6.10.1Биогидрометаллургия

Еще древние римляне, финикийцы и люди иных ранних циви- лизаций извлекали медь из рудничных вод. В средние века в Испании и Англии применяли метод выщелачивания для получения меди из медь- содержащих минералов. Естественно, древние горняки не догадыва- лись, что в процессе принимают участие микроорганизмы. В настоя- щее время метод бактериального выщелачивания руд хорошо изучен и применяется достаточно широко. Главным производителем меди до- бытой таким способом является США. В 1947 г. в США Коллири и Хинкли выделили из шахтных дренажных вод микроорганизмы, окисляющие железо и восстанавливающие серу. Микроорганизмы были идентифицированы как Thiobacillus ferroxidans. Было доказа- но, что эти железоокисляющие бактерии в процессе окисления перево- дят медь из рудных минералов в раствор. Затем были выделены и опи- саны многие другие микроорганизмы, участвующие в окислении суль- фидных минералов. А спустя несколько лет, в 1958 г. В США зареги- стрирован первый патент на получение металлов из концентратов с помощью железобактерий.

Позже было доказано, что в сульфидных рудах распространены и другие бактерии, окисляющие Fe²⁺, S0 и сульфидные минералы, - Leptospirillum ferrooxidans, Thiobacillus organopatus, Thiobacillus thioox- idans, Sulfobacillus thermosulfidooxidans и др. Leptospirillum ferrooxid- ans окисляет Fe²⁺, а при совместном присутствии с Thiobacillus thioox- idans или Thiobacillus organoparus – сульфидные минералы при pH 1,5-

4,5 и температуре около 28 ⁰С. Sulfobacillus thermosulfidooxidans окис-

154

_{ляет Fe}²⁺_{, S0 и сульфидные минералы при рН 1,9-3,5 и температуре}

₅₀⁰_{С. Ряд других термофильных бактерий окисляет Fe}²⁺_{, S0 и сульфид-}

ные минералы при рН 1,4-3,0 и температуре от 50⁰С до 80⁰С. Процес- сы окисления неорганических субстратов служат для этих бактерий единственным источником энергии. Углерод для синтеза органическо-

го вещества клеток они получают из СО₂, а другие элементы – из руд и растворов.

При бактериальном выщелачивании руд цветных металлов широко используются тионовые бактерии Thiobacillus oxidans, ко- торые непосредственно окисляют сульфидные минералы, серу и желе-

зо и образуют химический окислитель Fe³⁺ и растворитель – серную кислоту. Поэтому расход H₂SO₄ при бактериальном выщелачивании

снижается.

Скорость окисления сульфидных минералов в присутствии бакте- рий возрастает в сотни и тысячи раз по сравнению с химическим про- цессом. Селективность процесса бактериального выщелачивания цвет-

ных металлов определяется как кристаллохимическими особенностя-

ми, так и электрохимическим взаимодействием. Редкие элементы вхо- дят в кристаллические решетки сульфидных минералов или вмещаю- щих пород и при их разрушении переходят в раствор и выщелачивают- ся. Следовательно, в выщелачивании редких элементов бактерии иг- рают косвенную роль.

В процессе выщелачивания марганца из карбонатных руд уча- ствуют нитрифицирующие бактерии из родов Nitrosomonas, Ni- trosococcus, Nitrosospira, Nitrobakteria, Nitrococcus.

Сульфатвосстанавливающие бактерии в анаэробных условиях

восстанавливают сульфаты, сульфиты, тиосульфаты, иногда серу.

В процессе разрушения горных пород участвуют также неко- торые гетеротрофные микроорганизмы, использующие в качестве ис- точника энергии органические вещества и выделяющие в качестве ме- таболитов органические кислоты. Так, силикатные породы разрушают- ся представителями рода Bacillus, Aspergillus, Penicillium и др.

Процесс выщелачивания осуществляется, как правило, с участием бактериальной ассоциации микроорганизмов, выделенной из того же месторождения, что и минералы, которые должны быть переработаны. Часто употребляют термины “прямые” и “непрямые” методы бак- териального окисления металлов. Эти понятия относятся к раство- рению сульфидных пород непосредственно бактериями и с помощью железа Fe³⁺, образовавшегося при бактериальном окислении железа. В ходе непрямого окисления образуется сера, которая вновь окисляется

155

бактериями до серной кислоты. Бактериальное окисление является сложным процессом, включающим:

• адсорбцию микроорганизмов на поверхности минерала или гор-

ной породы;

• деструкцию кристаллической решетки;

• транспорт в клетку минеральных элементов;

• внутриклеточное окисление.

Процесс реализуется по законам электрохимической коррозии.

Бактериальное выщелачивание, называемое также биогидро- металлургией или биоэкстрактивной металлургией в про- мышленности.

Бактериаьное выщелачивание может быть осуществлено следующими способами:

• извлечение металлов из бедных руд в кучах, отвалах;

• выщелачивание руды in situ (подземное выщелачивание);

• полное выщелачивание концентратов фильтрацией через непо-

движный слой или в реакторе с перемешиванием;

• частичное выщелачивание концентратов для удаления или для предварительной подготовки к переработке другими технологиями.