Главная
страница 1
скачать файл


микробиологическая характеристика растворов и руд кучного выщелачивания урана месторождений «Восток»

Бекбауов Т.К.

Казахский национальный университет им.аль-Фараби (г.Алматы)

Степногорский горно-химический комбинат.

Республика Казахстан. 021500 г.Астана, г.Степногорск, E-mail: Bekbauov@sghk.kz. Тел.8 (7172)292126; 8 (71645)64517; Мобильн.8 701 719 98 72
Для понимания физиологических и биохимических механизмов приспособляемости определенных видов микроорганизмов и их природных популяций к геохимическим условиям среды необходимо определение основных точек приложения химических элементов среды к процессам метаболизма, установление вызываемых ими изменений обменных процессов и биологических реакций. Такие исследования вскрывают экологическую сущность воздействия химических элементов естественной среды обитания на организмы на популяционном и организменном уровнях [1].

Казахстан является крупнейшей сырьевой базой по добыче урана, поэтому изучение микрофлору хемолитоавтотрофных бактерий, осуществляющих окисление четырех валентного урана до шестивалентного состояния, представляется весьма актуальным. В данной работе представлен материал о качественном и количественном составе хемолитоавтотрофных бактерий на установке КВ урана месторождения «Восток» РУ-1, Степногорского горно-химического комбината.

На Севере Казахстана имеются гидротермальные месторождения урана, которые охватывают территорию Северо-Казахстанской и Акмолинской области.

Известно, что разработку урановых месторождений производят различными способами, и они могут оказывать влияние на численность и состав микробных комплексов. В этой связи объектами исследования были выбраны различные технологические растворы после КВ урана месторождения «Восток» РУ-1.



Материалы и методы исследований

Забалансовых и окисленных видов урансодержащих руд месторождения «Восток» складирует штабелями на предварительно подготовленную резиновую подушку. В целом, метод с многократно используемой подушкой больше всего обеспечивает быстроту вскрываемости руд, отличающихся постоянством параметров выщелачиваемости, ограниченные возможности сооружения на местности ровных площадок для штабелей кучного выщелачивания и отвалов отработанной руды.

Изучение количественного и качественного состава микрофлоры исследуемых нами месторождений проводилось по общепринятым методикам /16/. Пробы и руд вод при обследованиях отбирались стерильно, в соответствии с имеющимися руководствами [2]. Подсчет количества микроорганизмов проводили методом предельных разведений испытуемых вод или болтушек на элективных средах в двух - трехкратных повторности. Грибы учитывались на среде Чапека-7, сапрофиты на мясопептонном агаре. Культуру бактерий Acid.ferrooxidans выращивали на среде 9К Сильвермана и Лундгрена следующего состава (г/л): (NH4)2SO4 -2,0; К2НРО4-1,0; MgSO4-0,5; NaCI -0,2; FeSO4 -7Н2О – 44,2; рН среды доводили до 1,0 с H2SO4. О развитии бактерий Thiobacillus ferrooxidans судили по появлению бурой окраски среды, вызванной образованием трехвалентного железа в бактериальном растворе. На среде Ваксамана (г/л): (NH4)2SO4–3,0; КН2РО4–3,0; MgSO4•7H2O–0.5; CaCl2•6H 2 O–0.25; Fe2SO4•7H2O–3.0; серный цвет (S0) – 10; H2O–1,0 л, рН 4,0, учет T.thiooxidans вели по появлению неисчезающей мути и оседанию серы, по образованию пленки серы, подкислению среды и другим специфическим признакам [3].

Выделение микроорганизмов, важных для гидрометаллургии, проводят путем высева соответствующих проб руды или раствора на питательные среды. Таким путем получали накопительные культуры.


Для выделения культуру Acid.ferrooxidans в колбы Эрленмейера на 100 мл вносили 30 мл 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, вызванный образованием соединении трехвалентного железа.


