Ўзбекистон республикаси олий ва ўрта махсус таълим вазирлиги ислом Каримов номидаги

Арсенопирит ва пиритни бактериал оксидлаш механизмининг схемаси

ёки:

Адабиётлар

1. 
   Адамов Э.В., Панин В.В. Бактериальное и химическое выщелачивание металлов из руд. Итоги науки и техники. Обогащение полезных ископаемых. – М.: ВИНИТИ, 1974. – Т.8. – М.: Мир, 1980.
   
2. 
   Каравайко Г.И., Кузнецова С.И., Голомзик А.И. «Роль микроорганизмов в выщелачивании металлов из руд». М.: Наука, 1972 г.
   
3. 
   Корниш-Бодуен Э. Основы ферментативной кинетики. М.: Мир, 1979, 280 с.
   

Маъруза №9.
Бактериялар фаолиятини жадаллаштиришнинг физикавий, кимёвий ва биологик усуллари
Режа: 1. Бактериялар фаолиятини жадаллаштиришнинг асосий усуллари
2. Газ режими, озуқа муҳити, ОТП ва ЮФМ таъсири

Микроорганизмларнинг озуқа муҳити шароитига адаптациянинг таъсири

Бактериал оксидлаш ва танлаб эритиш жараёнларининг энг асосий камчиликларидан бири унинг анча узоқ давом этишидир (90-120 соат), бу юқоридаги жараёндан олдинги бойитиш усуллари билан ва танлаб эритиш маҳсулотларини қайта ишлаш учун қўлланилувчи гидрометаллургик усуллар билан биргаликда қўллашда маълум қийинчиликлар туғдиради. Бундан ташқари, жараённинг ўзоқ давомийлиги ускуналар учун капитал сарфни ва эксплуатация харажатларини оширади. Шунинг учун сўнгги йилларда турли концентратларни баткреиал танлаб эритиш технологиясини ишлаб чиқиш билан бирга асосий изланишлар жараённи интенсивлаш усулларини ишлаб чиқишга йўналтирилган. Асосан бу усуллар микроорганизмлар ўсиши ва хаёт фаолияти учун мақбул шароитлар яратишга, биомассанинг оксидлаш фаоллигини тезлаштириш, бактериал танлаб эритиш шароитида минераллар ўзаро коррозион таъсирини оптималлаш, параметрларни оптималлаш ва жараённинг технологик қабулига асосланган.
Ҳозирда маълум бўлган чанда бактериал танлаб эритиш жараёнини фаоллантиришнинг асосий усуллари таъсир методи бўйича шартли тўртта асосий гуруҳга бўлиш мумкин:
- қаттиқ фаза;
- суюқ фаза;
- газсимон фаза;
- бактериал культура.
Бактериал оксидлашнинг самарали кечишини аниқовчи асосий факторлардан бири бошланғич концентратларнинг миқдори ва ҳолатидир. Бу биринчи навбатда концентратнинг минералогик таркиби ва уларнинг йириклигидир. Қўлланилаётган бактериал танлаб эритиш қурилмалари амалиёти ва олиб борилган изланишларнинг кўрсатишича сульфидли концентратларни бактериал оксидлаш ва танлаб эритиш тўлиқлиги ва кинетикаси учун улардаги темир, олтингугурт, маргимуш таркибигина эмас, балки минераллар ўзаро нисбати ҳам уларнинг генетик ўзига хосликлари ҳам катта аҳамиятга эга.
Чанда бактериал танлаб эритиш усулида асосий пириметрлардан бири танлаб эритилувчи материалнинг йириклиги алоҳида аҳамият топиб, у сульфидли минералларнинг кинетикаси ва очилиш тўлиқлигини аниқлайди. кўпчилик олтинмаргимушли концентратлар учун иқтисодий нуқтаи назардан бошланғич концентратнинг йириклиги 90-95% синфи минус 0,074 мм (80-85% минус 0,044 мм) ҳисобланиб, бунда янчиш учун ўртача ҳаражатда танлаб эритишнинг анча юқори тезликларига эришилади. Баъзида концентратларни 80-85% минус 0,032 мм йирикликкача қўшимча янчиш талаб қилинади.
