БІОТЕХНОЛОГІЧНІ МЕТОДИ ПЕРЕРОБКИ НЕКОНДИЦІЙНИХ РУД І ПРОМИСЛОВИХ ВІДХОДІВ

І. А. Блайда, Т. В. Васильєва

Анотація


У статті проаналізована та узагальнена інформація про застосування біотехнологічних методів для переробки мінеральної і техногенної сировини. Наведено огляд основних груп мікроорганізмів, що входять до складу мікробіоценозів різних екологічних ніш і відходів. Показана провідна роль ацидофільних хемолітотрофних бактерій в окисненні природної сульфідної сировини. Розглянуто основні механізми бактеріального вилуговування металів і вплив різних чинників на ефективність окиснення сульфідів металів. Описано характеристику основних методів бактеріального вилуговування – чанового, підземного і купчастого; розглянуто їх переваги та недоліки. Наведені приклади промислового використання біовилуговування для отримання міді, нікелю, золота, урану. Відзначена практично відсутність застосування методів бактеріального вилуговування для переробки техногенної сировини, зокрема, відходів вугільної промисловості та енергетики для вилучення цінних металів – германію, галію та ін.


Ключові слова


техногенна сировина; мікробіоценоз; ацидофільні хемолітотрофні бактерії; бактеріальне вилуговування; германій

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Derbasova NM, Gavrish MV, Smirnov SB. Bakterialnoe vyischelachivanie urana iz othodov uranodobyivayuschey promyishlennosti. Yaderna ta radiatsiyna bezpeka. 2011;2(50):52-55 (in Russian)

Zavarzin GA. Litotrofnyie mikroorganizmyi, Nauka, Moskva, 1972:254.

Ivanov MV, Karavayko GI. Geologicheskaya mikrobiologiya. Mikrobiologiya. 2004; 73(5):581–597 (in Russian)

Karavayko GI, Kuznetsov SI, Golomzik AI. Rol mikroorganizmov v vyischelachivanii metallov iz rud. Nauka, Moskva, 1972:248 (in Russian)

Karavayko GI, Rossi J., Agate A. Biogetehnologiya metallov. Prakticheskoe rukovodstvo. Tsentr mezhdunarodnyih proektov Gosudarstvennogo komiteta po nauke i tehnike. Moskva. 1989:375 (in Russian)

Kuzyakina TI, Hainasova TS, Levenez OO. Bitehnologiya izvlecheniya metallov iz sulfidnyih rud. Vestnik KRAUNTs. Nauki o Zemle. 2008;2(12):76-86 (in Russian)

Melamud VS, Pivovarova TA, Turova TP. Sulfobacillus sibiricus sp. nov. novaya umerenno termofilnaya bakteriya. Mikrobiologiya.2003;(72(5)):681-688.

Polkin SI, Adamov EV, Panin VV. Biogeotehnologiya metallov. Nedra. Moskva, 1985:243 (in Russian)

Sidyakina GG, Nosalskaya TV, Smirnova OM. Ekologicheski chistaya biotehnologiya obogascheniya zolotosoderzhaschih rud tehnogennyih othodov. In: Materialyi Kryimskogo otdeleniya Ukrainskogo gosudarstvennogo Geologorazvedochnogo institute. Simferopol.2010:18-42 (in Russian)

Trukhin YuP., Haynasova TS, Rogatykh SV. Vyidelenie hemolitotrofnyih mikroorganizmov iz okislennoy rudyi medno-nikelevogo mestorozhdeniya Shanuch (Kamchatka) dlya biovyischelachivaniya sufidnyih rud. Izvestiya vuzov. Prikladnaya himiya i biotehnologiya. 2012;1(2):83-92 (in Russian)

Chernyak AS, Safronov AYu., Kashevsky AV. Biotehnologiya i bioneorganicheskaya himiya blagorodnyih metallov: sostoyanie i prespektivyi In: Matererialyi nauchno-prakticheskoy konferentsii «Himiya i him. tehnologiya na rubezhe tyisyacheletiy». Tomsk.2000;(1):169-172 (in Russian)

Chernyak AS. Osnovyi biotehnologii metallov. Izdatelstvo Irkutskogo universiteta. Irkutsk. 2002:102 (in Russian)

Shketova LE, Seleznev AN. Primenenie biogeotehnologii pri izvlechenii zolota iz sulfidnyih uglistyih rud. Izvestiya vuzov. Prikladnaya himiya i biotehnologiya.2014;1(6):34-42 (in Russian)

Abdollahy Mahmoud, Shojaosadati Sayed Abbas, Zare Tavakoli Hasan, Valivand Ali. Bioleaching of Low Grade Uranium Ore of Saghand Mine. Research Note. 2011;30(4):71-79.

