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 10⁶-10⁹ 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, температурі 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 інші установки (сорбція, екстракція) для вилучення міді, потім на відвал (схема замкнута).

Інтенсифікація вилуговування досягається активізацією життєдіяльності тіонових та інших сульфідокиснюючих бактерій. Собівартість 1 т міді, отриманої цим способом, в 1,5-2 рази нижча, ніж при звичайних гідрометалургійних або пірометалургійних 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 промислових 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.