научная статья по теме БИОГЕННОЕ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ЗОЛОТА В БУРЫХ УГЛЯХ НА СТАДИИ ТОРФООБРАЗОВАНИЯ Математика

Текст научной статьи на тему «БИОГЕННОЕ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ЗОЛОТА В БУРЫХ УГЛЯХ НА СТАДИИ ТОРФООБРАЗОВАНИЯ»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2012, том 443, № 1, с. 102-107

ГЕОХИМИЯ

УДК 550:72:582.288(571.6)

БИОГЕННОЕ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ЗОЛОТА В БУРЫХ УГЛЯХ НА СТАДИИ ТОРФООБРАЗОВАНИЯ

© 2012 г. Н. Г. Куимова, Л. М. Павлова, член-корреспондент РАН А. П. Сорокин

Поступило 02.09.2011 г.

В последние время отечественными и зарубежными авторами обсуждаются проблемы бла-городнометального оруденения в углеродистых породах [1, 2]. Выявление значительных содержаний благородных металлов и редких элементов в угленосных толщах разного генезиса является одной из причин пристального внимания исследователей к условиям и механизмам их накопления в углях. Выделяют разные генетические типы бла-городнометального оруденения в угленосных структурах [2], что обусловлено совокупностью многочисленных факторов: окислительно-восстановительными условиями, составом исходного растительного сырья, условиями его разложения на стадии торфообразования, сопряженностью с золотоносными структурами и т.д. В настоящее время получили признание биогенные механизмы образования золота [3, 4]. Активный процесс биогенного концентрирования золота в углях, вероятнее всего, мог происходить на стадии торфо-образования. Основными факторами данного процесса являлись растения, микроорганизмы, органическое вещество. В связи с этим весьма актуальны исследования состава и жизнеспособности микроорганизмов, выделенных из углей, изучение их способности взаимодействовать с золотом, а также процессов концентрирования золота органическим веществом торфа и угля.

Исходным материалом палеогенового углена-копления в пределах Верхнего Приамурья служили остатки наземных растений, отложение которых происходило в болотах, занимавших низменные пространства Зейско-Буреинского бассейна, расположенного в окружении золотоносных коренных источников. Анализ палеообстановки позволил авторам [1] сделать вывод, что процессы угленакопления и россыпеобразования в Зейско-Буреинском бассейне протекали синхронно. О масштабности процессов миграции золота свидетельствуют результаты гидрохимических исследований, согласно которым содержание золота в

Институт геологии и природопользования Дальневосточного отделения Российской Академии наук, Благовещенск

поверхностных водах Верхнего Приамурья на два порядка выше фонового (4—12 мкг/л) [5]. Повышенное содержание золота в дренирующих растворах и поверхностных водах является одним из необходимых условий для активного концентрирования золота произрастающей палеогеновой растительностью. В настоящее время в литературе имеется достаточное количество данных о приуроченности золота к растениям, произрастающим на рудных площадях [6, 7]. В золе берез из района золоторудных месторождений Восточного Забайкалья содержание золота колеблется от 0.5 до 10 г/т [8].

В работе изучены палеоценовые угли Райчихин-ского месторождения (северо-восточный разрез) Амурской области. Опробован пласт Верхний мощностью 4.5 м. Пласт имеет сложное строение, содержит прослойки глин и туфов мощностью 2—5 см, в кровле и подошве залегают каолиновые глины. Угли месторождения двух классов: гелитолитовые и фюзинитовые, мацеральный состав характеризуется содержанием витринита (в среднем 60—70%) и инертинита (25—35%), реже липтинита (1-3%).

Для микробиологических исследований из угольного пласта Верхний послойно (от его подошвы к кровле) с соблюдением методов стерильности отобраны образцы угля, глин и туфов (14 проб). Выделение бактерий производили на глюкозо-пептонной среде, грибов — на среде Чапека [9]. Численность микроорганизмов выражали в колониеобразующих единицах на 1 г субстрата (КОЕ/г). Видовую идентификацию проводили по общепринятым определителям [10].

Результаты исследований показали присутствие микроорганизмов по всему профилю угольного пласта, кроме глинистых подстилающих пород. Методом посева в углях выявлена невысокая численность бактерий 1.3 х 104 КОЕ/г. Полученные данные практически сравнимы с литературными [11]. Доминирующими группами бактерий, учитываемых на используемых питательных средах, явились представители родов ВасШш, Аг&го-Ьас1ег. Численность бактерий, учитываемых традиционным методом, принятым в микробиологии (метод посева), значительно занижена в

сравнении с методом прямого микроскопирова-ния, который показывает, что численность бактерий в углях на три порядка выше (2.5 х 107) и основная масса бактерий представлена некультиви-руемыми формами [11].

Численность грибов в буром угле составила 4 х 103 КОЕ/г. Выделенные микроскопические грибы относятся к группе медленно растущих видов, типичных для почв исследуемой территории. Особенностями комплекса микромицетов бурых углей являются: невысокое видовое разнообразие, доминирование представителей рода Penicillium (4 вида), присутствуют виды р. Aspergillus (главным образом A. niger), Mycelia sterilia, преобладают темноокрашенные формы. Методом сканирующей электронной микроскопии показано присутствие активного компонента грибного комплекса — мицелия: короткие обрывки мицелия установлены преимущественно в кровле угольного пласта. Основная масса грибных зачатков находится в буром угле в виде спор, т.е. в форме неактивного компонента.

