Биовыщелачивание металлов

ехника использования кислых жидкостей для выщелачивания меди известна на протяжении многих столетий. В 50-е годы ученые открыли, что растворение меди из сульфидных минералов во многих случаях является результатом деятельности ТЫоЬасШш fer-rooxidans и других бактерий [21,

8, 9, 18 ]. Наиболее изучена ТЫо-ЬасШш ferrooxidans [25, 26, 23]. Выявлено много штаммов данной бактерии с различными спо-

Тсобностью к окислению и составом ДНК [17]. Обычно по-

протоны и поддержать внутренний рН. Дыхательная цепь ТЫоЬасШш содержит несколько цитохромов с-типа и цитохром а1 с двумя гемо-а-центрами с необычно высоким потенциалом Е = +420, +500 mV соответственно при рН=7. Последний цитохром, вероятно, является конечной оксидазой.

С помощью ТЫоЬасШш fer-rooxidans выщелачивали сульфиды кобальта и никеля, не содержащие железа, чтобы показать, что можно выщелачивать различные металлы и без участия железа

СЕМИНАР 16

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"

МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.

© P.M. Кравченко, 2001

УДК 622.775

P.M. Кравченко

БИОВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ МЕТАЛЛОВ*

пуляция данной бактерии состоит из нескольких штаммов.

Silverman (1967) показал, что металлы в труднорастворимых минералах могут переходить в растворимую форму путем прямой метаболической активности микроорганизмов, или непрямым путем - с помощью кислых растворов Fe (3+).

Ingledew (1982) изучал биоэнергетику ТЫоЬасШш. Потенциалы Fe (3+) I Fe(2+) и 1I2O2 I H2O так близки (+780 mV), что при нейтральном рН среды окислять Fe (2) невыгодно. Однако при внеклеточном pH = 2, а внутриклеточном нейтральном рН, а, следовательно, разнице рН = 4,5 (270 mV) создаются условия для синтеза АТФ с помощью протон-перемещающей АТФазы. Функция дыхательной цепи - переместить * Исследование проведено по заказу РФФИ

[22].

Биовыщелачивание металлов зависит от минерального состава их руд. Например, при высоком содержании карбонатов в руде необходимо добавление в рабочий раствор повышенного количества кислоты для их нейтрализации. Кроме того, в данных условиях поверхность минералов покрывается осадком гипса [14]. Лучше вышелачиваются минералы с ослабленной, рыхлой структурой, сложным химическим составом, наличием разновалентных металлов и воды [2].

Смешанные руды, состоящие из нескольких минералов, иногда могут быть более перспективными для бактериального выщелачивания. Л.К. Яхонтова, Сергеев, Г.И. Каравайко (1976) указали на то,

№ 990565238, руководитель д.т.н., проф.

что возможной причинои этого являются электрохимические процессы, идущие между минералами.

С помощью электронной микроскопии было показано, что бактерии делают длинные углубления в минералах, следовательно, идет прямая атака на металл и минерал [5, 24].

Rodrigues-Leiva и Tributsch (1988) изучали задействованность в инициации выщелачивания некоторых органических веществ.

Thibacillus acidophilus и Thio-bacillus organoparus имеют сходные с Thiobacillus ferrooxidans морфологию и скорость роста, однако их способность к выщелачивании металлов меньшая. Th. thiooxidans плохо окисляет Fe( 2+), хотя хорошо окисляет восстановленную серу и её соединения. Данная бактерия сильно ацидофильна и может снижать рН до 0,65. Она усиливает процесс выщелачивания металлов в смешанной культуре, так как убирает серу с поверхности минералов и из-за ацидофильности [12]. В окисление серы может вовлекаться и опосредованная бактериями реакция с железом [7].

Выщелачивать металлы также способны также некоторые другие бактерии, как литотрофные, так и гетеротрофные [6].

Возможно, что некоторые бактерии-термофилы являются перспективными для выщелачивания. Они лучше, чем мезофилы выдерживают повышение температуры во время окисления сульфидных минералов. Их способность регулировать свой обмен веществ, в том числе ограничивать свой катализ в целях поддержания оптимума температуры может оказаться полезной для разработки технологий выщелачивания [14].

Грибы, дрожжи, живущие в сульфидных минералах, питаясь органическим веществом, с одной

А.Е. Воробьев

стороны способствуют выщелачиванию, так как утилизуют отходы полезных бактерий, например, пи-руват, фиксируют азот из атмосферы, поставляя азотсодержащие вещества. С другой стороны они мешают этому, так как затрудняют в местах своих скоплений течение технологических растворов и конкурируют с полезными бактериями за место обитания [13]. Groudev, Genchev и Gaidarjcev (1978) изучали микрофлору на отвалах с низким содержанием меди. Виды Amoeba содержались в количестве до 500 ед/мл. Лабораторные исследования показали, что такое их высокое содержание уменьшает количество полезных бактерий и замедляет процесс выщелачивания. По мере повышения кислотности численность выщелачивающих бактерий рас-

тет, а остальной микрофлоры падает.

