Биотехнологический потенциал автохтонных хемолитотрофных микроорганизмов медно-никелевого месторождения Шануч (Западная Камчатка) в бактериально-химическом выщелачивании сульфидной кобальт-медно-никелевой руды тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.06, кандидат биологических наук Хайнасова, Татьяна Сергеевна

• Хайнасова, Татьяна Сергеевна
• кандидат биологических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Хайнасова, Татьяна Сергеевна

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Современное состояние изученности бактериально-химических процессов выщелачивания металлов

1.1. Общая характеристика ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов, принимающих участие в бактериально-химических процессах выщелачивания металлов

1.2. Бактериально-химические процессы извлечения металлов

1.2.1. Основные способы биогидрометаллургической переработки руд и использования микроорганизмов

1.2.2. Механизм микробного окисления сульфидных минералов

1.2.3. Факторы, влияющие на процесс биовыщелачивания металлов

ГЛАВА 2. Объекты и методика выполнения исследования

2.1. Объекты исследования

2.1.1. Окисленная руда

2.1.2. Сульфидная руда

2.1.3. Смешанная культура автохтонных микроорганизмов

2.2. Методы исследований

2.2.1. Методы изучения руды

2.2.2. Методы культивирования и изучения микроорганизмов

2.2.3. Методы исследования окислительных бактериально-химических процессов

2.2.4. Методы аналитической химии

ГЛАВА 3. Минерально-микробиологическое исследование окисленной руды медно-никелевого месторождения Шануч

3.1. Общая характеристика медно-никелевого месторождения Ша-

НУЧ

3.2. Минеральная характеристика окисленной руды

3.3. Микробиологическая характеристика окисленной руды

3.4. Выводы по главе

ГЛАВА 4. Исследование окислительной активности адаптированной к минеральному субстрату автохтонной ассоциации микроорганизмов из окисленной руды

4.1. Изучение железоокисляющей активности в процессе биологического окисления ионов закисного железа

4.2. Изучение сероокисляющей активности в процессе бактериально-химического окисления элементной серы

4.3. Изучение сульфидоокисляющей активности в процессе бактериально-химического окисления сульфидной кобальт-медно-никелевой руды

4.4. Выводы по главе

ГЛАВА 5. Исследование динамики бактериально-химического выщелачивания никеля, меди и кобальта из сульфидной кобальт-медно-никелевой руды

5.1. Оценка роли ионов водорода, трехвалентного железа и микроорганизмов в выщелачивании

5.2. Изучение динамики извлечения металлов в процессе выщелачивания

5.3. Предварительные экономические показатели бактериально-химического выщелачивания сульфидной кобальт-медно-никелевой РУДЫ

5.4. Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ОБВ - мезофильная ассоциация автохтонных хемолитотрофных микроорганизмов из окисленной руды, адаптированная к минеральному субстрату,

2+

БХВ без Бе - бактериально-химическое выщелачивание (биотический процесс) без добавления соли Ре804-7Н20,

БХВ с Бе - бактериально-химическое выщелачивание (биотический процесс) с добавлением соли Ре804-7Н20,

ХВ без Ре2+ - химическое выщелачивание (контрольный абиотический процесс) без добавления соли Ре804-7Н20,

ХВ с Ре2+ - химическое выщелачивание (контрольный абиотический процесс) с добавлением соли Ре804-7Н20.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Биотехнологический потенциал автохтонных хемолитотрофных микроорганизмов медно-никелевого месторождения Шануч (Западная Камчатка) в бактериально-химическом выщелачивании сульфидной кобальт-медно-никелевой руды»

ВВЕДЕНИЕ

С идентификацией и характеристикой железо- и сероокисляющих микроорганизмов еще в 1940-х годах открылись новые возможности в металлургической промышленности (Devasia, Natarajan, 2004). Применение ацидофильных хемолитотрофных железо- и сероокисляющих микроорганизмов в переработке минерального сырья (рудных концентратов, бедных, забалансовых руд, отвальных «хвостов», шламов и отходов металлургических производств) обеспечило успешное развитие биогидрометаллургии. В мировой практике примерами широкой эксплуатации хемолитотрофных ацидофилов являются методы биовыщелачивания и биоокисления меди, железа, цинка, урана и других металлов, десульфуризация угля и нефти, третичное восстановление нефти и биосорбция ионов металлов (Acevedo, 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 специфичных групп микроорганизмов, включающих представителей родов Acidithiobacillus, Lep-tospirillum, Ferroplasma, Sulfobacillus, Sulfolobus, Acidianus и других или их ассоциаций (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. Развитие биогидрометаллургии обусловлено, главным образом, переходом на ресурсосберегающие и экономически выгодные технологии в связи с истощением богатых руд и потребностью в переработке минерального сырья с низким содержанием ценных компонентов. Значительное внимание уделяется технологиям извлечения ценных металлов из тонковкрапленных сложных по составу полиметаллических руд. По сравнению с традиционными методами (пирометаллургия, автоклавное выщелачивание) биогидрометаллургия имеет ряд преимуществ, которые, на-

ряду с экономичностью, считаются весьма экологически чистыми, отличаются простотой в организации и способны к самоподдержанию (Волова, 1999; •Гошоп, 2008).

По данным Л.В. Игревской (2006, 2009) в 50 странах выявлено более 300 никелевых месторождений. На начало 1998 года подтвержденные запасы никеля составили около 50 млн. т. Запасами более 1 млн. т никеля обладало десять стран: Канада (7,4 млн. т), Россия (6,6 млн. т), Куба (5,5 млн. т), Новая Каледония (5,2 млн. т), Австралия (3,7 млн. т), Китай (3,7 млн. т), Индонезия (3,2 млн. т), ЮАР (2,5 млн. т), Филиппины (1,1 млн. т) и Албания (1 млн. т). В Канаде, России, Китае и ЮАР от 90 до 100 % никеля сосредоточено в сульфидных рудах. Несмотря на возросшее внимание к силикатным никелевым рудам, сульфидные руды являются все же более важным объектом для интенсивной и комплексной переработки никельсодержащего сырья, поскольку, помимо никеля, содержат в совокупности не менее ценные сопутствующие компоненты, такие как кобальт, медь, золото, металлы платиновой группы.

В России главные никеленосные руды сосредоточены в Норильской группе месторождений (содержание никеля в них составляет 2-3%) и на Кольском полуострове (Резник и др., 2003). Камчатская никеленосная провинция включает три рудных района: Шанучский (Шанучское рудное поле), Дукукский (в т.ч. Квинум-Кувалорогская зона) и Колпаковский (Трухин и др., 2008). Месторождение Шануч (Западная Камчатка), входящее в первый район, обладает богатыми сульфидными медно-никелевыми рудами (содержащими в среднем 5 % никеля, менее 1 % меди и кобальта), являющимися ценным объектом для переработки. Однако существует сложность в переделе такой полиметалической руды, обусловленная тесным взаимным срастанием никельсодержащих минералов и наличием высокого содержания пирротина. В условиях приближенности месторождения к особо охраняемым территориям чановое биовыщелачивание служит приемлемым и рациональным путем извлечения целевых компонентов из подобного сырья.

Основные исследования в области бактериально-химических технологий связаны, как правило, с изучением процессов извлечения меди и золота (Lizama, 2001; Zilouei et al., 2003; Devasia, Natarajan, 2004). Работы по биовыщелачиванию никеля и кобальта в современной литературе встречаются мало (Nakazawa, Sato, 1995; Salo-Zieman et al., 2006; Zhen et al., 2008). Исследования ограничиваются частными изысканиями выщелачивающей способности монокультур хемолитотрофных микроорганизмов (например, A. fer-rooxidans) (Cwalina et al., 2000; Nowaczyk, Domka, 2000; Lombardi, Garcia, 2002), реже их ассоциаций в отношении отдельных сульфидных минералов (Bhatti et al., 1993; Lorenzo et al., 1997; Peterson, Dixon, 2002), в том числе и никельсодержащих.

В области исследования чанового биовыщелачивания основной задачей является поиск способов интенсификации технологического процесса. Качественный состав микроорганизмов и их биологическая активность обуславливают эффективность биовыщелачивания руд (Каравайко и др., 2006). При использовании привнесенного микробного компонента в ходе процесса выщелачивания начинают преобладать именно выделившиеся аборигенные штаммы бактерий, поэтому инжиниринг биовыщелачивающих микроорганизмов не имеет приоритета (Battaglia-Brunet et al., 1998; Watling, 2006). Генетически закрепленная способность автохтонной микрофлоры к растворению конкретного рудного субстрата обеспечивает ей высокую конкуренцию в сложившемся в процессе биовыщелачивания биоценозе.

Поскольку в биоценозах природных и техногенных биовыщелачивающих систем выражена штаммовая гетерогенность, обусловленная параметрами рудного субстрата (минеральный состав, температура и др.) (Каравайко, Кондратьева, 2006), то подбору микробного компонента для биотехнологии уделяется большое внимание. Применение адаптированных к совокупности параметров активных комплексов автохтонных микробных ассоциаций, выделенных непосредственно из месторождения, руда которого планируется для использования в биопереработке, является одним из актуальных аспектов

в ках

решении задачи интенсификации процесса (Адамов, Панин, 2003). В рам-активной политики Камчатского края по развитию минерально-сырьевой базы определение принципиальной возможности применения и биотехнологического потенциала автохтонных микроорганизмов актуально для внедрения микробных технологий извлечения ценных металлов в горнорудную промышленность региона.

На этом основании была определена цель работы: оценка биотехнологического потенциала автохтонных хемолитотрофных микроорганизмов из окисленной руды в бактериально-химическом выщелачивании сульфидной кобальт-медно-никелевой руды в мезофильных условиях.

В соответствии с поставленной целью определены основные задачи исследования:

- изучить минеральный состав окисленной руды медно-никелевого месторождения Шануч;

- выделить потенциально важные для биовыщелачивания автохтонные ассоциации мезофильных хемолитотрофных железо- и сероокисляющих 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 (АасЩЫоЪасШт /еггоохгс1ат, А. ¡МоохиНаю, 8и1-/оЪасШш врр.), перспективные для технологии биовыщелачивания.

Установлена окислительная активность адаптированной к минеральному субстрату автохтонной ассоциации хемолитотрофных микроорганизмов, выделенной из окисленной руды месторождения Шануч и включающей бактерии A. ferrooxidans и 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 А. 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 внедрения ЗАО Научно-производственной компании «Геотехнология» от 09.04.2012 г.

Достоверность полученных результатов подтверждается большим объемом экспериментальных данных (301 проба, 1405 определений) при использовании аттестованных и опробированных аналитических методик. Воспроизводимость результатов обеспечивали проведением процессов в трех повторах. Статистическую обработку производили с помощью программного обеспечения Microsoft Office Excel 2007, рассчитывая доверительные интервалы для средних значений.

Личный вклад автора состоит:

- в анализе материалов, касающихся процессов биовыщелачивания;

- в постановке цели и задач исследования;

- в планировании, проведении экспериментальной работы;

- в систематизации, обработке и анализе экспериментальных данных, касающихся динамики основных окислительных процессов и определения роли автохтонной микрофлоры в них.

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на VI и VII Международной молодежной школе-конференции «Актуальные аспекты современной микробиологии» (Москва, 2010, 2011), Международной научно-практической конференции «Биотехнология: экология крупных городов» (Москва, 2010), I Международной научно-практической конференции «Высокие технологии фундаментальные и прикладные исследования в физиологии и медицине» (Санкт-Петербург, 2010), XI Международной научной конференции «Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей» (Петропавловск-Камчатский, 2010), 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 них 47 на русском языке, и приложение. Работа содержит 50 рисунков и 23 таблицы.

Автор искренне выражает глубокую благодарность научному руководителю д.г.-м.н. Ю.П.Трухину. Считает долгом выразить признательность

д.б.н. Т.И. Кузякиной, а также к.г.-м.н. A.A. Алискерову за помощь в проведении минералогического исследования, коллективу химико-технологической лаборатории в лице к.т.н. Т.П. Беловой., н.с. Т.И. Корниловой, вед. инженера Т.И. Ратчиной, н.с. Л.Д. Зерновой, н.с. O.A. Яковишиной за помощь в осуществлении химических анализов. К.г.-м.н. В.Е. Кунгуровой, к.б.н. C.B. Мурадову, к.б.н. И.А. Кофиади, м.н.с. О.О. Левенец и м.н.с. A.A. Балыкову за участие в обсуждении основных результатов исследования и публикационной деятельности. Особую благодарность выражает д.т.н. Р.И. Пашкевичу за непосредственное решение организационных вопросов и научно-методические консультации на протяжении всей работы, н.с.

Т.И. Корниловой за неоценимую помощь при проведении аналитических исследований.

ГЛАВА 1. Современное состояние изученности бактериально-химического выщелачивания металлов

1.1. Общая характеристика ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов, принимающих участие в бактериально-химических процессах выщелачивания металлов

Железо- и сероокисляющих микроорганизмы играют преобладающую роль в растворении, транспорте и отложении минералов в окружающей среде. Микробная деятельность оказывает значительное влияние на баланс растворимой и нерастворимой фаз металлов в природных и техногенных местообитаниях (Sayer, Gadd 1997; Gadd, 2004). Детальное изучение этих процессов позволяет точно оценить вклад микроорганизмов в растворение металлов и способствует развитию новых микробных технологий в комплексном освоении минерального сырья (Каравайко и др., 1972; Каравайко и др., 1989, Mirajkar et al., 1997; Podar et al., 2006 и др.).

Различаясь по таксономическим признакам, большинство важных микробов, вовлекаемых в процессы минерального выщелачивания, характеризуются общими физиологическими особенностями. В процессах деструкции минерального компонента принимают участие хемолитотрофные микроорганизмы, использующие в качестве источников энергии двухвалентное железо и восстановленные соединения серы. Акцептором электронов в таких реакциях обычно выступает кислород, в анаэробных условиях - трехвалентное железо. Хемолитотрофная микрофлора представлена, как автотро-фами, так и гетеротрофами. Поскольку побочным продуктом в реакциях окисления является серная кислота, по своей природе эти микроорганизмы - экстремальные ацидофилы, растущие в условиях с низкими значениями pH (обычно 1,4-1,6). Толерантны к широкому диапазону ионов металлов, но степень толерантности варьирует в зависимости от вида, а также в пределах одного вида (Johnson, 1998; Rawlings, 2002, 2005; Rawlings et al., 2003; Rawl-ings, Johnson, 2007; Schippers, 2007).

На основании современных данных по молекулярно-биологическим и иммунологическим методам исследования установлено, что биовьнцелачи-вающие микробные сообщества характеризуются огромным таксономическим разнообразием и обнаруживают сложные микробные взаимодействия и пищевые связи (такие как, синергизм, мутуализм, конкуренция, хищничество) (Rawlings, Jonson, 2007). Несмотря на лимитирующие физико-химические показатели кислых мест обитания (экстремально низкие значения pH и высокие концентрации тяжелых металлов до 200 г/л) подобные живые системы включает бактерии, археи, грибы, водоросли, дрожжи, флагеллят, амеб и протозоа (Castro et al., 2000; Druschel et al., 2004; Brandi, 2008).

Относительно применения микробных технологий в промышленной переработке минерального сырья температура является дифференцирующим фактором для эксплуатации различных видов микроорганизмов и их комбинаций. В зависимости от температурного оптимума микрофлоры в минеральном разложении используются различные группы микроорганизмов. Кучное и дамповое выщелачивания обычно выполняют при 20-35 °С. При биоокислении в тенках температуры поддерживают в пределах 40 °С или 50 °С. На сегодняшний день подчеркивают важность развития процессов минеральной деструкции при 75-78 °С. Так, в зависимости от поставленных задач и способа передела минерального сырья используются ассоциации мезофильных, умеренно термофильных и экстремально термофильных хемолитотрофов (Rawlings, 1994, 1998, 2001, 2002; Rawlings et al., 2003).

Наиболее детально изученными микроорганизмами и активно применяющимися в практике бактериального выщелачивания металлов являются мезофильные представители рода Acidithiobacillus, которые после рекласси-фикации прежнего рода Thiobacillus Д.П. Келли и Э.П. Вудом на сегодняшний день включают следующие виды: Acidithiobacillus ferrooxidans, A. thioox-idans, A. caldus, A. albertensis, «Acidithiobacillus curithermus» и A, ferrivorans. Это наиболее важная в геохимическом отношении высокоспециализированная группа, физиологически и биохимически хорошо изученная отечествен-

ными и зарубежными учеными (Заварзин, 1972; Каравайко, 1972, 1989; Hallberg, Lindstrom, 1994; Das et al., 1999; Dopson, Lindstrom, 1999; Kelly, Wood, 2000; Mesa et al, 2000; Blake II, 2001; Liu et al., 2003; Johnson, 2003; Valdes, 2008; Hallberg et al., 2009 и др.). Acidithiobacillus spp. - облигатно ацидофильные (pH < 4,0) грамотрицательные подвижные палочки, имеющий один или несколько жгутиков. Углекислый газ фиксируют посредством цикла Бенсона-Кальвина. Для поддержания автотрофного роста ассимилирует восстановленные соединения серы. Некоторые представители окисляют железо (II), природные или синтетические сульфиды. Оптимальная температура составляет 30 °С - для мезофильных микроорганизмов и 45 °С - для умеренных термофилов. Содержание Г+Ц составляет 52-64 мол%. A. ferrooxidans и А. thiooxidans уже долгое время с успехом активно применяются в практике бактериального выщелачивания металлов из сульфидных руд, и они считаются наиболее эффективными в этом процессе среди мезофильных микроорганизмов (Bosecker, 1997; Norris et al., 2000; Sand et al., 2001 и др.).

