Поэтому зависит от состава, структуры и свойств породы. Прикрепляясь к
Поверхности минералов, бактерии увеличивают ее гидрофильность, при
Этом электродный потенциал породы (ЭП) снижается, а окислительно-
Восстановительный потенциал среды (Eh) возрастает. Чем выше разница
Между Eh среды и ЭП породы, тем быстрее протекают электрохимические
реакции на катоде и аноде:
FeS2 + O2 + 4 H+ → Fe2+ + 2S0 + 2H2O.
Катодная реакция анодная реакция
O2 + 4H+ + 4 e– → 2H2O; FeS2 → Fe2+ + 2S0 + 4e–.
При отсутствии бактерий Eh среды и ЭП пирита близки, поэтому окис-
Ления не происходит. Бактерии, прежде всего, окисляют минералы с более
Низким ЭП, то есть анодные минералы, находящиеся на самом низком
Энергетическом уровне.
При бактериальном окислении арсенопирита (пример непрямого окис-
ления сульфидного минерала) происходит следующее (рис. 5.3). В диффу-
зионном слое на поверхности минерала происходят реакции:
Анодная реакция катодная реакция
FeAsS →Fe2+ + As3+ + S°+7e–; 3.5 O2 + 14 H+ + 7 e– → 7 H2O.
Бактерии окисляют Fe2+ и S0 до конечных продуктов:
4Fe2+ + O2 + H+ ⎯б⎯акт⎯ер⎯ии→ 4 Fe3+ + 2 H2О,
G = –74.4 кДж моль –1.
S0 + 4 H2O ⎯б⎯акт⎯ер⎯ии→ SO4
2– + 8 H+ + 6 e–.
Окисление ионов двухвалентного железа и серы до конечных продук-
Тов происходит непосредственно в диффузионном слое, что способствует
быстрому взаимодействию иона трехвалентного железа с минералами:
FeAsS + Fe2 (SO4)3 + 1.5 H2O + 0.75 O2 → 3 FeSO4 + S0 + H3AsO3
и серой:
S0 + 6 Fe3+ + 4 H2O → 6 Fe2+ + SO4
2– + 8 H+.
Механизмы бактериального окисления продуктов электрохимических
реакций (Fe2+, S2–, S0) пока не считаются выясненными. Более изученным
Является вопрос о механизме окисления железа. Полагают, что при бакте-
риальном окислении Fe2+ оно поступает в периплазматическое простран-
Ство. Электроны акцептируются медьсодержащим белком рустицианином
И переносятся через мембрану по цитохромной цепи. Перенос двух элек-
Тронов обеспечивает возникновение на мембране потенциала в 120 мВ, а
двух протонов – 210 мВ. Суммарный потенциал в 330 мВ достаточен для
Образования молекулы АТФ. Вторая часть реакции окисления железа,
Приводящая к образованию воды, реализуется на внутренней стороне ци-
Топлазматической мембраны и в цитоплазме.
Четких представлений по механизму окисления сульфид ной серы пока
Нет. Возможно, медьсодержащий белок является первичным акцептором
Сульфида, поступающего в периплазму; а далее процесс идет с участием
Цепи переноса электронов. Есть данные о том, что элементная сера окис-
ляется железоокисляющими бактериями до серной кислоты по реакции:
S0 ромбическая → S0b → SO3
SO4
2–,
где S0b – редкий тип серы, напоминающий b модификацию селена.
Сера в коллоидном состоянии поступает в периплазматическое про-
Странство клетки и, возможно, окисляется на поверхности цитоплазмати-
Ческой мембраны и во внутриклеточной мембранной системе. Механизм
Генерирования АТФ при этом, возможно, аналогичен процессу при окис-
Лении двухвалентного железа.
Сульфидные минералы эффективно окисляются бактериями при сле-
дующих условиях: микроорганизмы должны быть адаптированными к
Условиям конкретной породы, их концентрация в среде должна быть дос-
FeAsS → Fe2+ + As3+ +S0
AsO4 + 8H
3- +
H2O
H2O
H+
FeAsO4
SO4 + 8H
2- +
+ 16H+
O2
O2
Fe2+ ee-
Ee-
E-
T. ferrooxidans
T. ferrooxidans
E-
Fe3+
A
Д Д
Рис. 5.3. Модель бактериально-химического окисления арсенопирита
Thiobacillus ferrooxidans (по Г. И. Каравайко, 1984).
А – анод; К – катод; Д – диффузионный слой
таточно высокой (1–5 г/л). Выщелачивание проходит активнее, если руда
Предварительно тонко измельчена до частиц, размером около 40 мкм,
(обычно пульпы содержат твердого вещества до 20 %) при непрерывном
Перемешивании и аэрации, а также стабилизации рН и температуры среды
На уровне, оптимальном для применяемых микроорганизмов.
Бактериальное выщелачивание, называемое также биогидрометаллур-
Гией или биоэкстрактивной металлургией, в промышленных масштабах
Довольно широко применяют для перевода меди и урана в растворимую
Форму. Существует несколько способов проведения бактериального вы-