Andreas Segerer, Annemarie Neuner, Jakob K. Kristjansson, Karl О. Stetter. Acidianus infernus gen. nov., sp. nov. and Acidianus brierleyi comb. nov.: Facultatively Aerobic, Extremely Acidophilic Thermophilic Sulfur-Metabolizing Archaebacteria. International Union of Microbiological Societies.1986;36(4):559-564.

Baker BJ, Banfield JF. Microbial communities in acid mine drainage. // FEMS Microbiol. Ecol. – 2003. – Vol. 44. – P. 139 – 152.

Blayda I, Vasyleva T, Slyusarenko L, Abisheva Z, Ivanytsia V. The germanium extraction from industrial wastes by microbiological methods.In: XXVI International Mineral Processing Congress (IMPC 2012). New Delhi, India. 2012:550-558.

Blayda I, Vasyleva T, Baranov V, Slysarenko L, Shulyakova S, Brodiazhenko T. Composition of Aboriginal Сonsortium of Microorganisms from Coal Mines Dumps. Biologichni Studiyi.2017;11(2):67– 78.

Blaydа IA., Vasylieva NYu., Vasylieva TV., Sliusarenko LI. Variance Analysis for Optimization of the Germanium Bioleaching Process from Coal Beneficiation Dumps. Biotechnologia Acta. 2017;10(4):44-52.

Bosecker K, Wirth G. Bacterial Leaching of a Carbonate Bearing Uranium Ore. Biogeochemistry of Ancient and Modern Environments. 1979:577-582.

Bosecker K. Bioleaching: metal solubilization by microorganisms. FEMS Microbiol. Rev. 1997;(20):591-604.

Colmer AR. Hinkle ME. The role of microorganisms in acid mine drainage: A preliminary report. Science.1947;(106):253–256.

El-Midany A, Abdel-Khalek MA. Reducing sulfur and ash from coal using Bacillus subtilis and Paenibacillus polymyxa. Fuel. 2014;(115):589–595.

Giaveno A, Lavalle L, Chiacchiarini P, Donati E. Bioleaching of zinc from low-grade complex sulfide ores in an airlift by isolated Leptospirillum ferrooxidans. Hydrometallurgy. 2007;(89):117-126.

Golyshina O, Timmis K. Ferroplasma and relatives, recently discovered cell wall lacking archaea making a living in extremely acid, heavy metal rich environments. Environ. Microbiol.2005;(7(9)):1277-1288.

Karavaiko GI, Lobyreva LB. An overview of the bacteria and archaea involved in removal of inorganic and organic sulfur compounds from coal. Fuel Process Technol. 1994;(40):167–182.

Kathryne S. Auernik, Robert M. Kelly. Physiological Versatility of the Extremely Thermoacidophilic Archaeon Metallosphaera sedula Supported by Transcriptomic Analysis of Heterotrophic, Autotrophic, and Mixotrophic. Applied and Environmental Microbiology.2010;76(3):931-935.

Kuzmishyna S, Hnatush S, Moroz O, Karpinets L, Baranov V. Microbiota of Chervonograd Mining Region. Visn. Lviv. Un-ty. Ser. Boil.2014;67:234-242.

Norris PR, Clark DA, Owen JP, Waterhouse S. Characteristics of Sulfobacillus acidophilus, sp. nov., and other moderately thermophilic mineralsulphide-oxidizing bacteria. Microbiology (UK).1996;(142):775-783.