A. caldus рассматривается как не менее важный участник в окислительных процессах, который часто встречается в консорциях с другими железо- и сульфидокисляющими микроорганизмами в биовыщелачивающих установках в качестве дополнительного окислителя серы. При некоторых условиях А. caldus может доминировать. При участии чистой культуры А. caldus в отсутствии железа увеличивается растворение сульфида цинка (Semenza et al., 2002). В этом случае механизм биовыщелачивания схож с механизмом мезофильных микроорганизмов при 30 °С, однако конечное извлечение металла несколько ниже. При добавлении железа растворение цинка и меди увеличивается. А. caldus не способствует растворению сульфида никеля ни в присутствии, ни в отсутствии железа.

К хорошо изученным и часто обнаруживаемым в биовыщелачивающих процессах представителям мезофильной и умеренно термофильной ацидофильной грамотрицательной эубактериальной и архейной микрофлоры относятся также роды Leptospirillum (Leptospirillum ferrooxidans, L. ferriphilum,

"L. ferrodiazotrophum ", L. thermoferrooxidans), Ferroplasma (Ferroplasma diphilum, F. acidarmanus, F. cupricumulans, F. thermophilum). К грамположи-тельным микроорганизмам, принимающим участие в окислении сульфидов металлов, принадлежат представители Sulfobacillus (Sulfabacillus acidophilus, S. thermosulfidooxidans, S. sibiricus, "S. ambivalens", "S. montserratensis", "S. yellowstonensis", S. thermotolerans), AlicyclobaciUus (Alicyclobacillus disulfi-dooxidans, A. tolerans, A. acidocaldarius, A. acidoterrestris, A. cycloheptanicus A. contaminans и другие) и еще неописанному роду "Caldibacillus" ("Caldibacil-lus ferrivorus"). По физиологическим характеристикам эти бактерии сильно различаются. Они способны расти литотрофно в присутствии ионов Fe2+ и/или соединений серы, а также органотрофно при наличии в среде различных органических веществ. Рост может быть автотрофным, гетеротрофным (например, с использованием экстракта дрожжей) или миксотрофным (С02 + дрожжевой экстракт). Могут формировать эндоспоры. Из сульфидных руд и термальных источников выделяются мезофильные и умеренно термофильные виды, многие из которых еще подробно не описаны (Bridge, Johnson, 1998;

Rawlings, 2002; Rawlings, Johnson, 2007; Егорова и др., 2004; Zhuravleva et al., 2007 и др.).

Большинство сульфидов металлов успешно выщелачиваются при 3545 °С с использованием культур мезофильных и умеренно термофильных микроорганизмов. Окисление и выщелачивание сульфидных руд представляет собой экзотермичекую реакцию. При этом в некоторых случаях (например, халькопирит) наблюдаются низкая кинетика процесса и маленькое извлечение ценного компонента в раствор. Решением проблемы оптимизации выщелачивания (повышение степени извлечения целевых компонентов и уменьшение денежных затрат на охлаждение) является использование экстремально термоацидофильных микроорганизмов - архей. В последние годы этот подход получил значительное внимание. Использование экстремальных термоацидофилов в коммерческих процессах ставилось под сомнение из-за чувствительности их клеточных структур к твердой фазе пуль-

пы, тем не менее, они обнаруживают стабильное присутствие в выщелачивающих растворах (Gomez et al., 1999; Jarell et al., 1999; Amend, Shock, 2001; Gericke et al., 2001; Ciaramella et al., 2002; Гусев, Минеева, 2003; Воробьева, 2007; Alqueres et al., 2007; Donati et al., 2009).

К настоящему времени подробно описаны роды Sulfolobus (Sulfolobus acidocaldarius, S. solfataricus, S. shibatae, S. metallicus, S. tengchongensis, S. ha-konensis, S. tokodaii, S. yangmingensis, S. rivotincti), Acidianus (Acidianus brier-leyi, A. infernus, A. tengchongensis и A. sulfidivorans), Desulfurolobus (Desulfu-rolobus ambivalens) и Metallosphaera (Metallosphaera sedula, M. prunae), включающие грамотрицательные микроорганизмы, которые имеют правильную и неправильную коккоидные формы клеток, ведут термоацидофильный образ жизни, способны окислять S° и в некоторых случаях сульфиды металлов. Данные роды могут отличаться друг от друга метаболическими и биохимическими свойствами. Sulfolobus spp. содержат 37 мол% Г+Ц ДНК и способны использовать сахара, аминокислоты и комплекс органических веществ в качестве источника энергии и углерода. Acidianus spp. и Desulfurolobus spp. - близкородственные роды (Г+Ц ДНК -31 мол%), имеющие факультативно аэробный метаболизм с элементной серой в качестве донора или акцептора электрона. Metallosphaera spp. характеризуются содержанием Г+Ц 45 мол% и способностью окислять сульфидные руды. Использование элементной серы и выживание в сильнокислых условиях при повышенной температуре делает данную группу микроорганизмов привлекательным объектом для применения в процессах биовыщелачивания. Более подробное описание наиболее важных групп микроорганизмов представлено в таблице 1.

Таблица 1 - Некоторые мезофильиые, умеренно и экстремально термофильные ацидофильные хемолитотрофные микроорганизмы (бактерии и археи)

Микроорганизм Морфо-тип Общая характеристика (морфология) Способ питания Источник углерода о2 Источник энергии РН (оптимум) т°с (оптимум) г+ц, мол% Место выделения Ссылки на литературные источники

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Семейство ß/y-Proteobacteria, род AcidithiobaciUus

Acidithiobacillus ferrooxidans АТСС 23270 = CIP 104768 = DSM 14882 грам«-» бактерия подвижные одиночные или в цепочках палочки, с одним полярным жгутиком, 0,4x0,8-1 мкм не строгий автотроф со2 аэроб, анаэроб Бе (II), восстан-ые соединения 8, сульфиды металлов 1,2-6,0 (2,5-2,8) 5-40 (28-35) 57-59 Горные породы, руды, рудничные воды, месторождения бурого угля и сульфидных руд, процессы биоокисления золото-мышьяковых концентратов, биовыщелачивания медно-цинковых хвостов Каравайко, 1972; Заварзин, 1972; Das et al., 1999; Robbins, 2000; Kelly, Wood, 2000; Mesa et al., 2000; отчет МИСиС и ИН-МИ, 2001; Rawlings, 2002; Yarzabal et al., 2003; Devasia, Natarajan, 2004 и др.

Acidithiobacillus thiooxidans ATCC 19377 = CIP 104597 = DSM 14887 = JCM 3867 = NCIMB 8343 грам«-» бактерия подвижные палочки, с одним полярным жгутиком, 0,5-0,8х 1,0-2,0 мкм автотроф со2 аэроб восстан-ые соединения 8, растворимые сульфиды металлов 0,5-6,0 (2,0-3,5) 5-40 (28-30) 53 Горные породы, руды, рудничные воды, процессы биовыщелачивания руд Каравайко, 1972; Заварзин, 1972; Das et al., 1999; Pogliani, Donati, 1999; Kelly, Wood, 2000; отчет МИСиС и ИН-МИ, 2001; Rawlings, 2002; Liu et al., 2003; Schippers, 2007 и др.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Acidithiobacillus caldus KU = DSM 8584 = ATCC 51756 грам«-» бактерия палочки автотроф, миксотроф со2, экстракт дрожжей, глюкоза аэроб восстан-ые соединения S 1,0-3,5 (2,0-2,5) 32-50 (45) 63,9 Горные породы, руды, рудничные воды, процессы биовыщелачивания руд Hallberg, Lindstrom, 1994; Dopson et al., 2001, 2002; Semenza et al., 2002; Groot et al., 2003; Bugaytsova, Lindstrom, 2004

Семейство Nitros piraceae, род Leptospirillum

Leptospirillum ferrooxidans LI 5 = ATCC 29047 = DSM 2705 = VKM B-1339 грам«-» бактерия маленькие изогнутые палочки с единственным жгутиком, в ходе развития наблюдаются стадии с формированием псевдококков, вибрионов и спирилл, 0,3-0,6х 1,0-3,3 мкм автотроф со2 аэроб Бе (II), сульфиды металлов 1,3-4,0 (2,5-3,0) (28-30) 51-57 Рудничные воды, процессы биовыщелачивания руд Hippe, 2000; Schippers, 2007

Leptospirillum ferriphilum P3a = ATCC 49881 = DSM 14647 грам«-» бактерия маленькие искривленные палочки или спириллы 0,3-0,6х 0,9-3,5 мкм автотроф со2 аэроб Ре (II), пиритом (1,4-1,8) (30-70) 55-58 Коммерческие тенки, биоокис-ляющие арсено-пиритные концентраты Coram, Rawlings, 2002; Schippers, 2007

"Leptospirillum ferrodiazotro-phum" ATCC BAA-1181 грам«-» бактерия вибриойдной или спиральной формы автотроф со2 аэроб Ре (II) < 1,2 <37 - Биопленки кислых вод Tyson et al., 2005

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 и 12

Leptospirillum thermoferroox-idans грам«-» бактерия вибриойдной или спиральной формы автотроф со2 аэроб Fe(II) - (45-50) - - Hippe, 2000; Robbins, 2000; Coram, Rawlings, 2002; Schippers, 2007

Семейство Ferroplasmaceae, род Ferroplasma

Ferroplasma acidiphilum YT = DSM 12658T= JCM 10970 T= Y-2 грам«-» архей неправильные кокки, изменяют форму от сферической до филам ент-ной, 0,3-3 мкм автотроф, гетеротроф, миксотроф со2, органический углерод (напр. экстракт дрожжей) аэроб, факульт-ый анаэроб Fe(II), пирит 1,3-2,2 (1,7) 20-45 (35) 36,5 Сульфидные месторождения и процессы биовы-щлачивания Golyshina et al., 2000; Pivovarova et al., 2002; Golyshina, Timmis, 2005; Ferrer et al., 2007

«Ferroplasma acidarmanus» ferl грам«-» архей плеоморфные кокки гетеротроф, миксотроф экстракт дрожжей аэроб, факульт-ый анаэроб Fe (II), пирит, Fe (III), <0-2,5 (1,2) 23-46 (42) 36,8 Иловые стоки и сульфидное месторождение пирита Айрон Ма-унтин, Калифорния, США (штамм fer 1) Edwards et al., 2000; Pennisi, 2000; Dopson et al., 2004

Ferroplasma cupricumulans (ранее "Ferroplasma cyprex-acervatwri') BH2 = DSM 11651 грам«-» архей плеоморфные кокки миксотроф органический углерод - Fe (II), S, сульфиды металлов 0,4-1,8 (1,0-1,2) 22-63 (53,6) ни Действующие халькоцитные кучи, Юго- восточная Азия, Мьянма (штамм ВН2) Hawkes et al., 2006

Ferroplasma thermophilum L1T грам«-» архей неподвижные кокки миксотроф экстракт дрожжей - Fe (II) (1,0) (45) - Из биореактора в процессе выщелачивания халькопирита Zhou et al., 2008

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 и 12

Семейство Alicyclobacillaceae, род Sulfobacillus

Sulfobacillus acidophilus NAL = ATCC 700253 = DSM 10332 грам«+» бактерия спорообра-зующие палочки, подвижность может быть ограниченной автотроф, гетеротроф, миксотроф со2, экстракт дрожжей аэроб, факульт-ый анаэроб Бе (II), 8° (~2) <30-55 (45-50) 55-57 Угольные отвалы (Англия), руда медно-никелевого месторождения Шануч (штамм 8Ь 1), Россия Norris et al., 1996; отчет МИСиС и ИН-МИ, 2001; Schippers, 2007

Sulfobacillus thermosulfidoox- idans AT-1 = DSM 9293 = VKMB-1269 грам«+» бактерия спорообра-зующие палочки, некоторые корин еформы, слабоподвижные факультативный автотроф со2, экстракт дрожжей факульт-ый анаэроб Ре (II), 8°, пирит и др. сульфидные минералы 1,9-3,0 (1,9-2,4) 28-60 (50) 48-50 Дампы, Россия Dufresne et al., 1996; Norris et al., 1996; Duda et al., 2001; Schippers, 2007

Sulfobacillus sibiricus N1, SSO грам«+» бактерия спорообра-зующие палочки автотроф, гетеротроф со2, экстракт дрожжей, глюкоза аэроб Ре (II), 8°, пирит и др. сульфидные минералы 1,1-3,5 (2,2-2,5) 17-60 (55) 48,2 Золотомышьяко-вый концентрат Нежданинского рудного отложения, Саха, Якутия, Россия Melaraud et al., 2003; Красильникова и др., 2004; Zakharchuk et al., 2003

"Sulfobacillus ambivalens" RIV-14 грам«+» бактерия спорообра-зующие палочки автотроф, гетеротроф, миксотроф со2, органический углерод аэроб Ре (II), 8°, пирит < 1-> 2 0,5) 25-37 (33) - Геотермальная область Карибского острова Мон-тсеррат Yahya, Johnson, 2002; Schippers, 2007

"Sulfobacillus montserratensis " L—15 грам«+» бактерия спорообра-зующие папочки предпочтительно автотроф, гетеротроф со2, экстракт дрожжей аэроб Бе (II), 8°, пирит 0,7-< 2 (1,6) < 30-43 (37) 52 Геотермальная область Монтсер-рат, Карибские острова Yahya, Johnson, 2002; Schippers, 2007

"Sulfobacillus yellowstonensis " YTF1 грам«+» бактерия спорообра-зующие палочки, неподвижные - С02 факульт-ый анаэроб Ре (II), 8°, пирит 1,7->3 (2,5) < 35-> 60 (55) 56 Иеллоустоунский Национальный Парк, США Schippers, 2007

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Sulfobacillus thermotolerans KrlT = VKMB-2339T = DSM 17362T грам«+» бактерия спорообра-зующие палочки, 1,5-4,5х 0,8-1,2 мкм миксотроф, автотроф-ность и ор-ганотроф-ность только в нескольких пассажах - экстракт дрожжей, фруктоза, глюкоза и др. органический углерод аэроб Fe (II), S°, тетраионат, сульфиды металлов 1,2-2,4 (2,0) 20-60 (40) 48,2 Пульпа с золотосодержащим сульфидным концентратом при 40°С из перерабатывающей золото установки, Сибирь, Россия Karavaiko et al., 2005; Bogdanova et al., 2006, Цаплина и др., 2008

Семейство АИсус1оЬасШасеае, род АИсус1оЬасШи$

Alicyclobaeillus disulfidooxidans SD-11T= ATCC 51911T= DSM 12064T грам«+» бактерия спорообра-зующие палочки, неподвижные, 0,9-3,6 х 0,3-0,5 мкм автотроф, гетеротроф С02, экстракт дрожжей, глюкоза, глутамат, окисленный глю-татион или ди-тио(бис)бе нзотиазол аэроб Ре (II), Б0, 82Оз2", пирит 0,5-6,0 (1,5-2,5) 4-40 (35) 53 Обогащенные осадки сточных вод Dufresne et al., 1996; Karavaiko et al., 2005

Alicyclobacillus tolerans K1T = VKM B-2304T = DSM 16297T грам«+» бактерия спорообра-зующие палочки, сильно или слегка искривлены, 3-бх 0,9-1,0 мкм органотроф, миксотроф экстракт дрожжей, маннитол, манноза, глюкоза, О- фруктоза и др. аэроб Ре (II), Б0, сульфидные минералы 1,5-5,0 (2,5-2,7) <20-50 (37-42) 48,7±0, 6 Руды свинцово-цинкового месторождения Курга-шинкан, Узбекистан Karavaiko et al., 2005

"Caldibacillus ferrivorus" грам«+» бактерия - автотроф, миксотроф со2, органический углерод факульт-ый анаэроб Ре (И), 8°, пирит (1,8) < 35-> 55 (45) 51 Рудные отвалы, США Schippers, 2007

Семейство 8и1/о1оЬасеае, род 8и1(о1оЪт

Sulfolobus acidocaldarius грам«-» архей сферические неправильные факультативный со2, аэроб S0 0,9-5,8 (2-3) 55-80 (70-75) 37 Горячие источники Иеллоустоун- Brock et al., 1972; Skerman et al., 1980;

1 2 3 4 5 6

АТСС 33909 = DSM 639 = IFO (сейчас NBRC) 15157 = JCM 8929 кокки автотроф, факультативный ге-теротроф, необходимо присутствие м§2+ органический углерод

Sulfolobus solfataricus ATCC 35091 = DSM 1616 = IFO (сейчас NBRC) 15331 = JCM 8930 грам«-» архей неправильные кокки факультативный автотроф, факультативный ге-теротроф, необходимо присутствие м§2+ со2, органический углерод аэроб

Sulfolobus shibatae B12 = ATCC 51178 = DSM 5389 = IFO (сейчас NBRC) 15437 = JCM 8931 грам«-» архей коккоидной формы, малоподвижные автотроф, гетеротроф со2, органический углерод аэроб

Sulfolobus metallicus Kra 23 = DSM 6482 = IFO (сейчас NBRC) 15436 = JCM 9184 грам«-» архей коккоидной формы автотроф, факультативный гетеротроф органический углерод аэроб

Sulfolobus tengchongensis RT8-4 грам«-» архей неправильные кокки с пере-трихиальными жгутиками гетеротроф органический углерод аэроб

7 8 9 10 и 12

ского Национального Парка, США Нап, 1998; Впег1еу, 1999

Бе (И), 8° 3,5-5,5 (4,5) 50-87 (87) 35 Горячие кислые вулканические источники Пис-циарелли Сольфа-тара, Италия а аЦ 1980; Нап, 1998

