WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 32 | 33 || 35 | 36 |   ...   | 49 |

«Т. Г. Волова БИОТЕХНОЛОГИЯ Ответственный редактор академик И. И. Гительзон Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в ...»

-- [ Страница 34 ] --

Несмотря на давность существования биотехнологических процессов извлечения металлов из руд и горных пород, только в 50-е гг. была доказана активная роль микроорганизмов в этом процессе. В 1947 г. в США Колмер и Хинкли выделили из шахтных дренажных вод микроорганизмы, окисляющие двухвалентное железо и восстанавливающие серу. Микроорганизмы были идентифицированы как Thiobacillus ferrooxydans. Вскоре было доказано, что эти железоокисляющие бактерии в процессе окисления переводят медь из рудных минералов в раствор. Затем были выделены и описаны многие другие микроорганизмы, участвующие в процессах окисления сульфидных минералов. Спустя несколько лет, в 1958 г., в США был зарегистрирован первый патент на получение металлов из концентратов с помощью железоокисляющих микроорганизмов.

Бактерии Thiobacillus ferrooxidans очень широко распространены в природе, они встречаются там, где имеют место процессы окисления железа или минералов. Они являются в настоящее время наиболее изученными. Помимо Thiobacillus ferrooxidans, широко известны также Leptospirillum ferrooxidans. Первые окисляют сульфидный и сульфитный ионы, двухвалентное железо, сульфидные минералы меди, урана. Спириллы не окисляют сульфидную серу и сульфидные минералы, но эффективно окисляют двухвалентное железо в трехвалентное, а некоторые штаммы окисляют пирит. Сравнительно недавно выделены и описаны бактерии Sulfobacillus thermosulfidooxidans, Thiobacillus thiooxidans, T.

acidophilus. Окислять S0, Fe2+ и сульфидные минералы способны также некоторые представители родов Sulfolobus и Acidianus. Среди этих микроорганизмов – мезофильные и умеренно термотолерантные формы, крайние ацидофилы и ацидотермофилы.

Для всех этих микроорганизмов процессы окисления неорганических субстратов являются источником энергии. Данные литотрофные организмы углерод используют в форме углекислоты, фиксация которой реализуется через восстановительный пентозофосфатный цикл Кальвина.

Несколько позднее было установлено, что нитрифицирующие бактерии способны выщелачивать марганец из карбонатных руд и разрушать алюмосиликаты. Среди микроорганизмов, окисляющих NH4+ NO2–, это представители родов Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrobacter, Nitrococcus и др.

Определенный интерес для биосорбции металлов из растворов представляют денитрифицирующие бактерии; наиболее активные среди них – представители родов Pseudomonas, Alcaligenes, Bacillus. Эти микроорганизмы, являясь факультативными анаэробами, используют в качестве акцептора электронов окислы азота (NO3–, NO2–, N2O) или кислород, а донорами электронов могут служить различные органические соединения, водород, восстановленные соединения серы.

Сульфатвосстанавливающие бактерии, которые используют в качестве доноров электронов молекулярный водород и органические соединения, в анаэробных условиях восстанавливают сульфаты, SO23– S2O23–, иногда S0.

Оказалось, что некоторые гетеротрофные микроорганизмы способны разрушать горные породы в результате выделения органических продуктов обмена – органических кислот, полисахаридов; источником энергии и углерода для организмов служат различные органические вещества. Так, силикатные породы деструктурируют представители рода Bacillus в результате разрушения силоксанной связи Si-O-Si; активными деструкторами силикатов являются также грибы родов Aspergillus, Penicillum и др.

Все названные выщелачивающие бактерии переводят в ходе окисления металлы в раствор, но не по одному пути. Различают «прямые» и «непрямые» методы бактериального окисления металлов.

Процесс окисления железа и серы бактериями является прямым окислительным процессом:

В результате прямого бактериального окисления окисляются пирит:

и сфалерит:

Ион трехвалентного железа, образующийся в результате окисления бактериями двухвалентного железа, служит сильным окисляющим агентом, переводящим в раствор многие минералы, например халькоцит:

Cu2S + 2 Fe2(SO4)3 2 CuSO4 + 4 FeSO4 + S и уранит:

UO2 + Fe2(SO4)3 UO2 SO4 + 2 FeSO4.

Выщелачивание, происходящее при участии иона Fe3+, который образуется в результате жизнедеятельности бактерий, называется непрямым окислением. Часто в ходе непрямого окисления минералов образуется элементарная сера, которая может непосредственно окисляться бактериями до серной кислоты.