Сўнгги йилларда танлаб эритиш жараёнини интесивлаш имконияти ўта юпқа янчиш ва айниқса механокимёвий фаоллашда кўриб чиқилди. Таркибида 9,5% маргимуш бўлган концентратни механокимёвий активлашда, С:Қ= 1:10 ва биомасса концентрацияси 10 г/л бўлганда 22 соат ичида маргимуш концентрацияси 1,7% гача пасайтирилди, активациясиз у 3,8% ташкил қилди. С:Қ= 1:5 ва танлаб эритиш давомийлиги 44 соат бўлганда маргимуш таркиби мос равишда 2,0 га 4,9% гача пасайди.
Пиритни планетар тегирмонда жуда юпқа янчганда пиритнинг оксидланиши 53% дан (-0,044 мм+0,020 мм) солиштирма юза 0,8 дан 3,9 м²/г гача ортганда 83% гача ўсади.
Пиритни меник активлашда нафақат пирит заррачалари юзасини ўсади балки унинг кристаллик структураси ўзгариб, танлаб эритишнинг тезлигини сезиларли оширади. Бошланғич концентратларни катта массасини механик активлашни қўллаш танлаб эритиш жараёнининг сарфини сезиларли оширади ва уни кам самарали қилади.
Суюқ фазага таъсир қилишда рН, оксидловчи-тикловчи потенциал, икки- ва учвалентли темир таркиби, ҳарорат, озуқа моддаларининг мавжудлиги, микроэлемент ва ингибирловчи ионларнинг таркиби ва ҳоказо параметрлар биринчи навбатда оптималлашади.
Бактериялар ўсиши учун зарур даражада кислоталиликни ушлаб туриш уларнинг фаоллигини барқарорлайди ва жараённинг кинетикасини аниқлайди. Олдинлари муҳитнинг кислоталилиги бутун жараён давомида 1,8-1,7 даражадан кам бўлмаган ҳолатда ушлаб туриш керак деб ҳисобланар эди. Аммо, охирги йилларда ўтказилган изланишлар кўрсатишича, рН кўрсаткичи фақат жараён бошида бактерияларнинг фаол ўсиши (рН 2,0-2,2) амалга ошган пайтда барқарор ушлаб турилиши керак. Кейинчалик сульфидларни оксидланиши пульпани табиий қўшимча кислоталаш сульфидли олтингугуртни сульфат-ионгача оксидлаш ҳисобига рўй беради, сульфидланинг оксидловчиси бўлган Fe (III) концентрациясининг ошиши рўй беради. Бу қисмда асосий роль сульфидларни темир оксиди иштирокида кимёвий танлаб эритишга тегишли. Шунинг учун муҳитнинг кислоталилигини ушлаб туриш талаб қилинмайди. Биомасса миқдори ва фаоллиги пасайиб кетганда ҳам сульфидларнинг оксидланиши фаол кечади ва рН кўрсаткичи 1,0-1,2 гача пасаяди. рН нинг бундай секин-аста пасайиши культурани юқори кислоталилигига потенциал фаоллигини сезиларли даражада йўқотишсиз мослашишига имкон беради.
Бактериал эритмалар фаоллигини интенсивлашнинг муҳим омилларидан бири муҳитда оксидлаш потенциалининг оптимал кўрсаткичларини сақлаш бўлиб, у пульпадаги рўй бераётган оксидланиш ва тикланиш реакциялари интенсивлигини характерлайди ва асосан Fe²⁺ ни Fe³⁺ га нисбатига боғлиқдир, уларнинг пульпадаги манбаи асосан сульфидли минераллардир. Бундан ташқари, темир оксиди нафақат сульфидли метаралларни оксидлайди, балки 9-12 г/л дан ортиқ концентрацияда микроорганизмлар фаоллигини босади.
Микроорганизмларнинг фаоллигини озуқа моддалари ҳам сезиларли лимитлайди. Тион бактериялари ўсиши ва хаёт фаолияти учун минерал тузларнинг (аммоний сульфат, калий фосфат, магний сульфат, калий хлорид, кальций нитрат) мавжудлиги хужайралар фаоллигини сезиларли интенсивлайди. Микроорганизмлар учун энг зарур элементлар магний, калий, кальций каби элементлар бўлиб, улар пульпага кам миқдорда қўшилиши керак. Масалан, магний концентрацияси 2 мг/л бўлса хужайралар учун 10 кл/мл миқдорда етарлидир. баъзида микроорганизмларни культавациясида аммоний сульфати ўрнига карбонат аммонийни берса бўлади, калий фосфориди ўрнига – аммофос ёки бошқа фосфор таркибли ўғитлар берилса бўлади.
