Бактеріальне вилуговування

Бактеріа́льне вилуго́вування — вилучення хімічних елементів з руд, концентратів і гірських порід за допомогою бактерій або їх метаболітів.

Бактеріальне вилуговування поєднують із вилуговуванням слабкими розчинами сірчаної кислоти бактеріального і хімічного походження, а також розчинами, що містять органічні кислоти, білки, пептиди, полісахариди тощо. Може бути наземного (відвали) і підземного (гірські масиви) типу.

Історична довідка

Вилуговування металів із руд відоме з давніх часів. У другій половині 16 ст. в Угорщині здійснювали повний цикл вилуговування з використанням системи зрошування, в Німеччині застосовували вилуговування міді з відвалів. 1725 в Іспанії на руднику Ріо-Тінто вилуговували мідні руди. Це було перше практичне застосування бактеріального вилуговування, механізм якого (участь бактерій) був невідомий.

1947 мікробіологи США з рудникових вод виділили раніше невідомий мікроорганізм Thiobacillus ferrooxidans, який окиснює практично всі сульфідні мінерали, сірку і низку її відновлених сполук, закисне залізо, а також Cu+, Se2−, Sb3+, U4+ за значень водневого показника (рН) 1,0–4,8 (оптимум 2,0–3,0) і температури 5–35 °C (оптимум 30–35 °C). Число клітин цих бактерій у зоні окиснення сульфідних родовищ сягає від 1 млн до 1 млрд в 1 г руди або в 1 мл води.

Технологія

Під час бактеріального вилуговування руд кольорових металів використовують тіонові бактерії Thiobacillus ferrooxidans (у 2000 перекласифіковано на Acidithiobacillus ferrooxidans), які безпосередньо окиснюють сульфідні мінерали, сірку і залізо та утворюють хімічний окиснювач Fe3+ і розчинник — сірчану кислоту (Н2SO4), тому її витрата за бактеріального вилуговування знижується. Fe3+ — основний окиснювач для вилуговування руд урану, ванадію, міді з вторинних сульфідів та інших елементів.

Найбільшої швидкості бактеріального вилуговування досягають унаслідок тонкого подрібнення руди або концентрату (200 меш і менше), використання пульп із концентрацією твердої речовини близько 20 %, активного перемішування і аерації пульпи, а також оптимальних для бактерій рН, температурі і високій концентрації бактерій (109–1010 в 1 мл пульпи). За сприятливих умов із концентратів у розчин упродовж 1 год. переходить (у г/л): Cu до 0,7; Zn ― 1,3; Ni ― 0,2. До 90 % As вилучають із олово- і золотовмісних концентратів за 70–80 год. Швидкість окиснення сульфідних мінералів за наявності бактерій зростає в сотні й тисячі разів, а за наявності Fe2+ — приблизно в 2·105 разів порівняно з хімічним процесом.

У вилуговуванні рідкісних елементів бактерії діють опосередковано: рідкісні елементи входять у кристалічні ґратки сульфідних мінералів або вмісних порід, під час їх руйнування переходять у розчин і вилуговуються. Селективність бактеріального вилуговування кольорових металів зумовлюють кристало-хімічні особливості сульфідів та їхня електрохімічна взаємодія. Бактеріальне вилуговування кольорових металів проводять із відвалів бідної руди (купчасте) і безпосередньо з рудного тіла (підземне). Зрошують руди у відвалі або в рудному тілі водними розчинами Н2SO4, що містять Fe3+ і бактерії. Розчин подають через свердловини в разі підземного або через розбризкування на поверхні в разі купчастого вилуговування. У руді за наявності О2 і бактерій відбуваються процеси окиснення сульфідних мінералів, і метал переходить з нерозчинних сполук у розчинні. Розчин надходить на цементаційну або іншу установку (сорбція, екстракція) для вилучення металу, потім на відвал (схема замкнута). Інтенсифікують вилуговування, активізуючи життєдіяльність тіонових та інших сульфідокиснювальних бактерій. Собівартість 1 т міді, отриманої цим способом, у 1,5–2 рази нижча, ніж у 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 під час вилуговування за допомогою гетеротрофів відіграють процеси комплексоутворення органічних сполук із металами, а також пероксиди і гумінові кислоти.

Застосування

У промислових масштабах бактеріальне вилуговування застосовують для вилучення міді із забалансових руд у США, Перу, Іспанії, Португалії, Мексиці, Австралії та інших країнах. У низці країн (США, Канада, ПАР) бактерії використовують для вилуговування урану. В Україні розробником прогресивної технології бактеріального вилуговування золота з відвалів із низькою концентрацією корисного компонента є Інститут біоколоїдної хімії імені Ф. Д. Овчаренка НАН України.

Див. також

Вилуговування (у металургії)

Література

  1. Полькин С. И., Адамов Э. В., Панин В. В. Технология бактериального выщелачивания цветных и редких металлов. Москва : Недра, 1982. 288 с.
  2. Gilbertson B. P. Creating Value through Innovation Biotechnology in Mining // Mineral Processing and Extractive Metallurgy. 2000. Vol. 109. № 2. P. 61–67.
  3. Brandl H. Microbial leaching of metals // Biotechnology Set / Ed. by Dr. H.‐J. Rehm, Dr. G. Reed. 2nd ed. New York : Wiley, 2001. P. 191–224.
  4. Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / За ред. В. С. Білецького. Донецьк : Східний видавничий дім, 2004–2013.
  5. Neale J. Bioleaching Technology in Minerals Processing // Mintek's Biotechnology Division. 2006. URL: http://wiki.biomine.skelleftea.se/wiki/images/9/94/BioleachingTechnologyInMineralsProcessing2006.pdf
  6. Allen K., Jain M., Buckley R. et al. Environmental Biotechnology. Oxford : Alpha Science, 2014. 292 p.

Автор ВУЕ

В. С. Білецький


Покликання на цю статтю

Покликання на цю статтю: Білецький В. С. Бактеріальне вилуговування // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Бактеріальне вилуговування (дата звернення: 18.10.2021).


Оприлюднено

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено:
07.11.2020

Офіційний телеграм-канал ВУЕОфіційний телеграм-канал ВУЕ