Изот Литинецкий - На пути к бионике

Более тридцати лет назад ученые провели исследования ржавого осадка в шахтных и рудничных водах. Предполагалось, что он образуется только в результате окисления. Опыты же показали, что в стерилизованной воде железо практически не окисляется, зато в шахтной... Трое суток - и оно покрылось красноватым налетом. Виновники этой "химической диверсии" были обнаружены с помощью микроскопа. То, что раньше принимали за обычную реакцию, оказалось биологическим процессом, в котором главную роль играют серо- и железобактерии. Те же самые серобактерии по собственному почину освобождают уголь от соединений серы: за месяц они окисляют до 30% серы и удаляют ее в виде серной кислоты. Процесс этот протекает очень медленно, чтобы применять его в промышленности. Но зато он не требует никакого специального оборудования.

В своей жизнедеятельности серобактерии выступают, подобно двуликому Янусу, сразу в двух амплуа: в роли создателей месторождений серы и в роли рудных браконьеров. Они разрушают вскрытые месторождения сульфидных руд, окисляя нерастворимые в воде сульфиды металлов и превращая их в легкорастворимые соединения. Разумеется, сульфоредуцирующие микробы об этом даже не подозревают. Добывая себе энергию за счет реакции окисления, они, как отмечалось выше, хищнически разоряют залежи сернистых руд. Переведенные в растворимую форму соединения металла вымываются дренажными и почвенными водами. Ценный продукт беспрепятственно уходит из руды и теряется безвозвратно.

А можно ли рудных браконьеров перевоспитать, превратить из хищников в обогатителей бедных руд, в деятельных металлургов? Можно! Продукты собственного химического производства не интересуют железо- и серобактерии. Неорганические молекулы для них лишь своеобразные "дрова". Сжигая их в "пламени химического костра", они получают необходимую для себя энергию. Следовательно, не ущемляя интересов бактерий, с ними можно заключить взаимовыгодный договор: вам - вершки, а нам - корешки, вам - тепло "химического костра", а нам - его золу. Именно с этой целью и вступили уральские ученые в союз с серобактериями. Они разработали схему первой опытно-промышленной установки по бактериальному (подземному) выщелачиванию металла из медных и цинковых руд. Она оказалась предельно простой. По трубопроводу в скважины подается бактериальный раствор. Он увлажняет руду. Бактерии окисляют металл, и он переходит в раствор (концентрат), который выкачивается на поверхность в специальные желоба. На этом производство концентрата заканчивается. Содержание металла в нем достигает 80%. Только за время опытов на Дегтярском месторождении с помощью бактериального выщелачивания были добыты десятки тонн меди, причем руда бралась с отработанных участков месторождения. Полученная этим способом медь почти втрое дешевле, чем при использовании других методов.

Рис. 3. Схема бактериального выщелачивания металла из сернистых руд (по А. Шибанову)

Технико-экономическая эффективность бактериального выщелачивания всецело зависит от условий, в которых проходит процесс. В суровом Заполярье бактерии проявляют себя очень слабо, зато они весьма активны в тропическом и умеренном климате. Кроме того, в темноте процесс идет иногда лучше, чем на свету. В целом же эксперименты показали, что бактерии могут ускорить окисление минералов в 5, 20 и 100 раз! Примером может служить выщелачивание халькопирита*, одного из самых "неподдающихся". За 400 суток обычного химического окисления из халькопирита удавалось извлечь только 18% меди. За такое же время, но с участием бактерий в первых опытах из руды извлекалось 58% металла. Позднее, при более благоприятных условиях, темпы работы бактерий значительно возросли: за 75 суток они извлекали из халькопирита 30-40% меди. Сейчас, в новых "творческих условиях", они за 35 часов переводят из этого минерала в раствор 90% металла. И это не предел. При таких показателях процесса бактериального выщелачивания нет нужды доказывать необходимость быстрейшей организации в каждом руднике микробиологической обогатительной фабрики, а может быть, и металлургического цеха.

* ( Халькопирит (медный колчедан) - минерал латунно-желтого цвета, химическое соединение меди с железом и серой (главная руда для получения меди). )

Не секрет, что металлургам все чаще и чаще приходится иметь дело с бедными рудами, волей-неволей приходится затрачивать огромные средства на сооружение больших комбинатов, единственное назначение которых - увеличить содержание металла в руде. От всего этого нас освободит будущая высокоскоростная биометаллургия, фундамент которой закладывается сегодня. При широком использовании в горнорудной промышленности живых обогатительных фабрик не нужно будет держать под землей шахтеров, отпадет необходимость в строительстве заводов по обжигу медной руды и ее обогащению.

Опыт подземного выщелачивания показал, что использование бактерий особенно эффективно на последней, завершающей стадии эксплуатации рудников. На этом этапе они вообще незаменимы. Обычно в выработанных месторождениях, как правило, еще остается от 5 до 20 % руды. Извлечь ее современными техническими средствами почти невозможно. Добраться до этого подземного кладбища меди можно лишь одним-единственным путем - мобилизовав многомиллиардную армию бактерий. Подобно трудолюбивым муравьям или сказочным гномам, они будут без устали работать, переводя металл из невыработанных остатков руды в раствор. Так можно вернуть по меньшей мере три четверти оставшихся запасов медной руды. Двадцать пять лет назад закрылось месторождение Южная Выклинка. Маркшейдеры* сказали - меди нет. Призвали на помощь бактерии - начали получать десятки тонн металла. Таким же путем на мексиканском руднике из старых, заброшенных забоев за один только год было "вычерпано" 10 тысяч тонн меди.

* ( Маркшейдер - горный инженер, специалист по геодезиче^ ской съемке рудников и подземных выработок. )

По мере выработки природных месторождений ценных ископаемых взоры специалистов все чаще и чаще обращаются к накопившимся у шахт и рудников отвалам пород. Уже в первых опытах бактерии и здесь зарекомендовали себя самыми экономными и непривередливыми металлургами. За многие годы в Мексике на месторождении Кананеа возле шахт скопилось около 40 миллионов тонн отвалов породы. Содержание меди в них мизерное - всего 0,2%. Отвалы начали орошать шахтной водой, которая стекала затем в подземные резервуары. Из каждого литра собранной воды бактерии извлекли по три грамма меди. В итоге - 650 тонн дорогого металла в месяц!