3 (81) 35 Кислые геотермальные источники, Япония Grogan й а1., 1990; Нап, 1998

8°, сульфиды металлов 1-4,5 50-75 38 Сольфатары, Исландия НиЬег, 81ейег, 1991

8° 3,5 85 34,4 Кислый источник Тенгчонг, провинция Юннань, Китай Х1ап« еЬ а!., 2003

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Sulfolobus hakonensis HOl-1 = ATCC 51241 = DSM 7519 = IAM 14250 = JCM 8857 грам«-» архей клетки разделены на лопасти факультативный автотроф органический углерод аэроб S0, восстан-ые соединения S 1,0-4,0 3,0 50-80 (70) 38,4 Геотермальный горячий источник, Накопе, Япония Takayanagi et al., 1996

Семейство Би1{о1оЬасеае, род АаШапия

Acidianus brierleyi DSM 1651 = IFO (сейчас NBRC) 15269 = JCM 8954 грам«-» архей одиночные неправильные кокки, 1-1,5 мкм автотроф, факультативный ге-теротроф С02, экстракт дрожжей, органический углерод аэроб 8°, Ре (II), Н2, серы минералов 1,0-6,0 (1,5-2,0) 45-95 (70-75) 31 Кислые сольфа-тарные источники Segerer et al., 1986; Donati et al., 2009

Acidianus infemus So4a = DSM 3191 = IFO (сейчас NBRC) 15270 = JCM 8955 грам«-» архей одиночные неправильные кокки автотроф С02 аэроб, факульт-ый анаэроб 1,0-5,5 (1,5-2,0) 65-96 (88-90) 31 Горячие воды; грязи и морские осадки геотермальных источников, Италия, Исландия и США Segerer et al., 1986

Acidianus tengcliongensis S5T= AS 1.3347 грам«-» архей неправильные кокки автотроф С02 аэроб, анаэроб Б0, $2Оъ~ , 1,0-5,5 (2,5) 50-80 (70) 38 Термальный источник Тенгчонг, провинция Юн-нань, Китай He et al., 2004

Acidianus sulfidivorans JP7T = DSM 18786T = JCM 13667T грам«-» архей неправильные кокки, неподвижные факультативный автотроф, гетеротроф С02, экстракт дрожжей, мясной экстракт аэроб, анаэроб Ре (И), Б0, сульфиды металлов, НА Ре (III) 0,35-3,0 (0,8-1,4) 45-83 (74) 31,1 Сольфатары, Папуа Новая Гвинея Plumb et al., 2007

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 П 12

Семейство $и1(о1оЪасеае, род Оеш1А1го1оЬи$

Вет1/иго1оЬи$ атЬпнйеж Ьм 10 = С1Р 104912 = Б8М 3772 = ГСМ 9191 грам«-» архей неправильные кокки автотроф со2 факульт-ый аэроб, анаэроб Б0 1-3,5 (2,5) <87 (80) 32 Горячие источники Писциарелли, Италия К1еЫп, 1989, 1992; Нап, 1998; Не е1 а1., 2004

Семейство Би1/о1оЬасеае, род Ме1а1Шркаега

Ме1а11озр11аега .чее{и1а ББМ 5348 грам«-» архей неправильные кокки автотроф, гетеротроф С02, экстракт дрожжей аэроб Ре (И), 5°, Н2, Н2Б, сульфиды 1,0-4,5 (2) 50-79 (74) 45 Сольфатарные поля, Италия Нап, 1998; Аиегшк е! а1., 2008

С02, экс-

Ме(а11озр1шега ргипае Коп 12/11 = Б8М 10039 грам«-» архей неправильные кокки со жгутиком и фибриллярной поверхностью автотроф, гетеротроф тракт дрожжей и др. органический углерод аэроб - 1,0-4,5 55-80 (75) 46 Тлеющие кучи шлака уранового месторождения, Тюринг, Германия Нап, 1998

ни - неизвестно

1.2. Бактериально-химические процессы извлечения металлов

Общепринятым термином, характеризующим использование микроорганизмов в горной промышленности, является термин «биомайнинг». Био-майнинг включает в себя два микробных процесса, которые успешно применяются в металлургии для извлечения ценных металлов: биовыщелачивание и биоокисление (Асеуеёо, 2000; Ыо1тегс1ег ^ а1., 2003). Процесс биовыщелачивания сводится к переводу нерастворимых соединений ценных металлов (обычно сульфидов металлов, например Си8, N18, ZnS) в растворимые в воде формы (обычно сульфаты металлов, например, Си804, №804, Хп$>04). Поскольку этот процесс является окислительным, его можно назвать биоокислением. Однако термин «биоокисление» используется при указании иного процесса, в котором происходит восстановление металлов посредством микробного разложения минералов, но металлы, будучи в окисленной форме, в раствор не переходят. Примером данного процесса служит биоокисление арсе-нопиритных руд, где золото остается в минерале и впоследствии извлекается на этапе цианирования. Несмотря на то, что мышьяк, железо и сера биовы-щелачиваются из минералов, в процессе восстановления золота термин «биовыщелачивание» не уместен (КдшНг^, 2002).

1.2.1. Основные способы биогидрометаллургической переработки руд и общая стратегия использования микроорганизмов

Стратегия извлечения ценных компонентов из руд, традиционно основывающаяся на двух принципах (орошения и агитации), развилась от относительно недорогого дампового и кучного выщелачивания до полностью контролируемого выщелачивания в реакторных установках (выщелачивание в чанах (тенках)).

Дамповое выщелачивание является самым старым способом переработки минерального сырья. Размеры дамп сильно варьируют и могут содержать несколько сотен тысяч тонн руды. Вершина дампы постоянно оро-

шается или на определенное время затапливается. В зависимости от типа руды выщелачивающим раствором может быть обычная вода, подкисленная вода или кислый раствор сульфата железа (II) из других процессов выщелачивания со схожими свойствами. Перед рециркуляцией используемый раствор проходит через регенерацию Fe3+ бактериями (Bosecker, 1997). Характер конструирования дамп неодинаков. В некоторых случаях предусматривается принудительная аэрация, орошение и термическая изоляция дамп для повышения эффективности извлечения металлов (Rawlings, Johnson, 2007).

Кучное выщелачивание: используется, главным образом, для переработки мелкоизмельченной руды, которая не подвергается флотации. Дробленая руда складывается слоями в кучи на специально отведенных площадках (Каравайко и др., 1989). Выщелачивание проводится в больших резервуарах, содержащих до 12 ООО т руды. Процедура схожа с дамповым выщелачиванием (Bosecker, 1997). Традиционно дамповое и кучное выщелачивание обычно используется для переработки низкосортных руд или руд, не пригодных для

реализации в дорогих реакторных установках в процессах извлечения меди и золота (Johnson, 2008).

Подземное выщелачивание (в месте залегания руды, in situ) обычно проводится в заброшенных рудниках. Представляет собой совокупность специальных операций для извлечения ценных металлов из рядовых руд подземных выработок растворами, содержащими микроорганизмы. Выщелачивающие растворы закачиваются в рудное тело и просачиваются сквозь него. После того, как металлы переходят в раствор, последний собирается и откачивается насосом в установку, где уже осуществляется извлечение металлов (Каравайко и др., 1989). Процедура требует значительной проницаемости рудного тела, но при этом любая утечка выщелачивающего раствора предотвращается. Подземное выщелачивание используется для извлечения урана и меди в процессе переработки отработанных отвальных руд.

Перемешиваюите тенковые реакторы (чановое вышелачива-ние) состоят из серии аэрируемых проточных тенков, которые в основном

используются в непрерывном процессе для насыщения растворов восстановленными металлами из рудных концентратов. Данный способ используют с 1980-х годов для переработки богатых руд. Особенностью подобного способа извлечения металлов является гомогенность процесса в каждом отдельном тенке. Этот способ извлечения металлов более дорогой в конструировании и действии, но имеющий ряд преимуществ. В технологической схеме подобной переработки сырья тщательно контролируются и моделируются важные параметры процесса (температура, уровень кислотности раствора, степень аэрации). Процесс действует в постоянно проточном режиме. Достоинство проточного режима заключается в обеспечении постоянной селекции тех микроорганизмов, которые способны расти более эффективно в тенках. В таких условиях происходит доминирование микробной популяции, которая наиболее эффективна в деградации минералов или создает условия, при которых минерал быстро разрушается. Одним из преимуществ использования тенков является отсутствие стерильности процесса. В созданных условиях попадающие из минерального сырья штаммы микроорганизмов подвергаются постоянному дополнительному селекционному отбору (Rawlings, Johnson, 2007; Johnson, 2008).

Биовыщелачивание может стать в перспективе самой распространенной технологией извлечения металлов из руд и заменить такие способы переработки минерального сырья, как обжиг, автоклавное выщелачивание, металлургическая плавка, которые оказывают пагубное воздействие (в виде ядовитых газов и токсичных соединений) на окружающую среду. В настоящее время ограниченное количество фирм занимается внедрением этого способа, хотя существуют многочисленные исследования различной степени сложности по процессам бактериально-химического выщелачивания.

За последние 25 лет проект Mintek оказывает влияние на развитие био-геотехнологии. Первые исследования проводились в 1980-х гг. Основной акцент исследования делали на изучении кучного выщелачивания основных металлов из руд, при этом приоритет отдавали никельсодержащим сульфид-

ным рудам. С 1986 года получили развитие исследования в области агитационного выщелачивания упорных золотосодержащих концентратов. Первая установка фирмы Gencor с применением технология ВЮХ® заработала на месторождении Fairview (Южная Африка) для переработки упорных золотосодержащих сульфидных руд. Позднее American Corporation (ААС) (Южная Африка) совместно с Mintec поспособствовала развитию технологии биовыщелачивания. Были построены две установки (Research to promote more use of downstream resources, URL: http:// www. miningweek-

ly.com/adcentre/mw2/adclick.php?bannerid=130&zoneid=615&source=&dest=http

%3A%2F%2Fwww.nomadiqsheIters.com%2F (дата обращения: 6.02.2012); An African first in technology development and commercialization, URL: http://www.atdforum.org/spip.php7article33 (дата обращения: 6.02.2012)). Технологии ВЮХ® применяются сейчас для извлечения никеля и кобальта. Для разрушения сульфидной минеральной матрицы в перерабатываемой руде используют смешанные культуры бактерий: A. ferrooxidans, A. thiooxidans and L. ferrooxidans. Технология подразумевает непрерывную подачу флотационного концентрата в модуль агитационных реакторов. Низкий уровень pH, а также высокая температура (40-45°С) пульпы улучшают эффективность процесса, при этом очень важно поддерживать эти параметры в пределах узкого диапазона значений для того, чтобы сохранить правильный баланс бактерий и соответственно для достижения оптимальной степени окисления. Поскольку процесс окисления - экзотермическая реакция, обеспечивается охлаждение резурвуаров за счет циркуляции воды охлаждения и отвода избыточного тепла с применением градирни.

Технология Bionic применяется при извлечении никеля из сульфидных руд или концентратов с помощью микроорганизмов. Процессы проводятся в традиционной системе агитационных реакторов, которая перерабатывает флотационные концентраты. Микроорганизмы присутствуют в пульпе, при этом для поддержания микробного роста обеспечиваются особые условия (добавление питательных веществ, углекислого газа, необходимый уровень

в

кислорода, рН, температура, скорость перемешивания, при необходимости добавляют железосодержащие сульфиды). Данную технологию применяют в Южной Африке и в Австралии.

Биовыщелачивание рассматривают как одну из новейших разработок области получения меди. Например, в Австралии этой проблемой занимается компания BioHeap Ltd., которая запатентовала свою технологию BioHeap. ВюНеар Ltd. вывела высокоспециализированные штаммы бактерий, которые дают возможность выщелачивать напрямую из сульфидных руд. Путем комбинации штаммов этих бактерий достигается получение меди с низкими капитальными и операционными затратами. Компания запатентовала метод для адаптации бактерий под конкретные руды. Бактерии применяются даже при выщелачивании халькопиритных руд, которые с трудом поддаются классическому выщелачиванию. BioHeap применяют для выщелачивания сульфидных РУД и концентратов в соленой и гиперсоленой воде. Технология бактериального выщелачивания успешно используется такими компаниями, как Erdenet Mining Corporation (Монголия), Australasian Resources Limited (Австралия), a также в Китае компаниями Western Mining Stockholding Company и Baiyin Non Ferrous Metals (Красный металл Зеленого континента, URL: http://www.urm.ru/ru/75-journal77-article697 (дата обращения: 6.02.2012)).

Billiton Process Research выполняют интенсивные исследования по развитию новых технологий биовыщелачивания для извлечения меди и никеля из сульфидных концентратов. Исследования выполняются на лабораторном пилотном уровнях. В работе используют культуры адаптированных мезо-фильных бактерий при 40-45 °С (L. ferrooxidans, A. thiooxidans, A. caldus\ умеренно термофильные культуры при 50-55 °С (Acidimicrobium, Sulfobacil-lus, A. caldus) и термофильные культуры при 65-85 °С (^//о/ойш-подобные, Sulfolobus metalicus).

Geocoat process применяют кучное биовыщелачивание халькопиритных руд. Суть технологии сводится к складыванию концентратов кучным способом на подходящем субстрате, обычно пустой породе. Складированные кучи

и

орошаются кислым раствором с железом и питательными солями при низком атмосферном давлении воздуха в основании кучи. В технологии применяются умеренно и экстремально термофильные бактерии. В зависимости от требуемой температуры процесса куча инокулируется сульфидокисляющими умеренно термофильными бактериями: Acidithiobacillus caldus (DSMZ strain 8584), Sulfobacillus thermosulfidooxidans (DSMZ strain 9293 and 11920) и экстремально термофильными микроорганизмами: Acidianus brierleyi (DSMZ strains 1651 and 6334), Acidianus infernus, (DSMZ strain 3191), Métallosphaera sedula (АТСС strain 33909), Sulfolobus acidocaldarius (ATCC strain 49426), Sul-folobus shibatae (DSMZ strain 5389) и Sulfolobus metallicus (DSMZ strain 6482). Питательные вещества добавляются в кучу с рециркулирующим раствором. С ходом процесса сульфиды из концентрата окисляются и медь, железо, мышьяк и сульфаты, растворяясь, попадают в рециркулирующий раствор. Затем отдельные порции раствора отправляются на очистку от металлов. Удаление циркулирующих воздуха и тепла осуществляется через систему перфорированных труб у основания кучи. Остатки концентрата нейтрализуются и затем подвергаются традиционным восстановительным методам обработки. Процесс является замкнутым, при условии наличия низкосортной сульфидной руды в цикл добавляется новая порция медьсодержащей руды (Harvey et al., 2002).

BacTech Mining Corporation не так давно образовала две новые компании: REBgold Corporation и BacTech Environmental Corporation. Обе компании используют технологию биовыщелачивания ВАСОХ. REBgold Corporation проводят чановое биоокисление в промышленном масштабе. REBgold -это единственная компания в мире, которая имеет коммерчески проверенную технологию биовыщелачивания золота и разделения недрагоценных металлов. Выщелачивание производится в агитируемых чанах при рН 1,0-2,0 и температуре 40-50 °С с подачей атмосферного воздуха и обеспечением охлаждения. Его продолжительность составляет 4-6 суток, при этом извлечение золота в непрерывных процессах достигает 90-95 %. Попутно используется в

извлечении меди, никеля, кобальта, цинка. При использовании технологии для биовыщелачивания меди из халькопирита проводятся процессы при температурах до 50 °С. Извлечение меди за 6 суток достигает 96,4 % при измельчении руды до 10 мкм. Потери меди в твердом остатке менее 1 %. Канадская компания BacTech Environmental Corporation, созданная в декабре 2010 и являющаяся дочерней компании BacTech Mining Corporation, планирует применять запатентованную технологию биовыщелачивания ВАСОХ -технологию переработки токсичных содержащих мышьяк хвостов.

Работ по биовыщелачиванию никеля, кобальта и меди мало. Экспериментальные исследования проводятся на различных уровнях и при различных условиях. Известно, что при выщелачивании сульфидной руды, включающей пентландит и нестехиометрический пирротин, в колбах на качалках при использовании чистой культуры A. ferrooxidans при плотности пульпы 15 % твердого степень извлечения Ni за 80 дней достигает 40-50 % и Со - 7884 % (Cwalina et al, 2000). В работе Santosa et al. (2006) показано, что при биовыщелачивании сульфидной руды, включающей пирротин, пентландит и халькопирит, в колбах в мезофильных условиях степень извлечения Ni может достигать до 70 % за 16 суток. В колонных реакторах при различных температурах извлечение из содержащей аналогичные сульфидные минералы руды, включая пирит, может достигать от 66 до 96 % Ni, от 86 до 106 % Си и от 84 до 109 % Со за 400 дней. При этом процессы интенсивнее протекают при низкой температуре (4 °С) (Ahonen, Tuovenin, 1992). Биовыщелачивание низкосортной руды (содержание пирротина, пентландита, халькопирита в которой соответственно составляют 3 %, 1,5 %, 0,7%) в колонных реакторах в течение 245 дней после предварительного выщелачивания позволяет извлекать до 81,6 % Ni, 78,5 % Со, 20,3 % Си (Zhen et al, 2008).

