Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
ускоряет окисление двухвалентного железа в 106 раз. При окислении медно-
сульфидных минералов нередко образуется элементарная сера. Эта сера
маскирует частицы минералов, ограничивая воздействие на
196
Глава 5
них со стороны трехвалентного железа. Т. ferrooxidans, присутствующая в
количестве 103-105 клеток на 1 г породы и на 1 мл выщелачивающего
раствора, окисляет некоторые растворимые-соединения серы и элементарную
серу. Разрушение серы этим организмом приводит к удалению маскирующего
слоя серы,, окружающего некоторые частицы минералов, и усиливает процесс
выщелачивания. Таким путем Thiobacillus thiooxidans и Thiobacillus
ferrooxidans совместно разлагают минералы сульфидной природы и являются
мощным окислителем для растворения медно-сульфидных минералов и
образования серной кислоты. Эта последняя создает благоприятную среду для
деятельности микроорганизмов и удерживает ионы двухвалентной меди в
растворе.
Поскольку при выщелачивании отвалов в среде развиваются природные
тиобациллы, никакого засева не проводят. Проявлению необходимой
активности микроорганизмов способствуют обеспечение кислотности отвала и
обилие кислорода. Последнее достигается путем аэрирования выщелачивающего
раствора; циркуляции воздуха внутри породы способствует и особая форма
отвалов (с гребнями или ребрами). Иногда вертикально внутри отвала
помещают трубы с отверстиями и через них продувают сжатый воздух,
способствующий протеканию биологических и химических реакций.
В выщелачиваемых отвалах происходит также много важных небиологических
реакций. Самой ценной с экономической точки зрения является окисление
медно-сульфидных минералов образующимися биологическим путем ионами
трехвалентного железа [например, реакция (5)]. К другим небиологическим
реакциям, протекающим в выщелачиваемых отвалах, относятся гидролиз солей
трехвалентного железа с последующим осаждением основного сульфата
трехвалентного железа,
Fe2 (S04)s + 2НаО v 2Fe (ОН) (S04) + Н2 S04, (7)
растворение карбонатных минералов,
СаС03 -f Н2 S04 + Н20-* CaS04 + 2НаО + С02, (8)
и твердофазные превращения, приводящие к образованию вторичных
минералов. Все эти реакции стабилизируют pH отваль-
ных пород и выщелачивающего раствора на нужном уровне.
Выщелачиваемые отвалы имеют значительные размеры. Это создает много
инженерных проблем и может препятствовать деятельности бактерий и
протеканию важных химических реакций. К таким проблемам относятся, во-
первых, уплотнение отвалов и образование осадков, которые затрудняют
взаимодействие раствора с минералами, во-вторых, попадание внутрь отвалов
крупных минерализованных глыб, мало подверженных
Материалы и биотехнология
197
разрушению, и в-третьих, повышение температуры отвалов за счет протекания
в них экзотермических реакций. Так, в Бинг-хэм-Каньоне было отмечено
повышение температуры выше 80 °С. При таких температурах тиобациллы
инактивируются, но может повышаться активность термофильных
выщелачивающих бактерий. Из отвалов были выделены ацидотермофильные
штаммы ТН, близкие к Thiobacillus, однако крайне термофильные штаммы
Sulfolobus не обнаружены. Правда, это не исключает их существования в
подобных средах.
Из выщелачиваемых отвалов вытекают растворы, содержащие 0,75-2,2 г меди в
1 л. Эти растворы направляют в отстойники; медь из них получают путем
осаждения с использованием железа или экстракцией растворителями. В
первом случае создают условия, при которых растворы контактируют с
железом и протекает следующая реакция:
CuS04 + Fe° Cu° + FeS04. (9)
"Отработанные" выщелачивающие растворы вновь поступают в отвал. В
последние годы для получения меди из раствора начали применять экстракцию
растворителями. Ионы меди из водной фазы экстрагируют органическими
жидкостями, только частично растворимыми в воде. Затем медь извлекают из
органического растворителя.
Выщелачивание урана
Для экстракции урана бактерии применяются реже. Для того чтобы при
выщелачивании урана можно было использовать микробиологическую
технологию, руда и/или связанные с ней породы должны быть богаты
сульфидными минералами и не слишком интенсивно поглощать кислоту.
Бактериальное выщелачивание урана применяли в восточных районах Канады
для извлечения остаточного урана на уже выработанных площадях, а также из
отвалов. В первом случае стенки и крыши забоев (при подземной выработке)
промывали обычной или подкисленной водой. Для роста бактерий достаточно
3-4 месяцев, за это время Т. ferrooxidans окисляет железо до
трехвалентного состояния. Затем трехвалентное железо окисляет
восстановленный уран до растворимого окисленного состояния в соответствии
с реакцией (6). По прошествии этого периода забои снова промывают.
Промывные воды, содержащие уран, собирают и извлекают из них уран с
помощью ионного обмена либо экстрагируют растворителями.
Бактериальное выщелачивание применялось в Канаде и в качестве первичного
средства для получения урана. Рудное тело разрушали взрывом и