Определение Fe+2 и Fe+3 поводилось объемным трилонометрическим методом в технических растворах, которая распределялось на измерение содержания железа в растворах в диапазоне от 0,1-10 г/л. [4].

Результаты исследований

Проектирование системы выщелачивания с многократно используемой подушкой требует оценки возможного извлечения металлов и степени постоянства выщелачиваемости руды. Размеры подушек и количество оборудуемых сегментов определяются интенсивностью поступления руды на штабель к продолжительностью цикла выщелачивания. Необходимо, чтобы процесс проходил в режиме относительно устойчивого цикла выщелачивания. На практике предпочтительными считаются циклы с продолжительностью до 60 дней. Более длительные циклы требуют больших по площади подушек, поскольку при заданной производительности операций увеличивается время пребывания раствора в штабеле. Планирование цикла выщелачивания при заданной производительности требует также установления лимита длительности выщелачивания руды. В связи с этим различные по свой свойствам руды не всегда могут обеспечить необходимое извлечение в пределах установленного временного лимита.

Благоприятными предпосылками применения варианта эксплуатации с многократно используемой подушкой можно считать:

- относительно короткий цикл выщелачивания;

- постоянство свойств руды в отношении выщелачиваемости;

- ограниченность территории для обустройства "плоской" площадки для выщелачивания;



  • возможность надежного надлежащего хранения отходов;

  • потребность в стойкой изоляционной природоохранной облицовке, выдерживающей высокие нагрузки;

  • аридный и /или умеренный климат;

  • возможность укрытия производственного комплекса в условиях влажного климата;

  • потребность в прудах меньшей вместимости из-за ограниченного вливания ливневых потоков;

  • необходимость перекладывания рудного материала.

На поверхность созданный таким образом кучу, где проводит кислотное оращение, в качестве окислителя (технологический раствор), обычно применяет 1,5-2% раствора серной кислоты, как. Полученный после оращения технологический раствор с низким содержанием урана, как продуктивный раствор, содержащий 0,1 г/л U, поступают на сорбцию. Обычно после адсорбции урана в растворе остается в количестве до 0,01 г/л U, и его называют маточным раствором.

Руды месторождения «Восток» относятся к комплексным ураномолибденовым. Кроме основного компонента урана, практическое значение имеет молибден, распределение которого связано с распределением урана корреляционной зависимостью, уменьшающийся с глубиной. Содержание молибдена в руде изменяется от тысячных долей процента в рядовых и бедных рудах до десятых в богатых, составляя в среднем 0,038 %. Кроме того, в рудах отмечаются значительные концентрации свинца (0,07 %) и серебра (0,00007 %).

Минералогический анализ руды, месторождения показал, что основная масса тяжелой фракции представлена кварцем, полевым шпатом – 38%, слюда – 25%, глинистые минералы – 21%, карбонаты – 12%. Легкая фракция представлена органическими веществами – 1%, сульфиды – 0,7%, гидроокислы железа – 2%, циркон, сфен, рутил и др. – 0,4% (рис.1).
Состав и содержание руды КВ месторождения «Восток» РУ-1

Рисунок 1



Примечание:

1- кварц, полевые шпаты;

2- слюда (мусковит, серицит);

3- глинистые минералы;

4- карбонаты (доломит, кальцит);

5- органические вещества;

6- сульфиды;

7- гидроокислы железа;

8- циркон, сфен.

Как показали результаты химического анализа (табл.1), содержание молибдена изучаемого нами в продуктивном растворе встречается до 0,07 г/л Mo. Во всех исследуемых растворах железо находится в трехвалентной форме, и концентрация его в продуктивном растворе доходит до 6,4 г/л Fe3+. Мы предполагаем, что присутствие железа в основном в трехвалентной форме не без участия Аcid.ferrooxidans.