Биовыщелачивание Со-содержащих минеральных проб после флотации в биореакторных условиях при использовании A. ferrooxidans за 10-16,6 суток может достигать при измельчении -0,310 мкм до 73-80 % Си, 79-90 % Со, при +0,310 мкм - 50-67,79 % Си, 23-63,85 % Со (Urgya et al, 2004). Извлече-

ние Си из бедной руды в мезофильных (30 °С с A. ferrooxidans) и термофильных (65 °С с £ acidocaldarius) условиях за 12 суток может достигать в присутствии мезофильных бактерий 32,43 %, в присутствии термофильных бактерий - 97 %. При использовании микроорганизмов степень извлечения выше, чем при применении раствора сернокислого железа и сернокислого раствора. Выход металла в этих условиях не превышает 26 % и 20,92 % соответственно (Заулочный, Седельникова, 2009).

В применении микробного материала существует два различных подхода («top down» и «bottom ир») \

> Первый включает применение эффективного стабильного сообщества, состоящего из ограниченного количества ацидофильных микрппр. ганизмов. Микроорганизмы выделяются как из природных местообитаний, так и из биоокисляющих установок, перерабатывающих аналогичное минеральное сырье при тех же условиях (Т°С, pH). Первичный скрининг микроорганизмов осуществляется в колбах или лабораторных реакторах. Устойчивыми сообществами, пригодными к промышленному процессу, считают микробные консорции, стабильно работающие на различных минералах в аэрируемом тенке (или серии тенков) в проточном режиме. Цель данного подхода состоит в получении физиологически и филогенетически разнообразного сообщества и дальнейшей селекции адаптированной эффективной микробной составляющей. Большое биоразнообразие микроорганизмов делает биовы-щелачивающую систему более прочной, поскольку при внезапно изменяющихся параметрах процесса существует вероятность естественного отбора микрофлоры и формирование нового сообщества с доминированием штаммов, способных осуществлять процесс в измененных условиях (Rawlings, Johnson, 2007).

> Второй включает применение принудительно сформировамнтп сообщества микроорганизмов для выщелачивания руды или концентрата с учетом заданных параметров тенка (pH, Т°С - играют определяющую роль, электродный потенциал металлов, присутствие примесей). В состав биовы-

щелачивающего сообщества, в этом случае, входит, по крайней мере, один железоокислитель и один сероокислитель. В формируемое промышленное сообщество включаются один или несколько гетеротрофных и миксотроф-ных организмов. Их функция состоит в утилизации метаболитов автотрофов. Как правило, они также способны к окислению железа и соединений серы, тем самым способствуют дополнительному растворению ценных металлов из руд. Таким образом, формируется эффективная комбинация микроорганизмов, состоящая из 2-4 видов микроорганизмов, которые присутствуют в значительных количествах. Небольшое видовое разнообразие облегчает контроль над процессом. Главная цель данного подхода заключается в формировании оптимальной биовыщелачивающей консорции для отдельных руд и концентратов (Rawlings, Johnson, 2007).

До сих пор остается открытым вопрос по подбору микробной составляющей в бактериально-химических процессах (Bryan et al, 2009). Продолжаются исследования по выяснению эффективности чистых и смешанных культур, а также различных комбинаций микроорганизмов при использовании в процессе биовыщелачивания отдельных минералов и руд (d'Hugues et al, 2002; Okibe, Johnson, 2004; Akcil et al, 2007; Salary et al, 2008). Известно, что окислительная деятельность комплекса микроорганизмов может усиливать процесс деструкции рудного субстрата в отличие от действия одного микроорганизма (Battaglia-Brunet et al, 1998).

Источники для выделения необходимых ацидофильных хемолитотроф-ных микроорганизмов могут быть разнообразны. Ими могут служить как природные места обитания с ярко выраженными процессами окисления соединений железа и серы, так и активно работающие биоокисляющие установки. При этом до сих пор ведутся работы по выделению новых штаммов железо- и сероокисляющих микроорганизмов (Rawlings, 2005; Goto et al, 2007; Kozubal et al, 2008). Современные молекулярно-генетические методы подтверждают, что внесенный в процесс деструкции сульфидной руды микробный компонент со временем вытесняется вновь выделившейся микрофло-

рой из подвергшейся биовыщелачиванию руды (Watling, 2006). Независимо от подхода показатели эффективности деградации минералов и выщелачивания металлов у пускаемых в процесс микроорганизмов, выделенных из био-окисляющих установок, выше (Rawlings, Johnson, 2007). Подобный микробный материал считается более адаптированным к росту и более эффективен в процессе окисления.

1.2.2. Механизм микробного окисления сульфидных минералов

Механизм микробного выщелачивания и окисления является сложным процессом, включающим адсорбцию микроорганизмов на поверхность минерала или горной породы, деструкцию кристаллической решетки, транспорт минеральных элементов в клетку и их внутриклеточное окисление. Этот процесс реализуется по законам электрохимической коррозии (1), поэтому зависит от состава, структуры и свойства породы (Каравайко и др., 1989; Sanhueza et al, 1999).

Прикрепляясь к поверхности минералов, предпочитая области с явными дефектами в кристаллической структуре минералов, микроорганизмы увеличивают ее гидрофильность, снижая при этом электродный потенциал породы и увеличивая окислительно-восстановительный потенциал среды. Более 80% А. ferrooxidans предпочитают мобилизацию к местам с видимыми дефектами. Кроме того, сессильные клетки микроорганизмов ориентируют адгезию вдоль кристаллографической оси, т.е. по направлению фронта окисления. Если скопление микроорганизмов в областях видимых дефектов можно объяснить увеличением контактной площади между клетками и минералом, то присутствие в области с низкой кристаллизацией или на кристаллографической оси часто не связано с поверхностной топографией. Прикрепление к специфическим местам минеральной поверхности основывается на принципе различных сил притяжения. Хемосенсорная система микроорганизмов положительно реагирует на градиент ионов Fe2+/Fe3+, тиосульфатов, которые встречаются при разложении минералов.

Растворение субстрата встречается в локальных анодах, где ионы двухвалентного железа и тиосульфата переходят в раствор. Лишь в присутствии бактериальных клеток и/или их экзополимерных веществ катодная и анодная области становятся явными и постоянными. В результате взаимодействия микробиологической и минеральной составляющей происходит растворение сульфидов. Катодная область считается наиболее вероятным местом прикрепления микроорганизмов к поверхности минерала. Разница между окислительно-восстановительным потенциалом среды и электродным потенциалом породы определяет скорость протекания реакции на катоде и аноде. При отсутствии микроорганизмов такая разница невелика, поэтому интенсивных окислительных процессов не происходит (Каравайко и др., 1989; Во-лова Т.Г. 1999; Rohwerder, Sand, 2007).

FeS2 + 02 + 4 Н* Fe2+ + 2 S°+ 2 Н20. катодная реакция анодная реакция

02 + 4Hf + 4e--2H20. FeS2 —» Fe2+ + 2 S° + 4^ (1)

(Каравайко и др., 1989).

Биовыщелачивание - это совокупность биологических и химических процессов. Сульфиды окисляются до ионов металлов и сульфата благодаря активности хемолитотрофных аэробных ацидофильных железо- и сероокис-ляющих бактерий или архей. Механизм бактериального окисления сульфидов металлов был достаточно подробно изучен. Тем менее, несмотря на многолетние исследования, все еще не существует общепринятого мнения, объясняющего механизм и кинетику данного процесса (Bosecker, 1997; Hansford, Vargas, 2001; Schippers, 2007; Schippers et al, 2007).

Более 35 лет обсуждается механизм взаимодействия железо- и серо-окисляющих микроорганизмов с сульфидными минералами. Впервые попытки объяснить бактериальное воздействие на сульфидные минералы были предприняты еще в 1964 году. Было высказано предположение о существовании двух способов взаимодействия микроорганизмов с минеральным субстратом - прямой и непрямой (Ehrlich, 2001; Crundwell, 2003). Под прямым механизмом подразумевали прямой контакт между бактериальными клетка-

ми и поверхностью сульфидов, при этом окисление до сульфата осуществляется посредством нескольких ферментативных реакций при участии кислорода (2):

МеЪ + (2) (Сгшк^еИ, 2003).

Под непрямым механизмом подразумевали химическое окисление сульфидов окислителем - Бе3+, который биологически воспроизводится микроорганизмами в реакции окисления ионов Ре2+, образующихся при растворении металлов из минералов. При этом в ходе растворения также происходит образование Б0. Данный процесс можно описать следующим уравнением

(3):

Ме& + Ре2(804)3 ->М>804 + 2Ре804 + Б0 (3) (Сгипс^еП, 2003). Чтобы поддерживать достаточное количество железа в растворе, химическое окисление сульфидов металлов должно происходить в кислых условиях (при рН ниже 5). Возникающие в этой реакции ионы Ре2+ окисляются железоокисляющими микроорганизмами (например, А. у,гггоохгйат, Ь. /ег-гоох1йат) до ионов Бе34", которые в последствии могут повторно вступить в процесс. Непрямой механизм не требует контакта микроорганизмов с поверхностью минералов. В данном случае микробный компонент несет каталитическую функцию, способствуя быстрому окислению (реокислению) ио-2+

нов Ре , которое происходит очень медленно в отсутствии бактерий (при рН 2-3 в 105-106 раз медленнее бактериального окисления (Возескег, 1997).

Возникающая элементная сера одновременно может быть окислена до серной кислоты А. /еггоохг(1ат, но окисление А. Моох'Шапз, которая часто встречается в ассоциации с А. /еггоохгйат, происходит еще быстрее (4): 28° + 302 + 2НгО -^-рии^ 2Нз804 (4) (СшпсК¥е1]; 2003)

Элементная сера может встречаться в суспензии в виде свободных агрегатов, в виде кристаллов или может формировать слой на поверхности сульфида металла, изменяя электрохимические свойства минерала и формируя барьер, который снижает скорость диффузии для ионов и кислорода, что отрицательно влияет на кинетику выщелачивания. Например, в процессах

доизвлечения золота при выщелачивании его из золотоупорных сульфидных руд формирование элементной серы приводит к значительному увеличению потребления цианида. С точки зрения капитальных затрат на повышение объемов потребления цианида и последующей его нейтрализации образование серы экономически не выгодно (Shrader, Su, 1997). В ходе окисления пирита ее аккумуляция также понижает эффективность десульфуризации угля и биовыщелачивания (Schippers et al., 1999).

Трансформация элементной серы в серную кислоту - ступенчатая ферментативная реакция, опосредованная, главным образом, первично прикрепленными клетками микроорганизмов. Данный процесс протекает через ряд промежуточных соединений с образованием коллоидных форм облегченного изотопного состава. Окисление элементной серы слабо изучено. Были выделены и охарактеризованы два белка, связанные с окислением серы у А, fer-rooxidans: серосвязывающий белок размером 40 кДА и сероиндуцируемый регуляторный белок размером 50 кДА (Rawlings, 2001).

В ходе окислительной реакции первым образуется сульфит, который затем окисляется до сульфата через сульфитокисляющую систему микроорганизмов. Элементная сера присутствует в форме цикличной восьмиатомной молекулы. Сульфогидрил клетки реагирует с серой и формирует органический полисульфид. Сероокисляющий фермент затем окисляет конечный атом серы до S024 через промежуточный S02"3. Сформировавшийся сульфит окисляется до сульфата двумя основными способами: через аденозинфосфо-сульфат (АФС) или посредством промежуточного окисления цитохромом с. Переход от SO "3 до S02"4 очевидно происходит последовательно в три этапа: аденозинфосфосульфат формируется посредством АФС редуктазы, следующей за действием АДФ сульфорилазы, сульфат АФС переносится фосфорной кислотой и формирует АДФ и S02"4 на конечном этапе в присутствии адени-латкиназы, фосфорная кислота из одной молекулы АДФ и переносится на другую, таким образом, формируя АМФ и АТФ (Das et al., 1999; Rawlings, 2001). В случае элементной серы, окисление происходит исключительно за

счет микроорганизмов, потому что такая сера инертна к абиотическому окислению в кислых условиях (Каравайко, 1989; Schippers et al., 1996).

Поскольку было замечено, что бактерии легко прикрепляются к поверхности минералов, классификация механизмов бактериального выщелачивания была усовершенствована Сильверманом в 1967 году и включала: непрямой, прямой контактный и непрямой контактный механизмы. Под непрямым механизмом подразумевали, что бактерии проявляют окислительную активность только в отношении ионов двухвалентного железа, которые окисляясь до трехвалентного железа, в свою очередь химически выщелачивают минералы. Непрямой контактный механизм - прикрепленные к поверхности минерала бактерии окисляют Fe2+до Fe3+ в своем экзополимер-ном слое, в пределах которого происходит выщелачивание минерала образованным Fe . Прямой контактный механизм - бактерии прямо биологическим способом (ферментативно) окисляют минерал без какой-либо потребности в присутствии ионов Fe2+ и Fe3+(Crundwell, 2003).

В последние годы большинство ученых единодушны в отношении многих аспектов механизма биовыщелачивания. Основной вклад в понимание принципа этого процесса принадлежит лабораториям Вольфганга Сенда, Фрэнка Крандвелла и Гельмута Трибутча. По мнению Сэнда и его коллег прямого механизма, то есть ферментативного воздействия, не существует (Sand et al., 2001; Rawlings, 2002; Rohwerder, Sand, 2007). Благодаря современным методам анализа продуктов растворения сульфидов металлов и эк-зополимерных веществ (ЭПВ), позволяющих клеткам микроорганизмов прикрепляться и формировать биопленку, была сформулирована новая гипотетическая интегральная модель биовыщелачивания, основная мысль которой заключается в следующем. Трехвалентное железо и/или протоны являются химическими агентами, растворяющими сульфиды металлов. Роль бактерий заключается, во-первых, для регенерации Fe3+ и/или протонов и, во-вторых, для концентрирования их в месте взаимодействия минерала и раствора или минерала и бактериальной клетки и увеличения окислительно-

го воздействия. Определяющим фактором, таким образом, является тонкий экзополимерный слой - гликокаликс, окружающий бактериальную клетку, в котором осуществляется химический процесс, приводящий к растворению сульфидов. Считается, что в среднем он колеблется в пределах 100 нм. Увеличение скорости растворения сульфидов металлов с помощью ЭПВ может достигать значений в 20-100 раз больше, нежели при химическом выщелачивании. Интенсивность растворения объясняется отчасти благодаря наличию особых условий в пределах экзополисахаридного слоя (например, концентрация Fe , Eh, pH) в отличие от условий, наблюдаемых в растворе (Gehrke et al., 1998; Kinzler et al., 2003; Qureshi et al., 2005; Rawlings, Johnson, 2007). Эта модель позволяет без каких-либо противоречий со стороны химии и физики объединить все известные факты в "природную модель биовыщелачивания" (Sand et al, 2001).

Таким образом, признают существование только неконтактного механизма, когда планктонные клетки окисляют Fe2+ в растворе до Fe3+, а также существование контактного механизма, при котором электрохимическая реакция между ионами Fe3+ и сульфидами металлов происходит в биогенном реактивном пространстве между прикрепленными бактериальными клетками и поверхностью сульфидных минералов (Rohwerder et al, 2003; Rohwerder, Sand, 2007).

Минеральное растворение - это не идентичный процесс для различных сульфидов металлов. Основываясь на химическом различии сульфидных минералов и промежуточных продуктов их растворения, приверженцы непрямого биовыщелачивания разделяют его на: тиосульфатный и полисульфидный механизмы (Rohwerder, Sand, 2007). Известно, что сульфидные минералы по отношению к кислоте делятся на: растворимые в кислоте (например, сфалерит) и нерастворимые в кислоте (например, пирит), но которые могут быть окислены ионами Fe3+ в кислых растворах.

Суть тиосульфатного механизма состоит в растворении кислотнерас-творимых сульфидов минералов с помощью Fe3+ (пирита (FeS2), молибденита

(MoS2), тунгстенита (WS2)) (Schippers, Sand, 1999). Железоокисляющие ацидофильные прокариоты играют здесь ключевую роль. Они образуют окислитель (FeJ+), который восстанавливается до Fe2+ в процессе минерального взаимодействия. В этом процессе в качестве главного промежуточного продукта выступает тиосульфат, а конечным продуктом является сульфат. На примере пирита можно этот процесс описать следующими реакциями (5), (6):

FeS2+ 6 Fe3+ + 3 Н20 S2032' + 7 Fe 2++ 6 Н+(5) (Schippers, Sand, 1999) S203 + 8 Fe + 5 H20 2 S042" + 8 Fe2++ 10 H+(6) (Schippers, Sand, 1999).

В случае полисульфидного механизма растворение растворимых в кислоте металлов (сфалерита (ZnS), халькопирита (CuFeS2) или галенита (PbS)) происходит за счет совместного воздействия Fe3+ и протонов (7). Главным промежуточным продуктом здесь является сера (8). Элементная сера относительно устойчива, но может быть окислена до сульфата сероокис-ляющими микроорганизмами (9):

MeS + Fe3++ Н+-> Ме2++ 0,5 H2S„+ Fe2+(n> 2) (7) (Schippers, Sand, 1999),

0,5 H2S„ + Fe — 0,125 S8 + Fe2++ H+ (8) (Schippers, Sand, 1999)

0,125 S8 + 1,5 02 + H20 ^бактерии ^ ^ + ^ H+ (p) ^^ ^ ^

Причем, Fe2+ может повторно окисляться до Fe3+ железоокисляющими микроорганизмами, такими как A. ferrooxidans или бактериями родов Leptospira ilium и Sulfobacillus (10):

2 Fe2++ 0,5 02 + 2 2 Fe3++ Н20 (10) (Schippers, Sand, 1999).

В окислении Fe2+ активно участвуют цитохромы а и с с ко-энзимом Q. Ко-энзим Q действует как промежуточный электронный барьер между Fe-(II)-S04 и органическим комплексом, связанным с клеточной оболочкой. На данный момент выделена и охарактеризована железо-цитохром-с-оксидоредуктаза. Этот фермент, содержащий Fe3+, связывает один атом Fe2+, который восстанавливает ферментом связанное железо и высвобождается. Затем одна молекула окисленного цитохрома с связывается ферментом, чье двухвалентное железо восстанавливает цитохром а. Таким образом, железо, входящее в фермент, окисляется и восстановленный цитохром а удаляется (Das et al., 1999). Важную роль в окислении железа играет редокс белок рус-

РОССИЙСКАЯ1

ГОСУДАРСТВЕННАЯ[ БИБЛИОТЕКА

тицианин. Детали окислительно-восстановительных реакций железоокис-ляющих микроорганизмов, помимо A. ferrooxidans, очень слабо изучены. Существует предположение, что железоокисляющие системы A. ferrooxidans могут различаться в зависимости от окисляемого субстрата (Yarzabal et al, 2003; Rohwerder, Sand, 2007). Способность эффективно окислять железо некоторыми хемолитотрофными микроорганизмами активно применяется в биогеотехнологической переработке минерального сырья не только для регенерации окислителя, но и в борьбе с его избытком в выщелачивающих растворах (Ahonen, Tuovinen, 1995; Das et al, 1998; Живаева и др., 2007).