Бактериальное окисление сульфидинах минералов является сложным процессом, включающим адсорбцию микроорганизмов на поверхности минерала или горной породы, деструкцию кристаллической решетки, транспорт в клетку минеральных элементов и их внутриклеточное окисление. Этот процесс реализуется по законам электрохимической коррозии, поэтому зависит от состава, структуры и свойств породы. Прикрепляясь к поверхности минералов, бактерии увеличивают ее гидрофильность, при этом электродный потенциал породы (ЭП) снижается, а окислительновосстановительный потенциал среды (Eh) возрастает. Чем выше разница между Eh среды и ЭП породы, тем быстрее протекают электрохимические реакции на катоде и аноде:

При отсутствии бактерий Eh среды и ЭП пирита близки, поэтому окисления не происходит. Бактерии, прежде всего, окисляют минералы с более низким ЭП, то есть анодные минералы, находящиеся на самом низком энергетическом уровне.

При бактериальном окислении арсенопирита (пример непрямого окисления сульфидного минерала) происходит следующее (рис. 5.3). В диффузионном слое на поверхности минерала происходят реакции:

FeAsS Fe2+ + As3+ + S°+7e–; 3.5 O2 + 14 H+ + 7 e– 7 H2O.



Бактерии окисляют Fe2+ и S0 до конечных продуктов:

G = –74.4 кДж моль –1.

Окисление ионов двухвалентного железа и серы до конечных продуктов происходит непосредственно в диффузионном слое, что способствует быстрому взаимодействию иона трехвалентного железа с минералами:

FeAsS + Fe2 (SO4)3 + 1.5 H2O + 0.75 O2 3 FeSO4 + S0 + H3AsO и серой:

FeAsS Fe 2+ + As3+ +S Рис. 5.3. Модель бактериально-химического окисления арсенопирита Механизмы бактериального окисления продуктов электрохимических реакций (Fe2+, S2–, S0) пока не считаются выясненными. Более изученным является вопрос о механизме окисления железа. Полагают, что при бактериальном окислении Fe2+ оно поступает в периплазматическое пространство. Электроны акцептируются медьсодержащим белком рустицианином и переносятся через мембрану по цитохромной цепи. Перенос двух электронов обеспечивает возникновение на мембране потенциала в 120 мВ, а двух протонов – 210 мВ. Суммарный потенциал в 330 мВ достаточен для образования молекулы АТФ. Вторая часть реакции окисления железа, приводящая к образованию воды, реализуется на внутренней стороне цитоплазматической мембраны и в цитоплазме.

Четких представлений по механизму окисления сульфид ной серы пока нет. Возможно, медьсодержащий белок является первичным акцептором сульфида, поступающего в периплазму; а далее процесс идет с участием цепи переноса электронов. Есть данные о том, что элементная сера окисляется железоокисляющими бактериями до серной кислоты по реакции:

S0 ромбическая S0b SO32– SO42–, где S b – редкий тип серы, напоминающий b модификацию селена.

Сера в коллоидном состоянии поступает в периплазматическое пространство клетки и, возможно, окисляется на поверхности цитоплазматической мембраны и во внутриклеточной мембранной системе. Механизм генерирования АТФ при этом, возможно, аналогичен процессу при окислении двухвалентного железа.

Сульфидные минералы эффективно окисляются бактериями при следующих условиях: микроорганизмы должны быть адаптированными к условиям конкретной породы, их концентрация в среде должна быть достаточно высокой (1–5 г/л). Выщелачивание проходит активнее, если руда предварительно тонко измельчена до частиц, размером около 40 мкм, (обычно пульпы содержат твердого вещества до 20 %) при непрерывном перемешивании и аэрации, а также стабилизации рН и температуры среды на уровне, оптимальном для применяемых микроорганизмов.

Бактериальное выщелачивание, называемое также биогидрометаллургией или биоэкстрактивной металлургией, в промышленных масштабах довольно широко применяют для перевода меди и урана в растворимую форму. Существует несколько способов проведения бактериального выщелачивания металлов. Все они основаны на стимуляции роста железоокисляющих бактерий, способных окислять двухвалентное железо и серу.

Эти методы весьма экономичны и чисты в экологическом плане; отличаются достаточной простотой и способны к самоподдерживанию благодаря образованию агента-растворителя металлов в виде раствора Fe3+. Все полученные при бактериальном выщелачивании продукты реакции находятся в растворах, которые легко можно нейтрализовать; какие-либо вредные побочные газообразные продукты отсутствуют; процесс не зависит от масштабов его проведения. К трудностям реализации биологических методов относится необходимость поддержания активной микробной культуры в строго контролируемых и заданных условиях, низкие в сравнение с химическими процессами скорости реакций, взаимосвязанность процессов выщелачивания со скоростями роста микроорганизмов.

