Islom karimov nomidagi toshkent davlat texnika univyersiteti

10-amaliy mashg‘ulot. Теmir va sulfid oltingugurtining biokimyoviy oksidlanish mehanizmi

Temir oksidlovchi bakteriyalari uchun eng engil oksidlanuvchi substrat sifatida oksidlanmagan temir bo’lib, kislotali muhitda bakteriyalar ishtirokida oksidlanadi:

4Fe²⁺ + 4H⁺ + O₂ 4Fe³⁺ + 2H₂O + 11kkal. (2)
Oksidlanmagan temirdan tashqari A.fYerrooxidans enYergetik manba sifatida oltingugurtning tiklangan moddalarini ham qullaydi, masalan tiosulfatlarni S₂O₃^2-, uchtionatlarni S₃O₆^2-, turttionatlar va elementli oltingugurtni, va oxirgi mahsulot sifatida – sulfat ion (H₂SO₄) paydo bo’ladi. O’tkazilgan ko’plab tajribalar natijasida A.ferrooxidansbakteriyalari, sulfid minerallarining deyarli barcha ma’lum bulgan turlarini oksidlashi aniqlangan.
A.ferrooxidans bakteriyalarining asosiy faol yashab rivojlanishi uchun: muhit kislotaligi, temperatura, suvning va kislorodning borligi talab etiladi. Bakteriyalar rivojlanishi uchun muhit pH –ning optimal kursatkichi – 2,0-2,4, lekin tabiiy ruda suvlarida ushbu mikroorganizmlar pH 1,2 va 7,6 –da uchraydi va ushbu sharoitlarlar ularning faol yashashashiga tug‘ri kelmaydi. Muhit pH 9,0 bulganda ular ulishadi, lekin kislotali muhitga uta chidamlilar. Ular eritmadagi sulfat kislota miqdori 18 g/l bulganda ham chidaydi va konsentratsiya 22 g/l etganda ulishadi, bu degani pH 0,3 bo’lib, xujayra ichidagi pH 4,8-5,0 atrofida saqlanib turiladi.
A.ferrooxidans bakteriyalari mezofillar sinfiga mansub bo’lib, ularning usishi va rivojlanishi uchun optimal issiqlik darajasi 28 - 35⁰C –ga teng. 40⁰C –da o’sishdan to’xtaydi, 50⁰C –da ular tarkibidagi oqsillar denaturatsiyaga uchrab, ular nobud bo’lishadi (ularning strukturasi o’zgaradi, lekin bug‘inlari uzilmaydi).
Bakteriyalarning normal usishi va rivojlanishi uchun muhitda ma’lum miqdorda mineral tuzlar bulishi talab etiladi, bularga azot va fosfor birikmalari kiradi va ularni bakteriyalar energetik metabolizmda ishlatishadi. Oldin aytib utilganidek, A.ferrooxidans bakteriyalari barcha sulfid konlarining ruda kislotali suvlarida, kumir shaxtalarida va uran ma’danlari yig‘ilgan, tarkibida pirit minerali bor joylarda uchrashadi. A.ferrooxidans –ning tabiiy shtammlarining bir biridan farqi, ularning kislotali muhitga, og‘ir metallar, har xil mikroelementlar, sulfidlar va oldtingugurtni oksidlash tezligi va chidamliligi bilan farqlanadilar. Barcha farqlanishlar adaptiv (moslashuv) xarakteriga ega. Masalan, Degtyar konining nordon suvlaridan ajratib olingan mikroorganizmlar, keyinchalik, ularga ma’lum moslashuv singdirilganidan keyin, arsenopirit, sfalerit, xalkopirit va boshqa sulfid minerallarini oksidlashda qo’llanildi. Temir oksidlovchi bakteriyalarining yashaydigan uzgaruvchi muhit sharoitlariga moslashishga (adaptatsiya) bulgan qobiliyati bakterial ishqorlash (BI) texnologiyasida muhim ahamiyat kasb etadi. Bakteriyalar adaptatsiyasi, muhitdagi 55 g/l mis, 30-40 g/l –gacha ruh, 8-12 g/l –gacha mishyak miqdorlariga moslashuvi kursatilgan. Bakteriyalarning ushbu noyob hususiyatlari, ularni sanoat miqyosida qullashga imkoniyat beradi, masalan, zichli pulpalardagi idishdagi ishqorlash jarayonida.
A.ferrooxidans bakteriyalari, aeroblar sinfiga mansub bo’lib, ular yashovchi muhitda albatta kislorodning bulishi shart. Uning ko’proq qismi xujayra tomonidan yutiladi va nafas oluvchi ferment tizimlari ishtirokida iste’mol etiladi. Qolgan qismi kimyoviy jarayonlarda sarflanib, bunda xujayraning tarkibidagi kimyoviy moddalar oksidlanadi, masalan, S–guruhli oqsillar.
A.ferrooxidans bakteriyalarida elektronlar tashqi energetik oziqlantiruvchi muhitdan (Fe²⁺, sulfid) tashqi o’tkazuvchilar zanjiri buyicha molekulyar kislorodga o’tkazadi va suv paydo buladi:
4Fe²⁺ + O₂ 4Fe³⁺ + 2O₂^2- (3) 2O₂^2- + 4H⁺ 2H₂O. (4)