Г. Трибутч более детально рассматривал электрохимическую основу процесса разложения сульфидных минералов применительно к пириту и сформулировал основные три стратегии микробного выщелачивания (Tri-butsch, 2001). Существуют некоторые механизмы, которые могут приводить к разрушению сульфидов металлов, преобразуя их из кристаллического в растворимое состояние. Протоны могут реагировать с сульфидом и высвобождать ионы SH", реактивность процесса при этом определяется растворимостью продуктов tfso = [S2-][Me2+]. Когда электроны извлекаются из сульфидов с валентной группой S2" с помощью Fe3+, химические связи разрываются и ионы металлов, также как и молекулы серы, высвобождаются. Разорванные химические связи уже могут присутствовать в сульфиде (р-тип проводимости, низкая свободная энергия электронов (энергия Геймгольца)). Дальнейший механизм, который может растворить сульфид, - чисто электрохимический механизм, когда электрический потенциал сульфида увеличивается до потенциала разложения, и он может реагировать с электролитом.

В случае пирита, который явился основным объектом для исследования координации химического пограничного механизма, соединения воды будут первыми реагировать с железом в минерале и формировать комплекс, поэтапно увеличивая окислительное положение (состояние). Пока железо не может формировать пероксо комплекс (в противоположность Ru в RuS2 - кинетически стабильному сульфиду), чтобы высвободить кислород из воды,

оно подвергается поверхностной реакции с серой, которая в конечном итоге приводит к образованию сульфата железа (РеБО/').

Бактерии, которые вовлекаются в процесс разложения сульфидов для «сбора» неорганической химической энергии, зависят только от концентрации Бе или соединений серы, которые они используют в своем метаболизме, а также от Ш", Б0, 8202"3, Бе2+, но не зависят от 802'4 и Бе3+. Стратегия поведения микробного компонента в биовыщелачивающих системах по Г. Трибутчу такова: 1) непрямое выщелачивание, - при котором бактерии в свободноплавающей форме находятся в растворе и не прикреплены к минеральной поверхности, 2) контактное выщелачивание, - при котором бактерии прикреплены к субстрату и окисление осуществляется в их экзополи-мерном пространстве, 3) кооперативное выщелачивание - при котором прикрепленные микроорганизмы совместно со свободноплавающими клетками принимают участие в окислении сульфидов металлов.

Ф. Крандвеллом и его коллегами (СшпсЬуеП, 2003) была детально исследована скорость окисления пирита и сфалерита с учетом потенциала коррозии (смешанного потенциала). В результате исследования они заключили, что присутствие микробного компонента не влияет на механизм выщелачивания, но в некоторой степени действует на уровень рН у поверхности минерала. Смешанный потенциал в присутствии микроорганизмов уменьшается, в то время как в их отсутствии он остается неизменным. Общая схема биологического воздействия на субстрат объясняется следующим образом (на примере пирита). Бактерии при потреблении Н+, повышают рН у поверхности минерала. Потребляя протоны водорода при окислении Бе2+, микроорганизмы увеличивают уровень кислотности среды. В результате такого повышения возрастает и скорость выщелачивания пирита. В процессе исследования выщелачивания сфалерита Крандвеллом и Фолером в 19901998 годах было выяснено, что в присутствии и отсутствии микроорганизмов скорость процесса растворения минерала идентична. Однако при высоких концентрациях двухвалентного железа без бактерий скорость значи-

тельно выше. В процессе химического окисления минерала на его поверхности присутствует пористый слой элементной серы, в то время как с бактериями его не обнаруживают. Стало очевидно, что образуемая сера препятствует диффузии двухвалентного железа в абиотическом процессе. В присутствии микробного компонента сера удаляется. Таким образом, растворение минералов - это химический процесс с участием биологически регенерируемого трехвалентного железа, протонов водорода и биотическим удалением элементной серы.

1.2.3. Факторы, влияющие на процесс биовыщелачивания

металлов

1. Концентрация питательных веществ

Микроорганизмы, осуществляющие процессы окисления соединений железа, серы и сульфидных минералов, являются хемолитотрофами. Все необходимые питательные вещества они получают из окружающей среды. Для оптимального роста и лучшего протекания процесса использования основных источников энергии микроорганизмам необходимо дополнительное присутствие солей аммония, магния и фосфаты (Возескег, 1997).

2. Кислород и углекислый газ

Поддержание этих параметров служит предпосылкой хорошего роста и высокой активности выщелачивающих микроорганизмов. Ацидофильные микроорганизмы являются облигатными аэробами, поэтому низкие концентрации кислорода оказывают отрицательное влияние на скорость окисления. Растворимость кислорода в воде при 35 °С составляет 8 г/м3 и уменьшается с увеличением ионной концентрации в растворе (Каравайко и др., 1989; Баую ег а1., 1998). По стехиометрии реакция окисления железа бактериями требует 0,07 г кислорода на 1 г окисляемого ¥е2+. Принимая во внимание растворимость кислорода, это количество не может быть доступно из раствора. Следовательно, дополнительный кислород должен обеспечиваться извне. Для поддержания метаболической активности бактерий концентрация растворенного

з

кислорода должна быть не менее 0,2 г/дм. В лабораторных условиях это достигается принудительной аэрацией, качанием или перемешиванием (Bosecker, 1997). В промышленных процессах также осуществляется принудительная аэрация в зависимости от используемой конструкции. При дамповом и кучном выщелачиваниях главной движущей силой потока воздуха является разность в его плотности, что зависит от градиента температуры внутри дампы или кучи. В тенковых реакторах массообмен задается автоматически.

3. pH

Поддержание корректного значения pH среды - неотъемлемое условие для роста выщелачивающих бактерий и имеет решающее значение в растворении металлов. Диапазон для выщелачивания весьма широк - от 1,5 до 8,0. Значения pH в пределах 2,0-2,5 является оптимальным для бактериального окисления двухвалентного железа и сульфидных минералов. При значениях ниже 2,0 наблюдается ингибиция роста A. ferrooxidans, однако, микроорганизм может адаптироваться даже к очень низким значениям pH. A. ferrooxidans, регулируя синтез некоторых клеточных компонентов, может влиять на изменение pH внешней среды (Bosecker, 1997; Spencer, 2001).

4. Концентрация двухвалентного и трехвалентного железа

Концентрация двухвалентного железа выше 0,108 М, добавленного к

имеющимся соединениям серы в составе солей, может существенно ингиби-ровать A. ferrooxidans, использующую серу в качестве источника энергии (Spencer, 2001). Низкие концентрации Fe3+ увеличивают потребление кислорода ацидофильными микроорганизмами. При высоких концентрациях Fe3+ ин-гибируется окисление Fe2+ A. ferrooxidans (Nemati, Webb, 1998). В отсутствии

других источников энергии трехвалентное железо также может ингибировать рост A. ferrooxidans.

5. Температура

Процессы с использованием хемолитотрофных микроорганизмов проводятся в различных диапазонах температур. Данный фактор выбирается с учетом используемой технологии и в соответствии с ней подбирается культура с

совпадающим температурным оптимумом развития. Так, в мезофильных условиях используются представители рода Acidithiobacillus, при умеренных температурах - Sulfobacillus. Рассматривается перспектива применения экс-тремофилов подобных Sulfolobus и Métallo,sphaerа. Исследования по кинетике указывают, что, как правило, скорость химических реакций удваивается с каждым повышением температуры на 10 °С. У некоторых сульфидных минералов скорость разложения значительно быстрее при 40 °С или 50 °С, у других (например, халькопирит) для быстроты и экономичности процесса требуется повышение температуры до 70 °С. При повышенных температурах можно улучшить извлечение целевых металлов с помощью удаления пассивирующей серы или других продуктов окисления, которые значительно снижают кинетику процесса (Spencer, 2001; Rawlings et al, 2003).

6. Концентрация и активность микробной составляющей Количество микроорганизмов один из главных факторов, определяющих успешность протекания процесса и стабильность кинетических показателей. Концентрация микроорганизмов в перемешивающих тенках может составлять

3 9

порядка 10-10 кл/мл. Повышение биомассы микроорганизмов может осуществляться путем накопления микроорганизмов из раствора с помощью центрифугирования или при использовании мембранных фильтров, либо посредством иммобилизации в биопленочных реакторах (Qureshi et al, 2005). Иммобилизацию также осуществляют в реакторе на сформированном ярозите. При этом скорость окисления железа может достигать до 5-6 г/л-ч, в зависимости от конструкции реактора и эффективности утилизации воздуха. Биопленки могут использоваться в разных типах реакторов, таких как перемешивающие тенки («continuous stirred reactors»), реакторы с уплотненным слоем («packed bed reactors»).

Активность микроорганизмов определяется по способности к окислению железа, восстановленных соединений серы, сульфидов. Известно, что у различных штаммов она неодинакова. Данная способность объясняется изменением морфологии, различием в составе липосахаридов, метаболизме, толе-

рантности к органическим веществам и соотношению ДНК. Высокоактивные штаммы могут быть выделены из различных рудников. К тому же их активность может быть повышена посредством УФ облучения или генетических манипуляций (Каравайко и др., 1989). Иной путь повышения окислительной активности состоит в адаптации микроорганизмов к технологическим показателям процесса (концентрации тяжелых металлов, pH, размеру частиц и др.) или их совокупности. Адаптация помогает микроорганизмам успешно выживать и расти в несвойственных им условиях, а также сокращает период лаг-фазы в развитии культур (Biyan et al., 2009).

7. Минеральный субстрат

Минеральный состав субстрата, степень его измельчения и наличие примесей сильно влияет на кинетику процесса и на доминирование в популяциях микроорганизмов отдельных видов (Nemati et al., 2ООО; Spencer, 2001). При высоком содержании карбонатов уровень кислотности значительно уменьшается и ингибирует бактериальную активность. Недостаток кислотности среды в этом случае компенсируется добавлением кислоты в раствор, тем самым поддерживаются оптимальные условия для жизнедеятельности микроорганизмов. Однако это ведет к дополнительным затратам. Скорость выщелачивания также зависит от общей площади поверхности минерального субстрата, доступной для растворения. Уменьшение размера частиц приводит к увеличению площади соприкосновения с минеральными зернами и ускорению извлечения целевых компонентов. Оптимальным размером частиц считают 4244 мкм (Каравайко и др., 1989). Увеличение общей минеральной поверхности может быть обеспечено также повышением плотности пульпы, что приводит, с одной стороны, к лучшему выходу металлов в раствор, с другой, к превышению ингибирующих процесс компонентов и токсическому влиянию на микроорганизмы (Bosecker, 1997).

8. Образование пассивирующих слоев

В процессе биовыщелачивания на минеральном субстрате образуются осажденные соединения железа и элементная сера, создавая диффузионный

слой, которые отрицательно влияет на кинетику процесса. С другой стороны, если слой является пористым или не создает дополнительного диффузионного барьера, то скорость реакции не зависит от толщины продукционного слоя фаз ег а1, 1999).

9. Гальваническое взаимодействие сульфидных минералов

Гальваническое взаимодействие определеяет скорость и последовательность растворения смеси сульфидных минералов. Между различными минералами, погруженными в раствор, возникают электрические токи. При наличии в системе двух сульфидов образуется гальваническая пара, причем катодом будет всегда сульфид с более высоким, а анодом - с более низким электродным потенциалом. При прохождении электрического тока между сульфидами на аноде будет выделяться кислород, который должен ускорять окисление сульфида анода. Наоборот, выделяющийся на катоде водород будет предохранять данный сульфид - катод - от окисления. Известно, что биокинетика пиритного растворения быстрее по сравнению со сфалеритом, галенитом или халькопиритом. Но, когда пирит находится в близком контакте с любым из вышеупомянутых минералов, скорость реакции уменьшается, т.е. уменьшается и общая кинетика процесса его растворения. Замедление кинетики происходит из-за гальванического взаимодействия. Сульфидные минералы рассматриваются как полупроводники и поэтому могут действовать как барьер для электронов (ТпЬ^сЬ, 2001). Каждый сульфидный минерал в данной смеси, обладая своим собственным потенциалом покоя, будет действовать как катод или как анод. В анодных условиях растворяться будет сфалерит (по своей природе анод), но не пирит, являющийся катодом. Таким образом, гальваническое взаимодействие не только увеличивает реакцию растворения, но и предпочтительно выщелачивает специфический минерал. Гальванический эффект зависит от некоторых факторов: потенциала покоя сульфидных минералов, природы и длительности контакта, присутствия кислорода, природы электролита, рН, проводимости и присутствия других редокс соединений, размера зерен реагирующих сульфидных минералов (Бае е! а1, 1999).

Таким образом, в течение последних лет бактериально-химическое щелачивание сульфидов металлов получило широкое развитие и применение. Извлечение ценных компонентов главным образом из медь- и золотосодержащих руд с помощью микроорганизмов служит на сегодняшний день признанным биотехнологическим способом переработки минерального сырья. Порядка .11 прокариотических отделов, включающих мезофильные, умеренно термофильные и экстремально термофильные микроорганизмы, принимают участие в процессах разложения сульфидных минералов. При этом наиболее исследованными являются представители родов Acidithiobacillus, Leptospirillum, Sulfobacillus, Ferroplasma, Sulfolobus, Metallosphaera, Acidianus. Достаточно подробно изучен механизм растворения сульфидов, основанный на взаимодействии биологических и химических процессов. Основная роль микробного-го компонента в биовыщелачивающих системах состоит: 1) в регенерации Fe3+ - главного окисляющего сульфидные минералы агента, 2) в окислении восстановленных соединений серы и образовании протонов Н+. Способность сульфидов металлов растворяться в кислоте определяет биохимию их разложения. При этом в одном случае требуется только регенерация Fe3+, в другом - обязательны регенерация Fe3+ и образование Н+. Биологическое производство этих химических агентов достигается посредством контактного (через прямой контакт экзополимерного слоя, выделенного микроорганизмами, с сульфидом) и неконтактного взаимодействия микробных клеток с поверхностью минерала.

Заключение диссертации по теме «Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)», Хайнасова, Татьяна Сергеевна

5.4. Выводы по главе

Бактериально-химическое выщелачивание сульфидной кобальт-медно-никелевой руды обнаруживает преимущество над абиотическим процессом, указывая на целесообразность биовыщелачивания как биогидрометаллурги-ческого метода. Механизм разложения руды может быть сведен к условным схемам: пирротин-пентландит-халькопирит (для биотического процесса) и пирротин-пентландит (для абиотического процесса).

Бактериально-химическое выщелачивание без дополнительного подкисления пульпы является селективным процессом получения N1 и Со, с помощью которого при Т:Ж 1:10 можно добиться извлечения в продуктивный раствор (с учетом промывных вод) в среднем 3,20 г/л N1, 0,06 г/л Си, 0,08 г/л Со, что соответственно составляет 43,41 %, 6,43 %, 47,06 %. За один периодический процесс в мезофильных условиях экономически окупаемые концентрации можно получить в основном в отношении N1.

Процесс бактериально-химического выщелачивания сульфидной Со-Си-№ руды - совокупность расходующих кислоту реакций, осуществляющихся по полисульфидному механизму и обеспечивающих при этом невысокие значения окислительно-восстановительного потенциала пульпы (не более 572 мВ).

Выщелачивание обнаруживает стадийность, обусловленную электрохимической природой растворения минералов. Четко выраженной последовательности в растворении отдельных минералов не выявлено.

Выделено два условных цикла разрушения ассоциации минералов (пирротина, пентландита и халькопирита), сопровождающихся изменением скоростей растворения металлов. При этом на первоначальном этапе преобладает химическое (кислотное) выщелачивание при участии сессильных форм бактерий А, /<гггоохгйат и А. Моох1с1ат с выраженной окислительной активностью в отношении железа из сульфидной руды (контактный механизм), нежели в отношении растворенных ионов закисного железа. Практически с середины процесса роль окисляющих агентов и динамика выщелачивания меняется. Окисление руды происходит с преобладанием железоокис-ляющей активности планктонных форм бактерий А. /еггоохгсЬт в отношении увеличивающейся концентрации растворенного закисного железа, появляющегося в ходе разрушения руды (неконтактный механизм), при значительном увеличении общей микробной численности и регенерации трехвалентного железа. Извлечение металлов из никель-, медь- и кобальтсодержащих минералов также происходит, однако интенсивность растворения меди существенно сокращается.

