Введение к работе
Актуальность работы. Применение ацидофильных хемолито-трофных железо- и сероокисляющих микроорганизмов в переработке минерального сырья обеспечило успешное развитие биогидрометаллургии. В мировой практике примерами эксплуатации хемолитотрофных ацидофилов являются методы биовыщелачивания и биоокисления меди, железа, цинка, урана и других металлов, десульфуризации угля и нефти, третичного восстановления нефти и биосорбции ионов металлов (Асе-vedo, 2000; Yahya, Johnson, 2002). Биовыщелачивание и биоокисление используют в России, Казахстане, Китае, США, ЮАР, Бразилии, Австралии, Перу, Чили и выполняют кучным, дамповым и чановым способами при участии специфичныхгрупп микроорганизмов (Acidithiobacil-lus spp., Leptospirillum spp., Ferroplasma spp.,Sulfobacillus spp., Sulfolobus spp., Acidianus spp. и др.) (Sand et al., 2001). Изучению процессов бактериально-химического выщелачивания посвящено множество работ отечественных (Г.И. Каравайко, Э.В. Адамов, В.В. Панин, Т.В. Башлыкова и др.) и зарубежных (W. Sand, F.K. Crundwell, О.Н. Tuovinen, D.E. Rawlings и др.) ученых. Интенсивное развитие биогидрометаллургии обусловлено, главным образом, переходом на комплексные ресурсосберегающие и экологически чистые технологии.
Камчатская никеленосная провинция включает три рудных района: Шанучский (Шанучское рудное поле), Дукукский (в том числе Квинум-Кувалорогская зона) и Колпаковский (Трухин и др., 2008). Месторождение Шануч (Западная Камчатка), входящее в первый район, обладает богатыми сульфидными медно-никелевыми рудами (в среднем 5 % никеля, менее 1 % меди и кобальта). Руда данного месторождения служит ценным объектом для переработки. Однако существует сложность в ее переделе, обусловленная тесным взаимопрорастанием ни-кельсодержащих минералов и наличием высокого содержания пирротина. В условиях приближенности месторождения к особо охраняемым территориям чановое биовыщелачивание - наиболее приемлемый и рациональный путь извлечения ценных компонентов.
Подбору микробного компонента для биогеотехнологических задач уделяется большое внимание. Качественный состав и биологическая активность микроорганизмов обуславливают эффективность биовыщелачивания руд (Башлыкова и др., 2003; Каравайко и др., 2006). Аборигенные штаммы бактерий в ходе окислительных процессов начинают вытеснять привнесенную микрофлору, поэтому инжиниринг микроорганизмов не имеет приоритета (Battaglia-Brunet et al., 1998; Watling, 2006). В рамках активной политики Камчатского края по развитию ми-
нерально-сырьевой базы установление принципиальной возможности применения биовыщелачивания и определение биотехнологического потенциала автохтонных микроорганизмов являются актуальными задачами. Их решение позволит использовать микробиологические методы, как более экологичные в горнорудной промышленности региона.
Цель работы - оценка биотехнологического потенциала автохтонных хемолитотрофных микроорганизмов из окисленной руды в бактериально-химическом выщелачивании сульфидной кобальт-медно-никелевой руды в мезофильных условиях.
Задачи исследования. В соответствии с поставленной целью определены основные задачи настоящего исследования:
- изучить минеральный состав окисленной руды медно-
никелевого месторождения Шануч;
выделить потенциально важные для биовыщелачивания автохтонные ассоциации мезофильных хемолитотрофных железо- и серо-окисляющих микроорганизмов из окисленной руды;
определить окислительную активность автохтонной ассоциации мезофильных хемолитотрофных микроорганизмов, адаптированной к минеральному субстрату. Оценить перспективность ее использования и роль в бактериально-химических процессах выщелачивания сульфидной руды;
изучить динамику бактериально-химического выщелачивания никеля, меди и кобальта из сульфидной кобальт-медно-никелевой руды.
Научная новизна работы состоит в следующем.
Впервые проведено комплексное минерально-микробиологическое исследование окисленной руды медно-никелевого месторождения Шануч и выделены автохтонные ассоциации мезофильных и умеренно термофильных ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов (Acidithiobacillus ferrooxidans, A. thiooxidans, Sulfobacillus spp.), перспективные для технологии биовыщелачивания.
Установлена окислительная активность адаптированной к минеральному субстрату автохтонной ассоциации хемолитотрофных микроорганизмов, вьщеленнои из окисленной руды месторождения Шануч и включающей бактерии A ferrooxidans я A. thiooxidans, в отношении ионов закисного железа, элементной серы и сульфидной руды.
Выявлена динамика процесса бактериально-химического выщелачивания никеля, меди и кобальта из сульфидной руды месторождения Шануч.
Практическая значимость. Проведена оценка перспективности использования и определена роль адаптированной к минеральному субстрату автохтонной ассоциации хемолитотрофных микроорганизмов,
включающей бактерии A ferrooxidans и A. thiooxidans, в окислительных бактериально-химических процессах.
Установленные скорости биологического окисления двухвалентного железа, бактериально-химического выщелачивания никеля, меди и кобальта в мезофильных условиях в периодическом режиме могут быть использованы в разработке и усовершенствовании технологических схем переработки сульфидного полиметаллического сырья.
Показана целесообразность проведения первого цикла бактериально-химического выщелачивания в течение первых 3 суток.
Практическая значимость полученных результатов подтверждается актом о внедрении ЗАО Научно-производственной компании «Геотехнология» от 09.04.2012 г.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на VI и VII международных молодежных школах-конференциях «Актуальные аспекты современной микробиологии» (Москва, 2010, 2011), на Международной научно-практической конференции «Биотехнология: экология крупных городов» (Москва, 2010), на I международной научно-практической конференции «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии и медицине» (Санкт-Петербург, 2010), на XI международной научной конференции «Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей» (Петропавловск-Камчатский, 2010), на Ученых советах НИГТЦ ДВО РАН (2007-2011), семинарах лаборатории геохимии и геотехнологии НИГТЦ ДВО РАН (2009-2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 6 статей в журналах и изданиях «Перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий» Высшей аттестационной комиссии Минобрнауки России.
Объем и структура диссертации. Объем диссертационной работы занимает 176 страниц машинописного текста и включает введение, пять глав, заключение, список литературы, включающий 182 наименования, из которых 47 - на русском языке, и приложение. Работа содержит 50 рисунков и 23 таблицы.