В изучении выщелачивающих бактерий лабораторная техника и методы имеют первостепенное значение. Bagdigian и Myerson (1986), Пивоварова (1987) использовали и описали обычный подход к подсчету бактерий - осаждение соединений железа и других неорганических соединений с помощью щелочи, а затем применение стандартной техники Lowry для определения и подсчета белков. Ogram, Sayler и Barcay (1987) применяли метод выделения ДНК из осадка. Muyzer et al. (1987) производили подсчет численности Thiobacillus ferrooxidans в популяции ацидофильных бактерий с помощью сочетания иммунофлуо-ресцентного и ДНК-

флуоресцентного окрашивания. В исследовании прикрепленных и

свободных бактерий ТЫоЬасШш ferrooxidans с помощью эпифлуо-ресцентной микроскопии показали изменение их числа по мере окисления пирита [27]. Johnson, Мас-^саг и Rolfes (1987) нашли новую твердую питательную среду, с помощью которой можно изолировать ТЫоЬасШш ferrooxidans от ацидофильных гетеротрофных бактерий. Также данные авторы дают литературный обзор альтернативных методов.

В настоящее время наиболее актуальными являются следующие вопросы: выщелачивание суспензий руд, выщелачивание тяжелых металлов, выщелачивание при высоких температуре и давлении, применение не тионовых бактерий, приспособление выщелачивающих бактерий к засоленным растворам, синергетические эффекты бактерий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Яхонтова Л.К., Сергеев В.М., Каравайко Г.И. Реальная конституция сульфидов и процесс их бактериального окисления. - В книге: Экология и геохимическая деятельность микроорганизмов. Пущино, 1976, С. 99 - 104.

2. Яхонтова Л.К., Серебряная М.З., Смольянинова

В.Н. Разрушение окисных минералов марганца с помощью бактерий // Известия вузов. Геология и разведка. - 1987. -№3. - С. 26 - 30.

3. Пивоварова Т.А. и др. IeeQiaeieiaey, 56, N. 16 - 514.

4. Bagdigian , Myerson. Biotech. Bioeng. - 1986. - Vol. 28. - P. 79 - 467.

5. Bennet , Tributsch. Journal Bacteriol. - 1978. -Vol.134. - P. 17-310.

6. Brierley C.L. Microbiological mining: Technology status and commercial opportunities// Biothech 84: World Biotech. Rep.,1984; Proc. of Conf., London, May, 1984. - Vol. 1: Europe. - P. 599 - 609.

7. Brock T.D., Gustafson J. Appl. Environ. Microbiol. -1976. - Vol. 32. - P. 71 -567.

8. Bryner L.C., Anderson R. Microorganisms in leaching sulfide minerals // Industrial Engineering Chemistry. - 1975. -Vol. 32. - P. 1721 - 1724.

9. Colmer A.R. Relation of iron oxidizer, Thiobacillus fer-rooxidans,

10. to thiosulfate // Journal bacteriol. - 1962. Vol.83. - P. 761 - 765.

11. Ingledew W.J. Biochim. Biophys. Acta. - 1982. Vol. 688. - P. 89 - 117.

12. Johnson D.B., MacVicar J.H. and Rolfe S. Journal Microbiol. Methods. - Vol. 7. - P. 9 - 18.

13. Kelly D.P., Norris P.R. and Brierley C.L. Microbial technology: Current State, Future Prospect: SGM Symposium, 1979 // Ed. by A.T.Bull, D.C. Ellwood and C. Ratledge. London: Acad. Press. - P. 267 - 308.

14. Kiel H., Schwartz W.Z. Allg. Microbiologie. - 1980. Vol.20. - P. 36 - 627.

15. Metallulgical applications of bacterial leaching and related microbiological phenomena: Proc. of International symposium wich took place at the New Mexico Inst. of mining and technology, Socorro, N.M., Aug. 3 - 5, 1977 // Ed. by Lowrence E. Murr et al. N. Y. Atc: Acad. Press. - 1978. -526 p.

16. Muyzer G. et al. Appl. Env. Microbiol. - 1987. Vol.53.

- P. 4-660.

17. Ogram A., Sayler G.S., Barkay T. Journal Microbiol. Methods. - 1987. Vol. 7. - P. 57 - 66.

18. Pichuantes S. et al. Biotech. Appl. Biochem. - 1986. Vol. 8. - P. 83 - 276.

19. Razzell W.E and Trussel P.C. Isolation and properties of an iron-oxididazing Thiobacillus // Journal Bacteriol. - 1963. -Vol. 85. - P. 595 - 603.

20. Rodriguez - Leiva , Tributsch. Arch. Microbiol. -1988. - Vol. 149. - P. 5 - 401.

21. Silverman M.P. Bacteriology. - 1967. - Vol. 94. - P. 51

- 1046.

22. Temple K.L. and Colmer A.R. The autotrophic oxidation of iron by a new bacterium, Thiobacillus ferrooxidans // Journal Bacteriol. - 1951. - Vol. 62. - P. 605 - 611.

23. Thorma A.E. Rev. Can. Biol. - 1971. - Vol. 30. - P. 16

- 209.

24. Thorma A.E. Adv. Biochem. Eng. - 1977. - Vol. 6. - P. 1 - 37.

25. Tributsch // Naturwissenschaften. - 1976. - Vol. - P. 27. Tuovinen O.H. and Kelly D.P // Int. Metallurgical Rev.

8. - 1974. - Vol. 19. - P. 9 - 21

26. Tuovinen O.H. and Kelly D.P // Z. Allg. Microbiologie. 28. Yeh T.Y. et al. Biotech. Bioeng. - 1987. - Vol. 30. - P.

1972. - Vol. 12. - P. 46 - 311. 46 - 138.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

CD

's. Кравченко Рано Мухтаровна - аспирантка ИПКОН РАН.

4