|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Консорциум микроорганизмов, депонированных в ТОО КазНИИППП, для выщелачивания сульфидсодержащих руд, включающий штамм психротолерантных бактерий Acidithiobacillus ferrivorans B-505, штаммы мезофильных бактерий Acidithiobacillus ferrooxidans B-502, Acidithiobacillus ferrooxidans B-509, Acidithiobacillus thiooxidans B-504 и штамм умеренно термофильных хемолитотрофных бактерий Sulfobacillus thermosulfidooxidans B-511.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Консорциум микроорганизмов, депонированных в ТОО КазНИИППП, для выщелачивания сульфидсодержащих руд, включающий штамм психротолерантных бактерий Acidithiobacillus ferrivorans B-505, штаммы мезофильных бактерий Acidithiobacillus ferrooxidans B-502, Acidithiobacillus ferrooxidans B-509, Acidithiobacillus thiooxidans B-504 и штамм умеренно термофильных хемолитотрофных бактерий Sulfobacillus thermosulfidooxidans B-511.
Евразийское 028517 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.11.30
(21) Номер заявки 201400418
(22) Дата подачи заявки
2014.04.08
(51) Int. Cl.
C12N1/20 (2006.01) C22B 3/18 (2006.01) C12R 1/01 (2006.01)
(54) КОНСОРЦИУМ ПСИХРОТОЛЕРАНТНЫХ, МЕЗОФИЛЬНЫХ И УМЕРЕННО
ТЕРМОФИЛЬНЫХ ХЕМОЛИТОТРОФНЫХ БАКТЕРИЙ ДЛЯ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ СУЛЬФИДСОДЕРЖАЩИХ РУД
(43) 2015.10.30
(96) KZ2014/024 (KZ) 2014.04.08 (71)(73) Заявитель и патентовладелец: ТОО "БИОПРОМ ТЕХНОЛОДЖИЕС" (KZ)
(56) KZ-A4-26919
RU-C1-2349641 RU-C1-2340668 RU-C2-2332455
(72) Изобретатель:
Раманкулов Ерлан Мирхайдарович, Балпанов Дархан Серикович, Тен Олег Андреевич, Ханнанов Ринат Асхатович, Жаппар Нариман Казыбекулы, Жакупов Ерганат Жанатович, Шайхутдинов Валентин Минзакиевич (KZ)
(57) Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано в гидрометаллургии для извлечения цветных, редких и благородных металлов из сульфидных руд или концентратов. Задачей изобретения является разработка консорциума 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 хемолитотрофных микроорганизмов, депонированных в ТОО КазНИИППП. Психротолерантный микроорганизм представлен штаммом Acidithiobacillus ferrivorans B-505. Мезофильные микроорганизмы представлены штаммами Acidithiobacillus ferrooxidans B-502, Acidithiobacillus ferrooxidans B-509, Acidithiobacillus thiooxidans B-504. Умеренно термофильный микроорганизм представлен штаммом Sulfobacillus thermosulfidooxidans B-511.
Описание изобретения
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.
За последние годы минеральный состав руд цветных и благородных металлов претерпел существенные изменения, если 50-30 лет назад сырьем являлись окисленные легкообогатимые руды, то сейчас разрабатываются месторождения с преимущественно упорными сложнообогатимыми рудами. Вместе с этим возрастающий мировой спрос на цветные и драгоценные металлы делает рентабельным освоение бедных месторождений и вовлечение в эксплуатацию руд, ранее относившихся к категории забалансовых. Разработка технологий комплексной переработки минерального сырья делает возможным использование в качестве сырья отвальные породы и хвосты обогатительных фабрик.
К упорным рудам, как правило, относят первичные (колчедановые) и вторичные сульфиды. Так золото часто образует тонкие вкрапления в пирите и арсенопирите. В результате оно практически не поддается цианированию. Решением данной проблемы является окислительное вскрытие рудного тела. На сегодняшний день известны различные способы окисления руды. Наиболее распространенным способом является окислительный обжиг, но данная технология не применима к арсенопиритным рудам вследствие образования летучих окислов мышьяка. При разработки месторождений с низким содержанием золота меньше 2 г/т и плохо флотируемым минеральным составом применение окислительного обжига становится не целесообразно в силу колоссального возрастания себестоимости грамма добываемого золота. Наиболее приемлемым способом добычи золота в таком случае является кучное выщелачивание. В основе процессов кучного выщелачивания особую роль играют хемолитотрофные микроорганизмы. Хемоли-тоавтотрофы прямо или косвенно участвуют в окислении сульфидов. В результате ранее скрытое в породе золото становится доступным для цианирования.
