Способ биоокисления минерального сырья

биотехнологии, а именно - к способу, при котором Минеральные соединения,содержащиеся в минеральных рудах или концентратах и представляющие собой субстраты для микроорганизмов, подвергают биоокислению для обеспечения возможности растворения и отделения указанных соединений.К настоящему времени доказано, что при помощи бактериальной обработки имеется возможность окисления следующих сульфидов пирита и марказита , пирротита,халькопирита, борнита, ковеллита,халькоцита, тетрагидрита, энаргита,молибденита, сфалерита, арсенопирита,реальгара, аурипигмента, кобальтита,пентландита, виоларита, бравоита,миллерита, полидимита, антимонита,марматита, галенита, геокронита.Известно (патент США 4729778 С 22 В 3/00,1988), что микробные культуры окисляют нерастворимые сульфаты либо прямо, либо косвенно. В случае прямого окисления разрушение кристаллической структуры сульфидного минерала происходит за счет ферментативных систем из живых микроорганизмов. Косвенное окисление сульфидных минералов связано с действием иона железа (Ре 3), который, в свою очередь,является продуктом микробного(бактериального) окисления соединения двухвалентного железа и железосодержащих сульфидных минералов.В настоящее время микробное выщелачивание металлов происходит в виде различных процессов, которые зависят от масштаба и свойств используемого минерала. В данном случае микробное выщелачивание можно рассматривать как специализированную систему для подземной экстракции, заключающуюся в микробиологически усиленном растворении ценных металлов из разрабатываемых руд с сортами, находящимися в диапазоне от сверхкускового сорта до так называемого субмаргинального или субизмельченного сортов. Выщелачивающие растворы инжектируют в массу горной породы ирастворения требуемых ценных металлов растворы собирают и перекачивают в установку для измельчения металлов.Следует отметить, что хотя различные способы выщелачивания, разработанные и внедренные в практику, обладают отличительными свойствами, все имеют один общий признак руды или концентраты суспендируют, заливают и/или подвергают перколяции водными растворами таким образом, что микроорганизмы ограничивают водной окружающей обстановкой.Уголь содержит элементарную серу в различных количествах, главным образом, в виде пирита. Сжигание угля приводит к превращению существующей серы в диоксид серы, который загрязняет атмосферу, вызывая кислотные дожди с последующим повреждением растительности и здоровья животных и человека. Для поддержания соответствующих уровней двуокиси серы в атмосфере в местах, где уголь сжигают в крупных масштабах, необходимо разрабатывать угли с низким содержанием серы, в основном, с общим содержанием серы ниже 1-1,5.Микробное выщелачивание сернистых соединений из угля до настоящего времени осуществлялось на практике вместе с аналогичными направлениями и с учетом критерия,принятого для микробного выщелачивания металлов, то есть, микроорганизмы должны действовать в водной окружающей среде.Было доказано, что согласно известной технологии при десульфуризации угля эффективны несколько микроорганизмов. Однако, при таких условиях этот процесс нельзя осуществить на практике в промышленном масштабе, по существу, из-за продолжительного времени обработки и больших объемов обработки как сульфат низкой микробной активности.В настоящее время известно, что концентраты, содержащие пирит,арсенопирит и тонко диспергированное золото, в результате биовыщелачивания перед цианидированием, растворяют большую часть сульфидных минералов, и выход золотаНастоящий способ включает сортировку минеральной руды или концентрата посредством количества кислоты, которое заранее определено как наиболее удобное для нейтрализации минеральной руды или концентрата, предотвращения уплотнения и обеспечения надлежащей кислотности для микроорганизмов, причем это количество кислоты предпочтительно содержится в минимально возможном объеме раствора,или концентрирование минеральной руды или концентрата в виде кислотных паров с тем, чтобы гомогенно подкислить субстрат с одновременным введением минимально возможного количества воды в систему,добавление микробного прививочного материала, способного к окислению соответствующего минерального соединения или обогащение собственной микробнойспонтанной или вынужденной потери воды,которая может присутствовать в системе, в результате испарения или сушки проходящим воздухом до тех пор, пока термодинамически доступная вода достаточно неблагоприятна для получения продуктов биоокисления в твердом состоянии, которые, в свою очередь,состоят из микробных колоний и разделение продуктов биоокисления.