Бактериал танлаб эритиш жараёнини интенсивлашнинг йўналишларидан бири қўлланилувчи тион микроорганизмлари биомассасини оширишдир. Бунга, биринчидан, биомасса концентрациясини ошириш, иккинчидан, ҳар бир аниқ концентрат учун танлаб эритиш шароитларига мослашувчанлик, учинчидан, культуралар туркумини қўллаш ва тўртинчидан, термофил микроорганизмларни қўллаш ҳисобига эришилади.
Оддий A.ferrooxidans культурасини қўллаганда биомасса концентрацияси 2,5 г/л гача кўтарилганда осидлаш жараёнларининг фаоллиги сезиларли ошади. Темир занги биомассаси концентрациясининг нисбатини пульпада 1:4 даражада ушлаб туриш тавсия этилади. Бактериал танлаб эритиш жараёнининг тезлигини 30% дан кўпга оширишга эса биомасса зичлигини 1-2 дан 3-6 г/л гача кўпайтирганда эришилади.
Пульпа таркибида кўп миқдорда оғир металлар ионлари бўлганда микроорганизмлар фаолиятини юқорида кўрсатилганидек адаптация йўли билан ёки конлардан адаптацияланган культурани ингибирловчи ионларни боғлаб ва эритмадан чиқариб юбориш билан ажратиб олиш ва, ниҳоят, кимёвий модификаторларни қўшиш йўли билан фаоллантириш мумкин. Шундай қилиб, бактерияларга ураннинг заҳарли таъсирини муҳитга рух, никель, магний ёки марганец, шунингдек калий, натрий, литий ва аммоний сульфатларини ва аммонийни кўшиб камайтириш мумкин.
Комплекс ҳосил қилувчилар ҳам металларнинг заҳарлигини сезиларли камайтириши мумкин. Масалан, этилендиаминтетрауксус кислотаси концентрацияси атиги 20 мм бўлганда темирни оксидлашда ингибирлаш эффектини пасайтиради. 10^-4М миқдордаги цистеин темир зангини оксидланишини нордон азотли кумуш билан ингибирлаш олдини олади. Бундай ҳаракат муҳитларда термофиллар учун дрожжа экстракти таъсирини кўрсатади. Юқори кислота хажмига эга хелатли бирикмаларни қўллашнинг истиқболи бор.
Мис, рух, никель, кобальт, уран, ванадий ва молибденни камбағал рудалардан танлаб эритиш жараёни бактериал эритмага таркибида фосфат ва тиомочевина аралашмаси бор карбамидфосфор кислотаси 0,01-25 мг/л миқдорда ҳамда аммоний фосфат қўшилганда фаоллантирилади.
Баъзида бактериал танлаб эритиш кинетикасига юзаси фаол моддалар таъсир кўрсатади, уларнинг ҳаракати фазалар орасида контактнинг яхшиланиши балин тушунтирилади, айниқса кам ғоваклиги билан ажралиб турувчи рудалар танлаб эритилганда. Энг самаралиси твиндир. Масалан, твин-20 (0,01%) берилганда халькопиритдан оддий шароитда 33 кунда 2,32 г/л мис танлаб эритилади, у бўлмаганда эса фақат 0,96 г/л. Аммо ЮФМ қўллаш кутилган натижани бермади, бу бактериялар ҳам хаёт фаолияти давомида ЮФМ ажратиб чиқариши билан боғлиқ бўлиши мумкин, масалан, липидлар ва уларга ўхшаш бирикмаларни киритиш сезиларли яхши натижалар бермади.
Бактериал танлаб эритишда электр ва магнит майдонларини қўллаш ҳам биокимёвий жараёнларни интенсивлайди. Масалан, қаршилиги 10,9кА/м бўлган магнит майдон билан темир занги эритмаси 10 мин давомида ушланганда бактериал оксидлаш тезлиги 1,6-1,7 марта ошди.
Чанли жараён технологиясида зич пульпада бактерияларни қўллашда асосий йўналишларидан бири олдин белгилаб ўтилганидек, экстремал шароитга чидамли бактерияларнинг юқори фаолликка эга штаммларини қўллашдир.