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 (халькозин и ковелин) активно применяется в мире. Лидерами являются Австралия, Чили и Перу (Rawlings D.E., Johnson B.D. Biomining. - New York: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007. - 314 p.).
Наиболее близкими по предлагаемому решению являются работы (патент РФ № 2349641 С2, заявка 2007130012/13, заявл. 06.08.2007, опубл. 20.03.2009, бюл. № 8; патент РФ № 2332455 С2, заявка 2006128677/13, 07.08.2006, заявл. 20.02.2008, опубл. 27.08.2006, бюл. № 24). Применение только штамма, описанного в патент РФ № 2349641 С2, 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 С2, заявка 2006128677/13, 07.08.2006, заявл. 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 психротолерант-ных, 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 Acidithiobacillus ferrivorans AF-105, депонирован в ТОО КазНИИППП под номером В-505. Мезофильные микроорганизмы представлены штаммами Acidithiobacillus ferrooxidans AF-102, депонирован в ТОО КазНИИППП под номером В-502, Acidithiobacillus ferrooxidans AF-109, депонирован в ТОО КазНИИППП под номером В-509, Acidithiobacillus thioox-idans AT-104, депонирован в ТОО КазНИИППП под номером В-504. Умеренно термофильный микроорганизм представлен штаммом Sulfobacillus thermosulfidooxidans KF-5, депонирован в ТОО КазНИИППП под номером В-511. Свидетельство о депонировании от 15.11.2013 г. Депозитария ТОО "Казахского научно-исследовательского института перерабатывающей и пищевой промышленности" 050060, г. Алматы, пр. Гагарина, 238 Г.
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 сульфидокислительной активностью, за счет охвата всего температурного диапазона при кучном выщелачивании.
Определены основные характеристики бактерий.
Acidithiobacillus ferrivorans штамм AF-105 выделен из рабочего раствора месторождения золоторудного месторождения "Бестобе" на среде 9К. Штамм AF-105 имеет следующие характеристики.
Морфологические признаки.
Это грамотрицательная бактерия. Клетки культуры в виде удлиненных, крупных палочек с закругленными концами, с одним полярным жгутиком. Размер клеток 0,2x2,0-2,1 мкм. Спор не образуют. Культуральные признаки.
На минеральной питательной среде с закисным железом (FeSO4-7H2O) 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 фиксации 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 5-15°C. Оптимальная температура роста составляет 10±1°C. Оптимальное значение pH при росте на закисном железе и сульфидных минералах - 1,9±0,1. Пределы pH в процессе окисления Fe2+ и сульфидных минералов составляют 1,7-2,5. Оптимальное исходное значение pH при росте на элементарной сере - 4,0. Максимальное снижение pH на среде с серой - до 1,5.
Acidithiobacillus ferrooxidans штамм AF-102 выделен из шахтной воды месторождения "Кварцито-вые горки". Штамм AF-102 имеет следующие характеристики.
Морфологические признаки.
Это мелкая грамотрицательная палочка. Клетки короткие, слегка утолщенные, одиночные и сдвоенные. Размер клеток 0,5x1,0-4,0 мкм. Спор не образуют. Культуральные признаки.
На минеральной жидкой питательной среде с закисным железом (FeSO4-7H2O) 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°C. Оптимальная температура роста составляет 29±1°C. Оптимальное значение pH при росте на закисном железе и сульфидных минералах - 1,9±0,1. Пределы pH в процессе окисления Fe2+ и сульфидных минералов составляют 1,4-2,4. Оптимальное исходное значение pH при росте на элементарной сере - 4,0.
Acidithiobacillus ferrooxidans штамм AF-109 выделен из рудного концентрата золотосодержащего месторождения "Бестобе". Штамм AF-109 имеет следующие характеристики.
Морфологические признаки.
Это мелкая грамотрицательная палочка. Клетки короткие, слегка утолщенные, одиночные и сдвоенные. Размер клеток 0,4x1,1-1,5 мкм. Спор не образуют. Культуральные признаки.
На минеральной жидкой питательной среде с закисным железом (FeSO4-7H2O) 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°C. Оптимальная температура роста составляет 29±1°C. Оптимальное значение pH при росте на закисном железе и сульфидных минералах 2,0±0,1. Пределы pH в процессе окисления Fe2+ и сульфидных минералов составляют 1,6-2,7. Оптимальное исходное значение pH при росте на элементарной сере - 4,0.
Acidithiobacillus thiooxidans штамм АТ-104 выделен из рудного концентрата золотосодержащего месторождения "Бестобе". Штамм АТ-104 имеет следующие характеристики.
Морфологические признаки.