Добавление сульфата железа (II) существенно не влияет на извлечение целевых металлов к концу бактериально-химического процесса, за исключением меди. Присутствие ионов закисного железа в растворе повышает степень извлечения N1 только на 3,06 %, Си на 23,49 % и не влияет на извлечение Со. Для дальнейших исследований на пилотном или полупромышленном уровне не рекомендуется использовать сульфат железа (II) в процессе извлечения никеля, тем самым способствуя сокращению дополнительных затрат на реактив.

Степень окисления ионов железа имеет существенное значение для выщелачивания, т.к. появление растворенного железа в двухвалентной форме ингибирует процесс извлечения металлов. Присутствие свободных ионов железа (II) препятствует адгезии бактериальных клеток и активному участию ионов водорода в окислительном процессе.

Увеличение Т:Ж пульпы от 1:20 до 1:10 приводит к изменению концентрации целевых металлов в продуктивном растворе, уменьшая извлечение Ni на 13,42 %, Со на 7,07 % и увеличивая извлечение Си в продуктивный раствор на 0,77 %.

Предварительный анализ экономических показателей обнаруживает, что для получения продуктивного раствора с содержанием никеля порядка 1 г/л достаточно однократной обработки раствором питательных солей 9К без добавления сульфата железа (II) в мезофильных условиях в периодическом режиме в течение трех суток (72 часа). При приближении процесса к промышленным масштабам возможная экономическая прибыль от переработки руды в 1 чане с рабочим объемом 100 м может достигать до 136 062 $/год по никелю.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Камчатский край в последнее время ориентирован на интенсивное развитие минерально-сырьевой базы (Алискеров, Яроцкий, 2003; Камчатка -стратегия развития МСБ до 2025 г., URL: http://gold.pnme-tass.ru/bulletin/analytics/show.asp?id= 19421 (дата обращения: 8.04.2011 г.)). В рамках изучения и внедрения технологии бактериально-химического извлечения ценных компонентов осуществлена минерально-микробиологическая характеристика окисленной руды медно-никелевого месторождения Шануч и проведены лабораторные исследования по бактериально-химическому выщелачиванию сульфидной кобальт-медно-никелевой руды в одностадийном периодическом режиме в агитационных условиях.

На основании полученных результатов по определению состава минералов, биоразнообразия и распространения автохтонных мезофильных и умеренно термофильных хемолитотрофных микроорганизмов, перспективных для биогидрометаллургии, а также по динамике биовыщелачивания никеля, меди и кобальта сформулированы основные выводы по работе:

1. Показано, что в окисленной руде месторождения Шануч присутствуют первичные минералы - пирротин, халькопирит и арсенопирит, а также вторичный минерал - лимонит.

2. Впервые из окисленной руды месторождения Шануч выделены перспективные для технологии биовыщелачивания ассоциации мезофильных и умеренно термофильных хемолитотрофных микроорганизмов родов Acidi-thiobacillus (А. ferrooxidans, А. thiooxidans) и Sulfobacillus. Содержание и качественный состав сульфидных минералов в руде не влияют на видовое разнообразие выделенных микробных ассоциаций, однако в количественном отношении проба руды с наиболее разнообразным минеральным составом является оптимальной для выделения биомассы железоокисляющих бактерий.

3. Исследованиями установлено, что в окислительных процессах в адаптированной к минеральному субстрату ассоциации железо- и сероокисляющих бактерий А. /еггоохгёат и А. ШоохЫат доминирует А. /еггоох1(1ат, предпочтительно использующая в качестве источников энергии железо и сульфидную серу.

4. Показано, что бактериально-химическое выщелачивание кобальт-медно-никелевой руды в периодическом одностадийном режиме чановым способом при температуре 30 °С позволяет селективно извлекать N1 и Со, обеспечивая за 15 суток достижение высокой концентрации никеля (до 3 г/л).

5. Экспериментально определены два цикла начала интенсивного растворения никеля, меди и кобальта, при этом в присутствии бактерий процесс ускоряется.

6. Установлено, что в процессе бактериально-химического выщелачивания N1 и Со рационально использовать раствор без сульфата железа (II). При извлечении N1 продуктивный раствор получается за трое суток, что повышает экономические показатели процесса на 22,43 %.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Хайнасова, Татьяна Сергеевна, 2012 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Адамов Э.В. Биотехнология металлов: курс лекций / Э.В. Адамов, В.В. Панин - М.: Учеба МИСиС, 2003. - 147 с.

1. Алискеров A.A. Введение в проблему горнопромышленного освоения Камчатки / A.A. Алискеров, Т.П. Яроцкий - Петропавловск-Камчатский: Камчатского Государственного педагогического университета, 2003.-265 с.

2. Алискеров A.A. Промежуточный отчет НИГТЦ ДВО РАН «Зона гипергенеза месторождения Шануч» / A.A. Алискеров - 2010. - 128 с.

3. Башлыкова Т.В. Технологические аспекты рационального недропользования: роль технологической оценки в развитии и управлении минерально-сырьевой базой страны / Т.В. Башлыкова, Г.А. Пахомова, Б.С. Лагов, А.Б. Живаева, М.В. Дорошенко, А.Р. Макавецкас, Т.О. Шульга / Под науч. ред. Ю.С. Карабасова. -М.: МИСиС. -2005. - 576 с.

4. В 2001 году рынок кобальта может оказываться под давлением избытка предложения / Финансовый портал. - 2010. URL: http://www.fin.org.ua/news/809753 (дата обращения: 23.05.2011).

5. Вестник золотопромышленника. Прайм-тасс / Камчатка - стратегия развития МСБ до 2025 г. - 2010. - URL: http://gold.pnme-tass.ru/bulletin/analytics/show.asp?id=l9421 (дата обращения: 8.04.2011).

6. Волова Т.Г. Биотехнология / Т.Г. Волова - Новосибирск: Сибирского отделения РАН, 1999. - 252 с.

7. Воробьева Л.И. Археи: уч-е пособие для вузов / Л.И. Воробьева -М.: ИКЦ Академкнига, 2007. - 447 с.

8. Гусев М.В. Микробиология: учебник для студ. биол. специальностей вузов / М.В. Гусев, Л.А. Минеева - М.: Академия, 2003. - 464 с.

9. Егорова М.А. Влияние условий культивирования на рост, активность ферментов метаболизма серы и карбоксилаз у Sulfobacillus thermosulfidooxidans subsp. asporogenes, штамм 41 / М.А. Егорова, И.А. Цап-

лина, Л.М. Захарчук, Т.И. Богданова, E.H. Красильникова // Прикладная биохимия и микробиология. - 2004. - Т. 40. - № 4. - С. 448-454.

10. Живаева А.Б. Биотехнология нерудного сырья / А.Б. Живаева, Т.В. Башлыкова, О.П. Тельнова, Л.С. Калиниченко // Цветные металлы. - 2007. - № З.-С. 57-60.

11. Заварзин А.Г. Литотрофные микроорганизмы / А.Г. Заварзин - М.: Наука, 1972.-254 с.

12. Заулочный П.А. Биогеотехнология и ее использование в процессах переработки минерального сырья / П.А. Заулочный, Г.В. Седельникова // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2009. - № 6. - С. 382-389.

13. Игревская Л.В. Особенности развития мировой никелевой промышленности на современном этапе / Л.В. Игревская // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. - 2006. - № 1. - С. 96-99.

14. Игревская Л.В. Тенденции развития никелевой промышленности: мир и Россия: автореф. дис. докт. геол.-мин. наук: 25.00.11, 25.00.35: защищена 10.12.2009 г. / Л.В. Игревская -М., 2009. - 52 с.

15. Каравайко Г.И. Роль микроорганизмов в выщелачивании металлов из руд / Г.И. Каравайко, С.И. Кузнецов, А.И. Голомзик - М.: Наука, 1972. -248 с.

16. Каравайко Г.И. Биогеотехнология металлов. Практическое руководство. / Г.И. Каравайко, Дж. Росси, А. Агате, С. Грудев, З.А. Авакян - М. : центр международных проектов ГКНТ, 1989. - 375 с.

17. Каравайко Г.И. Фундаментальные основы природосберегающей биогидрометаллургической технологии извлечения цветных и благородных металлов технологии из сульфидных руд, концентратов и промпродуктов / Г.И. Каравайко, Т.Ф. Кондратьева // Материалы международной конференции «Современные экологические проблемы Севера» (к 100-летию со дня рождения О.И. Семенова-Тянь-Шанского). - Апатиты: изд-во Кольского научного центра РАН, 2006.-Ч. 2.-С. 14-15.

18. Каравайко Г.И. Литотрофные микроорганизмы окислительных циклов серы и железа / Г.И. Каравайко, Г.А. Дубинина, Т.Ф. Кондратьева //

Микробиология. - 2006. - Т. 75. - № 5. - С. 593-629.

19. Кондратьева Т.Ф. Штаммовая генотипическая гетерогенность ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов / Т.Ф. Кондратьева, С.Н. Агеева // Труды Института микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН. Юбилейный сборник к 70-летию института. - М.: Наука, 2004. - В. 12. -С. 197-212.

20. Красный металл Зеленого континента / Уральский рынок металлов. - 2007. - № 7. - URL: http://www.urm.ru/ru/75-journal77-article697 (дата

обращения: 6.02.2012).

21. Красильникова E.H. Ферменты метаболизма серы у термоацидофильной бактерии Sulfobacillus Sibiriern / E.H. Красильникова, Т.И. Богданова, Л.М. Захарчук, И.А. Цаплина // Прикладная биохимия и микробиология. -

2004. - Т. 40. - № 1. - С. 62-65.

22. Кременецкий A.A. Отчет по научно-исследовательской работе «Минералого-технологические исследования Ni-Cu-Co руды месторождения

Шануч» / A.A. Кременецкий - 2003.

23. Левенец О.О. Изучение биологической активности мезофильных аборигенных сообществ хемолитотрофных микроорганизмов в ходе окисления сульфидной руды кобальт-медно-никелевого месторождения Шануч / О.О. Левенец, Т.С. Хайнасова, М.А. Суханова // Актуальные аспекты современной микробиологии: IV-ая молодежная школа-конференция с международным участием / Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН. - М.:

МАКС Пресс, 2008. - С. 96-97.

24. Левченко E.H. Минералого-технологические исследования Ni-Cu-Co руды месторождения Шануч (Камчатка) / E.H. Левченко, И.Е. Максимюк / Материалы второго Российского семинара по технологической минералогии «Значение исследования технологической минералогии в решении задач комплексного освоения минерального сырья». - 2007. - С. 75-82.

25. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод / Ю.Ю. Лурье - М.: Химия, 1984. - 448 с.

26. Маниатис Т. Методы генетической инженерии. Молекулярное клонирование: пер. с англ / Т. Маниатас, Э. Фринч, Дж. Сэмбрук - М.: Мир, 1984.-480 с.

27. Методика количественного химического анализа вод. Методика выполнения измерений рН в водах потенциометрическим методом. ПНД Ф 14.1:2:3:4.121-97. Оригинал № 04139.-М., 1997 (2004).

28. Методика количественного химического анализа. Определение меди, цинка, кадмия, висмута, сурьмы, свинца, кобальта, никеля, железа и марганца атомно-абсорбционным методом в твердых сыпучих материалах, Отраслевая методика III категории точности. НСАМ, Методика № 155-ХС-1. -М., 2006.

29. Методика количественного химического анализа. Определение металлов в питьевой, минеральной, природной, сточной воде и атмосферных осадках атомно-абсорбционным методом. ГИПХ Федеральное государственное унитарное предприятие Российский научный центр «Прикладная химия».

М-03-505-119-08.-2008.

30. Муравьев М.И. Идентификация бактерий, доминирующих в дву-стадийном процессе биоокисления золотомышьяковго концентрата / М.И. Муравьев, Т.А. Пивоварова, Т.П. Турова, А.Г. Булаев, Н.В. Фомченко, Т.Ф. Кондратьева // Микробиология. - 2010. - Т. 79. - № 3. - С. 360-367.

31. Нетрусов А.И. Практикум по микробиологии: учеб. пособие для студ. вузов / А.И. Нетрусов, М.Е. Егорова, Л.М. Захарчук и др. - М.: Академия, 2005. - 608 с.

32. Отчет «Разработка комбинированной технологии переработки медно-никелевых руд месторождения Шануч» совместной работы МИСИСа и

ИНМИ. - 2001. - 137 с.

33. Резник И.Д. Никель: в 3 томах / И.Д. Резник, Г.П. Ермаков, Я.М. Шнеерсон - М.: ООО «Наука и технология», 2003. -Т. 3. - 608 с.

34. Резников A.A. Методы анализа природных вод / A.A. Резников, Е.П. Муляковская, И.Ю. Соколов - М.: Недра, 1970. - 488 с.

35. Рогатых C.B. Использование технологии ПЦР в реальном времени для оценки эффективности методов выделения ДНК из культур ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов / C.B. Рогатых, A.A. Докшукина, Т.С. Хайнасова, C.B. Мурадов, И.А. Кофади // Прикладная биохимия и микробиология. - 2011. - Т. 47. - № 2 - с. 226 с-230.

36. Ростехнадзор одобрил проект инвестиций в освоение медно-никелевого месторождения "Шануч". - 2006. - [Электронный ресурс] -URL: http://www.ecoindustry.ru/news/view/12483.html (дата обращения: 23.05.2011).

37. Свешников Г.Б. Электрохимические процессы на сульфидных месторождениях: монография / Г.Б. Свешников - Л.: изд-во Ленинградского

университета, 1967. - 159 с.

38. Селянгин О.Б. Петрология никеленосных базитов шанучского рудного поля / О.Б. Селянгин // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. - 2003. -№ 2. - С. 33-55.

39. Смирнов С.С. Зона окисления сульфидных месторождений / С.С. Смирнов -М.: изд-во Академии Наук СССР, 1951. - 334 с.

40. Смирнов В.И. Геология полезных ископаемых / В.И. Смирнов -

М. : Недра, 1976.-688 с.

41. Соколова Г.А. Физиология и геохимическая деятельность тионо-вых бактерий / Г.А. Соколова, Г.И. Каравайко - М.: Наука, 1964. - 333 с.

42. Трухин Ю.П. Камчатская никеленосная провинция / Ю.П. Трухин, В.А. Степанов, М.Д. Сидоров // Доклады Академии наук. - 2008. - Т. 418. -№ 6. - С. 802-805.

43. Трухин Ю.П. Шанучское медно-никелевое месторождение: геолого-геофизическая модель, состав и геохимия руд / Ю.П. Трухин, В.А. Степанов, М.Д. Сидоров, В.Е. Кунгурова // Руды и металлы. - 2009. - № 5. - С. 7581.

44. Хайнасова Т.С. Влияние последовательной адаптации сообществ хемолитотрофных микроорганизмов к плотности пульпы на их окислительную активность / Т.С. Хайнасова, О.О. Левенец // Актуальные аспекты современной микробиологии: материалы V-ой молодежной школы-конференции с международным участием / Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН. -М.: МАКС Пресс, 2009. - С. 139-140.

45. Цаплина И.А. Сравнительные аспекты фенотипических свойств Sulfobacillus thermotolerans / И.А. Цаплина, Е.Н. Красильникова, А.Е. Журавлева, М.А. Егорова, Л.М. Захарчук, Н.Е. Сузина, В.И. Дуда, Т.И. Богданова, И.Н. Стадничук, Т.Ф. Кондратьева // Микробиология. - 2008. - Т. 77. - № 6. -С. 738-748.

46. Шувалов Р.А. Отчет НИГТЦ о результатах научно-исследовательских работ по теме: «Экомониторинг на кобальт-медно-никелевом месторождении Шануч» / Р.А. Шувалов - 2003. - 258 с.

47. Яхонтова Л.К. Основы минералогии гипергенеза: уч-е пособие /

Л.К. Яхонтова, В.П. Зверева - Владивосток: Дальнаука, 2000.-331 с.

>

48. Acevedo F. The use of reactors in biomining processes // Electronic journal of biotechnology / F. Acevedo - 2000. - V. 3. - № 3. - P. 184-194.

49. Ahonen L. Bacterial oxidation of sulfide minerals in column leaching experiments at suboptimal temperature / L. Ahonen, O.H. Tuovenin // Applied and environmental microbiology. - 1992. - V. 58. - №2. P. 600-606.

50. Ahonen L. Bacterial leaching of complex sulfide ore samples in bench-scale column reactors / L. Ahonen, O.H. Tuovinen // Hydrometallurgy. - 1995. - № 37.-P. 1-21.

51. Akcil A. Role and contribution of pure and mixed cultures of meso-philes in bioleaching of a pyritic clialcopyrite concentrate / A. Akcil, H. Ciftchi, H. Deveci // Minerals engineering. - 2007. - V. 20. - № 3. - P. 310-318.

52. Alqueres S.M.C. Exploring the biotechnological applications in the archael domain / S.M.C. Alqueres, R.V. Almeida, M.M. Clementino, R.P. Vieira,

W.I. Almeida, A.M. Cardoso, O.B; Martins // Brazilian journal of microbiology. -2007.-V. 38. -P. 398-405.

53. Amend J.P. Energetics of overall metabolic reactions of thermophilic and hyperthermophilic Archaea and Bacteria / J.P. Amend, E.L. Shock // FEMS microbiology reviews. - 2001. - V. 25. - P.175-243.

54. An African first in technology development and commercialization; Bioleaching of Gold / African Technology development forum -URL: http://www.atdforum.org/spip.php7article33 (дата обращения: 6.02.2012).

55. Auernik K.S. The genome sequence of the metal-mobilizing, extremely thermoacidophilic archaeon MetallQsphaera sedula provides insights into bioleach-ing-associated metabolism /K.S. Auernik, Y.I. Maezato, P.H. Blum, R.M. Kelly // Applied and environmental microbiology. - 2008. - V. 74. - № 3. - P. 682-692.

