Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Քեմոլիթոտրոֆ բակտերիաների, նրանց համակեցությունների և իմոբիլիզացված կուլտուրաների միջոցով մետաղների տարրալուծման գործընթացի ուսումնասիրությունը

Ստեփանյան, Սամվել Խաչիկի (2016) Քեմոլիթոտրոֆ բակտերիաների, նրանց համակեցությունների և իմոբիլիզացված կուլտուրաների միջոցով մետաղների տարրալուծման գործընթացի ուսումնասիրությունը. PhD thesis, ՀՀ ԳԱԱ «Հայկենսատեխնոլոգիա» ԳԱԿ ՊՈԱԿ.

[img] PDF (Abstract)
Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial.

Download (852Kb)
    [img] PDF (Thesis)
    Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial.

    Download (1966Kb)

      Abstract

      Биогидрометаллургия является современной стабильно развивающейся альтернативной технологией переработки минерального сырья. В основе биогидрометаллургии лежит применение микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности для извлечения металлов из концентратов, руд и отвалов. Возрастающий интерес к биогидрометаллургии, в частности, биовыщелачиванию (БВ) обусловлен их экономическим, техническим и что особенно важно, экологическим преимуществами по сравнению с традиционным обжигом и автоклавным окислением при высоких давлениях и температурах (Brierley, 2000; Rawlings, 2002; Rawlings et al., 2003). Особую важность приобретает биовыщелачивание некондиционных руд и отвалов в связи с проблемой исчерпания богатых сырьевых ресурсов. Метод БВ для получения меди, урана, никеля, золота и других металлов широко используется во многих странах мира (Aswegen, 2007; Aswegen et al., 1992; Brombacher et. al., 1997; Brierley, Brierley, 2001; Acevedo, 2002; Olson et al., 2003; Rawlings, 2002; Rawlings, et al., 2003). Технология кучного выщелачивания меди главным образом основана на извлечении меди из вторичного минерала - халькозина (Cu2S) (Olson et al., 2003). Коммерческое применение выщелачивания первичного минерала меди - халькопирита часто ограничивается из - за низкой скорости процесса, вызванной пассивацией поверхности минерала продуктами его окисления (Fu et al., 2008; Johnson, 2014; Watling, 2006). В настоящее время ведутся исследования для преодоления пассивирующего эффекта (Third et al., 2002; Gericke et al., 2010). С этой точки зрения разработка новых подходов и методов с целью интенсификации процессов кучного и чанового выщелачивания халькопирита, весьма актуальна. Разработаны разные химические и физические методы для извлечения золота в зависимости от типа руд. Однако ввиду минимального экологического воздействия на окружающую среду и ряда других преимуществ для удаления железа и мышьяка из золотоносных руд успешно применяется чановое биоокисление (БО). Интенсивность процесса БВ и БО сульфидных минералов зависит от температуры, рН, окислительно - восстановительного потенциала, а также природы используемых микроорганизмов. Среди указанных факторов наиболее важным являются микроорганизмы. БВ металлов осуществляется хемолитотрофными бактериями (ХБ) разных систематических групп. Важным этапом в получении высокоактивных культур ХБ является их адаптация к высоким плотностям пульпы и концентрациям ионов металлов (Akcil et al., 2007; Bryan et al., 2011; Cameron et al., 2010; Haghshenas et al., 2009; D’Hugues et al., 2009; Johnson et al., 2008; Mejia et al., 2009; Okibe, Johnson, 2004; Zhou et al., 2009). Ряд исследований показывает, что