Введение
Метод извлечения металлов
Биовыщелачивание – это извлечение или освобождение металлов из их руд посредством использования живых организмов. Биовыщелачивание является одним из нескольких направлений в биогидрометаллургии, и различные методы применяются для переработки руд или концентратов, содержащих медь, цинк, свинец, мышьяк, сурьму, никель, молибден, золото, серебро и кобальт. Биовыщелачивание подразделяется на две основные категории. Первая – использование микроорганизмов для окисления тугоплавких минералов с целью высвобождения ценных металлов, таких как золото и серебро. Чаще всего объектами окисления являются пирит и арсенопирит. Вторая категория – выщелачивание сульфидных минералов для извлечения связанного с ними металла, например, выщелачивание пентландита для извлечения никеля или выщелачивание халкоцита, ковеллита или халькопирита для извлечения меди.
Bioleaching is the extraction or liberation of metals from their ores through the use of living organisms. Bioleaching is one of several applications within biohydrometallurgy and several methods are used to treat ores or concentrates containing copper, zinc, lead, arsenic, antimony, nickel, molybdenum, gold, silver, and cobalt. Bioleaching falls into two broad categories. The first, is the use of microorganisms to oxidize refractory minerals to release valuable metals such and gold and silver. Most commonly the minerals that are the target of oxidization are pyrite and arsenopyrite. The second category is leaching of sulphide minerals to release the associated metal, for example, leaching of pentlandite to release nickel, or the leaching of chalcocite, covellite or chalcopyrite to release copper.
С грибами
Для биовыщелачивания можно использовать несколько видов грибов. Грибы могут выращиваться на различных субстратах, таких как электронный лом, каталитические нейтрализаторы и зольный унос от сжигания муниципальных отходов. Эксперименты показали, что два штамма грибов (Aspergillus niger, Penicillium simplicissimum) смогли извлечь 65% Cu и Sn, а также более 95% Al, Ni, Pb и Zn. Aspergillus niger способен производить некоторые органические кислоты, например, лимонную кислоту. Этот вид выщелачивания не основан на микробном окислении металлов, а использует микробиологический метаболизм как источник кислот, непосредственно растворяющих металл.
Экономическая целесообразность
Биовыщелачивание, как правило, проще и, следовательно, дешевле в эксплуатации и обслуживании, чем традиционные процессы, поскольку для работы со сложными химическими установками требуется меньше специалистов. Низкие концентрации не являются проблемой для бактерий, так как они просто не обращают внимания на окружающие металлы отходы, достигая в некоторых случаях извлечения более 90%. Эти микроорганизмы фактически получают энергию, разлагая минералы на составные элементы. Компания просто извлекает ионы из раствора после завершения работы бактерий. Биовыщелачивание может использоваться для извлечения металлов из бедных руд с низким содержанием, таких как золото, которые не подходят для обработки другими технологиями. Его можно использовать для частичной замены масштабного дробления и измельчения, что приводит к непомерным затратам и энергопотреблению в традиционном процессе. Преимущество более низкой стоимости бактериального выщелачивания перевешивает время, необходимое для извлечения металла. Руды с высоким содержанием, такие как медь, экономичнее плавить, чем подвергать биовыщелачиванию, из-за более низкой скорости бактериального выщелачивания по сравнению с плавкой. Низкая скорость биовыщелачивания создает значительную задержку в денежном потоке для новых месторождений. Тем не менее, на крупнейшем в мире медном руднике Эскондида в Чили этот процесс представляется выгодным. Экономически это также очень затратно, и многие компании, начав деятельность, не справляются со спросом и в итоге оказываются в долгах.
В космосе
В 2020 году ученые показали, в эксперименте с различными условиями гравитации на МКС, что микроорганизмы могут быть использованы для извлечения полезных элементов из базальтовых пород с помощью биовыщелачивания в космосе.
Влияние на окружающую среду
Этот процесс более экологичен, чем традиционные методы добычи. Для компании это может обернуться прибылью, поскольку необходимое ограничение выбросов диоксида серы при плавке обходится дорого. Наносится меньший ущерб ландшафту, так как используемые бактерии растут естественным образом, и шахта с прилегающей территорией могут оставаться практически нетронутыми. Поскольку бактерии размножаются в условиях шахты, их легко культивировать и использовать повторно. В процессе иногда образуются токсичные химические вещества. Образующаяся серная кислота и ионы H+ могут просачиваться в почву и поверхностные воды, подкисляя их и нанося вред окружающей среде. Во время кислотного шахтного дренажа в окружающую среду попадают тяжелые ионы, такие как железо, цинк и мышьяк. При повышении pH этого раствора из-за разбавления пресной водой эти ионы выпадают в осадок, образуя загрязнение, известное как "Yellow Boy". По этим причинам биовыщелачивание требует тщательного планирования, поскольку процесс может привести к сбою в обеспечении биобезопасности. В отличие от других методов, начатый процесс биовыщелачивания на кучах руды нельзя быстро остановить, так как выщелачивание будет продолжаться под воздействием дождевой воды и природных бактерий. Проекты, подобные финской "Талвиваара", оказались экологически и экономически катастрофическими.