56. Bacelar-Nicolau P. Leaching of pyrite by acidophilic heterotrophic iron-oxidizing bacteria in pure and mixed cultures / P. Bacelar-Nicolau, D.B. Johnson // Applied and environmental microbiology. - 1999. - V. 65. - № 2. - P. 585590.

57. Battaglia-Brunet F. The mutual effect of mixed thiobacilli and leptospi-rilli populations on pyrite bioleaching / F. Battaglia-Brunet, P. d'Hugues, T. Cabral, P. Cezac, J.L. Garcia, D Morin // Minerals engineering. - 1998. - V. 11. - № 2. - P. 195-205.

58. Bhatti Т. M. Mineral products of pyrrhotite oxidation by Thiobacillus-ferrooxidans / Т. M. Bhatti, J. M. Bigham, L. Carlson, O.H. Touvinen // Applied and environmental microbiology. - 1993. - V. 59. - № 6. P. 1984-1990.

59. Blake II R.C. Does aporusticyanin mediate the adhesion of Thiobacillus ferrooxidans to pyrite? / R.C. Blake II, K. Sasaki, N. Ohmurab // Hydrometallurgy. -2001. - V. 59.-P. 357-372.

60. Bogdanova T.I. Sulfobacillus thermotolerans sp. nov., thermotolerant, chemolithotrophic bacterium / T.I. Bogdanova, I.A. Tsaplina, T.F. Kondrat'eva, V.I. Duda, N.E. Suzina, V.S. Melamud, T.P. Tourova, G.I. Karavaiko // International journal systematic and evolutionary microbiology. - 2006. - № 56. - P. 1039-1042.

61. Bosecker К. Bioleaching: metal solubilization by microorganisms / K. Bosecker // FEMS microbiology reviews. - 1997. - V. 20. - P. 591-604.

62. Brandl H. Microbial leaching of metals / H. Brandl - Chapter 8. - 2008.

j

- P. 192-217. URL: http://www.wiley-vch.de/books/biotech/pdl7vl0_bran-.pdf . Дата обращения: 27.08.2010 г.

63. Bridge Т.A.M. Reduction of soluble iron and reductive dissolution of ferric iron-containing minerals by moderately thermophilic iron-oxidizing bacteria / T.A.M. Bridge, D.B. Johnson // Applied and environmental microbiology. - 1998. -V. 64.-№ 6.-P. 2181-2186.

64. Brierley C.L. Thermophilic microorganisms in extractions of metals from ores / C.L. Brierley // Journal of industrial microbiology and biotechnology. -1999.-V. 22.-P. 349-360.

65. Brock T.D. Sulfolobus'. A new genus of sulfur-oxidizing bacteria living at low pH and high temperature / T.D. Brock, K.M. Brock, R.T. Belly, R.L. Weiss // Archiv fur Mikrobiologie. - 1972. - № 84. - P. 54-68.

66. Bryan C.G. Adaptation and evolution of microbial consortia in a stirred tank reactor bioleaching system: indigenous population versus a defined consortium / C.G. Bryan, C. Joulian, P. Spolaore, S. Challan-Belval, H. E. Achbouni, D. H. R. Morin, P. D'Hugues // Advanced materials research. - 2009. - V. 71-73. - P. 79-82.

67. Bugaytsova Zh. Localization, purification and properties of a tetrathio-nate hydrolase from Acidithiobacillus caldus / Zh. Bugaytsova, E.B. Lindstrom // European journal of biochemistry. - 2004. - V. 271. - № 2. - P. 272-280.

68. Castro I.M. Bioleaching of zinc and nickel from silicates using Aspergillus niger cultures / I.M. Castro, J.L.R. Fietto, R.X. Vieira, M.j.M. Tropia, L.M.M. Campos, E.B. Paniago, R.L. Brando // Hydrometallurgy. - 2000. - V. 57. - P. 3949.

69. Ciaramella M. Molecular biology of extremophiles: recent progress on the hyperthermophilic arhaeon Sulfolobus / M. Ciaramella, F.M. Pisani, M. Rossi // Antonie van Leeuwenhoek. - 2002. - V. 81. - P. 85-97.

70. Coram N J. Molecular relationship between two groups of the genus groups of the genus Leptospirillum and the findings that Leptospirillum ferriphilum sp. nov. dominates South African commercial biooxidation tanks that operate at 40°C / N.J. Coram, D.E. Rawlings // Applied and environmental microbiology. -

2002. - V. 68. - № 2. - P. 838-845!

71. Crundwell F.K. How tfo bacteria interact with minerals / F.K. Crund-well // Hydrometallurgy. - 2003. - V. 71. - P. 75-81.

72. Cwalina B. Bacterial leaching of nickel and cobalt from pentlandite / B. Cwalina, H. Fischer, S. Ledakowicz // Physicochemical problems of mineral

processing. - 2000. - № 34. - P. 17-24.

73. Das T. Use of Thiobacillus ferrooxidans for iron oxidation and precipitation / T. Das, G.R. Chaudhury, S. Ayyappan // Biometals. - 1998. - V. 11. - P. 125-129.

74. Das T. Factors affecting bioleaching kinetics of sulfide ores using acidophilic microorganisms / T. Das, S. Ayyappan, G.R. Chaudhury // Biometals. -

1999.-V. 12.-P. 1-10.

75. Devasia P. Bacterial leaching. Biotechnology in the mining industry / P.

Devasia, K.A. Natarajan // Resonance. - 2004. - P. 27-34.

76. Donati E.R. Acidianus brierleyi is the dominant thermoacidophile in a bioleaching community processing chalcopyrite containing concentrates at 70°C / E.R. Donati, M.R. Viera, E.L. Tavani // Advanced material research. Biohydrome-

tallurgy. - 2009. - V. 71 - 73. - P. 67 - 70.

77. Dopson M. Potential role of Thiobacillus caldus in arsenopyrite bioleaching / M. Dopson, E.B. Lindstrom // Applied and environmental microbiology.

- 1999.-V. 65.-№ l.-P. 36^0.!

78. Dopson M. Chromosomally encoded arsenical resistance of the moderately thermophilic acidophile Acidithiobacillus caldus / M. Dopson, E.B. Lindstrom, K.B. Hallberg // Extremophiles. - 2001. - V. 5. - P. 247-255.

79. Dopson M. ATP generation during reduced inorganic sulfur compound oxidation by Acidithiobacillus caldus is exclusively due to electron transport phos-

phorylation / M. Dopson, E.B. Lindstrom, K.B. Hallberg / Extremophiles. - 2002. -V. 6.-P. 123-129.

80. Dopson M. Characterization of Ferroplasma isolates and Ferroplasma acidarmanus sp. nov., extreme acidophils from acid mine drainage and industrial bioleaching environments / M. Dopson, C. Baker-Austin, A. Hind, J.P.Bowman, p.L. Bond // Applied and environmental microbiology. - 2004. - V. 70. - № 4. - P. 2079-2088.

81. Druschel G.K. Acid mine drainage biogeochemistry at Iron Mountain, California / G.K. Druschel, B.J. Baker, T.M. Gihring, J.F. Banfield // Geochemical

transactions. - 2004. - V. 5. - № 2. - P. 13-32.

82. Duda V.I. Formation of flat lamellar intramembrane lipid structures in microorganisms / V.I. Duda, N.E. Suzina, L.O. Severina, V.V. Dmitriev, G.I. Kara-vaiko // Journal of membrane biology. - 2001. - V. 180. - P. 33-48.

83. Dufresne S. Sulfobacillus disulfidfooxidans sp. nov., a new acidophilic, disulfide-oxidizing, gram-positive, spore-forming bacterium / S. Dufresne, J. Bousquet, M. Boissinot, R. Guay // International journal of systematic bacteriology. -

1996. - V. 46. - № 4. - P. 1056-1064.

84. Edwards K.J. An Archaeal iron-oxidizing extreme acidophile important

in acid mine drainage / K.J. Edwards, P.L. Bond, T.M. Gihring // Science. - 2000. -

V. 287. - № 5459. - P. 1796-1799.

85. Ehrlich H.L. Past, present and future of biohydrometallurgy / H.L. Ehrlich // Hydro metallurgy. - 2001. - № 59. - P. 127-134.

86. Ferrer M. The cellular machinery of Ferroplasma acidiphilum is iron-protein-dominated / M. Ferrer, O.V. Golyshina, A. Beloqui, P.N. Golyshin, K.N. Timmis // Nature. - 2007. - V. 445. - P. 91-94.

87. Gadd G.M. Microbial ,influents on metal mobility and application for bioremediation / G.M. Gadd // Geoderma. - 2004. - V. 122. - P. 109-119.

88. Gehrke T. Importance of extracellular polymeric substances from Thi-obacillus ferrooxidans for bioleaching / T. Gehrke, J. Telegdi, D. Thierry, W. Sand

// Applied and environmental microbiology. - 1998. - V. 64. - №. 7. - P. 27432747.

89. Gericke M. Bioleaching of a chalcopyrite concentrate using an extremely thermophilic culture / M. Gericke, A. Pinches, J.V. van Rooyen // International journal of mineral processing. - 2001. - V. 62. - P. 243-255.

90. Golyshina O.V. Ferroplasma acidiphilum gen. nov., sp. nov., an acidophilic, autotrophic, ferrous-iron-oxidizing, cell-wall-lacking, mesophilic member of the Ferroplacmaceae fam.nov., comprising a distinct lineage of the Archaea / O.V. Golyshina, T.A. Pivovarova, G.I. Karavaiko, T.F. Kondrat'eva, E.B. Moore, W.-R. Abraham, H. Lunsdorf, K.N. Timmis, M.M. Yakimov, P.N. Golyshin // International journal of systematic and evolutionary microbiology. - 2000. - V. 50. - P. 9971006. !

91. Golyshina O.V. Ferroplasma and relatives, recently discoveret cell

wall-lacking archaea making a living in extremely acid, heavy metal-rich environments / O.V. Golyshina, K.N. Timmis // Environmental microbiology. - 2005. - V.

7. - № 9. - P.1277-1288.

92. Gomez E. Leaching capacity of a new extremely thermophilic microorganism, Sulfolobus rivotincti / E. Gomez, A. Ballester, F. Gonzalez, M.L. Blazquez

// Hydrometallurgy. - 1999. - V. 52. - P. 349-366.

93. Goto K.I. Proposal of six species of moderately thermophilic, acidophilic, endospore-forming bacteria-.Alicyclobacillus contaminans sp. nov., Alicyclo-bacillus fastidiosus sp. nov., Alicyclobacillus kakegawensis sp. nov., Alicyclobacillus macrosporangiidus sp. nov., Alicyclobacillus sacchari sp. nov. and Alicyclobacillus shizuokensis sp. nov. / K.I. Goto, K. Mochida, Y. Kato, M. Asahara, R. Fujita, S.-Y. An, H. Kasai, A. Yokota // International journal of systematic and evolutionary microbiology. - 2007. - V. 57.-P. 1276-1285.

94. Grogan D. Isolate B12, which harbours a virus like element, represent a new species of the archaebacterial genus Sulfolobus, Sulfolobus shibatae, sp. nov. / D. Grogan, P. Palm, W. Zillig // Archives of microbiology. - 1990. - V. 154. - № 6. - P. 594-599.

95. de Groot P. A transposon-located arsenic resistance mechanism from a strain of Acidithiobacillus caldus isolated from commercial, arsenopyrite biooxida-tion tanks / P. de Groot, S.M. Deane, D.E. Rawlings // Hydrometallurgy. - 2003. -

V. 71.-P. 115-123.

96. Hallberg K.V. Characterization of Thiobacillus caldus sp. nov., a moderately thermophilic acidophile / K:V. Hallberg, E.B. Lindstrom // Microbiology. -1994. - V. 140. - P. 3451-3456.

97. Hallberg K.V. Physiological and phylogenetic heterogeneity among iron-oxidizing Acidithiobacillus spp., and characteristics of the novel species Acidithiobacillus ferrivorans / K.V. Hallberg, A. Amouric, C. Brochier-Armanet, V. Bonnefoy, D.B. Johnson Advanced Materials Research. Biohydrometallurgy. -

2009. - V. 71-73. - P. 167-170.

98. Han C.J. Physiological studies of extremely thermoacidophilic microorganisms under normal and stressed conditions / C.J. Han /Dissertation for the degree of doctor of philosophy /, Chemical engineering. - 1998. - 220 p. URL: http://repository.lib.ncsu.edU/ir/bitstream/1840.16/4106/l/etd.pdf (дата обращения: 25.01.2007).

99. Hansford G.S. Chemical and electrochemical basis of bioleaching

processes / G.S. Hansford, T. Vargas. // Hydrometallurgy. - 2001. - V. 59. -P.135-145.

100. Harvey T.J. Thermophilic bioleaching chalcopyrite concentrates with Geocoat process / T.J. Harvey, N. Holder, T. Stanek / Presented at Alta 2002 Nickel/Cobalt 8 - Copper 7 Conference, Perth, Australia, 2002.

URL: http://www.geobiotics.com/publications/5_Thermophilic_Bioleaching_of_Ch

alcopyrite.pdf (дата обращения: 6.02.2012).

101. Hawkes R.B. Ferroplasma cupricumulans sp. nov., novel moderately thermophilic, acidophilic archaeon isolated from an industrial-scale chalcocite bi-oleach heap / R.B. Hawkes, P.D. Franzman, G. O'hara, J.J. Plumb // Extremophiles. -2006. - V. 10.-P. 525-530.

102. He Z.-G. Acidianus tengchongensis sp. nov., a new species of acido-thermophilic archaeon isolated from an acidothermal spring / Z.-G. He, H. Zhong, Y. Li // Curent microbiology. - 2004. - V. 48. - P. 159-163.

103. Hippe H. Leptospirillum gen. nov. (ex Markosyan 1972), nom. rev., including Leptospirillum ferrooxidans sp. nov. (ex Markosyan 1972), nom. rev. and Leptospirillum thermoferrooxidans sp. nov. (Golovacheva et al. 1992) / H. Hippe // International journal of systematic and evolutionary microbiology. - 2000. - V. 50. -P. 501-503.

104. Huber G. Sulfolobus nietallicus, sp. nov., a novel strictly chemolithoau-totrophic thermophilic archaeal species of metal-mob ilizers / G. Huber, K.O. Stetter // Systimatic and applied microbiology. - 1991. - V. 14. - P. 372-378.

105. d'Hugues P. Continuous bioleaching of chalcopyrite using a novel extremely thermophilic mixed culture / P. d'Hugues, S. Foucher, P. Galle'-Cavalloni, D. Morin // International journal of mineral processing. - 2002. - V. 66. - P. 107119.

106. Jarrell K.F. Recent excitement about the Archaea / K.F. Jarrell, D.P. Bayley, J.D. Correia // Bioscience. - 1999. - V. 49. - № 7. - P. 530-541.

107. Johnson D.B. Minireview. Biodiversity and ecology of acidophilic microorganisms / D.B. Johnson // FEMS microbiology and ecology. - 1998. - V. 27. -P. 307-317.

108. Johnson D.B. Importance of microbial ecology in the development of new mineral technologies / D.B. Johnson // Hydrometallurgy. - 2001. - V. 59. - P. 147-157.

109. Johnson D.B. Chemical and microbiological characteristics of mineral spoils and drainage waters at abandoned coal and metal mines /D.B. Johnson // Water, air and soil pollution. - 2003. - V. 3. - P. 47-66.

110. Johnson D.B. Biodiversity and interactions of acidophiles: key to understanding and optimizing microbial processing of ores and concentrates / D.B. Johnson // Transactions of nonferrous metals society of China. - 2008. - № 18. -P. 1367-1373.

111. Karavaiko G.I. Reclassification of'Sulfobacillus thermosulfidooxidans subsp. thermotolerans' strain K1 as Alyciclobacillus tolerans sp. nov. and Sulfobacillus disulfidooxidans Dufresne et al. 1996 as Alyciclobacillus disulfidooxidans comb, nov., and emended description of the genus Alyciclobacillus / G.I. Karavaiko, T.I. Bogdanova, T.P. Tourova, T.F. Kondrat'eva, I.A. Tsaplina, M.A. Egorova, E.N. Krasil'nikova, L.M. Zakharchuk // International journal of sistematic and evalutio-nary microbiology. - 2005. - № 55. - P. 941-947.

112. Kelly D.P. Reclassification of some species of Thiobacillus to the newly designated genera Acidithiobacillus gen. nov., Halothiobacillus gen. nov. and Thermithiobacillus gen. nov. D.P. Kelly, A.P. Wood // International journal of systematic and evolutionary microbiology. - 2000. - V. 50. - P. 511-516.

113. Kletzin A. Coupled enzymatic production of sulfite, thiosulfate, and hydrogen sulfide from sulfur: purification and properties of a sulfur oxygenase reductase from the facultatively anaerobic archaebacterium Desulfurolobus ambiva-lens / A. Kletzin // Journal of bacteriology. - 1989. - V. 171. - № 3. - P. 16381643.

114. Kletzin A. Molecular characterization of the sor gene, which encodes the sulfur oxygenase/reductase of the thermoacidophilic archaeum Desulfurolobus ambivalens / A. Kletzin // Journal, of bacteriology. - 1992. - V. 174. - № 18. -P. 5854-5859.

115. Kinzler K. Bioleaching - a result of interfacial processes caused by extracellular polymeric substances (EPS) / K. Kinzler, T. Gehrke, J. Telegdi, W. Sand // Hydrometallurgy. - 2003. - V. 71. - P. 83-88.