Результаты выполненных нами исследований показали, что подавляющая часть бактерий находится в покоящейся форме — анабиотическом состоянии, а микроскопических грибов — в форме спор. К факторам, ингибирующим микробную активность в углях, относятся анаэробиоз, низкая влажность и пористость углей, трудная доступность элементов питания, токсичность феноль-ных соединений. Однако микроорганизмы жизнеспособны по всему профилю угольного пласта, о чем свидетельствует их медленный рост на питательных средах.

После захоронения органического вещества микроорганизмы (бактерии, грибы, водоросли) вследствие субмикроскопического размера и отсутствия твердых клеточных оболочек редко остаются морфологически выраженными среди растительных остатков. Однако, если процесс концентрирования и инкрустации клеточной стенки металлами происходил прижизненно, то фосси-лизированные клетки микроорганизмов сохраняются в отложениях всех геологических систем, включая докембрий, причем морфологически они мало отличаются от современных форм. С целью выявления биоморфных структур и определения элементного состава фоссилизированных поверхностей авторами выполнены электронно-микроскопические исследования мацератов углей. В бурых углях обнаружено присутствие разнообразных биоморфных структур. Сферические кокковидные образования (рис. 1а) с фрактальноподобной поверхностью обнаружены во всех образцах, но в большем количестве присутствуют в углях ближе к кровле. Встречаются как единичные и сдвоенные экземпляры, так и групповые скопления, размеры этих структур варьируются от 1.0 до 3.3 мкм. Энергодисперсионные спектры показали в эле-

Рис. 1. Кокковидные (а), нитеподобные (б), бацилло-подобные (палочковидные) (в) биоморфные структуры.

ментном составе бактериоморфных сфрерои-дальных структур присутствие А1 (до 32%), 81 (до 17-24%), О (48-49%), а также Fe (до 0.38%), Си (до 0.52%), в единичных случаях обнаружен W (1.56%).

В составе углей установлено присутствие ните-подобных биоморфных структур (рис. 1б), напоминающих многоклеточный мицелий с диаметром гиф от 0.38 до 1. 2 мкм, а также более широких ги-фоподобных образований диаметром 4.6-6 мкм. Бациллоподобные формы (палочковидные) раз-

Рис. 2. Биоморфы, напоминающие репродуктивные органы грибов (а, б) и спороподобные структуры (в).

ного размера (рис. 1в), а также разнообразные спороподобные образования (рис. 2в) размерами 10.7 х 3.36; 31.46 х 5.58 мкм немногочисленны. В элементном составе палочковидных форм присутствовали, кроме алюминия, кремния, кальция и кислорода, железо и медь.

Выявлены микроструктуры, подобные репродуктивным органам несовершенных грибов: сфероидальное образование (диаметр 5.7—5.8 мкм) на ножке (диаметр 2.23 мкм), напоминающее спороносные органы аспергиллов (рис. 2а), а также образования, похожие на кисти пенициллов диаметром до 1.1 мкм (рис. 2б).

Таким образом, в мацератах бурого угля были обнаружены разнообразные биоморфные структуры. В элементном составе поверхности этих образований не обнаружены золото и другие благородные металлы. Фоссилизированные клеточные структуры имеют алюмосиликатный состав, но в отдельных биоморфах присутствуют вольфрам, медь, железо.

Оценка возможности концентрирования ионного золота грибами (Pénicillium sp.), выделенными из бурых углей, выполнена в модельных экспериментах. При исходной концентрации золота в растворе 100 мкг/мл емкость биосорбции составила 39—42 мг Au/г сухой биомассы. Сорбция металла на биомассе происходила в широком диапазоне pH (от 2 до 9) с выраженным максимумом при рН 5. Процесс взаимодействия золота с биомассой шел в несколько стадий. На первой стадии происходила быстрая сорбция металла на активных центрах структурных компонентов клеточной стенки, в результате чего формировалось множество центров зарождения новой фазы на поверхности мицелия. Ключевую роль в биосорбции золота микроскопическими грибами играют гидроксильные и карбоксильные группы компонентов клеточной стенки грибов, что было выявлено при изучении механизмов биосорбции методом ИК-спектроскопии [3]. Именно эти группы являются основными местами связывания Au3+. Донорами электронов для восстановления Au(III) до Au(0) являются свободные альдегидные группы в составе белков, липидов, полисахаридов клеточной стенки.

На второй стадии наблюдалось медленное восстановление остаточного золота и образование на-ночастиц золота на поверхности мицелия (рис. 3а). На микрофотографии показаны многочисленные сферические и пластинчатые (триангулярные и гексагональные) наночастицы золота на поверхности широких гиф и в межгифальном пространстве. Энергодисперсионный анализ показал, что в составе образованных наночастиц присутствуют золото и медь (рис. 3б). Восстановление и отложение золота вокруг мицелия обусловлены взаимодействием металла с экзометаболитами грибов.

Выполненные модельные эксперименты показали высокие потенциальные возможности микроскопических грибов конце

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком