Консорциум микроорганизмов Аcidithiobacillus ferrivorans SU-8, Аcidithiobacillus ferrooxidans FT-22, Аcidithiobacillus ferrooxidans FT-23, Acidithiobacillus thiooxidans BS, Sulfobacillus thermosulfidooxidans ST-12 для выщелачивания цветных металлов из сульфидных руд

(51) 22 3/18 (2006.01) 22 3/20 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ коллекция микроорганизмов КН МОН РК под номером 0644. Мезофильные микроорганизмы представлены штаммами, депонирован в РГП Республиканская коллекция микроорганизмов КН МОН РК под номером 0643,-22, депонирован в РГП Республиканская коллекция микроорганизмов КН МОН РК под номером -0627,-23,депонирован в РГП Республиканская коллекция микроорганизмов КН МОН РК под номером -0628,Умеренно-термофильные микроорганизм представлен штаммом-12, депонирован в РГП Республиканская коллекция микроорганизмов КН МОН РК под номером 0642. Свидетельства о депонировании от 20 августа 2014 года Депозитария РГП Республиканская коллекция микроорганизмов Н МОН РК 050060, 010000,г. Астана, ул. Ш. Валиханова, 13/1, ВП-1. Технический результат изобретения заключается в выделении штаммов из руд и отвалов месторождений Акмолинской области, проведение направленной селекции к высоким концентрациям мышьяка и меди и создание консорциума психотолерантных, мезофильных и умеренно термофильных микроорганизмов окисляющих сульфидные минералы. Сочетание железоокисляющих и сероокисляющих бактерий с различными оптимальными температурами роста способствует формированию устойчивого консорциума с максимальной сульфид окислительной активностью. За счт охвата всего температурного диапазона при кучном выщелачивании.(72) Тен Олег Андреевич Раманкулов Ерлан Мирхайдарович Балпанов Дархан Серикович Ханнанов Ринат Асхатович Жакупов Ерганат Жанатович Жаппар Нариман Казыбекулы Шайхутдинов Валентин Минзакиевич-12 ДЛЯ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ СУЛЬФИДНЫХ РУД(57) Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано в гидрометаллургии для извлечения цветных, редких и благородных металлов, а именно при промышленной переработке сложных сульфидных руд или концентратов. Задачей настоящего изобретения является получение консорциума,состоящего из психротолерантных, мезофильных и умеренно термофильных хемолитотрофных микроорганизмов,окисляющих сульфидные минералы. Задача решается выделением штаммов психротолерантных, мезофильных и умеренно термофильных микроорганизмов из руд и отвалов месторождений Акмолинской области и созданием консорциума. Питолерантный микроорганизм представлен штаммом Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано в гидрометаллургии для извлечения цветных, редких и благородных металлов, а именно при промышленной переработке сложных сульфидных руд или концентратов. В последние годы наблюдается тенденция к снижению содержания металлов в рудных месторождениях и усложнению минерального состава перерабатываемого рудного сырья, росту требований к охране окружающей среды. Все эти факторы ведут к удорожанию добычи и извлечения полезных ископаемых. Изменения подходов к добыче и переработке минерального сырья,созданию безотходных и малоотходных технологий,обеспечивающих комплексное использование минеральных ресурсов, со временем становятся все более актуальными. Стало выгодным перерабатывать бедные, труднообогатимые руды,техногенные отвалы, вовлекать в эксплуатацию забалансовые запасы,прежде считавшиеся непригодными для рентабельной добычи по технологическим и экономическим причинам. Одним из подходов к решению этих задач является применение методов биогеотехнологии,в частности бактериального выщелачивания металлов из рудных месторождений. Применение кучного бактериального выщелачивания для добычи меди открыло большие перспективы для освоения бедных месторождений с содержанием меди менее 1 и не способных к флотационному обогащению. Кучное бактериальное выщелачивание меди из вторичных сульфидов-, 2007. - 314 ). Известны способы переработки руд и рудных концентратов,предполагающие использование различных штаммов микроорганизмов(Патенты РФ 20590042, 1996, 10415933, 1983, 1511287,1989). Предложен,например,способ биологического выщелачивания бедной металлами сульфидной руды, содержащей халькопирит,сфалерит и пирит, позволяющий извлечь из нее 14,24 содержащегося цинка и 6,89 меди (Патент 943309,1984). Недостатком применения известных штаммов бактерий для обработки бедной руды является низкая степень извлечения металлов. Наиболее близкими по предлагаемому решению являются работы (Патент РФ 2349641 С 2, заявка 2007130012/13, заявл. 