества колоний на чашке в пересчете на 1 г руды.

Сапрофитные бактерии учитывали на мясопептонном агаре.

Результаты исследования и их обсуждение

Исходя из анализа имеющихся гидрохимических материалов, химический состав и качество вод изучаемой площади Бакырчикского золотоносного месторождения характеризуется следующими данными.

Сухой остаток трещинных вод изменяется по площади и глубинам опробования составлял 0,2-0,6 г/дм3, жесткость - 2,1 - 5,3 мг-экв/дм3, рН = 6,7 - 7,9. Химический состав вод гидрокарбонатный и гидрокарбонатно-сульфатный по анионам и кальциевый, кальциево-натриевый по катионам.

Содержание веществ группы азота (NO2, NO3, NH4) намного ниже нормативных уровней, перманганатная окисляемость по О2 низкая, концентрация железа не превышает 0,25 мг/дм3. Микроэлементы (Cu, Pb, Zn, As, F и др.) содержатся в количествах намного меньше допустимых пределов.

Тионовые бактерии A. ferrooxidans встречались в основном в воде, имеющей слабо кислую реакцию среды (рН 5,0 5,5). Наибольшее количество A. ferrooxidans было отмечено в пробах шахтной воды горизонта 170, численность варьировала в пределах 10 - 103 кл./мл воды, а также в рудничных водах горизонтов 210 и 290 с численностью до 102 кл./ мл воды (рисунок 1).

В водах горизонтов 90 и 330 тионовые бактерий не обнаружены, что видимо, связано с нейтральной реакцией шахтных вод и непродолжительным контактом руд с кислородом воздуха.

Распространение бактерий Тh.thiooxidans в природе зависит от наличия восстановленных соединений серы, используемых этими бактериями для хемоавтотрофного роста. Основная масса серы в природе связана с металлами в сульфатной и сульфидной форме, часть ее находится в виде самородных месторождений. Как известно, бактерий этой группы способны осуществлять процессы, приводящие к разрушению или образованию месторождений полезных ископаемых, минералов и горных пород, а также к миграции отдельных элементов. Изучение этих процессов важно для теоретических представлений о круговороте элементов, а также для добычи полезных ископаемых.


Рис. 1. Численность бактерий A. ferrooxidans в шахтных водах


При обследовании стоячих вод и капежей месторождения Th. thiooxidans были обнаружены в пробах воды, имеющих слабокислую реакцию (рН 5,0-5,5), численность достигала 10 - 102 кл./мл (рисунок 2). Было установлено, что температура рудного тела с увеличением глубины горизонта снижается c 12 до 6,5 ºС,, рН колеблется в пределах 5,5 - 7,5.

Таким образом, обнаружение тионовых бактерий в шахтных водах на различных горизонтах и характеристика экологических условий их жизнедеятельности дают основание считать, что на месторождении Бакырчик они выступают в качестве окислителей рудных минералов.

Анализируя данные о численности и характере распределения хемолитоавтотрофных бактерий A. ferrooxidans и Th. thiooxidans основных показателей степени окислительно-востановительных процессов, необходимо отметить, что они встречались в шахтных водах редко и в незначительных количествах. С глубиной горизонта количество находок A. ferrooxidans значительно уменьшалось, распределение же Th. thiooxidans определялось наличием серы в нижних горизонтах шахтных вод. Ареалы распространения тионовых бактерий характеризуются слабокислой реакцией среды.

Присутствие тионовые бактерии в рудном теле отмечалось во всех типах слагающих пород. Численность A. ferrooxidans колебалась в пределах 10-103 кл./г руды. Наибольшее количество бактерий было приурочено к осадочным и углисто-глинистым породам. Численность Th. thiooxidans была выше - 102-103 кл./г руды. Вскрышная глинистая порода, серые песчаники, пепловые туфы и кремнистые образования содержали наибольшее количество этих бактерий (рисунок 3). Образцы пород с находками тионовых бактерий имели слабокислую реакцию.

Рис. 2. Численность бактерий Тh. thiooxidans в шахтных водах


Рис. 3. Численность тионовых бактерий в рудном теле

Таким образом, распространение тионовых бактерий в отдельных породах рудного тела свидетельствует о процессах бактериального окисления серы и других рудных элементов. Если сравнить эти данные с расположением рудного тела и золотовмещающих минералов по горизонтам, то можно отметить, что бактериальные окислительные процессы идут как в верхних, так и в нижних горизонтах. Это, в свою очередь, подтверждает присутствие достаточного количества влаги и кислорода в исследованных породах, а также их способность адсорбировать бактериальные клетки.

Заключение

В результате выполненной работы были сделаны следующие выводы:

1. Из образцов шахтных вод и пород рудного тела с повышенным количеством тионовых бактерий были получены накопительные культуры, из которых выделено 6 чистых культур тионовых бактерий.

2. Предварительная идентификация выделенных бактерий по способности окислять закисное железо и соединения серы, а также аэробному автотрофному метаболизму позволила отнести их к виду Acidithiobacillus ferrooxidans.

Рецензенты:

Заядан Б.К., д.б.н., профессор, профессор кафедры «Биотехнология», КазНУ им. аль-Фараби, г. Алматы;

Мукашева Т.Д., д.б.н., профессор, профессор кафедры «Биотехнология», КазНУ им. аль-Фараби, г. Алматы.