Биогеотехнология

 

 

  1. Биогеотехнологияның металлургияда қолданылуы.

Металдардың биогеотехнологиясы дегеніміз — микроорганизмдердің геохимиялық қабілеттіктерін тау-кен өндірісінде тиімді пайдалануды көздейтін сала. Металдардың биогеотехнологиясы — бұл өндірістің қалдық суларынан, жұтаң келетін кен көздері мен қалдық рудаларынан сілтісіздендіру арқылы және ерітінділерден микроорганизмдер немесе олардың метаболиттерін жоғарғы атмосфералық қысым мен 5-тен 90°С-қа дeйiнгi температураны пайдалана отырып бөліп алуды, тас көмірлерін десульфидтеу, пирит немесе құрамында пириті бар жыныстарын тотықтыру сияқты тиімді әдістерін өндірісте қолдану жолдарын зерттейді. Keйбip микроорганизмдер тотығу-тотықсыздану үдерістерінде катализдік қызмет атқара алады. Мысалы, суда Fe мен Мn тотықтыру, құрамында күкірттері бар қосылыстардың тотығуы, азотты заттардың тотығуы мен қайтадан қалпына келуі тағы да басқаларын айта аламыз. Аэробты бактериялар өздерінің тіршілігі нәтижелерінде темір, мыс, сульфаттар бөле алады.

Кейбір биогеотехнологиялық үдерістердің ерте замандарда — XVI ғасырда пайдаланыла бастағандығы туралы мәліметтер бар. Мысалы, бұрынға мадиярлардың (Венгрия) мыс алу үшін қазылып алынған кен үйіндісін арнайы сулармен суғаратыны жөнінде мәліметтер әдеби деректерде келтіріледі. Бұл қарапайым технологиялық әдіс – қазіргі қолданылып жүрген руда үйінділеріндегі темірлерді бактериялдық-химиялық әдіспен сілтісіздендірудің бастапқы формалары екендігінде дау жоқ. Әрине ол кездерде мысты алу үшін қолданатын бұл әдістің негізінде микробиологиялық үдеріс жататыны жөнінде ешкім білмеген еді.

Бұл әдістің мазмұны 1922 жылы неміс ғалымдары Рудольф және Хельброннер еңбектерінен кейін ғана мәлім болды. Сондықтан осы мезгіл биогеотехнологияның ресми пайда болған уақытыдеп есептеуге болады. Биогеотехнологияның дамуы бірқалыпты жүрмегенмен XX ғасырдың 80-ші жылдарының басына толықтай қалыптаса бастады. Осы мезгілдерде металдарды бактериалды сілтісіздендіру әдістерімен бірге, биогеотехнологияның басқа да бөлімдері, атап айтқанда көмір кұрамынан күкірттерді бөлу, көмір шахталарындағы метандармен күресу, жыныстардан алынатын мұнай шығымдылығын арттыру сияқты бағыттарда кенінен қолданыла басталды.

Микробтық технологияның бұл бағыты өте аз жарияланған және әлі де дұрыс бағаланбай кeлeдi. Қазіргі кезде әлемде, кұрамында бағалы металдары кем, кедей кен орындарынан химиялық элементтердің бір түрін бөліп алуға мүмкіндік беретін, бактериялық сілтісіздендіру үдерістері кенінен қолданылуда. Көбінесе бактерияларды мысты ерігіш күйге айналдыру мақсатында пайдаланады. Минералдардың құрамы мен құрылымына тәyeлдi болып электрохимиялык коррозия заңы бойынша жүpeтiн және cyльфидтi минералдардың бактериялық тотығуына негізделетін бактериялық сілтісіздендіру үдepicтepi келесі күрделі сатылардан тұрады:

— минералдар бетіне микроорганизмдердің адсорбциялануы;

— минералдардың кристалдық торын деструкциялау;

— тотығушы элементтердің бактериялық жасушаға тасымалдануы;

— сол элементтердің ферменттік тотығуы.

