Круговорот железа в природе

В данной статье мы рассмотрим такую область металлургии, которая изучет роль особых живых микроорганизмов и называется - биометаллургией.

Ее главным отличием от простой металлургии является сам процесс выделения металлов из руд и прочих горных пород, а точнее продуктов за счет которых этот процесс осуществляется.

Живые микрометаллурги

В процессе развития и исследования сферы биоматериалов, более глубоко изучалось и формировалось направление производства металлов и минералов (силикаты в диатомеях, карбонаты в беспозвоночных и апатиты в позвоночных) живыми организмами: микробами, бактериями, археями.

Эти живые микроорганизмы используют в таких производственных процессах, как:

• микрофильтрация,
• биовыщелачивание,
• выработка нефтехимических продуктов,
• обработке отходов (ядерные) и т.д.

Помимо этого, если выделение особых компонентов из руды, под влиянием экстремально высокой температуры или ядовитых химических растворов является опасным или неэффективным, так же используют живые организмы.

После выращивания определенных видов микробов биодобыча осуществляется автоматически, и такой способ значительно экономичнее, чем нанодобыча или прочие способы добычи минералов на молекулярном уровне.

Металлургия будущего

Итак, повторимся, сфера металлургии изучающая способы получения металлов и минералов из руды и различных минералов, за счет использования микроорганизмов и их метаболитов, называется биометаллургией.

 "Металлобакетрии-работа на льду" 

Где применима биометаллургия?

В жизни биометаллургию используют в процессе выщелачивания таких элементов как медь, уран и прочих металлов из «бедной» руды, если отработка стандартными способами является малорентабельной.

Например, себестоимость меди, полученной за счет технологий биометаллургии, в два разаменьше. Биометаллургию применяют для получения металлов из мышьяковистых медно-цинковых концентратов, когда традиционные технологии совершенно неэффективны.

В сущности, биометаллургический технологический процесс заключается в окислении организмами определенных металлов, после чего они превращаются в растворимые связи.

Биометаллургия применима и для обогащения:

• подземных пород,
• горных пород,
• сульфидизацию окисленных руд и прочих.

За счет применения биометаллургических технологий удается существенно увеличить добычу важных компонентов из сырья.

Биометаллургические процессы достаточно просто автоматизировать, что позволяет увеличить продуктивность и, что особенно важно, производство по такой технологии, не дает вредных выбросов в атмосферу, недра и т.д.

Это интересно!

Наиболее нетрадиционную сталь произведен в Японии. Ее улучшающим компонентом стал ванадий, добытый не из руды, а из ...асцидий (класс хордовых из подтипа оболочников).

В действительности, такие морские животные накапливают ванадий из воды. Для добычи микроэлемента, асцидий собирают, сушат, и после чего сжигают. И уже из это пепла добывают редчайший металл.

Да, этот способ весьма хлопотливый, однако в регионах с бедными недрами, он очень даже выгоден.

Учеными доказано, что некоторые представители флоры и фауны способны в значительном количестве сохранять в себе различные элементы из воды, воздуха и всего, что их окружает. Способность определенные растений накапливать Fe в 6 тыс. раз выше его концентрации в водной среде.

Например, в крови у осьминогов содержится большое количество меди, а способность поглощать ее у моллюсков в 200 раз выше содержания ее в природе. Те же асцидии собирают в себе до 0,5% ванадия, а медуза - цинка, олова, свинеца, радиолярии - стронций.

Но не только животные способны накапливать в себе различные элементы. Представители растительного мира так же способны поглощать и аккумулировать элементы. Алюминий накапливается в фикусах и ламинарии, радий- в болотной ряске, йод и бром - в различных видах водорослей.

А теперь, немножко истории...

Первенец биометаллургии

В дренажных водах, за счет определенных водных и воздушных условий, окисляясь составные части горных пород насыщают рудничную воду элементами железа, серной кислотой. После откачивания на ее поверхности повсюду видны желтовато-коричневые осадки гидратов (окись железа).

Важен тот факт, что окисление железа в рудничных водах происходило гораздо интенсивнее, чем в лабораториях. Этому виной есть бактерии -Thiobacillus. В силу умения окислять закисленное железо в кислой среде получивших название - ферроксиданс (железоокисляющие).

На рисунке №1 - изображены бактерии со слизистыми стебельками, №2 - нитчатые бактерии.

Первая информация о железоокисляющих бактериях появилась еще в 1888 г. от микробиолога С. Н. Виноградского.

Понадобилось много времени на их исследование. Полученные результаты стоят того.

Железобактерии и круговорот железа в природе

Для получения одного грамма органических соединений своей цитоплазмы и ядра клетки, ферробактерии утилизируют 464 г углекислой закиси железа, продуцируя из нее окисные соединения.

Учеными выявлена важная способность железобактерий в круговороте железа на земле.

Подводные металлурги

Железобактерии перекачивают железо из недр земли на поверхность, и способствуют его отложению в виде железных руд. Благодаря ним произошло формирование нашего Криворожского месторождения и железорудных залежей в районе Великих озер в США.

Тайну формирования образований железных и марганцевых руд в озерах раскрыли ученые Санкт-Петербурга. Они назвали, неизвестные доселе организмы- "подводными металлургами".

Их главная функция заключается в производстве рудных пластов и конкреций, которые осуществляются за счет окисления растворенных в воде ионов металлов, что далее оседают на дне.

Биологи смогли выявить данный микроорганизм, хотя он практически неразличим, даже под супермощным электронным микроскопом.

В лабораториях организм показал колоссальную продуктивность. Образования марганца массой, как спичечная головка, они осуществили за 14-20 дней.

Есть предположения, что исторически как раз таким путем и образовались существенные залежи на планете железняка и марганцевых руд.

Более тщательное исследование металлобактерий определяет процесс образования рудных залежей и прогнозирования их.

Живая руда

Существуют предпосылки говорить о применении ферробактерий в металлургической переработки, т.е. как "живую" руду.

Организмы вида азобактер и ферробактер могут превращать соли железа в растворимые соединения, т.е продуцировать химические связи не только химическими, но и физическими методами. Осуществляя гидрометаллургический процесс протекающий в водных растворах при температуре до 300 градусов (выщелачивание, цементация).

Существующие технологии выработки и обогащения руд с помощью бактерий сложно назвать эффективными, но и нет сомнений в том, что поиск новых технологий и способов микробиологической выработки минерального сырья действительно является целесообразным.

Некоторые виды микроорганизмов адаптировались к переработке конкретных химических связей. Изучение их поведения и функций изучает - рудная микробиология.

Еще в 1964 г. была построена первая в странах советского союза бактериальная установка, которая профункционировала всего 3 месяца и с ее помощью произвели первую "бактериальную" медь.

Возможности и пути дальнейшего развития биометаллургии колоссальны. Неизвестно сколько еще уникальных и потрясающих науку открытий предстоит осуществить ученым микробиологам. Мы описали только самые известные и изученные.

Научные данные демонстрируют, как много информации уже получено, и заставляю задуматься над тем, сколько еще неизведанного предстоит открыть и изучить. Ученые неустанно трудятся над созданием новейших методов добычи железа, которое еще многие века будет надежным "помощником" человека.