06.08.2007, опубл. 20.03.2009 бюл.8 Патент РФ 2332455 С 2, заявка 2006128677/13, 07.08.2006, заявл. 20.02.2008, опубл. 27.08.2006 бюл.24). Применение только штамма описанного в (Патент РФ 2349641 С 2, заявка 2007130012/13, заявл. 06.08.2007, опубл. 20.03.2009 бюл.8) для кучного выщелачивания медных сульфидных и упорных золотосодержащих руд существенно ограничивает продолжительность активной фазы выщелачивания. Использование бактериальной ассоциации (Патент РФ 2332455 С 2, заявка 2006128677/13, 07.08.2006, заявл. 2 20.02.2008, опубл. 27.08.2006 бюл.24) для кучного выщелачивания вторичных сульфидных медьсодержащих руд мало эффективно по причине не адаптированности его к высоким концентрациям меди. Задачей настоящего изобретения является получение консорциума,состоящего из психротолерантных, мезофильных и умеренно термофильных хемолитотрофных микроорганизмов,окисляющих сульфидные минералы. Задача решается выделением штаммов психротолерантных, мезофильных и умеренно термофильных микроорганизмов из руд и отвалов месторождений Акмолинской области и созданием консорциума. Психротолерантный микроорганизм представлен штаммом-8, депонирован в РГП Республиканская коллекция микроорганизмов КН МОН РК под номером 0644. Мезофильные микроорганизмы представлены штаммами, депонирован в РГП Республиканская коллекция микроорганизмов КН МОН РК под номером 0643,-22, депонирован в РГП Республиканская коллекция микроорганизмов КН МОН РК под номером -0627,Т-23,депонирован в РГП Республиканская коллекция микроорганизмов КН МОН РК под номером -0628,Умеренно-термофильные микроорганизм представлен штаммом-12, депонирован в РГП Республиканская коллекция микроорганизмов КН МОН РК под номером 0642. Свидетельства о депонировании от 20 августа 2014 года Депозитария РГП Республиканская коллекция микроорганизмов КН МОН РК 050060, 010000,г. Астана, ул. Ш. Валиханова, 13/1, ВП-1. Технический результат изобретения заключается в выделении штаммов из руд и отвалов месторождений Акмолинской области, проведение направленной селекции к высоким концентрациям мышьяка и меди и создание консорциума психотолерантных, мезофильных и умеренно термофильных микроорганизмов окисляющих сульфидные минералы. Сочетание железоокисляющих и сероокисляющих бактерий с различными оптимальными температурами роста способствует формированию устойчивого консорциума с максимальной сульфид окислительной активностью. За счт охвата всего температурного диапазона при кучном выщелачивании. Определены основные характеристики бактерий.штамм -8 выделен из хвостохранилищ месторождения Аксу на среде 9. Штамм -8 имеет следующие характеристики Морфологические признаки. Это грамотрицательная бактерия,неспорообразующие автотрофы, облигатные аэробы. Клетки культуры в виде удлиненных, крупных палочек с закругленными концами, с одним полярным жгутиком. Размер клеток (0,3-0,4)(1,21,5) мкм. Культуральные признаки. На минеральной питательной среде с закисным железом (4 х 7 Н 2 О) образует помутнение,выпадение небольшого осадка и появление бурого цвета за счет окисления закисного железа в окисное. На минеральной питательной среде с элементарной серой образует помутнение и оседание серы за счет образуемых бактериями ПАВ. Физиолого-биохимические свойства. Аэроб. Конструктивный обмен автотрофный. Органические вещества ингибируют рост. Энергию для автотрофной фиксацией углекислоты получает за счет окисления закисного железа, сульфидов и восстановленных соединений серы. Рост на среде с элементарной серой происходит после адаптации. Рост бактерий и окисление неорганических субстратов происходит в диапазоне температур 515 С. Оптимальная температура роста составляет 161 С. Оптимальное значениепри росте на закисном железе и сульфидных минералах 1,90,1. Пределыв процессе окисления 2 и сульфидных минералов составляют 1,7-2,5.