смешанные культуры и консорциумы микроорганизмов более эффективны и устойчивы в окислении сульфидных минералов, чем чистые культуры (Baker, Banfield, 2003; Falco et al., 2003; Fu et al., 2008; Johnson, 2001; Wang et al., 2014). С этой точки зрения разработка и оптимизация микробных консорциумов для использования в коммерческих системах выщелачивания остается важной проблемой. В Армении имеются огромные массы медьсодержащих некондиционных руд и отвалов, упорных золотоносных руд, а также хвостов обогатительных фабрик, эффективная переработка которых возможна только с применением метода БВ. Проблема имеет также экологический аспект, поскольку применение более природооберегающей технологии может способствовать улучшению общего экологического состояния в республике. Բանալի բառեր. Երկաթ և ծծումբ օքսիդացնող բակտերիաներ, մանրէների կոնսորցիումներ, պիրիտի և խալկոպիրիտի տարրալուծում, կայունություն մետաղների նկատմամբ, մետաղների կորզում հանքաքարից և պոչանքներից: Հայաստանի Ախթալայի բազմամետաղային, Տանձուտի ոսկի-բազմամետաղային, ինչպես նաև Ալավերդու և Դրմբոնի պղնձային հանքավայրերից մեկուսացվել է ացիդոֆիլ քեմոլիթոտրոֆ բակտերիաների հինգ շտամ: Նախնական սկրինինգը ցույց է տվել, որ պիրիտի (FeS2) և խալկոպիրիտի (CuFeS2) օքսիդացման առավելագույն ակտիվություն է ցուցաբերում Acidithiobacillus sp. 13Zn-ը: Շտամը 5 և 8 անգամ խթանել է նաև Դրմբոնի հանքաքարի և պղնձի խտանյութի տարրալուծումը: Acidithiobacillus sp. 13Zn շտամը ավանդադրվել է Մանրէների ավանդադրման կենտրոնում և ստացել է MDC 7055 համարը: Բացահայտվել են Acidithiobacillus sp. 13Zn-ի միջոցով խալկոպիրիտի և Տանձուտի հանքաքարի կենսատարրալուծման օպտիմալ ֆիզիկաքիմիական և տեխնիկական պայմանները: Հետազոտությունները ցույց են տվել, որ Acidithiobacillus sp. 13Zn և L.ferriphilum CC համակեցության կիրառումը թույլ է տալիս պիրիտի տարրալուծումը ավելացնել 1,8 անգամ՝ երկաթի կորզումը հասցնելով 36.8%: Acidithiobacillus sp. 13Zn-ի և ծծումբ օքսիդացնող At.albertensis SО-2-ի համակեցությունը էական ազդեցություն չի թողել պիրիտի օքսիդացման վրա: Սակայն պիրիտի օքսիդացման առավելագույն ակտիվությունը դիտվել է Acidithiobacillus sp. 13Zn- ի և հետերոտրոֆ բակտերիաների համակեցության դեպքում (39.8%): Խալկոպիրիտի դեպքում Acidithiobacillus sp. 13Zn-ի համակեցությունները L.feriphilum CC-ի և At.albertensis¬ SO-2-ի հետ ցուցաբերել են միներալի տարրալուծման միանման արդյունավետություն, ինչը կարելի է բացատրել նրանով, որ խալկոպիրիտը թթվալույծ միներալ է և ենթակա է գրոհման ինչպես եռարժեք երկաթի (Fe3+), այնպես էլ ջրածնի պրոտոնների կողմից: Ենթադրվում է, որ նշված համակեցություններում L.ferriphilum CC-ն արագացնում է պիրիտի և խալկոպիրիտի տարրալուծումը՝ ռեգեներացնելով օքսիդիչը՝ Fe3+-ը, իսկ At.albertensis SO-2-ը խթանում է ծծմբի օքսիդացումը և ծծմբական թթվի առաջացումը՝ կանխելով միներալի մակերեսին ծծմբի հիդրոֆոբ շերտի և յարոզիտի (KFe3(SO4)2(OH)6) առաջացումը, ինչն իր հերթին հանգեցնում է խալկոպիրիտի ինտենսիվ օքսիդացմանը: Հատկանշական է, որ խալկոպիրիտի տարրալուծման գործում առավելագույն ակտիվություն է ցուցաբերել ավտոտրոֆ և հետերոտրոֆ բակտերիաների համակեցությունը: Ենթադրվում է, որ հետերոտրոֆներն իրացնում են կուլտուրալ հեղուկում հայտնաբերված օրգանական նյութերը՝ նվազեցնելով նրանց տոքսիկ ազդեցությունը ավտոտրոֆ բակտերիաների վրա: Հնարավոր է նաև, որ նրանց կողմից շնչառության պրոցեսում արտազատված CO2-ը, խթանում է ավտոտրոֆ բակտերիաների աճը: Ցույց է տվել, որ Դրմբոնի պոչանքները կարելի է օգտագործել կենսատարրալուծման եղանակով արժեքավոր