Первая стадия взаимодействия биовыщелачивающих микроорганизмов с твердым минеральным субстратом(питательной средой) состоит в их соединении с поверхностью, после чего окисляемый субстрат подвергают биохимическому воздействию. Сцепление является характерным для минеральных соединений, которые представляют собой источник энергии, но такое сцепление не является частным и не всегда происходит в системах, пока еще используемых. Условия,которые позволяют или облегчают стабильное и эффективное сцепление, позволят бактериям трансформировать субстрат и быстро размножаться, до этого не были объяс 5125Из условий физиологических характеристик и развития, описанных ниже,ясно, что эти микроорганизмы обладают определенным гидрофобным характером. Другими словами, вода, или, по меньшей мере, уровни содержания воды в обычных системах, делают затруднительным стабильное соединение клеток к субстратам.Явления, которые имеют место при взаимодействии клеток и поверхности минеральных соединений или механизм разрушения решетки сульфидного минерала,не ясны. Хотя существуют различные теории,обычно полагают, что в этом взаимодействии действуют ферментативные механизмы. В таком случае препятствующие ферменты не следует разбавлять или смывать с реакционной поверхности.Способ реализуется следующим образом.Взвешенное и стерильное количество каждого, имеющего отношение концентрата,было помещено на чашки Петри и равномерно распределено по всей поверхности. После этого субстрат подвергли увлажнению раствором серной кислоты, наиболее подходящие объем и концентрация которого были определены для каждого конкретного случая,с принятием в расчет следующего критерия.Наиболее подходящий объем на единицу массы субстрата при рассмотрении представляет собой минимальный объем,который обеспечивает полное и гомогенное подкисление субстрата.Этот объем будет зависеть от физических и химических свойств каждого конкретного субстрата, а в случае пористых минералов может быть обеспечено подкисление через поры. Тем не менее, объем должен быть как можно меньшим с тем, чтобы снизить потери времени, присущие дальнейшему обезвоживанию субстрата.Наиболее подходящая концентрация кислоты отвечает количеству кислоты,которое в наиболее подходящем объеме обеспечивает нейтрализацию минерала,предотвращает уплотнение, обеспечивает количество кислоты для эффективноговозможные потери кислоты в результате испарения.Посевы были подвергнуты затравке штаммами и затем подвергнуты выдерживанию в термостате таким образом,чтобы облегчить быструю потерю за счет испарения воды, введенной в процессе подкисления. Во всех случаях, когда субстрат достигает сухого состояния по внешнему виду,размножение микробов, связанное с соответствующим биоокисленным твердым продуктом, было достигнуто в течение нескольких часов.Воплощение настоящего изобретения демонстрируется на следующих примерах,которые не являются ограничительными.Примеры 1 и П иллюстрируют количественные отличия биологической активности окисления металлического соединения в жидкой среде и в условиях низкого содержания воды.Образец натурального пирита с высокой степенью чистоты, содержащий 43,5 Ре 49,67 серы и 6,83 примесей измельчали до размера частиц 100 меш и подвергли стерилизации в течение трех последующих дней, с помощью пропускания водяного пара, с использованием в качестве субстрата (питательной среды).Были использованы прививочный материал, соответствующий СМ - штамму,предварительно приспособленного для размножения в пирите. Во всех случаях одновременно проводились соответствующие стерильные контроли.Биологическое окисление было исследовано в обычной жидкой смеси, с добавлением аммиака или без его добавления,и в системе с низким содержанием воды в соответствии с основами настоящего изобретения.Биологическую активность определи ли путем измерения содержания растворимого железа путем абсорбционной спектрофометрии. Количество клеток было определено путем пересчета в посеве в агаризованнойВ жидкой среде опыт проводили в колбах Эрленмейера емкостью 300 мл,содержащих 5 г пирита, 95 мл раствора серной кислоты, с добавлением или без добавления 0,3 сульфата аммония и доведенного до рН 1,7. Содержимое подвергли затравке с помощью 5 мл культуры СМ-штамма,содержащей 2 х 10 клеток/мл. В стерильных контрольных опытах вместо 95 мл добавили 100 мл раствора. Колбы Эрленмейера подвергли выдержке при температуре 30 С в вибраторе.Кинетика растворения железа сменялась периодическими определениями концентрации растворимого железа в аликвотах, взятых из выщелачивающего раствора.