штамм Т-22 выделен из хвостохранилищ месторождения Аксу. Штамм -22 имеет следующие характеристики Морфологические признаки. Это мелкая грамотрицательная палочка. Клетки короткие, слегка утолщенные, одиночные и сдвоенные. Размер клеток (0,3-0,4)(1,2-1,6) мкм. Спор не образуют. Культуральные признаки. На минеральной жидкой питательной среде с закисным железом (4 х 7 Н 2 О) образует помутнение, выпадение небольшого осадка и появление бурой окраски за счет окисления закисного железа в окисное. На минеральной питательной среде с элементарной серой образует помутнение. Физиолого-биохимические свойства. Аэроб. Конструктивный обмен автотрофный. Органические вещества ингибируют рост. Энергию для автотрофной фиксации углекислоты получает за счет окисления закисного железа, сульфидов и восстановленных соединений серы. Рост на среде с элементарной серой происходит после предварительной адаптации. Рост бактерий и окисление энергетических субстратов происходит при температуре 15-35 С. Оптимальная температура роста составляет 291 С. Оптимальное значениепри росте на закисном железе и сульфидных минералах 1,90,1. Пределыв процессе окисления 2 и сульфидных минералов составляют 1,4-1,9. Оптимальное исходное значениепри росте на элементарной сере 4,0.штамм Т-23 выделен из хвостохранилищ месторождения Аксу. Штамм -23 имеет следующие характеристики Морфологические признаки. Это мелкая грамотрицательная палочка. Клетки короткие, слегка утолщенные, одиночные и сдвоенные. Размер клеток (0,3-0,4)(1,2-1,6) мкм. Спор не образуют, строгие автотрофы, облигатные аэробы. Культуральные признаки. На минеральной жидкой питательной среде с закисным железом (4 х 7 Н 2) образует помутнение, выпадение небольшого осадка и появление бурой окраски за счет окисления закисного железа в окисное. На минеральной питательной среде с элементарной серой образует помутнение. Физиолого-биохимические свойства. Аэроб. Конструктивный обмен автотрофный. Органические вещества ингибируют рост. Энергию для автотрофной фиксацией углекислоты получает за счет окисления закисного железа, сульфидов и восстановленных соединений серы. Рост на среде с элементарной серой происходит после предварительной адаптации. Рост бактерий и окисление энергетических субстратов происходит при температуре 15-35 С. Оптимальная температура роста составляет 291 С. Оптимальное значениепри росте на закисном железе и сульфидных минералах 2,00,1. Пределыв процессе окисления 2 и сульфидных минералов составляют 1,6-1,7. Оптимальное исходное значениепри росте на элементарной сере 4,0.штаммвыделен из продуктивного раствора месторождения Бенкала. Штамм имеет следующие характеристики Морфологические признаки. Хемолитотрофные, ацидофильные, аэробные бактерии, которые окисляют элементарную серу и сульфиды до серной кислоты. Клетки имеют палочковидную форму, короткие, одиночные и сдвоенные. Размножение происходит делением пополам. Размер клеток (0,3-0,5) х (1,1-1,3) мкм. Спор не образуют. Культуральные признаки. Питание культуры автотрофное с различными соединениями серы(элементной серы,тиосульфатом и т.д.) На жидкой среде 71 образует равномерное помутнение, асреды снижает до 1,8-2,1. На твердой среде 71(с 23-2) образует мелкие прозрачные колонии (1,01,5 мм в диаметре) округлой формы. Физиолого-биохимические свойства. Неспорообразующие,хемолитотрофные,ацидофильные, аэробные бактерии, которые окисляют элементарную серу и сульфиды до серной кислоты. Рост на среде с элементарной серой происходит без предварительной адаптации. Рост бактерий и окисление энергетических субстратов происходит при температуре 20-35 С. Оптимальная температура роста составляет 281 С. Оптимальное значениепри росте на сульфидных минералах и сере 1,80,1. Пределыв процессе окисления серы и сульфидных минералов составляют 1,0-2,5. Оптимальное исходное значениепри росте на элементарной сере 2,6. Окисление серы интенсивно идет при усиленной аэрации среды., штамм -12 выделен из пробы хвостохранилищ месторождения Бестобе на среде 9., штамм -12 имеет следующие характеристики. Морфологические признаки. Представляют собой грамположительные палочки. Клетки с закругленными концами. Размер клеток 0,6-0,81,0-3,0 мкм. Клетки одиночные,сдвоенные и в коротких цепочках. Образуют споры. При росте на среде с серой может образовывать включения. Культуральные признаки. На питательной минеральной среде с 4,5 г/л 2 образует помутнение и появление оранжевого цвета среды за счет окисления закисного