մետաղները կորզելու համար: Ընդ որում, կենսատարրալուծումը կարելի է իրականացնել բակտերիաների բնական կոնսորցիումի կիրառմամբ` հորատանցքի ջրով: Սակայն գործընթացի ինտենսիվացման համար նպատակահարմար է բնական կոնսորցիումի հետ համատեղ օգտագործել Acidithiobacillus sp. 13Zn շտամը: Key words: iron and sulfur oxidizing bacteria, consortium of bacteria, bioleaching of pyrite and chalcopyrite, metal tolerance, extraction of metals from ores and tailings Five strains of acidophilic chemolithotrophic bacteria from Akhtala polymetallic, Tandzut gold-polymetallic, Alaverdi and Drmbon copper ores of Armenia were isolated. The initial screening has revealed that Acidithiobacillus sp. 13Zn shows the highest oxidation activity of pyrite (FeS2) and chalcopyrite (CuFeS2). This strain has also stimulated the leaching of Drmbon ore and copper concentrate 5 and 8 times, respectively. The strain was deposited at the Microbial Depository Center under the number MDC 7055. Optimal physico-chemical and technical conditions for bioleaching of chalcopyrite and Tandzut ore by Acidithiobacillus sp. 13Zn were determined. The studies have shown that the application of association of Acidithiobacillus sp. 13Zn and L.ferriphilum CC allows to increase 1.8 times the leaching of pyrite bringing the extraction of iron to 36.8%. Association of Acidithiobacillus sp. 13Zn and sulfur oxidizing At.albertensis SО-2 has no significant impact on the oxidation of pyrite. However, the highest activity of pyrite oxidation has been observed in case of Acidithiobacillus sp. 13Zn and heterotrophic bacteria consortium (39.8 %). In case of chalcopyrite associations of Acidithiobacillus sp. 13Zn and L.feriphilum CC or At.albertensis¬ SO-2 have shown the similar efficiency of mineral leaching, which can be explained by the fact that chalcopyrite is an acid-soluble mineral and is subject to attack by both ferric iron (Fe3+) and hydrogen protons. In the mentioned associations L.ferriphilum CC accelerates the leaching of pyrite and chalcopyrite regenerating oxidizer - Fe3+ and At.albertensis stimulates the oxidation of sulfur preventing the formation of hydrophobic sulfur layer and jarosite (KFe3(SO4)2(OH)6) on the surface of mineral, which in its turn contributes to the oxidation intensity of chalcopyrite. It is worth mentioning that the consortium of autotrophic and heterotrophic bacteria has shown the highest activity in the leaching of chalcopyrite. It is assumed that heterotrophs can digest organic substances observed in the culture liquid decreasing their toxic impact on autotrophic bacteria. Besides, it is possible that heterotrophic bacteria excrete CO2 duriong respiration, which stimulates the growth of autotrophic bacteria.

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Քեմոլիթոտրոֆ բակտերիաների, նրանց համակեցությունների և իմոբիլիզացված կուլտուրաների միջոցով մետաղների տարրալուծման գործընթացի ուսումնասիրությունը: Study of metals leaching process by chemolithotrophic bacteria, their communities and immobilized cultures.
      Uncontrolled Keywords: Ստեփանյան Սամվել Խաչիկի, Stepanyan Samvel
      Subjects: Biology
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 10 Nov 2016 15:24
      Last Modified: 11 Nov 2016 14:51
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/3766

      Actions (login required)

      View Item