Рисунок 2. Численность Acid.ferrooxidans КВ урана РУ-1



Примечание:

1- раствор под штабелем №4 (рН 2,18; t-17,0 оС);

2- раствор под штабелем №5 (рН 1,63; t-18,0 оС);

3- раствор под штабелем №6 (рН 1,56; t-18,5 оС);

4- маточный раствор (рН 1,77; t-20,0 оС);


5- раствор испарительной карты №1 (рН 1,17; t-19,5 оС) ;

6- раствор испарительной карты №2 (рН 1,17; t-19,0 оС);

7- раствор испарительной карты №3 (рН 1,42; t-21,0 оС);

8- раствор испарительной карты №4 (рН 1,60; t-20,0 оС);

9- раствор испарительной карты №5 (рН 1,74; t-21,0 оС);

Нами были проведены химико-микробиологические исследования растворов, вытекающие под штабеля и испарительных карт с целью лучше представить микробиологическую обстановку, в которой происходят процессы окисления урансодержащих руд.

Для проведения химико-микробиологического обследования участка КВ «Восток», пробы отбирали из раствора под штабелями №4, 5, 6, маточного раствора и испарительной карты №1, 2, 3, 4, 5.

Температура раствора под штабелем составляет в пределах 17,0-18,5оС, а характерной температурой для раствора испарительной карты является 19-21оС. Его характерной особенностью оказалось преобладание кислых растворов рН от 1,17 до 2,18, что создает благоприятные условия для развития хемолитоавтотрофных (Аcid.ferrooxidans, L.ferrooxidans, Acid.thioxidans, S.acidocaldarius) бактерий, которые играют главную роль в процессе бактериально-химического выщелачивания металлов из руд.



Таблица 1. Химический состав отработанных растворов на участках КВ урана РУ-1

№ п/п

Место отбора проб

Содержание в растворах, г/л

H2SO4

Fe3+

Fe2+

Feобщ

U

Мо

SiO2

SO42-

Cорг

NH4+

1

Раствор под штабелем №4

0,48

2,58

0

2,52

0,067

0,033

-

31,92

-

0,28

2

Раствор под штабелем №5

2,4

6,3

0,1

6,4

0,086

0,072

0,47

62,4

0,095

0,26

3

Раствор под штабелем №6

2,9

6,3

0

6,3

0,042

0,073

-

57,6

-

0,20

4

Маточныйраствор

1,3

4,48

0,35

4,83

0,017

0,016

0,062

43,6

0,095

-

5

Карта №1 (раствор)

5,8

9,38

0

9,38

0,042

0,033

-

110,4

-

0,30

6

Карта №2 (раствор)

0,92

2,52

0

2,52

0,11

0,008

-

50,4

-

0,24

7

Карта №3 (раствор)

3,9

5,25

0

5,25

0,011

0,043

-

50,4

-

0,24

8

Карта №4 (раствор)

2,4

1,3

0

1,3

0,016

0,028

-

55,2

-

0,20

9

Карта №5 (раствор)

1,5

5,6

0

5,6

0,028

0,025

-

122,4

-

0,21

Анализируя данные о численности хемолитоавтотрофных бактерий – основных показателей степени окислительно-востановительных процессов, необходимо отметить, что они встречались в растворах в незначительных количествах, кроме Аcid.ferrooxidans. Содержание Аcid.ferrooxidans был отмечен во всех пробах растворов, имеющих кислую реакцию, а численность клеток его достигала от 102 до 107 кл/мл.

Как видно из рис.4, изучение численности Аcid.ferrooxidans показал, что в растворах из под штабелями встречаются в количестве 107 клеток в 1 мл. В маточном растворе их количество достигает 105 кл/мл, тогда как в растворах испарительной карты составляет всего 102 кл/мл. Такая малая численность, по-видимому, была связана с низкой аэрацией раствора испарительной карты. Возможно, что в застойных кислых растворах, скопившихся на испарительных картах, солнечные лучи оказывают ингибирующее или даже стерилизующее действие на клетки бактерий Acid.ferrooxidans.