116. Kozubal M. Isolation and distribution of a novel iron-oxidizing Crenar-chaeon from acidic geothermal springs in Yellowstone National Park / M. Kozubal, R.E. Macur, S. Korf, W.P. Taylor, G.G. Ackerman, A. Nagy, W.P. Inskeep // Applied and environmental microbiology. - 2008. - V. 74. - № 4. - P. 942-949.

117. Lizama H.M. Copper bioleaching behaviour in a aerated heap / H.M. Lizama // International journal of mineral processing. - 2001. - V. 62. -P. 257-269. :

118. Liu H.-L. SEM and AFM images of pyrite surfaces after bioleaching by the indigenous Thiobacillus thiooxidans / H.-L. Liu, Y.-W. Chen, Y.-W. Lan, Y.-C. Cheng // Applied microbiology and biotechnology. - 2003. - V. 62. - P. 414^-20.

119. Lombardi A.T. Biological leaching of Mn, Al, Zn, Cu and Ti in a anaerobic sewage sludge effectuated by 'Thiobacillus ferrooxidans and its effect on metal partitioning / A.T. Lombardi, Jr.O. Garcia // Water research. - 2002. - V. 36. - P. 3193-3202.

120. Lorenzo P. Chalcopyrite bioleaching and thermotolerance of three acidophilic, ferrous-oxidising bacterial isolates / P. Lorenzo, E. Gomez, Isabel de M. Siloniz, A. Ballester, J. Perera // Biotechnology letters. - 1997. - V. 19. - № 12. - P. 1197-1200.

121. Melamud V.S. Sulfobacillus sibiricus sp. nov., a new moderately thermophilic bacterium / V.S. Melamud, T.A. Pivovarova, T.P. Tourova, T.V. Kolganova, G.A. Osipov, A.M. Lysenko, T.F. Kondrat'eva, G.I. Karavaiko // Microbiology (Moscow). -2003. - V. 72. - № 5. - P. 605-612.

122. Mesa M.M. A simplification of the protein assay method of Ramsay et al. for the quantification of Thiobacillus ferrooxidans in the presence of ferric precipitates / M.M. Mesa, M. Macias, D. Cantero // Applied microbiology and biotechnology. - 2000. - V. 53. - P. 722-725.

123. Mirajkar Y.R.K. Growth and attachment of Thiobacillus ferrooxidans during sulfidic mineral leaching / Y.R.K. Mirajkar, K.A. Natarajan, P. Samosunda-ran // International journal of mineral processing. - 1997. - V. 50. - P.203-210.

124. Nakazawa H. Bacterial leaching of cobalt-rich ferromanganese crusts / H. Nakazawa, H. Sato // International journal of mineral processing. - 1995. -V. 43.-P. 255-265.

125. Nemati M. Inhibition effect of ferric iron on the kinetics of ferrous iron / M. Nemati, C. Webb // Biotechnology letters. - 1998. - V. 20. - № 9. _ p. 873877.

126. Nemati M. Particle size effects in bioleaching of pyrite by acidophilic thermophile Sulfolobus metallicus (BC) / M. Nemati, J. Lowenadler, S.T.L. Harrison // Applied microbiology and biotechnology. - 2000. - V. 53. - P. 173-179.

127. Norris P.R. Characteristics of Sulfobacillus acidophilus sp. nov. and other moderately thermophilic mineral-sulfide-oxidizing bacteria / P.R. Norris, D.A. Clark, J.P. Owen, S. Waterhouse // Microbiology. - 1996. - V. 142. - P. 775-783.

128. Norris P.R. Acidophiles in bioreactor mineral processing / P.R. Norris, N.P. Burton, N.A.M. Foulis // Extretoophiles. - 2000. - V. 4. - P. 71-76.

129. Nowaczyk K. Oxidation of pyrite and marcasite by Thiobacillus fer-rooxidans bacteria / K. Nowaczyk, F. Domka // Polish journal of environmental studies. - 2000. - V. 9. - № 2. - P. 87-90.

130. Okibe N. Biooxidation of pyrite by defined mixed cultures of moderately thermophilic acidophiles in pH-controlled bioreactors: Significance of microbial interactions / N. Okibe, D.B. Johnson // Biotechnology and bioengineering. -2004. - V. 87. - № 5. - P. 574-583.

131. Pennisi E. Extreme home for simple organisms / E. Pennisi // Science Now. - 2000. - P. 1-2. ,

132. Peterson J. Thermophilic heap leaching of chalcopyrite / J. Peterson, D.G. Dixon // Minerals engineering. - 2002. - V. 15. - P. 777-785.

133. Pivovarova T.A. Phenotypic features of Ferroplasma acidiphilum strains YT and Y-2 / T.A. Pivovarova, T.F.Kondrat'eva, S.G. Batrakov, S.E. Esipov, V.I. Sheichenko, S.A. Bykova, A.M. Lysenko, G.I. Karavaiko // Microbiology. -2002. -V. 71. - № 6. - P. 698-706.

134. Plumb J.J. Acidianus sulfidivorans sp. nov., an extremely acidophilic, thermophilic archaeon isolated from a solfatara on Lihir Island, Papua New Guinea, and emendation of the genus description / J.J. Plumb, C.M. Haddad, J.A.E. Gibson, P.D. Franzmann // International journal of systematic and evolutionary microbiology. _ 2007. - V. 57. - № 7. - P. 1418-1423.

135. Podar M. New opportunities revealed by biotechnological exploration of extremophiles / M. Podar, A.-L. Reysenbach // Current opinion in biotechnology. - 2006. - V. 17. - P. 250-255.

136. Pogliani C. The role of exopolymers in the bioleaching of a non-ferrous metal sulphide / C. Pogliani, E. Donati // Journal of industrial microbiology and biotechnology. - 1999. - V. 22. - P. 88-92.

137. Qureshi N. Biofilm reactors for industrial bioconversion processes: employing potential of enhanced reaction rates / N. Qureshi, B.A. Annous, E.C. Thaddeus, P. Karcher, I.S. Maddox // Microbial cell factories. - 2005. - V. 4. -№24.-P. 1-21.

138. Raw lings D.E. Molecular genetics of Thiobacillus ferrooxidans / D.E. Rawlings, T. Kusano // Microbiological reviews. - 1994 - V. 58. - № 1. -P. 39-55.

139. Rawlings D.E. Industrial practice and the biology of leaching of metals from ores / D.E. Rawlings // Journal of industrial microbiology and biotechnology. -1998.-V. 20. -P. 268-274.

140. Rawlings D.E. The molecular genetics of Thiobacillus ferrooxidans and other mesophilic, acidophilic, chemolithotrophic, iron- or sulfur-oxidizing bacteria / D.E. Rawlings // Hydrometallurgy. - 2001. - V. 59. - P. 187-201.

141. Rawlings D.E. Heavy metal mining using microbes / D.E. Rawlings // Annual review of microbiology. - 2002. - V. 56. - P. 65-91.

142. Rawlings D.E. Biomineralization of metal-containing ores and concentrates / D.E. Rawlings, D. Dew, C. du Plessis // Review. Trends in biotechnology. -2003.-V. 21.-№ 1.-P. 38-44.

143. Rawlings D.E. Characteristics and adaptability of iron- and sulfur-oxidizing microorganisms used for the recovery of metals from minerals and their concentrates / D.E. Rawlings // Microbial cell factories. - 2005. - V. 4. - № 13. - P. 1-15.

144. Rawlings D.E. The microbiology of biomining: development and optimization of mineral-oxidizing microbial consortia / D.E. Rawlings, B.D. Johnson // Microbiology. -2007. -V. 153. - P. 315-324.

145. Rawlings D.E. Biomining. Relevance of cell physiology and genetic

>

adaptability of biomining / D.E. Rawlings, B.D. Johnson / Springer-Verlag Berlin Heidelberg. - 2007. - P. 177-195. URL: http://lib.mexmat.ru/books/74853 (дата обращения: 03.12.2011).

146. Research to promote more use of downstream resources / Minning weekly, 2001. - URL: http:// www.miningweekly.com/adcentre/mw2/ ad-click.php?bannerid= 13 0&zoneid=615&source=&dest=http%3 A%2F%2Fwww.nom adiqshelters.com%2F (дата обращения: 6.02.2012).

147. Robbins E. I. Bacteria and archaea in acidic environments and a key to morphological identification / E. I. Robbins // Hydrobiology. - 2000. - V. 433. - P. 61-89. ;

148. Rohwerder T. Bioleaching review part A: progress in bioleaching: fundamentals and mechanisms of bacterial metal sulfide oxidation / T. Rohwerder, T. Gehrke, K. Kinzler, W. Sand // Applied microbiology and biotechnology. - 2003. -V. 63.-P. 239-248.

149. Rohwerder T. Chapter 2. Mechanism and biochemical fundamentals of bacterial metal sulfide oxidation / T. Rohwerder, W. Sand // Microbial processing of metal sulfides. - 2007. -P. 1-27.

150. Salari H. Pyrite oxidation by using Thiobacillus ferrooxidans and Thi-obacillus thiooxidans in pure and mixed cultures / H. Salari, H. Mozafard, M. Torkzadeh, M. Moghtader // Biological diversity and conservation. - 2008. - 1/2. -P. 115-123.

151. Salo-Zieman V.L.A. Bioleaching of acid-consuming low-grade nickel ore with elemental sulfur addition and subsequent acid generation / V.L.A Salo-Zieman, P.H.-M. Kinnunen, J.A. Puhakka // Journal of chemical technology and biotechnology. - 2006. - V. 81. - № 1. - P. 34-^0.

152. Sand W. (Bio)chemistry of bacterial leaching - direct vs. indirect bioleaching / W. Sand, T. Gehrke, P.-G. Jozsa, A. Schippers // Hydrometallurgy. -2001.-V. 59.-P. 159-175.

153. Sanhueza A. Attachment of Thiobacillus ferrooxidans on synthetic pyrite of varying structural and electronic properties / A. Sanhueza, I.L. Ferrer, T. Vargas, R. Amils, C. Sanchez // hydrometallurgy. - 1999. - V. 51. - P. 115-129.

154. Santosa L.R.G. Bioleaching of a complex nickel-iron concentrate by mesophile bacteria / L.R.G. Santosa, A.F. Barbosaa, A.D. Souzab, V.A. Leäoa // Minerals Engineering. - 2006. - V.19. - № 12. - P. 1251-1258.

155. Sayer J. Solubilization and transformation of insoluble inorganic metal compounds to insoluble metal oxalates by Aspergillus niger / J. Sayer, G.M. Gadd // Mycological research.-1997-V. 101.-№6.-P. 653-661.

156. Savic D.S. Effects of oxygen transfer rate on ferrous iron oxidation Thiobacillus ferrooxidans / D.S. Savic, V.B. Veljkovic, M.L. Lazic, M.M. Vrvic, J.I. Vucetic // Ensime and microbial technology. - 1998. - V. 23. - P. 427-431.

157. Schippers A. Sulfur chemistry in bacterial leaching of pyrite /

j

A. Schippers, P.-G. Jozsa, W. Sand // Applied and environmental microbiology. -1996. - V. 62. - № 9. - P. 3424-3431.

158. Schippers A. Intermediary sulfur compounds in pyrite oxidation: implications for bioleaching and biodepyritization of coal / A. Schippers, T. Rohwerder, W. Sand // Applied and environmental microbiology. - 1999. - V. 52. - P. 104-110.

159. Schippers A. Bacterial leaching of metal sulfides proceeds by two indirect mechanisms via thiosulfate or via polysulfldes and sulfur / A. Schippers, W. Sand // Applied and environmental microbiology. - 1999. - V. 65. - № 1. -P. 319-321.

160. Schippers A. Chapter !1. Microorganisms involved in bioleaching and nucleic acid-based molecular methods for their identification and quantification / A. Schippers // Microbial processing of metal sulfides. - 2007. - P. 3-33.

161. Schippers A. Biohydrometallurgy: from the single cell to the environment / A. Schippers, W. Sand, F. Glombitza, S. Willscher // Advanced materials research. Trans tech. publications. - 2007. V. 20-21. - 680 p.

162. Segerer A. Acidianus infernus gen. nov., sp. no v., and Acidianus brier-leyi comb, nov.: facultatively aerobic, extremely acidophilic thermophilic sulfur-metabolizing archaebacteria / A. Segerer, A. Neuner, J.K. Kristjansson, K.O. Stetter // International journal of systematic bacteriology. - 1986. - V. 36. - № 4. - P. 559564.

163. Semenza M. The role of Acidithiobacillus caldus in the bioleaching of metal sulfides / M. Semenza, M. Vjera, G. Curutchet and E. Donati // Latin American applied research. - 2002. - V. 32. - P. 303-306.

164. Shrader V.J. Factors affecting elemental sulfur formation in biooxidised samples: preliminaiy studies / V.J. Shrader, S.X. Su // Geobiotics. - 1997. - P. 1-9.

165. Skerman V.B.D. Approved Lists of Bacterial Names / V.B.D. Skerman, V. McGowan and P.H.A. Sneath // International journal of systematic bacteriology. - 1980. - V. 30. - P. 225-420.

166. Spencer A. Influence of bacterial culture selection on the operation selection of a plant treating refractory gold ore / A. Spencer // International journal of

mineral processing. - 2001. - V. 62. - P. 217-229.

>

167. Takayanagi S. Sulfolobus hakonensis sp. nov., a novel species of acido-thermophilic archaeon / S. Takayanagi, H. Kawasaki, K. Sugimory, T. Yamada, A. Sugai, T. Ito, K. Yamasato, M. Shioda // International journal of systematic bacteriology. - 1996. - V. 46. - P. 377-382.

168. Tributch H. Direct versus indirect bioleaching / H. Tributch // Hydro-metallurgy. - 2001. - V. 59. - P. 177-185.

169. Tyson G.W. Genome-directed isolation of the key nitrogen fixer Lep-tospirillum ferrodiazotrophum sp. nov. from an acidophilic microbial community / G.W. Tyson, I. Lo, B.J. Baker, E.E. Allen, P. Hugenholtz, J.F. Banfield // Applied and environmental microbiology. -2005. -V. 71. -№ 10. -P. 6319-6324.

170. Valdes J. Acidithiobacillus ferrooxidans metabolism: from genome sequence to Industrial applications / J. Valdes, I. Pedroso, R. Quatrini, R.J. Dodson, H. Tettelin, R. Blake II, J.A Eisen., D.S. Holmes // BMC Genomics. BioMedCentral. -2008.-V. 9.-№597.-24 p. 1

171. Watling H. The bioleaching of sulfide minerals with emphasis on copper sulfide - a review / Watling H. // Hydrometallurgy. - 2006. - V. 84. - P. 81108.

172. Xiang X. Sulfolobus tengchongensis sp. nov., a novel thermoacidophil-ic archaeon isolated from a hot spring in Tenchong, China / X. Xiang, X. Dong, L. Huang // Extremophiles. - 2003. - V. 7. - P. 493^198.

173. Yahya A. Bioleaching of pyrite at low pH and low redox potentials by novel mesophilic gram-positive bacteria / A. Yahya, D.B. Johnson // Hydrometallurgy. - 2002. - V. 63.-P. 181-188.

174. Yarzabal A. Rusticyanin gene expression of Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 33020 in sulfur- and ferrous iron media / A. Yarzabal, K. Duquesne, V. Bonnefoy // Hydrometallurgy. - 2003. - V. 71. - P. 107-114.

175. Urgya A. Bioleaching of cobalt from mineral products / A.Urgya, Z. Sadowski, A. Grotowski // Physicochemical problems of mineral processing. -2004.-V. 38.-P. 291-299.

176. Zakharchuk L.M. Activity of the enzymes of carbon metabolism in Sul-fobacillus sibiricus under various conditions of cultivation / L.M. Zakharchuk, M.A. Egorova, I.A. Tsaplina, T.I. Bogdanova, E.N. Krasil'nikova, V.S. Melamud, G.I. Ka-ravaiko // Microbiology. - 2003. - V. 72. - № 5. - P. 553-557.

177. Zhen S. Bioleaching of low grade nickel sulfide mineral in colomn reactor / S. Zhen, W. Qin, Z. Yan, Y. Zhang, J. Wang, L. Ren // Transactions of non-ferrous metals society of China. -2008. -№ 18. - P. 1480-1484.

178. Zhou H. Isolation and characterization of Ferroplasma thermophilum sp. nov., a novel extremely acidophilic, moderately thermophilic archaeon and its role in bioleaching of chalcopyrite / H. Zhou, R. Zhang, P. Hu, W. Zeng, Y. Xie, C.

Wu, G. Qiu // Journal of applied microbiology. - 2008. - V. 105. - № 2. - P. 591— 601.

179. Zhuravleva A.E. Metabolism peculiarities of bacteria of the genus Sul-fobacillus / A.E. Zhuravleva, I.A. Tsaplina, A.D. Ismailov, L.M. Zakharchuk, G.I. Karavaiko // Advanced materials research. - 2007. - V. 20-21. - P. 469-472.

180. Zillig W. The Sulfolobus- "Caldariella" group: taxonomy on the basis of the structure of DNA-dependent!and RNA-polymerases / W. Zillig, K.O. Stetter, W. Wunderl, W. Schulz, H. Priess, I. Scholz // Archives of microbiology. - 1980. -V. 125.-P. 259-269.

181. Zilouei H. Bio leaching of copper from low-grade ore using isolated bacteria and defined mixed cultures / H. Zilouei, S.A. Shojaosadati, R. Khalilzadeh, B. Nasernejad // Iranian journal of biotechnology. - 2003. - V. 1. - № 3. - P. 162— 168.