железа в окисное. На минеральной питательной среде с элементарной серой образует помутнение и оседание серы. Физиолого-биохимические свойства. Аэроб. Конструктивный обмен миксотрофный(кроме автотрофной фиксацией СО 2 нуждаются в незначительных добавках органических веществ). Получают энергию за счет окисления закисного железа, сульфидных минералов и восстановленных соединений серы. Автотрофный рост очень слабый. Рост на среде с элементарной серой происходит без адаптации. Рост бактерий и окисление энергетических субстратов происходит при температуре 25-50 С. Оптимальная температура роста составляет 421 С. Оптимальное значение рН при росте на закисном железе и сульфидных минералах 1,90,1. Пределыв процессе окисления 2 и сульфидных минералов составляют 1,5-2,4. Оптимальное исходное значениепри росте на элементарной сере 3,0. Сущность изобретения поясняется следующими конкретными примерами Пример 1. Сульфид окисляющая активность консорциума оценивалась на перколяционных колоннах (высота 3 м, диаметр 20 см). Колоны в количестве 2 штук были заполнены золотосодержащей рудой (степень измельчения 40 мм 10 мм). Элементный состав руды и минералогический анализ представлены в таблицах 1, 2 соответственно. Таблица 1 Элементный состав руды На стадии загрузки руды в перколяционные колонну 2 рудное вещество было обработано бактериальной суспензией содержащей консорциум(.-8, .-22, .-23, .и .-12). Руда, предназначенная для контрольного выщелачивания, была обработана таким же количеством раствора серной кислоты(концентрация 10 г/л). Обе колоны орошали непрерывно (плотность орошения - 10 дм 3/м 2 час) раствором серной кислоты с концентрацией 10 г/л. Продолжительность орошения составила 60 суток. По истечении указанного периода было проведено цианирование рудного материала обоих перколяционных колон и оценено количество золота в растворе и оставшегося в рудной массе. В результате количество золота пригодного для цианирования после воздействия консорциума возросло на 73,3 и составило 91,7, тогда как при сернокислотном выщелачивании оно не превысило 26,8 и составило 45,2. Пример 2. Влияние консорциума на процесс выщелачивания меди из сульфидных руд была изучена на перколяционных колоннах (длина 3 м диаметр 20 см). Элементный состав руды и фазовый анализ представлены в таблицах 3,4 соответственно. Таблица 3 Элементный состав руды Руда, измельчнная до крупности -20 мм, была обработана раствором серной кислоты (50 г/л) до степени влажности 25 с целью формирования гранул и предколоночной активации окислительных процессов. Гранулы, предназначенные для колонны 3, были обработаны бактериальной суспензией содержащей консорциум (.-8, .-22, .-23, .и .-12). Гранулы были загружены в три колонны. Колонну 1 орошали раствором серной кислоты с концентрацией 12 г/л. Содержимое колонны 2 орошали сернокислотным раствором окисного железа с концентраций 10 г/л и 3 г/л соответственно. В колону 3 подавали раствор серной кислоты с концентрацией 10 г/л и каждые 10 сутки вносили порцию инокулята. Плотность орошения во всех колоннах была одинаковая и составляла 6 дм 3/м 2 час. Динамика выщелачивания меди представлена на фиг.1. Как видно из фиг.1 уже в начале эксперимента,при бактериальном выщелачивании, концентрация меди в продуктивном растворе больше чем при сернокислотном. По истечении 34 дней эксперимент был остановлен, так как дальнейшее изменение динамики выщелачивания меди не наблюдалось. Опыт наглядно демонстрирует корпоративность реакций лежащих в основе выщелачивания меди из сульфидных руд. Применение классического сернокислотного выщелачивающего раствора приводит лишь к 30 извлечению меди, тогда как дополнительное применение консорциума повышает полноту вскрытия на 15. Таким образом, полнота выщелачивания при использовании консорциума-12) превосходит классический способ сернокислотного выщелачивания на 58 или 2,93 раза. Данные факты говорят о перспективности использования консорциума в биогеотехнологии добычи металлов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Консорциум психротолерантных, мезофильных и умеренно термофильных хемолитотрофных микроорганизмов-8(0642),депонированный в РГП Республиканская коллекция микроорганизмов КН МОН РК, используемый для выщелачивания цветных металлов из сульфидных руд.