Анализируя данные о численности бактерий Leptospirillum ferrooxidans – одним из основных показателей степени окислительно-востановительных процессов, необходимо отметить, что они встречались в растворах редко и в незначительных количествах. Результаты подсчета L.ferrooxidans в растворах под штабелем №4, в маточном растворе, а также в растворах испарительных карт №3, 4, 5 не дали положительных результатов. Содержание L.ferrooxidans в количестве 102 кл/мл был отмечен в пробах под штабелем №6 и испарительной карты №1. Относительно наибольшее количество L.ferrooxidans представлено в пробах растворов под штабелем №5 и в растворах испарительной карты №2, численность их не превышала 103 кл/мл. (рис.3).

Для определения численности Acid.thiоoxidans в жидкую питательную среду Ваксмана с серой засевали исследуемый раствор после выщелачивания. После инкубировании в термостате при 28-300С, через 3-4 дня появился помутнение среды, а рН ее снижался. Присутствие в растворах под штабелями №4, 5, 6 незначительного количества (103 кл/мл) Acid.thiоoxidans позволяет предположить об их участии в процессах бактериального выщелачивания урана. В маточном растворе и в кислых растворах испарительных карт Acid.thiоoxidans не были обнаружены (рис.4).

Рисунок 3. Численность L.ferrooxidans КВ урана РУ-1



Примечание:

1- раствор под штабелем №4 (рН 2,18; t-17,0 оС);

2- раствор под штабелем №5 (рН 1,63; t-18,0 оС);

3- раствор под штабелем №6 (рН 1,56; t-18,5 оС);

4- маточный раствор (рН 1,77; t-20,0 оС);


5- раствор испарительной карты №1 (рН 1,17; t-19,5 оС) ;

6- раствор испарительной карты №2 (рН 1,17; t-19,0 оС);

7- раствор испарительной карты №3 (рН 1,42; t-21,0 оС);

8- раствор испарительной карты №4 (рН 1,60; t-20,0 оС);

9- раствор испарительной карты №5 (рН 1,74; t-21,0 оС);



Рисунок 4. Численность Acid.thioxidans КВ урана РУ-1



Примечание:

1- раствор под штабелем №4 (рН 2,18; t-17,0 оС);

2- раствор под штабелем №5 (рН 1,63; t-18,0 оС);

3- раствор под штабелем №6 (рН 1,56; t-18,5 оС);

4- маточный раствор (рН 1,77; t-20,0 оС);


5- раствор испарительной карты №1 (рН 1,17; t-19,5 оС) ;

6- раствор испарительной карты №2 (рН 1,17; t-19,0 оС);

7- раствор испарительной карты №3 (рН 1,42; t-21,0 оС);

8- раствор испарительной карты №4 (рН 1,60; t-20,0 оС);

9- раствор испарительной карты №5 (рН 1,74; t-21,0 оС);

Для получения накопительной культуры Sulfolobus acidocaldarius к среде добавляли около 1% элементной серы, и устанавливали рН 3,0. После инкубирование при 700С, через 3-7дней появился обильное помутнение, на поверхности среды образовался пленка. Анализируя данные о численности бактерий S.acidocaldarius – необходимо отметить, что они встречались в растворах редко и в незначительных количествах (рис.5). Содержание S.acidocaldarius был отмечен только в растворах испарительной карты и маточном растворе, где их численность клеток достигала от 10 до 103 кл/мл. Как видно из рисунка, в растворах под штабелями №4, 5, 6 S.acidocaldarius не были обнаружены.

Таким образом, при обследований различных участков КВ были выделены железо и серо-окисляющие бактерий более 10 млн.клеток в одном мл раствора. Как известно источником питания в энергетическом обмене для этих бактерий является восстановленные формы железа и серы, которые в руде встречаются в форме минерала – пирита. Эти микроорганизмы в кислой среде, где 10-20 г/л H2SO4, интенсивно окисляют пирит до трехвалентного железа и серной кислоты. Растворы трехвалентного железа взаимодействуют с различными минералами, в том числе с минералами четырехвалентного урана и восстанавливается до двухвалентной формы железа и оно снова окисляется бактериям. Известно, что в таких условиях химическое окисление железа кислородом воздуха не происходит.

