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

H+

FeAsO4

SO4 + 8H

2- +

+ 16H+

Fe2+ ee-

Ee-

E-

T. ferrooxidans

E-

Fe3+

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-