Скорость извлечения железа была оценена по линейной части графической зависимости, представляющей полное биологически растворенное количество железа как функцию времени и относящей это значение к каждой, подвергнутой затравке клетке и системе.Скорость растворения железа была выражена в виде миллиграммов растворенного в час железа на одну затравленную клетку. В опыте без аммиачного азота не было в основном никакого различия со стерильным контрольным опытом.Для опыта в обезвоженной твердой среде были предварительно определены наиболее подходящие объем и концентрация кислоты. Наилучшим объемом был объем,соответствующий весовому отношению пирита в граммах к объему раствора кислоты в миллилитрах, равному 11. Наиболее подходящей концентрацией кислоты была 0,45 М.Для того, чтобы довести до конца кинетической механизм по отношению к растворимому железу, были использованы чашки Петри из полистирола, диаметром 5,5 см, в каждой из которых содержалось 0,5 г пирита и 0,5 микролитра 0,45 Ы раствора серной кислоты. За счет вращательных движений тонкая пленка была распределена по всей поверхности. Каждая чашка Петри9 была подвергнута затравке с помощью 360клеток СМ-штамма, содержащихся в 20 микролитрах 0,06 раствора серной кислоты. Число клеток было определено путем подсчета колоний в чашке в агаризованной железистой среде и соответствовало с погрешностью 7 числу колоний, которые можно подсчитать в пиритных чашках Петри.20 мл стерильного 0,06 Ы раствора серной кислоты добавили к соответствующим стерильным контрольным пробам. Все чашки Петри были подвергнуты выдерживанию в термостате при температуре 30 С.Периодически одну стерильную и одну,подвергнутую затравке чашку Петри,подвергли определению содержания растворимого железа путем абсорбционной спектрофотометрии.Через двадцать два часа, когда чашки Петри приняли сухой внешний вид, было начато биологическое окисление. Начиная с двадцати шести часов и в течение периода восьми часов было достигнуто наивысшее биологическое окисление, которое составило 8,79 х 104 мг/час на клетку.Сравнение этого значения со значением, полученным из жидкой среды с аммиаком, приводит к различию в пять порядков ве-личины .В качестве субстрата был использован искусственный СЦЗ. Он был подвергнут затравке ВА - штаммом.Аналогично примеру 1, биологическое окисление в обычной жидкой среде было проведено с аммиачным заполнителем и без него, и в обезвоженной твердой среде в соответствии с уже описанным критерием. Во всех случаях одновременно были проведены соответствующие стерильные контрольные опыты. Содержание растворимой меди было определено путем абсорбционной спектфотометрии. Биологическое окисление было определено в каждом случае как разность в содержании растворенной меди между затравленной системой и соответствующей стерильной контрольной пробой.10 проведено в колбах Эрлеймейера,содержащих 5 г Си и 95 мл раствора серной кислоты, с добавлением 0,3 г сульфата аммония и без него. рН раствора был доведен до 2. Он был подвергнут затравке с помощью 5 мл активной культуры из ВА-штамма,содержащей 2 х 108 клеток/мл.В стерильных контрольных опытах вместо 95 мл было добавлено 100 мл раствора кислоты. Колбы Эрленмейера были выдержаны в вибраторепри температуре 30 С. Кинетический механизм растворения меди был сменен периодическимиопределениями содержания растворимой меди в аликвотах, взятых из выщелачивающего раствора. Была определена скорость биологического растворения меди, характеризующая биологически растворенную медь как функцию времени. Она была выражена в миллиграммах растворенной меди в части на одну затравленную клетку. В опыте с аммиачным азотом это значение составило 5,1 х 109 мг/час на клетку. В опыте без аммиачного азота не наблюдалось в основном никакого различия со стерильным контрольным опытом.Для опыта в обезвоженной твердой среде чашки Петри диаметром 9 см были приготовлены путем введения в каждую из них 2 г СЦЗ и 2 мл Н 2 О. Была получена суспензия, и в результате вращательных движений она была равномерно распределена вся по поверхности чашки. Чашки Петри были высушены в вытяжном шкафу с ламинарным потоком до тех пор,пока не был достигнут постоянный вес. В каждую чашку Петри добавили 0,5 мл стерильного 0,3 Ы раствора серной кислоты,распределяя его капля по капле для равносерного подкисления. Каждую чашку Петри подвергали затравке с использованием приблизительно 40 клеток ВА-штамма,содержащихся в 20 микролитрах 0,06 Ы раствора серной кислоты. Количество клеток,содержащихся в прививочном материале(2000 клеток/мл), было подсчитано по количеству колоний в железистой агаризованной среде, и оно совпало с