Шунинг учун микроорганизмларни адаптацияси бактериал оксидлаш жараёнларини тезлаштирувчи интенсив омиллардан бири деб қаралади. Адаптациядан ташқари A.ferrooxidans штаммларининг фаоллигини ошириш учун микроорганизмларнинг йўналтирилган селекцияси ва идуцирланган мутагенез таклиф қилинган. Юқори оксидлаш фаоллигига эга индуцирланган мутантлар учун мутагенлар сифатида ультрафиолет билан нурлаш ва турли кимёвий бирикмалар, масалан этиленимин, нитрозогуанидинни қўллаш мумкин. Аммо, уюмда танлаб эритишда мутантларни қўллаш абориген микрофлора томонидан сиқиб чиқариш натижасида ижобий натижа бермади. Микробиологик жараёнлар фаоллигини оширишнинг истиқболли йўналишларидан бири ҳар хил метаболизм типига эга аралаш культурани ва термофил культурани қўллашдир. Чанда танлаб эритиш амалиётининг кўсатишича микрофлора асосан A.ferrooxidans культураси билан тақдим қилинган. Аммо, A.thiooxidans ва Leptospirillumferrooxidans ларнинг мавжудлиги аниқланиб, улар сульфидли минераллар ва темирни оксидлашда фаол иштирок этади, бунда уларнинг миқдори сезиларли даражада бўлиши мумкин.
Сўнгги йилларда сульфидли минералларни юқори ҳароратда оксидлайдиган микроорганизмлар – термофилларга бўлган қизиқиш кўпайди, улар рудалар қизиган зоналарда ва термаларда сезиларли миқдорда учраб турибди. Бу микроорганизмлар ўзининг фаоллиги бўйича A.ferrooxidans бактерияларидан қолишмайди, балки улардан анча устун. Масалан, S. Brierley термифил бактериялари молибденнинг юқори концентрацияларига (2г/л гача) чидамли ва молибденитнинг фаол оксидлайди.
РАН микробиология институтида термоацидофил бактерияларнинг Sulfobacillus thermosulfidooxidans ва Thiobacillus Sp. культураларидан иборат синтроф ассоциацияси ажратиб олинган. бу ассоциация ўзининг оксидлаш функцияларини 50°С ҳароратда ва рН 1,0-3,0 амалга оширади. Бакирчик кони олтинмаргимушли концентратларини бактериал танлаб эритишда факультатив-термофил культура Sulfobacillus thermosulfidooxidans Subsp. Asporogenes ни 45°С ҳароратда қўллаш синалган. Пирит ва арсенопиритни бу культура билан рН 2,5-1,5, ОТП 0,77-0,78 В ва биомасса 1 г/л бўлганда оксидлаш даражаси 87 ва 96% бўлган, A.ferrooxidans культурасини қўллаганда эса бу катталиклар 72,7 ва 92,5% ташкил қилди.
Sulfobacillusihermo-sulfidooxidans бактерияларининг доимий йўлдоши Leplospirilumthermoferrooxidans автотроф термоацидофил бактериялар бўлиб, улар темир зангини 45-50 ^оС фаол оксидлайди. Бу культураларнинг туркуми сульфидли минералларни оксидлаш тезлигини 1,5-2 марта кўпайтиришга имкон беради.
Fe²⁺, S° ва сульфидли минералларни 40-80^оС ҳароратда оксидлайдиган термоацидофил архебактерияларни қўллаш имконияти, шунингдек ноорганик субстратларни 50-70°С ҳароратда оксидлашни амалга оширувчи бошқа термофил бактерияларни қўллаш кўриб чиқилмоқда.
Аммо амалиётда бактериал танлаб эритиш жараёнлари учун оддий мезофил тион микроорганизмлари туркумини қўллашнинг афзаллиги бор. Масалан, MinprokLimited (Австралия) фирмаси Майск кони олтинмаргимушли концентратларини танлаб эритишда, ўртатермофил бактериялар 45^оС ҳарорат ва рН 1,8-1,25 да темирни эритмага анча юқори тезликларда ажратиб ўтишини таъминлаган бўлса ҳам мезофил бактерияларни 35^оС ҳароратда қўллашни тавсия қилган.