Philip L. Bond, Greg K. Druschel, and Jillian F. Banfield. Comparison of Acid Mine Drainage Microbial Communities in Physically and Distinct Ecosystems. Appl Environ Microbiol. 2000; 66(11): 4962–4971.

Pinar Aytar, Catherine M. Kay, Mehmet Burcin Mutlu, Ahmet Cabuk. Coal Desulfurization with Acidithiobacillus ferrivorans from Balya Acidic Mine Drainage.Energy Fuels.2013;27 (6):3090–3098.

Olson GJ, Brierley JA, Brierley CL. Bioleaching review part B: Progress in bioleaching: applications of microbial processes by the minerals industries. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2003;(63):249–257.

Pal S, Pradhan D, Das T, Sukla LB, Roy G. Chaudhury. Bioleaching of low-grade uranium ore using Acidithiobacillus ferrooxidans. Indian J. Microbiol. 2010;50(1):70–75.

Qiu Guan-zhou, Liu Xue-duan, Zhou Hong-bo. Microbial community structure and function in sulfide ore bioleaching systems. Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2008;(18):1295-1301.

Sand W, Gehrke T, Jozsa PG, Schippers A. (Bio) chemistry of bacterial leaching – direct vs indirect bioleaching. Hydrometallurgy. 2001;(59):159–175.

Shuang Mi, Jian Song, Jianqun Lin, Yuanyuan Che, Huajun Zheng, Jianqiang Lin. Complete Genome of Leptospirillum ferriphilum ML-04 Provides Insight into Its Physiology and Environmental Adaptation . The Microbiological Society of Korea. 2011;49(6):890-901.

Stepanyan SKh, Vardanyan AK, Vardanyan, NS. Biooxidation of pyrite, sulfide оre and copper concentrate by new isolated sulfur and/or iron oxidizing bacteria. Biolog. Journal of Armenia. 2016;(68(1)):6-10.

Torma AE. The role of Thiobacillus ferrooxidans in hydrometallurgical processes. Advances in Biochemical Engineering. 1977;(6):1–37.

Torma Arpad E. The Microbiological Extraction of Less Common Metals. Overview. JOM. 1989:32-35.

Tributsch H. Direct vs indirect bioleaching. Hydrometallurgy. 2001;(59):177-185.

Zhou Qiu Guan, Bo Fu, Hong Bo Zhou et al. Isolation of a strain of Acidithiobacillus caldus and its role in bioleaching of chalcopyrite. World Journal of Microbiology & Biotechnology.2007;23(9):1217-1225.

Otraslevoy portal gorno-metallurgicheskoy promyishlennosti «Metal Mining info» http://metalmininginfo.kz/archives/3224


Пристатейна бібліографія ГОСТ


Дербасова Н. М., Гавриш М. В., Смирнов С. Б. Бактериальное выщелачивание урана из отходов уранодобывающей промышленности // Ядерна та радіаційна безпека. – 2011. – 2, № 50. – С. 52–55.

Заварзин Г. А. Литотрофные микроорганизмы. – М.: Наука, 1972. – 254 c.
Иванов М. В., Каравайко Г. И. Геологическая микробиология // Микробиология. – 2004. – 73, № 5. – С. 581–597.

Каравайко Г. И., Кузнецов С. И., Голомзик А. И. Роль микроорганизмов в выщелачивании металлов из руд. – М.: Наука, 1972. – 248 с.

Каравайко Г. И., Росси Дж., Агате А. и др. Биогетехнология металлов. Практическое руководство. – М.: Центр международных проектов ГКНТ, 1989. – 375 с.

Кузякина Т. И., Хайнасова Т. С., Левенец О. О. Биотехнология извлечения металлов из сульфидных руд // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. – 2008. – 2, № 12. – С. 76–86.

Меламуд В. С., Пивоварова Т. А., Турова Т. П. Sulfobacillus sibiricus sp. nov. новая умеренно термофильная бактерия // Микробиология. – 2003. – 72, № 5. – С. 681–688.

Полькин С. И., Адамов Э. В., Панин В. В. Биогеотехнология металлов. – М.: Недра, 1985. – 243 с.

