ЛЕКЦИЯ 1. введение.  о биотехнологии полезных ископаемых

План:

1. Общие сведения о биотехнологии и составные части биотехнологии металлов.

2. Применение биотехнологии -  как один из эффективных методов переработки минерального сырья.

3. Первичные сведения о видах выщелачивания полезных ископаемых.    

Цель занятий:

Дать студентам  понятия и общие сведения о биотехнологии   полезных  ископаемых и первичные сведения  о видах выщелачивания полезных ископаемых.

Опорные слова:

биотехнология, микроорганизм, деструкция, процесс, бактерия, генезис, сероокисляющие, выщелачивание, субстрат, биогедрометаллургия, биосорбция  металлов.

Рекомендуемые материалы

1.Быстрые темпы  развития всех отраслей промышленности  в условиях  независимого Узбекистана  приводят к возрастанию добычи  полезных ископаемых различных видов. Особенно быстро растет потребление цветных и редких металлов  в тоже время  запасы  промышленных руд постепенно иссякают. Переработка же бедных руд вызывает необходимость  добычи и обогащения большого количество рудного сырья, что в свою очередь значительно повышает себестоимость получения металла. Поэтому необходимо изыскивать и применять наиболее дешевые и эффективные технологические процессы извлечения металлов из руд, старых и вновь образующихся отвалов горно - обогатительных  металлургических предприятий. К таким методам относятся гидрометаллургические и особенно бактериально – химические. 

Становится очевидным, что только совершенствование и коренное изменение методов добычи и переработки минерального сырья -  создание безотходных и малоотходных технологий, обеспечивающих комплексное использование минеральных ресурсов – позволит обеспечить необходимыми металлами  промышленности.

Одним из подходов к решению этих задач является применение биогеотехнологии.

Биотехнология металлов – это наука об извлечении металлов из руд, концентратов, горных пород и растворов под  воздействием микроорганизмов или их метаболитов.

Составными ее  частями являются:

- биогидрометаллургия  или бактериальное выщелачивание металлов;

- обогащение руд;

- биосорбция  металлов из растворов.

2. Бактериальные методы выщелачивания относятся к одному из современных направлений научно-технического прогресса в области переработки минерального сырья - биотехнологии металлов, которая позволяет значительно повысить комплексность использования этого сырья и обеспечить эффективную защиту окружающей среды.

Роль бактерий в круговороте веществ известна давно, однако, как считалось ранее, деятельность всех видов микроорганизмов сводится только к разрушению и преобразованию различных органических соединений. Известно более 2500 видов микроорганизмов и среди них немало тех, которые принимают участие в деструкции и синтезе неорганических веществ, в геохимических процессах на Земле. Открытие С.Н. Виноградским явления хемосинтеза - автотрофного усвоения углекислоты микроорганизмами, окисляющими неорганические вещества, - положило начало исследованиям геохимической деятельности микроорганизмов.

Бактерии «... производят в биосфере огромную геохимическую работу,  как разлагая соединения, так и создавая, как следствие этого разложения, новые синтезы. Их роль значительна в истории углерода, серы, азота, железа, марганца и вероятно многих других элементов нашей планеты» - писал основоположник биогеохимии - науки о роли микроорганизмов в геохимических процессах,
В.И.Вернадский - «... они обеспечивали и обеспечивают непрерывный поток элементов в биогенном облике веществ на нашей планете». Огромную роль микроорганизмов в природе отмечал и Б.Л.Исаченко - выдающийся русский микробиолог: « Микробы нарушители равновесия в природе. Бесчисленное множество их своим неустанным участием приводит в беспокойство чуть ли ни все элементы менделеевской системы». Действительно, установлено участие микроорганизмов в концентрировании и рассеивании более 60 элементов, в формировании ореолов из рассеивания, химического состава подземных вод, в генезисе месторождений серы, железа, цветных и редких металлов.

В 1921-22 г. были проведены первые исследования, которые показали, что некоторые не идентифицированные сероокисляющие микроорганизмы способны окислять пирит и сфалерит. В это же время Ваксманом и Джоффи были выделены автотрофные ацидофильные микроорганизмы, окисляющие серу и ее восстановленные соединения до сульфата.

В 1947 году  Хинкелем и Колмером из дренажных  кислых вод угольной шахты штата Зап. Вирджиния (США)  были выделены микроорганизмы, способные принимать участие в окислении двухвалентного железа до трехвалентного. Однако первые установки по выщелачиванию металлов из руд и горных пород появились еще в ХVΙ веке (Венгрия, Германия, Испания) и только в 1958 году был получен патент на процесс кучного бактериального выщелачивания меди в Бингамском Каньоне (США).

Научными трудами крупнейших отечественных и зарубежных микробиологов показана огромная роль бактерий в геохимических процессах образования и разрушения месторождений серы, сульфидных, железных, марганцевых и других руд.

Геологическая микробиология, как наука о роли микроорганизмов в круговороте химических элементов в биосфере из чисто теоретической превратилась в технологическую с большим теоретическим фундаментом. Это произошло благодаря тому, что микробиологические процессы, которые происходят в месторождениях полезных ископаемых, идут настолько интенсивно, что могут направленно использоваться в практических целях.