Поверхностное выщелачивание куч и отвалов, в основном, сводится к извлечению металлов из отходов горнодобывающей промышленности или побочных бедных руд, переработка которых обычными способами не экономична. Методы поверхностного выщелачивания куч и отвалов, применяемые в настоящее время, мало чем отличаются от процесса, который использовали в XVIII веке в Испании на месторождении Рио-Тинто для извлечения меди из руд выветрившейся породы. Этот метод применяют обычно при извлечении меди из пород с низким ее содержанием (менее 0.4 % по весу). Такие отвалы накапливаются в больших количествах при крупномасштабной открытой разработке руды и могут занимать огромные площади и достигать в высоту нескольких сот метров. Самый большой отвал Бингхэм-Каньон находится в Америке и вмещает около 3.6.108 т породы.

Выщелачивание куч несколько отличается от выщелачивания отвалов.

Кучи содержат повышенное по сравнению с отвалами содержание металла, извлечение которого в принципе возможно за достаточно короткий срок – несколько месяцев. В то же время выщелачивание отвалов может длиться годами. В кучах и отвалах измельченная руда уложена на наклонное водонепроницаемое основание. Поверхности куч и отвалов орошаются выщелачивающей жидкостью, представляющей собой слабый раствор кислоты и ионов трехвалентного железа. Сбор раствора с извлеченным металлом, профильтровавшегося через слой породы, собирают снизу. Поскольку при выщелачивании отвалов в среде, как правило, развиваются природные микроорганизмы, засева не производят. Кислая среда и наличие кислорода способствует повышению каталитической активности Thiobacillus ferrooxidans. Выщелачивающая жидкость с помощью насосов подается наверх кучи руды, распыляется по ее поверхности и затем, самотеком стекая вниз, фильтруется через нее. Обогащенные металлом растворы, стекающие из отвалов и куч, направляются в специальные пруды и водоемы для сбора и извлечения металла. Извлечение проводят методом простого осаждения или электролизом, а также более сложными методами. Отработанные выщелачивающие растворы, содержащие в основном растворенное железо, регенерируются в окислительных прудах и вновь подаются в отвалы. Типичная схема бактериального выщелачивания меди из куч и отвалов представлена на рис. 5.4.

Скорость извлечения металла при промышленном выщелачивании куч и отвалов зависит от многих факторов – активности культуры, качества руды и степени ее дисперсности, скорости фильтрации выщелачивающего раствора, аэрации. Так, при введении сжатого воздуха в толщу выщелачиСжатый воздух Рис.5.4. Схема бактериального выщелачивания меди из куч или отвалов руды ваемой медной руды скорость извлечения меди возрастает на 25 %.



Pages:     | 1 |   ...   | 32 | 33 || 35 | 36 |   ...   | 49 |
 



Похожие работы:

«2 ПЕРСПЕКТИВНЫЕ o ТЕХНОЛОГИИ В o 6 ОБЛАСТИ ЭНЕРГЕТИКИ В поддержку Плана действий G8 Сценарии и КРАТКИЙ ОБЗОР стратегии И ПОСЛЕДСТВИЯ до 2050 г. ПРОВОДИМОЙ ПОЛИТИКИ 2 ПЕРСПЕКТИВНЫЕ o ТЕХНОЛОГИИ В o 6 ОБЛАСТИ ЭНЕРГЕТИКИ Сценарии и стратегии до 2050 г. В какой степени технологии могут внести свой вклад в формирование адекватных и надежных поставок энергии при низких выбросах CO2? Какие энергетические технологии являются наиболее многообещающими? Сколько времени потребуется для их внедрения? На...»

«Содержание 1. Что такое аура. 2. Соответствие состояния энергетического тела человека и его физического тела. Многомерная структура ауры. 3. Как давно известно об ауре. Что показывает снимок ауры. 4. Методы изучения ауры 5. Что означает цвет вашей ауры. Индивидуальность и Цвет 6. Расшифруйте цвет вашей ауры. Способности и цвет 7. Что такое чакры. Постройте график – диаграмму распределения энергетики по чакрам. 8. Правильно определите границы ауры, средний уровень энергии. 9. Пробой и деформация...»

«НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Ульяновск 2012 УДК 629.7.05 (076) ББК 32я7 Ш 55 Рецензент доцент кафедры Электроснабжение энергетического факультета Ульяновского государственного технического университета кандидат технических наук А. Е. Усачев Одобрено секцией методических пособий научно-методического совета университета Шивринский, В. Н. Ш 55 Навигационные системы летательных аппаратов : конспект лекций / В. Н. Шивринский. – Ульяновск : УлГТУ, 2012. – 148 с. Данное пособие знакомит...»

«Главные темы № 10: 1. 12-е Совещание консорциума по мезомасштабному моделированию атмосферных процессов COSMO 2. Использование климатической модели ИВМ РАН при подготовке 5-ого Оценочного доклада МГЭИКинтервью с ведущем научным сотрудником Института вычислительной математики (ИВМ РАН) д.ф.-м.н. Е.М.Володиным. 3. Проект Европейского сообщества Песета - последствия изменения климата для сельского хозяйства в странах ЕС Также в номере: • Очередной раунд переговоров стран участниц РКИК ООН в...»

«Корректор функционального состояния революционное открытие российских учёных в области оздоровления и омоложения человека Аксельрод Александр Ефимович, директор Центра паранаучных практических исследований, президент Международного фонда признания гениев при жизни, директор Школы духовного роста. Более пятнадцати лет занимается продвижением на рынке новых передовых технологий, связанных с оздоровлением и омоложением человеческого организма. Является специалистом по раскрутке, пример бальзам...»

«ВОЙНА ВНЕШНЯЯ ПОЛИТИКА РОССИИ И ПОЛИТИЧЕСКАЯ БОРЬБА 1999 – 2009 REGNUM 2009 УДК 327(470) 1999/2009 ББК 66.4 (2рос), 302 К60 Модест Колеров. К60 Война: внешняя политика России и политическая борьба. Статьи 1999 – 2009. М.: REGNUM, 2009. 332 c. ISBN 978-5-91150-033-7 УДК 327(470) 1999/2009 ББК 66.4 (2рос), 302 ISBN 978-5-91150-033-7 © Модест Колеров, текст, 1999 – 2009 © Алексей Яковлев, оформление. Оглавление Предисловие 5 Das Futur Zwei: 2008 – 2009 7...»

«СПРАВКА о наличии учебной, учебно-методической литературы и иных библиотечно-информационных ресурсов и средств обеспечения образовательного процесса, необходимых для реализации заявленных к лицензированию образовательных программ Раздел 2. Обеспечение образовательного процесса учебной и учебно-методической литературой по заявленным к лицензированию образовательным программам Уровень, ступень образования, Число вид образовательной обучающихся, программы воспитаннико № Автор, название, место...»

«УДК 550.83:556.1(576.1:528) Г.И.Аносов1, А.В. Колосков2, Г.Б. Флеров2 1 – Институт вулканологии ДВО РАН 2 – Институт вулканической геологии и геохимии ДВО РАН ОСОБЕННОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ УЛЬТРАМАФИТОВ КАМЧАТСКОГО РЕГИОНА С ПОЗИЦИЙ ВИХРЕВОЙ ГЕОДИНАМИКИ. всем известно, что литература доставляет слишком много примеров рассуждений, которые кажутся убедительными для специалистов, их предлагающих, но которые обнаруживают свою несостоятельность или заблуждение автора, когда подвергаются испытаниям с точки...»

«СОДЕРЖАНИЕ: РОССИЙСКОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ АГЕНТСТВО РЯЗАНЬ Формировать ответственное ресурсопотребление надо со школьной скамьи, - первый заместитель министра ТЭК и ЖКХ Рязанской области Евгений Самородов //МедиаРязань МОСКВА//ПРЕСС-КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОМУ ПОВЕДЕНИЮ НАСЕЛЕНИЯ Пресс-конференция, посвященная перспективам развития энергоэффективного поведения населения в России//РИА Новости ФОРУМ NewGen – энергия будущего В Москве обсуждают векторы развития мировой и инновационной...»

«1 2 Школьные конкурсные проекты предлагают простые энергетические решения для сохранения климата Всероссийский конкурс SPARE 2010-2011 учебного года в рамках шестого международного конкурса школьных проектов по энергоэффективности Энергия и среда обитания проводился под лозунгом Сохраним климат с помощью простых энергетических решений. Цель конкурса: внедрение идей и методов энергосбережения в обществе, создание у школьников мотивации для сбережения ресурсов и энергии. Конкурс поддерживается...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.