Гидрометаллургияда көбінесе тиобактерияларды, әсіресе 1947ж. Колмер мен Кинкелдер ашқан тионды бактериялары Thiobacillus thiooxidans және Thiobacillusferrooxidans штаммдарын қолданады. Олар энергия көзi ретінде — құрамында cyльфидi және сульфитті иондары, күкірт тиосульфаты және екі валентті тeмip болатын, бейорганикалық субстраттардың тотығу реакциясын пайдаланатын облигатты автотрофтар болып келеді. Тотығудың соңғы өнімі сульфатионы және үш валентті темір — екіншілік минералдардан мысты сілтісіздендіруде негізгі тотықтырғыштың рөлі және күкіртті қышқыл ерітінділерінде еритін уранның 4 валентті атомының 6 валентке айналуында маңызды қызмет атқарады. Атап айтқанда, Thiobacillusferrooxidans бактериясы өзінің құрамындағы сульфиттерді өңдеу арқылы бөліп шығаратын өнімі — күкірт қышқылы арқылы табиғи кен құрамындағы темір, мыс, мырыш, уран және басқа да металдардың қорытылып шығарылуына әсер етеді. Олар қазіргі кезде белгілі металл сульфиттерінің барлығын тотықтыра алады. Тиобактериялар, өсу үшін қажетті көміртегі ретінде, көмірқышқыл газын пайдаланады. Бұл бактериялардың және бір физиологиялық ерекшеліктері — олар өте қышқылды ортаны жақсы көреді. Бұл бактериялар орта жағдайы рН 1 ден 4,8 дейін, (оптималды рН =2-3 ортада), ал температура көрсеткіште- рН 3-тен 40°С-қа дейінгі (оптималды температура 28°С) аралықтарында дами алады.

Тионды бактериялар табиғатта кең таралған. Олар су қоймаларында, топырақтарда, тас көмірлі және алтынды кен орындарында жиі ұшырасады. Бұлар күкіртті және сульфидті кен қойнауларында көп мөлшерде кездеседі. Бірақ табиғи кен қойнауларында кездесетін тионды бактерияларының белсенді түрде қызмет етуіне, жер астындағы оттегінің болмауы кедергі келтіреді. Сульфидті кен орындарын игере бастаған кезде рудалар оттегімен байытылуы себепті, оның құрамындағы микробиологиялық үрдістер оянып, металдардың сілтісіздендірілуіне мүмкіндік ашылады. Осы табиғи үдерісті арнаулы биотехнологиялық әдістерді қолдану арқылы жеделдетуге болады.

Thiobacillus thiooxidans бактериялары болса, кен құрамынан алтынды қорытып, бөліп шығарады. Сондықтан, топырақ құрамында пайдалы қазбалары өте аз мөлшерде болып келет1н кен орындарында, әртурлі микроорганизмдерді пайдалана отырып қажетті металдарды өндіру экономикалық жағынан тиімді екендігін көрсеткен. Мысалы АҚШ-да 1 тонна топырақ құрамында не бары 1 кг никель рудасы бар кен орындарында, осындай биотехнологиялық жолмен өңдеу арқылы көп мөлшерде қажетті өнім алуға қол жеткізген.

Гидрометаллургиялық өндірістің соңғы мақсаты — ерітінділерден металдарды бөліп алу болып табылатындықтан, бұл сұрақтың шешімін табудың жаңа бір жолы — биоодсорбция болып есептелінеді. Әртурлі микроорганизмдер (бактериялар, ашытқылар, мицеллиалды саңырауқұлақтар және балдырлар) көмегімен сұйытылған ерітінділерден түрлі элементтерді бөліп алуға болады. Өйткені, микроорганизмдер металдарды жасуша қабырғасына байланыстыру арқылы адсорбциялауға немесе оларды жасуша ішінде жинауға қабілетті. Соңғы кездердегі зерттеулер нәтижелері мұндай мақсатта Xanthomonascampestris бактериясының жасушадан тыс полисахаридін — ксантанды пайдаланса жақсы нәтиже беретінін көрсеткен.