Elektronlardan tashqari ushbu jarayonda ajralib chiqqan energiya ham ishlatiladi, va o‘, fosfat bog‘larining kimyoviy energiyasiga aylanib, ADF (adenozinikkifosfat) -dan va anorganik fosfordan ATF (adenozin uch fosfat) sintezi uchunishlatiladi.
Shunday qilib, temiroksidlovchi bakteriyalarning noyob hususiyatlari tufayli anorganik ozuqa muhitlarining – ikkivalentli temir, elementli oltingugurt va sulfid minerallarining oksidlanishida ishtirok etadi, va bu hususiyatlarni sulfid rudalar tarkibidan metallarni ajratib olishda qullash mumkin. Ularning usishi va rivojlanishini faollashtirish uchun, ularga yashash uchun optimal sharoitlar yaratiladi va bular ishqorlanuvchi mahsulotning hususiyatlari, va jarayon parametrlari bilan belgilanadi.
Bakterial ishqorlanish nazariyasidagi bakteriyalar va sulfid minerallarining o’zaro munosabati haqidagi masala asosiy bo’lib qolmoqda. Ushbu murakkab munosabatlar mexanizmini urganish, muhim ahamiyatni kasb etib, bakteriyalarning oksidlovchi reaksiyalarining intensivlanishini va nazoratini aniqlashga yordam beradi. Mexanizmni urganish qiyinchiliklarini shunday izohlash mumkin–uchta fazaning (suyuq, qattiq va gazli) uzaro munosabatidan tashqari, ularda bakteriya xujayralari–tirik organizmlar faol ishtirok etib, uzlarining usishi va hayotiyligini ta’minlash uchun barcha fazalarning komponentlaridan foydalanishadi. Bundan tashqari, ushbu munosabatlarda bakteriyalarning har xil chiqindi mahsulotlari ham ishtirok etishadi – anorganik va organik, va ular bioximik shaklda ta’sir etishadi.
Hozirgi vaqtda A.ferrooxidans mikroorganizmlarining sulfid minerallarini oksidlash va ishqorlash roli haqida bir nechta qarashlar bor. Oldin hisoblanardi, sulfid minerallarining oksidlanishi va ishqorlanishi mikroorganizmlar ishtirokida utib, bakteriyalar sulfid oltingugurti oksidlab, paydo bulgan mahsulotlar ta’sirida oksidlanmagan temir sulfati va sulfat kislotasi oksidlangan. Masalan, piritning bakterial oksidlanishida oksidlanmagan temir sulfati paydo bulishi uchun eng ehtimol bulgan reaksiyalar
FeS₂ + 7Fe₂(SO₄)₃ + 8H₂O  15FeSO₄ + 8H₂O (5)
elementli oltingugurt paydo buladi
FeS₂ +Fe₂(SO₄)₃ 3FeSO₄ + 2S⁰, (6)
ular, keyinchalik bakteriyalar tomonidan oksidlangan temir sulfati va sulfat kislotagacha oksidlanadi:
4FeSO₄ + O₂ + 2H₂SO₄^. Fe₂(SO₄)₃ (7)
2S⁰ + 3O₂ + 2H₂O 2H₂SO₄ (8)
Shunday qilib, oksidlanmagan temir sulfatining va elementli oltingugurtning oksidlanish reaksiyalari natijasida, sulfid minerallarining oksidlovchilari–oksidlangan temir sulfati va sulfat kislotasi paydo bulishadi. Sulfid minerallarining oksidlanishi va ishqorlanishi reaksiyalaridan tashqari, minerallar yuza qismiga hujayralarning ferment tizimlari ham ta’sir ko‘rsatishadi. Bu sulfidlarning bakterial oksidlanishining tug‘ri boradigan mexanizmi, yoki “tug‘ri” mexanizm deyish mumkin.
Bakteriyalar sulfid minerallarini temir oksidlovchi tizimlari ishlamay qolgan sharoitlarda ham oksidlashi mumkin. Bunday holatlarda, mikroorganizmlar tomonidan minerallarning kristallik panjarasiga to‘g‘ridan tug‘ri ta’sir etishi natijasida oksidlanadi. Sulfid minerallarining bunday oksidlash mexanizmi aniqlovchi hisoblanib, oksidlanmagan temirning, sulfid va elementli oltingugurtning oksidlanishida biokimyoviy reaksiyalar ikkinchi darajali vazifani bajarishadi.
Lekin ushbu mexanizmlarning sulfid minerallarining oksidlanishidagi hissasini aniqlash qiyin. Bunda, mikroorganizmlar ishtirokida, anorganik birikmalarning reaksiyalar natijasidagi o‘zgarishi bir hil tabiatga ega bulgani hisobga olinadi va ular mineral yuzasida, yoki pulpaning suyuq fazasida kechadi.
Shuning uchun bakterial oksidlanish jarayoni va mineral substratning ishqorlanishini shartli ravishda uzaro ta’sir sifatida tasavvur qilish mumkin:
xujayralar va ularning chiqindi-metabolitlarini mineral yuzasidagi kristallik panjara elementlari bilan;
xujayralarni, yuqoridagi elementlar va suyuq fazadagi chiqindi-metabolit mahsulotlari bilan.