Вилуговування бактеріальне

Вилуговування бактеріальне (рос. выщелачивание бактериальное, англ. bacterial lixiviation, bacterial leaching; нім. bakterielle Auslaugung f) — вилучення хімічних елементів з руд, концентратів і гірських порід за допомогою бактерій або їх метаболітів. Бактеріальне вилуговування поєднується з вилуговуванням слабкими розчинами сірчаної кислоти бактеріального і хімічного походження, а також розчинами, що містять органічні кислоти, білки, пептиди, полісахариди і т. д. Вилуговування бактеріальне може бути наземного (відвали) і підземного (гірські масиви) типу.

Історія

Вилуговування металів з руд відоме з давніх часів.

У 1566 в Угорщині здійснювали повний цикл вилуговування з використанням системи зрошування, в Німеччині вилуговування міді з відвалів практикувалося з XVI ст.

У 1725 в Іспанії на руднику Ріо-Тінто вилуговували мідні руди. Це було перше практичне застосування бактеріального вилуговування, механізм якого (участь бактерій) був невідомий.

В 1947 американськими мікробіологами з рудникових вод виділений раніше невідомий мікроорганізм Thiobacillus (Th.) ferrooxidans, який окиснює практично всі сульфідні мінерали, сірку і ряд її відновлених сполук, закисне залізо, а також Cu⁺, Se²⁻, Sb³⁺, U⁴⁺, при рН 1,0-4,8 (оптимум 2,0-3,0) і t 5-35 °C (оптимум 30-35 °C). Число клітин цих бактерій в зоні окиснення сульфідних родовищ досягає 1 млн.-1 млрд в 1 г руди або в 1 мл води.

Сучасний стан

При бактеріальному вилуговуванні руд кольорових металів широко використовуються тіонові бактерії Th. ferrooxidans, які безпосередньо окиснюють сульфідні мінерали, сірку і залізо і утворюють хімічний окиснювач Fe³⁺ і розчинник — сірчану кислоту. Тому витрата Н₂SO₄ при бактеріальному вилуговуванні знижується. Fe³⁺ — основний окиснювач при вилуговуванні руд урану, ванадію, міді з вторинних сульфідів та інших елементів.

Найбільша швидкість бактеріального вилуговування досягається при тонкому подрібненні руди або концентрату (200 меш і менше), в пульпах з концентрацією твердого близько 20 %, при активному перемішуванні і аерації пульпи, а також оптимальних для бактерій рН, т-рі і високій концентрації бактерій (10⁹—10¹⁰ в 1 мл пульпи). За сприятливих умов з концентратів в розчин протягом 1 години переходить Cu до 0,7 г/л, Zn 1,3, Ni 0,2 і т. д. До 90 % As витягується з олово- і золотовмісних концентратів за 70-80 годин. Швидкість окиснення сульфідних мінералів в присутності бактерій зростає в сотні і тисячі разів, а в присутності Fe²⁺ — приблизно в 2·10⁵ разів в порівнянні з хімічним процесом.

Селективність процесу бактеріального вилуговування кольорових металів визначається як кристало-хімічними особливостями сульфідів, так і їх електрохімічною взаємодією. Рідкісні елементи входять в кристалічні ґратки сульфідних мінералів або вмісних порід і при їх руйнуванні переходять в розчин і вилуговуються. Отже, у вилуговуванні рідкісних елементів бактерії відіграють непряму роль.

Бактеріальне вилуговування кольорових металів проводять з відвалів бідної руди (купчасте) і безпосередньо з рудного тіла (підземне). Зрошування руди у відвалі або в рудному тілі здійснюється водними розчинами Н₂SO₄, що містять Fe³⁺ і бактерії. Розчин подається через свердловини при підземному або шляхом розбризкування на поверхні при купчастому вилуговуванні. У руді в присутності О₂ і бактерій йдуть процеси окиснення сульфідних мінералів і мідь переходить з нерозчинних сполук в розчинні. Розчин, що містить мідь, надходить на цементаційну або інш. установки (сорбція, екстракція) для вилучення міді, потім на відвал (схема замкнута).

Інтенсифікація вилуговування досягається активізацією життєдіяльності тіонових та інших сульфідокиснюючих бактерій. Собівартість 1т міді, отриманої цим способом, в 1,5-2 рази нижча, ніж при звичайних гідрометалургійних або піро-металургійних процесах. До нових належать способи бактеріального вилуговування золота, марганцю, кольорових металів, а також збагачення бокситів за допомогою гетеротрофних мікроорганізмів (мікроскопічні гриби, дріжджі, бактерії). Провідне значення при вилуговуванні з допомогою гетеротрофів відіграють процеси комплексоутворення органічних сполук з металами, а також перекиси і гумінові кислоти.

В пром. масштабах бактеріальне вилуговування застосовується для вилучення міді із забалансових руд в США, Перу, Іспанії, Португалії, Мексиці, Австралії та інших країнах. У ряді країн (США, Канада, ПАР) бактерії використовуються для вилуговування урану.

В Україні розробником прогресивної технології бактеріального вилуговування золота з відвалів з низькою концентрацією корисного компонента є Інститут біоколоїдної хімії імені Ф. Д. Овчаренка НАН України.

Експеримент BioAsteroid

Британські вчені у 2020 р. розпочали експеримент BioAsteroid, суть якого - вивчення поведінки бактерій, які використовуються в технології бактеріального вилуговування в умовах космосу, мікрогравітацій. Експеримент може послужити обґрунтуванням можливості бактеріального видобутку корисних копалин на Місяці і Марсі. Він передбачає направлення на Міжнародну космічну станцію (МКС) контейнерів розміром із сірникову коробку, щоб дослідити, як протікатиме процес біовидобутку корисних копалин в умовах мікрогравітації. Контейнери будуть використовуватися для вирощування бактерій і грибів в інкубаторі протягом трьох тижнів, щоб побачити, як низько-гравітаційне середовище впливає на мікроби, що вилучають мінерали з породи.

Див. також

• Спеціальні методи збагачення корисних копалин
• Вилуговування
• Бактеріальна інтенсифікація процесів переведення твердої фази в розчин
• Бактеріальне збагачення
• Бактеріальне вилуговування золота
• Вилуговування підземне

Література

• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
• Адамов Э. В., Панин В. В. Биогидрометаллургические процессы в технологии переработки минерального сырья. Л.:Наука, 1990.
• Самилін В., Білецький В. Спеціальні методи збагачення корисних копалин (курс лекцій). — Донецьк: Східний видавничий дім, 2003. — 116 с. [1]

Посилання

• Bioleaching, BioMineWiki [Архівовано 10 червня 2008 у Wayback Machine.]
• Creating Value through Innovation Biotechnology in Mining.