Это мелкая грамотрицательная палочка. Клетки имеют палочковидную форму, короткие, одиночные и сдвоенные. Размер клеток 0,5x1,1-1,3 мкм. Спор не образуют. Культуральные признаки.
Питание культуры автотрофное с различными соединениями серы (элементной серы, тиосульфатом и т.д.). На жидкой среде DSM 71 образует равномерное помутнение, а pH среды снижает до 1,8-2,1. На твердой среде DSM 71 (с S2O32-) образует мелкие прозрачные колонии (1,0-1,5 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°C. Оптимальная температура роста составляет 28±1°C. Оптимальное значение pH при росте на сульфидных минералах и сере - 1,8±0,1. Пределы pH в процессе окисления серы и сульфидных минералов составляют 1,1-2,5. Оптимальное исходное значение pH при росте на элементарной сере - 2,6. Окисление серы интенсивно идет при усиленной аэрации среды.
Sulfobacillus thermosulfidooxidans, штамм KF-5, выделен из пробы хвостохранилищ месторождения "Бестобе" на среде 9KS. Sulfobacillus thermosulfidooxidans, штамм KF-111, имеет следующие характеристики.
Морфологические признаки.
Представляют собой грамположительные палочки. Клетки с закругленными концами. Размер клеток 0,6-0,8x1,0-3,0 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 Fe2+ 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 CO2 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°C. Оптимальная температура роста составляет 42±1°C. Оптимальное значение pH при росте на закисном железе и сульфидных минералах- 1,9±0,1. Пределы pH в процессе окисления Fe2+ и сульфидных минералов составляют 1,5-2,4. Оптимальное исходное значение pH при росте на элементарной сере - 3,0.
Сущность изобретения поясняется следующими конкретными примерами.
Пример № 1.
Сульфидокисляющая активность консорциума оценивалась на перколяционных колоннах (высота 3 м диаметр 20 см). Колонны в количестве 2 штук были заполнены золотосодержащей рудой (степень измельчения -40 - +10 мм), элементный состав которой представлен в табл. 1; фазовый анализ руды - в табл. 2.
На стадии загрузки руды в перколяционную колонну № 2 рудное вещество было обработано бактериальной суспензией, содержащей консорциум (At. ferrivorans AF-105, At. ferrooxidans AF-102, At. ferrooxidans AF-109, At. thiooxidans AT-104 и S. thermosulfidooxidans KF-5). Руда, предназначенная для контрольного выщелачивания, была обработана таким же количеством раствора серной кислоты (концентрация 10 г/л). Обе колонны орошали непрерывно (плотность орошения - 10 дм3/м2-ч) раствором серной кислоты с концентрацией 10 г/л. Продолжительность орошения составила 60 суток. По истечении указанного периода было проведено цианирование рудного материала обоих перколяционных колонн 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 серно-кислотном выщелачивании оно не превысило 26,8% и составило 45,2%.
Пример № 2.
Влияние консорциума на процесс выщелачивания меди из сульфидных руд было изучено на перко-ляционных колоннах (длина 3 м; диаметр 20 см). Элементный состав руды и фазовый анализ представлены в табл. 3, 4 соответственно.
Руда, измельченная 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 (At. ferrivorans AF-105, At. ferrooxidans AF-102, At. ferrooxidans AF-109, At. thi-ooxidans AT-104 и S. thermosulfidooxidans KF-5). 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 и 3 г/л соответственно. В колонну № 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 дм3/м2-ч. Динамика выщелачивания меди представлена на чертеже.
Как видно из чертежа, уже в начале эксперимента при бактериальном выщелачивании концентрация меди в продуктивном растворе больше, чем при серно-кислотном. По истечении 32 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 серно-кислотного 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 (At. fer-rivorans AF-105, At. ferrooxidans AF-102, At. ferrooxidans AF-109, At. thiooxidans AT-104 и S. thermosulfi-dooxidans KF-111) превосходит классический способ серно-кислотного выщелачивания на 58% или 2,93 раза.
Данные факты говорят о перспективности использования консорциума в биогеотехнологии добычи металлов.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
Консорциум микроорганизмов, депонированных в ТОО КазНИИППП, для выщелачивания суль-фидсодержащих руд, включающий штамм психротолерантных бактерий Acidithiobacillus ferrivorans B-505, штаммы мезофильных бактерий Acidithiobacillus ferrooxidans B-502, Acidithiobacillus ferrooxidans B-509, Acidithiobacillus thiooxidans B-504 и штамм умеренно термофильных хемолитотрофных бактерий Sulfobacillus thermosulfidooxidans B-511.
028517
- 1 -
(19)
028517
- 1 -
(19)
028517
- 1 -
(19)
028517
- 1 -
(19)
028517
- 4 -
(19)
|