Рисунок 5. Численность Sulfobacillus acidocaldarius КВ урана РУ-1



Примечание:

1- раствор под штабелем №4 (рН 2,18; t-17,0 оС);

2- раствор под штабелем №5 (рН 1,63; t-18,0 оС);

3- раствор под штабелем №6 (рН 1,56; t-18,5 оС);

4- маточный раствор (рН 1,77; t-20,0 оС);


5- раствор испарительной карты №1 (рН 1,17; t-19,5 оС) ;

6- раствор испарительной карты №2 (рН 1,17; t-19,0 оС);

7- раствор испарительной карты №3 (рН 1,42; t-21,0 оС);

8- раствор испарительной карты №4 (рН 1,60; t-20,0 оС);

9- раствор испарительной карты №5 (рН 1,74; t-21,0 оС);

Итак, основная роль в окислении урана на кучном выщелачивании принадлежит тионовым бактериям, и главным образом Acid.ferrooxidans. Тот факт, что присутствие железо в кислых выщелачивающих производственных растворах преимущественно в трехвалентной форме, еще раз подтверждает высокую активность Аcid.ferrooxidans, стерильные растворы в подобных условиях содержали бы только железо закисной форме, образующееся при окислении сульфидов.


Литература


  1. Гольбрайхт А.И., Каначинова М.К., Скрипченко Л.Н. Химико–микробиологическая характеристика вод и руд некоторых шахт Джезказганского месторождения // Тр.ИмиВ АН КазССР. «Жизнедеятельность микроорганизмов в природных субстратах Казахстана». Алма–Ата. 1978. Т.23.С. 32 – 37.

  2. Каравайко Г.И., Кузнецов С.И. «Роль микроорганизмов в выщелачивании металлов из руд, М. 1972, с.19-21.

  3. Каравайко Г.И. Микробиологические процессы выщелачивания металлов из руд. (Обзор проблемы). Центр международных проектов, ГКНТ. М.1984. С.88

  4. Полькин C.И., Адамова Э.В., Панин В.В. Технология бактериального выщелачивания цветных и редких металлов. Недр. М. 1982.288с.


скачать файл



Смотрите также:
Микробиологическая характеристика растворов и руд кучного выщелачивания урана месторождений
154.3kb.
Нефтегазовое дело Магистерская программа: "Надежность газонефтепроводов и хранилищ", " Разработка нефтяных месторождений", "Бурение горизонтальных скважин", "Технология буровых растворов", "Гидромеханика в бурении"
120.73kb.
Уральское отделение отеделение наук о земле ран российское минералогическое общество
93.28kb.
Астрометрические наблюдения 2-го, 3-го и 4-го спутников Урана
65.38kb.
Настоящая программа охватывает следующие основополагающие разделы: подземная разработка месторождений полезных ископаемых, открытая разработка месторождений полезных ископаемых, строительство подземных сооружений
289.94kb.
Виталий иванович рудно-магматические системы скарново-шеелит-сульфидных месторождений востока россии
1072.04kb.
Настоящий документ находится на рассмотрении в мпр россии и носит исключительно информационный характер методические рекомендации по применению классификации запасов к месторождениям бериллиевых руд москва 2005
789.76kb.
Получение оксидов урана
245.91kb.
Деление ядер урана. Цепная реакция
20.61kb.
Чурадзе Борис Тамазович Госпитальные инфекции в отделении интенсивной терапии многопрофильной больницы: микробиологическая структура и обоснование тактики антимикробной терапии
368.38kb.
Теплопроводность диоксида урана, содержащего твердые имитаторы продуктов деления
291.39kb.
Пластификатор гидроизолятор бетона и растворов
47.77kb.