Биотехнология занимается не только бактериальным выщелачиванием металлов из твердых минеральных субстратов, но и выделением их из промышленных растворов и сточных вод. Особая ценность большинства процессов биотехнологии металлов заключается в минимальном воздействии на окружающую среду или полностью исключающей ее загрязнение.

В настоящее время созданы не только научные основы процесса, но и разработаны, испытаны и действуют промышленные установки чанового процесса бактериального выщелачивания.

 Использование микроорганизмов в различных отраслях современной промышленности находит всё большее применение.  Многие микроорганизмы активно участвуют  в формировании ресурсов п.и. в недрах земли,  на дне морей и океанов,  где обнаружены  большие залежи железа,  марганца, меди, никеля, кобальта и другие. Бактерии способствуют также выщелачиванию и извлечению этих и других металлов из руд,  принося человечеству большую пользу.

Без участия микроорганизмов не обходится ни один процесс в природе, они способствуют сохранению окружающий нас биосферы,  ускоряя процессы  гниения и другие

Микробы могут  удовлетворять насущные потребности населения  земного шара в воде,   воздухе,  пище. Известно,  что около 70% земного кислорода дает  фитопланктон - водоросли поверхностных  слоев мирового океана.  Фитопланктон способен к тому же очищать воду от загрязнений.

Бактерии обеспечивают  плодородие почвы, ежегодно переводя из воздуха в почву около 100 млн. тонн азота.  Без них не могли бы развиваться и жить большинство культурных растений.

Одни виды бактерий могут без вреда для себя накапливать в своих клетках довольно высокие концентрации тяжелых металлов и химических веществ,  содержащиеся в воде и губительные для высших форм жизни.  Другие в процессе жизнедеятельности способствуют  выпадению в осадок соединений цветных металлов, очищая тем самым промышленные сточные воды .Бактерии могут приспосабливаться к самым различным условиям.  Некоторые мирно  существуют в присутствии сильных ядов,  например: солей цианистой кислоты, соединений мышьяка и другие. Известны бактерии, которые легко переносят радиацию,  в 2000 раз превышающую смертельную дозу для человека, находясь в атомном реакторе и высоких температурах  до 100 ⁰С.

Наличие и роль микроорганизмов в геологических месторождениях п.и. изучались при участии С.Н.Виноградского,  В.И.Вернадского и др.

Работы по определению участия микроорганизмов в окислении сульфидных  минералов и руд, содержащих цветные металлы, были выполнены С.И.Ивановым (Институт микробиологии России) и др.

В области биогидрометаллургии наиболее изучены  процессы  кучного и подземного выщелачивания  меди, цинка, урана и др. Эта технология уже применяется для извлечения металлов из бедных за балансовых и потерянных  руд в промышленных масштабах в США, Канаде, СНГ, Болгарии  и других странах.  Себестоимость меди получаемой этим способом  в 1,5-2,0 раза ниже, чем традиционными способами. Процессы чанового выщелачивания металлов разрабатываются для извлечения ценных металлов из сложных по составу или бедных продуктов, не подающихся  переработке традиционными способами. К таким продуктам  относятся- мышьяковистые золото-  оловосодержащие концентраты медно- цинковые концентраты и др.Эта технология находятся на стадии  полупромышленного исследования в ряде стран (ЮАР, Канады, США, СНГ) Практически все технологические схемы замкнутые, что в значительной мере снижает или вообще исключает  загрязнение окружающей среды.  Наметились и новые тенденции в развитии биогеотехнологии металлов. К ним относят

обогащение  ряда горных пород и руд. Например: бокситов, сульфидизация  окисленных руд, биосорбция металлов из растворов.

 Использование новых  бактериальных - химических способов позволит увеличить сырьевые ресурсы,  обеспечить комплексность извлечения металлов и не требует создания сложных горна -    добывающих комплексов. При этом можно полностью автоматизировать соответствующие  технологические процессы,  повысить производительность  труда и культуры производства,  решить многие проблемы охраны окружающей среды.

3. Выщелачивание - процесс перевода одного или нескольких  компонентов  из твердых тел в жидкость с помощью раствора  реагентов. Термин связан этимологически с высокой растворимостью в разбавленных кислотой щелочей - твердых гидроксидов щелочных и щелочноземельных металлов.  Существуют различные варианты технологии переработки рудного сырья: выщелачивание в заводских аппаратах,  подземное и кучное выщелачивание.

Кучное выщелачивание (КВ)  - процесс извлечения полезных компонентов растворением из раздробленных взрывом и доставленных на поверхность  бедных и за балансовых руд. Принципиальное  отличие кучного от  других видов выщелачивания - введение процесса в атмосферных условиях.

Бактериальное кучное выщелачивание- выщелачивание полезного компонента при участии определенных видов бактерий,  способных окислять и ускорять растворение минералов полезного  компонента.

Вопросы для повторения

1) .Что  изучает предмет «Биотехнология в металлургии»?

2).Что такое кучное выщелачивание  полезных компонентов?

3). Принципиальное отличие кучного выщелачивания от других видов  выщелачивания?

4).Что такое бактериальное кучное выщелачивание?

                           Предмет: «Биотехнологические процессы в металлургии»

                                   Преподаватель: доц. Абдурахманов Э.  

                                   Количество студентов и курс: 48 студентов, 4 курс

                                   Продолжительность занятия: 80 минут

Технология «Смысл понятие»