И переработки руд, отделения и концентрирования металлов из сточных вод как вторичного сырья, экстракции остаточных пор- ций нефти из иссякающих месторождений.

Большую роль в этих процессах играют микроорганизмы, спо-

собные жить в недрах Земли и осуществлять там химические превра-

щения.

Биотехнология играет все возрастающую роль при добыче неф-

ти из сложных в эксплуатации залежей с помощью микроорганиз- мо в. Во-первых, в нефтяной промышленности используются поверх- ностно-активные вещества микробного происхождения. Бактерии - де- эмульгаторы, например Nokardia sp, Rhodococeos rhodochrous, разде- ляют водную и нефтяную фазы, что может быть использовано как для концентрирования нефти, так и для очистки сточных вод от нефтяных примесей, создающих угрозу для окружающей среды. Во-вторых, не- которые образуемые микроорганизмами полимеры, особенно произ- водные ксантана можно использовать в качестве компонентов закачи- ваемых в пласт растворов, обладающих нужными реологическими ха- рактеристиками, для добычи остаточной нефти. Ксантан, внеклеточ-

 

 

ный полисахарид бактерии Xanthomonas campestris. Остаточные пор- ции нефти обычно адсорбируются на различных породах, содержа- щихся в нефтеносных пластах, и не вымываются из них водой. Раствор ксантана в воде обладает высокой вязкостью и при закачке в пласты под повышенным давлением высвобождает капли нефти из всех тре- щин нефтеносных пород.

Как микробиологи, так и геологи давно осознали тот факт, что микроорганизмы играют важную роль в концентрировании и рас- пределении химических элементов в литосфере. Это особенно спра- ведливо для многих металлов, которые, являясь существенными ком- понентами сложных биологических реакций, необходимы для поддер- жания метаболизма у большинства микроорганизмов. Металлы непо- средственно включаются во внутриклеточные биохимические реакции, вследствие этого микроорганизмы могут их накапливать или выделять

в концентрированном виде.

Способностью переводить металлы в растворимые соединения

(выщелачивать металлы из руд) обладают различные бактерии. Напри- мер: Chromobakterium violaceum растворяет золото по схеме Au - Au(CN)2;

Thiobacillus ferrooxydans выщелачивает железо, медь, цинк,

уран и другие металлы, окисляя их серной кислотой, которая образует-

ся этой бактерией из сульфидов.

Технологии подобных процессов подкупают своей простотой: для извлечения остатков меди, урана, никеля из "пустых" пород горнорудного производства их обливают водой и собирают вытекаю-

щие продукты жизнедеятельности микроорганизмов - растворимые со-

единения (CuSO4, UO2и т.д.).

Метод бактериального выщелачивания позволяет рассматривать

разработку бедных месторождений как экономически выгодное пред- приятие. В США бедные никелевые руды, содержащие всего около 1 кг никеля на 1 т породы, предполагают разрабатывать с применением

бактериального выщелачивания.

При извлечении металлов из сточных вод большое значение придается таким микроорганизмам, как Citrobacter sp., Zoogloea ramigera, клетки и внеклеточные полисахариды которой извлекают U, Cu, Cd.

Высокая хелирующая способность грибной биомассы, учитывая сравнительную дешевизну ее наработки в больших количествах, от- крывает перспективы не только для концентрирования металлов (Pb,

Hg, Zn, Cu, Ni, Co, Mn, Cr, Ag, Au, Pt, Pd) из растворов, где они присут-

 

 

ствуют в следовых количествах, но и для освобождения растворов от радиоактивных примесей (дезактивации).

Способность микроорганизмов принимать участие в круговороте металлов положена в основу нового направления биогеотехнологии металлов.

Биогеотехнология металлов – это процессы извлечения метал-

лов из руд, концентратов, горных пород, растворов под действием ми- кроорганизмов или продуктов их жизнедеятельности при нормальном давлении и физиологической температуре (от 50С до 900С).

Составными частями биогеотехнологии являются:

• биогидрометаллургия или бактериальное выщелачивание;

• биосорбция металлов из растворов;

• обогащение руд.

 

Биогидрометаллургия

 

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-

 

 

ляетFe2+,S0 и сульфидные минералы при рН 1,9-3,5 и температуре

500С.РяддругихтермофильныхбактерийокисляетFe2+,S0исульфид-

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.