Сидякина Г. Г., Носальская Т. В., Смирнова О. М. Экологически чистая биотехнология обогащения золотосодержащих руд техногенных отходов. // Мат. Крым. отд. Укр. госуд.Геологоразведоч. ин-та, Украина, Симферополь, 2010. – С. 18–42.

Трухин Ю. П., Хайнасова Т. С., Рогатых С. В. Выделение хемолитотрофных микроорганизмов из окисленной руды медно-никелевого месторождения Шануч (Камчатка) для биовыщелачивания сульфидных руд //Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. – 2012. – 1, № 2. – С. 83–92.

Черняк А. С., Сафронов А. Ю., Кашевский А. В. Биотехнология и бионеорганическая химия благородных металлов: состояние и перспективы // Матер. науч-практ. конф. «Химия и хим. технология на рубеже тысячелетий» (Томск, март 2000): Томск: Изд-во ТПУ, 2000. – Т. 1. – С. 169–172.

Черняк А. С. Основы биотехнологии металлов. – Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 2002. – 102 с.

Шкетова А. Н. Селезнев А. Н. Применение биогеотехнологии при извлечении золота из сульфидных углистых руд //Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. – 2014. – 1, № 6. – С. 34–42.

Abdollahy Mahmoud, Shojaosadati Sayed Abbas, Zare Tavakoli Hasan, Valivand Ali. Bioleaching of Low Grade Uranium Ore of Saghand Mine // Research Note. – 2011. – 30, № 4. – Р. 71–79.

Andreas Segerer, Annemarie Neuner, Jakob K. Kristjansson, Karl О. Stetter. Acidianus infernus gen. nov., sp. nov. and Acidianus brierleyi comb. nov.: Facultatively Aerobic, Extremely Acidophilic Thermophilic Sulfur-Metabolizing Archaebacteria // International Union of Microbiological Societies. – 1986. – 36, № 4. – Р. 559–564.

Baker B. J., Banfield J. F. Microbial communities in acid mine drainage // FEMS Microbiol. Ecol. – 2003. – 44. – P. 139–152.

Blayda I., Vasyleva T., Slyusarenko L., Abisheva Z., Ivanytsia V. The germanium extraction from industrial wastes by microbiological methods //XXVI International Mineral Processing Congress (IMPC 2012). – New Delhi, India – 2012. – P. 550–558.

Blayda I., Vasyleva T., Baranov V., Slysarenko L., Shulyakova S., Brodiazhenko T. Composition of Aboriginal Сonsortium of Microorganisms from Coal Mines Dumps // Біологічні Студії / Studia Biologica . – 2017 – 11, № 2 . – С. 67–78.

Blaydа I. A., Vasylieva N. Yu., Vasylieva T. V., Sliusarenko L. I. Variance Analysis for Optimization of the Germanium Bioleaching Process from Coal Beneficiation Dumps // Biotechnologia Acta. – 2017. – 10, № 4. – P. 44–52.

Bosecker K., Wirth G. Bacterial Leaching of a Carbonate Bearing Uranium Ore //Biogeochemistry of Ancient and Modern Environments. – 1979. – Р. 577–582.

Bosecker K. Bioleaching: metal solubilization by microorganisms // FEMS Microbiol. Rev. – 1997. – 20. – P. 591–604.

Colmer A. R. Hinkle M. E. The role of microorganisms in acid mine drainage: A preliminary report // Science. – 1947. – 106. – P. 253–256.

El-Midany A., Abdel-Khalek M.A. Reducing sulfur and ash from coal using Bacillus subtilis and Paenibacillus polymyxa // Fuel. – 2014. – 115. – Р. 589 –595.

Giaveno A., Lavalle L., Chiacchiarini P., Donati E. Bioleaching of zinc from low-grade complex sulfide ores in an airlift by isolated Leptospirillum ferrooxidans // Hydrometallurgy. – 2007. – 89. – P. 117–126.

Golyshina O., Timmis K. Ferroplasma and relatives, recently discovered cell wall lacking archaea making a living in extremely acid, heavy metal rich environments // Environ. Microbiol. – 2005. – 7, № 9. – P. 1277–1288.

