БАКТЕРИАЛЬНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ЗОЛОТА

Глава XIV БАКТЕРИАЛЬНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ЗОЛОТА

В последние 5—6 лет в зарубежной литературе появились первые сообщения о принципиально новом направлении в гидрометаллургии благородных металлов — извлечение золота из рудного сырья с помощью микроорганизмов.
К настоящему времени в этой области уже достигнуты определенные успехи в Институте Пастера (Франция), а также в Университете города Дакара (Сенегал) -

Воздействие микроорганизмов, находящихся в почвах и воде, на ряд элементов известно уже давно. В этом отношении хорошо изучены углерод, азот, сера и фосфор. Соединения, содержащие эти элементы, подвергают биологическому окислению и восстановлению с получением измененных соединений в растворимой или нерастворимой форме.

Несколько лет тому назад были открыты бактерии, способные переводить в раствор силикаты.

Уже достаточно хорошо известны бактерии, переводящие в раствор соединения железа (железоокисляющие и железовосстанавливающие бактерии), и бактерии, способные осаждать двухвалентное железо. Кроме того, в зарубежной литературе появились сведения

о том, что некоторые микроорганизмы могут синтезировать металлоорганические комплексы, весьма богатые железом.

Аналогичным образом выявлены различного рода бактерии и грибки, способные окислять или восстанавливать марганец.

Особый род бактерий представляеют микроорганизмы типа тио-новых бацилл (серуокисляющих), способных разлагать некоторые сульфидные минералы с переводом металлов (меди, марганца, урана) в раствор.

Воздействие микроорганизмов на другие металлы, и в том числе на золото, до наших дней за рубежом практически никем не исследовалось, если не считать опытов Лунгвица [178], относящихся еще к 1900 г. Лунгвиц смешивал порошкообразное золото с раствором, содержащим остатки гниющих растений, и при этом установил факт растворения золота. По мнению Лунгвица, это явление было связано с образованием азотной и серной кислот в процессе окисления растений. В то время микробиология почв не считалась наукой и, естественно, исследователь не мог предположить об исключительной роли живых микроорганизмов в процессе растворения золота.

Идея бактериального выщелачивания золота была основана на наблюдении о переносе и переосаждении рудного золота шахтными водами, сделанном в последние годы Мартине на золотоносных копях в Ити (Берег Слоновой Кости). Тщательное изучение этого явления показало, что живые клетки способны осуществлять при обычных условиях такие реакции, воспроизведение которых в лаборатории требует применения повышенных значений pH среды и высокой температуры.

Все растворяющие золото микроорганизмы, выделенные из почв и проб естественных вод, нетоксичны, поэтому их можно применять в условиях подземного и кучного выщелачивания при минимальном объеме горнорудных работ.

Выделенные штаммы бактерий взращивались на специальных питательных средах, из которых наиболее приемлемыми оказались: бульон из зеленых орехов, пептон, раствор Виноградского, рыбная мука, бульон из листьев эвкалипта и др. Эти среды используются в большинстве случаев с добавкой разнообразных солей, в разных соотношениях и с различной концентрацией.

Детальное исследование выделенных штаммов микроорганизмов позволило установить первоначальную причину их растворяющего действия по отношению к золоту.

Для выщелачивания были использованы накопительные культуры (т. е. колонии развивающихся микроорганизмов на специальной питательной среде), в которых микробы были убиты нагреванием в автоклаве до 120° С, введением ацетона или толуола, или же применением ультразвуковых колебаний. Несмотря на это, была установлена возможность растворения золота с помощью питательных сред с посевами, не содержащими живых бактерий. Следовательно, растворяющей субстанцией являются не непосредственно сами микроорганизмы, а выделяемые ими в окружающую среду продукты их жизнедеятельности (метаболизма). При этом они действуют наиболее активно в момент выделения бактериями, вследствие чего извлечение золота при обработке питательной среды с живыми бактериями несколько выше, чем одними, заранее выделенными продуктами метаболизма.

Подробнее характеристика различных факторов, влияющих на процесс биовыщелачивания золота, приведена в докладе Пареса на VIII Международном конгрессе по обогащению полезных ископаемых.

Один из таких существенных факторов — состав питательной среды. Для каждого вида чистых бактерий следует подбирать такие условия, которые позволяют направить метаболизм микроорганизмов по пути воспроизведения субстанций, способных вызывать растворение золота. Если такие условия не будут соблюдены, то микробы станут неактивными. При этом следует иметь в виду, что питательные среды, наиболее благоприятные для растворения золота, могут быть различными в зависимости от того, действуют ли бактерии на чистое золото, или же на золотоносную руду.

Определенным образом на процесс биовыщелачивания золота влияет физиологическое состояние бактерий. Известно, что клетки бактерий в течение их жизни претерпевают различные изменения. Метаболизм молодых, активно действующих клеток иной, нежели у клеток старых, или находящихся в покое несколько суток. Кроме того, накопление отходов в культурной среде может повлечь за собой изменение бактерий. Поэтому бактерии в течение времени хранения могут утратить способность к растворению золота. Хранить микроорганизмы рекомендуется в масле при температуре 4° С. В этих условиях при выдержке до 4-х лет бактерии не изменяют своих свойств.

Наилучшие результаты по растворению золота достигаются, когда начальное значение pH среды 6,8 или 8. Бактерии в процессе растворения несколько подщелачивают среду, в результате чего значение pH соответственно возрастает до 7,7 и 8,6.

Пропускание потока стерилизованного воздуха через культуры микроорганизмов, так же как и механическое перемешивание, ухудшают растворение золота.

Предварительные исследования основных положений биовыщелачивания золота позволили исследователям вплотную подойти к полевым испытаниям разрабатываемой бактериальной технологии и к ее внедрению на золотосодержащих объектах Сенегала.

Первые испытания были проведены по выщелачиванию лакте-ритов, содержащих 6,6—19,8 г/т золота с помощью бактерий вида Р76 (спорообразующих подвижных с полярными жгутиками грамм— отрицательных). За 217 дней в раствор было извлечено от 10 до 82% золота, и при этом концентрация металла в растворе колебалась в пределах 0,2—1,1 мг/л. Из всех испытанных питательных сред для бактерий наиболее эффективной оказалась манитолсодержащая.

Широкая гамма микроорганизмов, в том числе 8 штаммов, выделенных из золотосодержащих пород месторождения Берег Слоновой Кости, была испытана для извлечения золота из руд, содержащих

11,2—18,3 г/т металла. В качестве питательной среды использовали бульон из зеленых орехов различной концентрации. Наиболее активными оказались четыре культуры, выделенные из руды, которые позволили за 74 дня выщелачивания получить растворы с содержанием 12-—15 мг/л золота.

На аналогичных культурах были проведены исследования по установлению влияния концентрации пептона на процесс растворения чистого золота. Установлено, что при концентрации пептона в средах 1,0 и 2,5 г/л содержание золота соответственно достигает 1,5 и 12 мг/л, т. е. с уменьшением содержания питательного реагента содержание золота в растворе резко понижается, достигая 1 мг/л в среде с содержанием пептона 0,1 г/л.

На основании выполненных исследований в области биометаллургии золота, французские исследователи взяли патент на усовершенствование существующих методов извлечения золота из золотосодержащих руд и, в первую очередь, из бедных руд, освоение которых крайне сложно Сущность предлагаемого авторами бактериального метода заключается в воздействии на тонкоизмельченную руду, помещенную в питательную среду, микроорганизмов Bacillus iir-neus или Sphalricus, благодаря чему растворяется золото. Растворенное золото выделяют, пропуская раствор через активированный уголь или ионообменную смолу.

Как показали исследования, наиболее активны в процессе растворения золота микроорганизмы, выделенные из рудничных вод золотоносных месторождений, т. е. такие микробы, которые весьма продолжительное время соприкасались с металлом в естественных условиях. Данные микроорганизмы очень быстро размножаются в среде, обычно используемой для сульфатредуцирующих бактерий (в частности, среда Stareey).

Для выделения активных культур из рудничных вод и пород авторы патента приводят состав используемых питательных сред и описывают методику работы.

Полевыми испытаниями установлено, что процесс бактериального растворения золота из руд имеет следующие последовательные этапы. Прежде всего существует скрытая фаза, которая длится 3 недели при использовании наиболее благоприятных культур, и до

5 недель, если питательные среды менее пригодны для развития растворяющих способностей бактерий. После этого наступает этап растворения, возрастающего неравномерно, и иногда с повторными выделениями осадка металла. Максимум растворения наблюдается между 2,5 и 3 месяцами. Степень растворения золота на следующем этапе практически не изменяется. Этот этап назван ступенью растворимости. В этот период концентрация растворенного золота держится на довольно высоком уровне (~10 мг/л) в течение 0,5—1,0 года. После этого наступает последний этап, характеризующийся явно выраженным снижением растворимости' золота.

Таким образом, требуемая продолжительность бактериального выщелачивания до достижения максимума извлечения (ступень растворимости) должна в среднем составлять 75—90 дней.

При проведении бактериального выщелачивания в промышленных условиях исследователи столкнулись с существенными трудностями, связанными с необходимостью использования неасептических сред.

Установлено, что вредно влияют на биосинтез микроорганизмов элементов пустой породы, перешедшие в раствор после выщелачивания. Кроме этого, питательные среды для бактерий, представляющих собой гетеротрофные микроорганизмы, не являются селективными. В этих средах могут развиваться и другие бактерии, которые разрушают первые.

Один из возможных путей выхода из таких затруднений авторы рассматриваемой технологии видят в использовании питательных сред после метаболизма бактерий, когда будут заранее синтезированы биометаллургическим путем растворяющие золото реагенты. Такую среду, с уже мертвыми бактериями, можно будет использовать как растворитель золота.

В связи с этим, очень важно определить форму нахождения золота в биологической среде, а на ее основе установить тип и химический состав растворяющего агента — продукта метаболизма бактерий. Детальное изучение выделенного в чистом виде растворяющего агента из среды метаболизма бактерий позволило бы наметить пути интенсификации процесса бактериального выщелачивания золота.

В настоящее время в этом направлении за рубежом проводятся весьма интенсивные и углубленные исследования.

По сообщению Пареса [178], группой исследователей, работающих под его руководством в университете г. Дакара (Сенегал), выделены золотосодержащие комплексы, полученные в результате растворяющего действия микроорганизмов. Их элементарный анализ, показал, что образующееся соединение представляет собой органическую молекулу, не содержащую хлора. Это принципиально новый вид комплексного соединения золота.

По размеру молекулы нового соединения весьма малы, способны к диализу через целлофановые мембраны. Эти молекулы выдерживают температуру до 80° С, растворяются в воде, бутиловом и изо-амиловом спирте, но нерастворимы в эфире, хлороформе и бензоле. Молекулы не закрепляются на катионообменных смолах, т. е. золото входит в анионную часть комплекса (как при цианистом растворении).

В настоящее время производятся вещественные и структурные анализы полученных органических золотоносных комплексов.