Г. И. Каравайко биогеотехнология

Научные обзоры
74

Находясь в диффузионном слое, Fe'⁺ также быстро взаимодействует с сульфидным минералом, окисляя его. Это косвенный путь бактериаль­ного окисления сульфидных минералов. Образовавшееся закисное железо опять окисляется бактериями до Fe³⁺, и так далее. As³⁺ окисляется трехвалентным железом до As⁵⁺. Электроны, высвобождающиеся в ре­зультате окислительных процессов, используются бактериями в энергети­ческих целях, о чем будет сказано несколько ниже.
Механизм начальных этапов воздействия бактерий на сульфидные минералы еще не совсем ясен. Показано, что бактерии, сорбируясь на поверхности этих минералов, изменяют ее физико-химические свойства, что выражается в пассивации сульфидов и снижении их электродного потенциала. Окислительно-восстановительный потенциал среды при этом резко возрастает. В результате в системе минерал — среда создается резко окислительная ситуация, в которой минерал занимает позицию ано­да и быстро окисляется.
В присутствии нескольких сульфидных минералов создаются гальва­нические пары, причем бактерии окисляют прежде всего минерал с более низким электродным потенциалом (сульфид—анод) '. Это также свиде­тельствует об электрохимической природе бактериального окисления сульфидных минералов и, кроме того, позволяет селективно окислять сульфидные минералы в концентратах.
⁴ См.: Полькин С. И., Адамов Э. В., Панин В. В. Технология бактериального вы­щелачивания цветных и редких металлов. М.: Недра, 1982; Berry V. К., Marr J. E., His-.key J. В.— Hydrometallurgy, 1978, v. 3, p. 309.

Биогеотехнология переработки металлсодержащих руд 75


Следовательно, в смеси CuFeS₂ — FeAsS можно селективно удалить арсенопирит, в смеси CuFeS₂ — ZnS — сфалерит, а в смеси FeS₂ — CuFeS₂ — халькопирит.
Как уже отмечалось, окисляемые субстраты служат для бактерий донорами электронов в энергетическом обмене. Биохимия этих процессов сложна и еще до конца не изучена. При окислении двухвалентного желе­за оно поступает в периплазматическое пространство клеточной стенки. где электрон акцептируется медьсодержащим белком рустицианином, а затем переносится по цитохромной цепи через цитоплазматическую мембрану⁵ (см. рис. 2,а). При переносе двух электронов на мембране возникает потенциал в 120 мВ, а при транспорте двух протонов — около 210 мВ. Суммарный потенциал в 330 мВ обеспечивает синтез одной мо­лекулы аденозинтрифосфата (АТФ) по схеме, представленной на рис. 2, б.
Элементарная сера, как показали исследования⁶, растворяется липи-дами, которые выделяются бактериями во внешнюю среду, и в коллоид­ном состоянии поступает в периплазматическое пространство клетки (рис. 3). Окисление серы идет на поверхности цитоплазматической мембраны и в хорошо развитой внутриклеточной мембранной системе. Механизм генерации АТФ при этом окислении, очевидно, такой же, как и при окислении двухвалентного железа, и реализуется в соответствии с хемиосмотической теорией П. Митчелла. Изучение механизма бактериаль­ного окисления сульфидных минералов позволило решить или наметить пути решения ряда практических задач.
Сейчас разрабатывается несколько способов бактериально-химическо­го выщелачивания металлов: чановое, а также кучное и подземное. Соот-
⁵ См.: Ingledew W. J., Cox J. С, Hailing P. J.— FEMS Microbiol. Lett., 1977, N 2,
p. 193.
⁶ См.: Каравайко Г. И., Миллер Ю. М., Капустин О. А., Пивоварова Т. А.— Микро­
биология, 1980, т. 49, вып. 6, с. 849—854; Пивоварова Т. А., Миллер Ю. М., Крашенин­