Karavaiko G. I, Lobyreva L. B. An overview of the bacteria and archaea involved in removal of inorganic and organic sulfur compounds from coal //Fuel Process Technol. - 1994. – 40. – Р. 167–182.

Kathryne S. Auernik, Robert M. Kelly. Physiological Versatility of the Extremely Thermoacidophilic Archaeon Metallosphaera sedula Supported by Transcriptomic Analysis of Heterotrophic, Autotrophic, and Mixotrophic Growth // Applied and Environmental Microbiology. – 2010. – 76, № 3. – Р. 931–935.

Kuzmishyna S, Hnatush S, Moroz O, Karpinets L, Baranov V. Microbiota of Chervonograd Mining Region//Вісн. Львів. ун-ту. Сер. біол. – 2014. – № 67. – С. 234–242.

Norris P. R., Clark D. A., Owen J. P., Waterhouse S. Characteristics of Sulfobacillus acidophilus, sp. nov., and other moderately thermophilic mineralsulphide-oxidizing bacteria // Microbiology (UK). – 1996. – 142, № 4. – P. 775– 783.

Philip L. Bond, Greg K. Druschel, Jillian F. Banfield. Comparison of Acid Mine Drainage Microbial Communities in Physically and Distinct Ecosystems // Appl. Environ Microbiol. – 2000. – 66, № 11. – Р. 4962–4971.

Pinar Aytar, Catherine M. Kay, Mehmet Burcin Mutlu, Ahmet Cabuk. Coal Desulfurization with Acidithiobacillus ferrivorans from Balya Acidic Mine Drainage //Energy Fuels. – 2013. – 27, № 6. – Р. 3090–3098.

Olson G. J., Brierley J. A., Brierley C. L. Bioleaching review part B: Progress in bioleaching: applications of microbial processes by the minerals industries // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 2003. – 63. – P. 249–257.

Pal S., Pradhan D., Das T., Sukla L. B., Roy G. Chaudhury. Bioleaching of low-grade uranium ore using Acidithiobacillus ferrooxidans //Indian J. Microbiol. – 2010. – 50, № 1. – Р. 70 –75.

Qiu Guan-zhou, Liu Xue-duan, Zhou Hong-bo. Microbial community structure and function in sulfide ore bioleaching systems // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. – 2008. – № 18. – Р. 1295–1301.

Sand W., Gehrke T., Jozsa P.-G., Schippers A. (Bio) chemistry of bacterial leaching – direct vs indirect bioleaching // Hydrometallurgy. – 2001. – 59. – P. 159–175.

Shuang Mi, Jian Song, Jianqun Lin, Yuanyuan Che, Huajun Zheng, Jianqiang Lin. Complete Genome of Leptospirillum ferriphilum ML-04 Provides Insight into Its Physiology and Environmental Adaptation // The Microbiological Society of Korea. – 2011 – 49, № 6. – Р. 890–901.

Stepanyan S. Kh., Vardanyan A. K, Vardanyan N. S. Biooxidation of pyrite, sulfide оre and copper concentrate by new isolated sulfur and/or iron oxidizing bacteria // Biolog. Journal of Armenia. – 2016. – 68, № 1. – P. 6–10.

Torma A. E. The role of Thiobacillus ferrooxidans in hydrometallurgical processes // Advances in Biochemical Engineering. – 1977. – 6. – P. 1–37.

Torma Arpad E. The Microbiological Extraction of Less Common Metals. Overview // JOM. – 1989. – P. 32–35.

Tributsch H. Direct vs indirect bioleaching // Hydrometallurgy. – 2001. – 59. – P. 177–185.

Zhou Qiu Guan, Bo Fu, Hong Bo Zhou et al. Isolation of a strain of Acidithiobacillus caldus and its role in bioleaching of chalcopyrite // World Journal of Microbiology & Biotechnology. – 2007. –23, № 9. – Р. 1217–1225.

Отраслевой портал горно-металлургической промышленности «Metal Mining info» http://metalmininginfo.kz/archives/3224





DOI: https://doi.org/10.18524/2307-4663.2018.2(42).134295

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

ISSN 2076-0558 (Print); 2307-4663 (Online)

DOI 10.18524/2307-4663