 

  1. Биогеотехнологияныңкөмipөндірісінде қолданылуы.

Биогеотехнологиялық әдіспен көмір құрамын күкіртті заттардан тазарту үшін тионды бактериялар көптеп қолданыла бастады. Қоңыр және тас көмірлері құрамында бірталай мөлшерде күкірт болуы мүмкін. Бұлардың құрамындағы күкірттің жалпы көлемі 10-12%-ға дейін жете алады. Осындай көмipлepдi жаққан кезде олардың құрамындағы күкірттер – күкіртті газға айналып, ауаға тарайды да, ондағы сутегілерімен қосылып, күкірт қышқылына айналады. Атмосферадағы күкірт қышқылы кейіннен «қышқыл жауын» дейтін атпен белгілі жаңбыр peтiндe жерге жауады.

Алынған мәліметтерге қарағанда кeйбipБатыс Европа елдерінде жылына 1 гектар жерге, жаңбырмен бipre, 300 кг-ға дейін күкірт қышқылы түсeдi екен. Мұндай мәлiмeттepдeн күкірт қышқылы жаңбыры адамдардың денсаулығына, оның шаруашылығына және жалпы қоршаған ортаға қандай зиян келтіретіні айтпасада түсінуге болады. Бұдан басқа, құрамында күкірті мол көмірлер нашар кокстелетіні ceбeптi, оларды түcтi металлургияда пайдалануға жарамайды. Сондықтан, мамандардың пiкipiбойынша, көмip құрамынан күкіртті заттарды микробтар арқылы тазарту экономикалық жағынан тиiмдi болғандықтан, болашақта «қышқыл жауын» мәселесін шешуде оған басты маңыз беріледі.

Kөмip құрамынан микроорганизмдерді пайдаланып күкірттерден тазарту бағытындағы алғашқы жұмыстарды 1959 жылы орыс ғалымдары З.М.Зарубин, Н.Н.Ляликова және Е.И.Шмук жасаған болатын. Олардың ferrooxidans бактерияларын пайдаланып 30 күн бойына жүргізген тәжірибелері нәтижесінде көмip құрамындағы күкірттердің 23-30%-ы тазартылған болатын. Сәл кешірек, көмірлерді микробиологиялық жолмен күкірттерден тазарту жөніндегі бірнеше жұмыс нәтижелерін америкалық зерттеушілер де жариялаған еді. Олар, өз жұмыстарында тионды бактерияларды қолдана отырып, төрт тәулік ішінде тас көміp құрамындағы пиритті күкіртті 50%-ға азайта алған. Бұл әдіс көмip құрамында кездесетін түрлі металдарды сілтісіздендірумен ұштасып отырады. Kөмip құрамында әжептәуір мөлшерлерде германий, никель, бериллий, ванадий, алтын, мыс, кадмий, қорғасын, мырыш, марганец элементтері болады. Сондықтан, көмірді сульфиттерден тазарту барысында одан ілеспе өнім ретінде бағалы металдарды алу, қосымша табыс көзі болып табылады және осы саланың экономикалық тиімділігін арттырады.

Қaзipгi таңда көмір құрамындағы пиритті күкіртін микробиологиялық жолмен тазарту мәселесімен көптеген елдердің ғалымдары айналысуда. Соңғы мәліметтерге қарағанда, зертханаларда жүргізілген тәжірибелер нәтижесінде, микробиологиялық жолмен ciлтiсіздендіру әдісімен 5 тәулікте көмір құрамындағы күкірттерден 100% тазартуға қол жеткізген. Сондықтан микробиологиялық сульфидсіздендіру әдісінің болашағы зор деп саналады.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *