Основні групи мікроорганізмів, які беруть участь у біогідрометалургійних процесах
DOI:
https://doi.org/10.18372/2306-6407.1.4678Ключові слова:
біогідрометалургія, бактеріально-хімічне вилуговування, мезофільні і помірно термофільні хемолітотрофних бактерії, сульфідні рудиАнотація
Вилучення цінних компонентів із мінералів за допомогою мікроорганізмів і продуктів їх життєдіяльності є визнаним біотехнологічним прийомом переробки сульфідних руд. На сьогоднішній день ця технологія є економічно вигідною і екологічно безпечною. У статті охарактеризовано основні групи бактерій, що беруть участь у біогідрометалургійних процесах вилучення металів з природних сульфідних руд, і сучасні дані про механізм їх бактеріально-хімічного окислення. Наведено основні фенотипні і генотипні властивості ацидофільних хемолітотрофних бактерій, що беруть участь в біогідрометалургійних процесах, - мезофільних і помірно термофільних хемолітотрофних представників родів Acidithiobacillus, Leptospirillum, Sulfobacillus. Вказані перспективні напрями використання бактеріального вилуговування і можливе значення цього методу для отримання металів з нетрадиційної мінеральної сировини.Посилання
Зеликман А.Н. Теория гидрометаллургических процессов / А.Н. Зеликман, Г.М. Вольдман, Л.В. Беляевская – М.: Металлургия, 1983. – 424 с.
Минеев Г.Г. Растворители золота и серебра в гидрометаллургии / Г.Г. Минеев, А.Ф. Панченко. – М.: Металлургия, 1994. – 241 с.
Черняк А.С. Процессы растворения: выщелачивание, экстракция / А.С. Черняк. – Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1998. – 407 с.
Аренс В.Ж. Химико-экологические проблемы выщелачивания / В.Ж. Аренс, А.С. Черняк // Горный журнал. – 1994. – № 12. – С. 5-7.
Аренс В.Ж. Химия и микробиология в сфере горного дела / В.Ж. Аренс, А.С. Черняк // Горное дело. – 2006. – С. 304–313.
Biohydrometallurgical Techniques. Vol.1. Bioleaching Processes / [Torma A.E., Wey J.E., Lakshmanan V.L. (eds)]. – Warrendale: TMS (The Minerals, Metals and Materials Society). – 1993. – 1430 p.
Recent Progress in biohydrometallurgy: Selected Papers / [Rossi G., Torma A.E. (eds)]. – Iglesias/Italy: AMS (Associazione Mineraria Sanda). – 1983. – 752 p.
Кузнецов С. И. Бактериальные методы выщелачивания металлов из руд / С.И. Кузнецов, Г.И. Каравайко. – М.: Изд. ИМ РАН, 1970. – 233 с.
Иванов М.В. Геологическая микробиология / М.В. Иванов,Г.И. Каравайко // Микробиология. – 2004. – Т. 73, № 5. – С. 581-597.
Кузнецов С.И. Введение в геологическую микробиологию / С.И. Кузнецов, М.В. Иванов, Н.Н. Ляликова. – М.: Изд-во АН СССР, 1962. – 352 с.
Черняк А.С. Основы биотехнологии металлов / А.С. Черняк. – Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 2002. – 102 с.
Соколова Г.А. Физиология и геохимическая деятельность тионовых бактерий / Г.А. Соколова, Г.А. Каравайко. – М.: Наука, 1964. – 332 с.
Роль микроорганизмов и некоторых физико-химических факторов среды в разрушении кварца / [Г.И. Каравайко, Н.П. Белканова, В.А. Ерощев-Шак, З.А. Авакян] // Микробиология. – 1984. – Т. 53. – Вып. 6. – С. 976-981.
Wаchtershauser G. The case for the chemoautotrophic origin of life in iron sulfur world / G. Wаchtershauser // Origin life and evol. Bios. – 1990. – V. 20, N 2. – P. 173-176.
Lowenstam H.A. Minerals formed by organisms / H.A. Lowenstam // Science. – 1981. – V.211. – P. 1126-1131.
Полькин С.И. Технология бактериального выщелачивания цветных металлов / С.И. Полькин, Э.В. Адамов, В.В. Панин. – М.: Недра, 1982. – 288 с.
Bosecker K. Bioleaching: metal solubilization by microorganisms / K. Bosecker // FEMS Microbiol. Rev. – 1997. – V. 20. – P. 591-604.
Каравайко Г.И. Изучение закономерностей адсорбции бактериальных клеток на пористых носителях / Г.И. Каравайко, С.И. Кузнецов, В.В. Самотин // Микробиология. – 2004. – 73. – N 6. – С. 810 – 816.
Тупикина О.В. Фенотипические и генотипические характеристики ацидофильных хемолитотрофов, окисляющих разные типы пиритов. – Автореферат на соискание уч. степени канд. биол. наук. – Москва, 2008. – 23 с.
Rodriguez Y. New information on the pyrite bioleaching mechanism at low and high temperature / Y. Rodriguez, A. Ballester, M.L. Blazquez // Hydrometallurgy. – 2003. – V. 71. – P. 37-46.
Каравайко Г.И. Литотрофные микроорганизмы окислительных циклов серы и железа / Г.И. Каравайко, Г.А. Дубинина, Т.Ф. Кондратьева // Микробиология. – 2006. – Т. 75, № 5. – C. 593 – 629.
Tributsch H. Direct vs indirect bioleaching / H. Tributsch // Hydrometallurgy. – 2001. – V. 59. – P. 177-185.
Яхонтова Л.К. Взаимодействия в биокосных системах / Л.К. Яхонтова, А.П. Грудев, В.В. Зуев // Минерал. сб. Львов. ун-та. – 1991. – Вып. 1. – С. 14-21.
US Patent 5089412 Bacteria for oxidizing multimetallic sulphide ores. – Hackl R.P., Wright F.R., Bruynesteyn A. – 1992.
US Patent 6245125 Copper, nickel and cobalt recovery. – Dew D.W., Miller D.M. – 2001.
Кальдерные микроорганизмы / Под ред. Г. А. Заварзина. – M.: Наука, 1989. – 120 c.
Кузякина Т.И. Биотехнология извлечения металлов из сульфидных руд / Т.И. Кузякина, Т.С. Хайнасова, О.О. Левенец // Вестник краунц. науки о земле. – 2008. – Вып. 12, № 2. – С. 76–86.
Каравайко Г.И. Роль микроорганизмов в выщелачивании металлов из руд / Г.И. Каравайко, С.И. Кузнецов, А.И. Голомзик. – М.: Наука, 1972. – 218 с.
Заварзин Г.А. Литотрофные микроорганизмы / Г.А. Заварзин. – М.:Наука, 1972. – 322 с.
Турова Т.П. Применение методов геносистематики для решения вопросов таксономии и изучения биоразнообразия прокариот. – Автореферат на соискание уч. степени доктора биологических наук. – Москва, 2009. – 86 с.
Агеева С.Н. Фенотипический и генотипический полиморфизм штаммов Acidithiobacillus ferrooxidans. – Автореферат на соискание уч. степени канд. биол. наук. – Москва, 2003. – 19 с.
Takakuwa S. Biochemical aspects of microbial oxidation of inorganic sulfur compounds / S. Takakuwa // Organic Sulfur Chemistry / [Oae S. and T. Okuyama (Eds.)]. – Boca Raton, FL: CRC Press, 1992. – Р. 1-43.
Oxidative metabolism of inorganic sulfur compounds by bacteria / [D. P. Kelly, J. K. Shergill, W.-P. Lu, A. P. Wood] // Antonie Van Leeuwenhoek. – 1997. – V. 71. – Р. 95-107.
Kellу D.P. Reclassification of some species of Thiobacillus to the newly designated genera Acidithiobacillus gen. nov., Hallothiobacillus gen. nov. and Thermithiobacillus gen. nov. / D.P. Kellу, A.P. Wood // International Journal of Systematic and Evotionary Microbiology. – 2000. – V. 50. – P. 512 – 516.
Phylogeny of Gammaproteobacteria / [K.P. Williams, J.J. Gillespie, B.W.S. Sobral, E.K. Nordberg] // Journal of Bacteriology. – 2010. – V. 192 (9). – Р. 2305–2314.
Kelly D.P. Taxonomic relationships of Thiobacillus, as detefusing 16S rRNA sequencing / D.P. Kelly, J.C. Murrell, A.P. Wood // Arch Microbiol. – 2002. – V.166. – P. 394-397.
Rawlings D.E. Molecular genetics of Thiobacillus ferrooxidans / D.E. Rawlings, Т. Kusano // Microbiol. Rev. – 1994. – V. 58 (1). – P. 39–55.
Kelly D.P. Taxonomic relationships of Thiobacillus, as detefusing 16S rRNA sequencing / D.P. Kelly, J.C. Murrell, A.P. Wood //Arch Microbiol. – 2002. – V. 166. – P. 394-397.
Phylogenetic heterogeneity of the species Acidithiobacillus ferrooxidans / [G.I. Karavaiko, T.F. Kondrat'eva, T.P. Tourova et al.] // Syst. Evol. Microbiol. – 2003. – V. 53, № 1. – Р. 113-119.
Rawlings D.E. Characteristics and adaptability of iron- and sulfur-oxidizing microorganisms used for the recovery of metals from minerals and their concentrates / D.E. Rawlings // Microbial Cell Factories. – 2005. – V. 4, № 13. – Р. 4-13.
Rawlings D.E. Molecular genetics of Thiobacillus ferrooxidans / D.E. Rawlings, Т. Kusano // Microbiol Rev. – 1994. – V. 58(1). – P. 39–55.
Илялетдинов А.Н. Микробиологические превращения металлов / А.Н. Илялетдинов. – Алма-Ата: Наука, 1984. – 267 с.
Блайда И.А. Извлечение ценных металлов при переработке промышленных отходов биотехнологическими методами / И.А. Блайда // Энерготехнологии и ресурсосбережение. – 2010. – № 6. – С. 39-45.
Acidithiobacillus ferrooxidans metabolism: from genome sequence to industrial applications / [J. Valdes, I. Pedroso, R. Quatrini et al.] // BMC Genomics. – 2008. – V. 9. – Р. 597-597.
Kelly D.P. Biochemistry of the chemolithotrophic oxidation of inorganic sulphur / D.P. Kelly // Biological Sciences. – 1982. – № 298. – Р.499-528.
Kelly D.P. Thermodynamic aspects of energy conservation by chemolithotrophic sulfur bacteria in relation to the sulfur oxidation pathways //Archives of Microbiology. – 1999. – № 171. – Р. 219-229.
Pyrite oxidation by using Thiobacillus ferrooxidans and Thiobacillus thiooxidans in pure and mixed cultures / [H. Salard, H. Mozafard, M. Torkzaden, M. Moghtader] // Biological Diversity and Conservation Biyolojik Çeitlilik ve Koruma. – 2008. – P. 115-123.
Bioleaching of metals from printed wire boards by Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus thiooxidans and their mixture / [J. Bai, J. Wang, J. Xu, Bo Liang] // Minerals Engineering. – 2011. – V. 24. – P. 1128-1131.
Donati E. Bioleaching of covellite using pure and mixed cultures of Thiobacillus ferrooxidans and Thiobacillus thiooxidans / E. Donati, G.C. Pogliani, P.H. Tedesco // Proc. Biochem. – 1996. – V.31. – Р. 129-134.
Gholami R. M. Bacterial leaching of a spent Mo-Co-Ni refinery catalyst using Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus thiooxidans / R.M. Gholami, S.M. Borghei., S.M. Mousav // Hydrometallurgy. – 2001. – V. 106. – Р. 26-31.
Иванов В.И. Применение микробиологических методов в обогащении и гидрометаллургии / В.И. Иванов, Б.А. Степанов. – М.: Наука, 1960. – 165 с.
The role of Аcidithiobacillus caldus in the bioleaching of metal sulfides / [M. Semenza, M. Viera, G. Curutchet, E. Donati] // Latin American applied research version. – 2002. – V.32, №.4. – Р.135-139.
Rawlings D.E. Thiobacillus caldus and Leptospirillum ferrooxidans are widely distributed in continuous flow biooxidation tanks used to treat a variety of metal containing ores and concentrates / D.E. Rawlings, N.J. Coram, M.N. Gardner // Biohydrometallurgy and the Environment toward the Mining of the 21st Century / [Amils R. and A. Ballester (Eds)]. – Amsterdam: Elsevier, 1999. – P. 777-786.
Isolation of a strain of Acidithiobacillus caldus and its role in bioleaching of chalcopyrite / Zhou Qiu Guan, Bo Fu, Hong Bo Zhou et al. // World Journal of Microbiology & Biotechnology. – 2007. – V 23(9). – Р. 1217-1225.
Markosyan G.E. A new iron-oxidizing bacterium Leptospirillum ferrooxidans nov. gen. nov. sp. / G.E. Markosyan // Biol. J. Armenia. – 1972. – V. 25. – Р. 26-29.
Варданян Н.С. Leptospirillum-подобные бактерии и оценка их роли в окислении пирита / Н.С. Варданян, В.П. Акопян // Микробиология. – 2003. – Т. 72, № 4. – С. 493-498.
Hippe H. Leptospirillum gen. nov. (ex Markosyan 1972), nom. rev., including Leptospirillum ferrooxidans sp. nov. (ex Markosyan 1972), nom. rev. and Leptospirillum thermoferrooxidans sp. nov. (Golovacheva et al. 1992) / H. Hippe // International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. – 2000. – V. 50. – P. 501-503.
Bioleaching of zinc from low-grade complex sulfide ores in an airlift by isolated Leptospirillum ferrooxidans / [A. Giaveno, L. Lavalle, P. Chiacchiarini, E. Donati] // Hydrometallurgy. – 2007. – V.89. – P. 117-126.
Shi S. Bioleaching of marmatite flotation concentrate by adapted mixed mesoacidophilic cultures in an air-lift reactor / S. Shi, Z. Fang // International Journal of Mineral Processing. – 2005. – V. 76, № 1-2. – P. 3-12.
Markosyan G.E. A new iron-oxidizing bacterium Leptospirillum ferrooxidans nov. gen. nov. sp. / G.E. Markosyan // Biol. J. Armenia. – 1972. – V. 25. – Р. 26-29.
Bioleaching of chalcopyrite concentrate using Leptospirillum ferriphilum, Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus thiooxidans in a continuous bubble column reactor / [Lexian Xia, Chu Yin, Songlin Dai, Guanzhou Qiu] // Journal of Industrial Microbiology Biotechnology. – 2010. – V. 37 (3). – Р. 135-143.
Jaapar J. Applications of Bioleaching in Recycling of Spent Batteries / Jefri Jaapar, Wan Azlina Ahmad // Jurnal Natur Indonesia. – 2004. – 7(1). – Р. 1-4.
Филогенетическое положение аэробных умеренно-термофильных бактерий вида Sulfobacillus, окисляющих Fe2+, S(0) и сульфидные минералы / [Г.И. Каравайко, Т.П. Турова, И.А. Цаплина, Т.И. Богданова] // Микробиология. – 2000. – Т. 69, № 6. – С. 857-860.
Рост и углеводный метаболизм у сульфобацилл / Г.И. Каравайко, Е.Н. Красильникова, И.А. Цаплина и др. // Микробиология. – 2001. – Т. 70, № 3. – С. 293–299.
Журавлева А. Е. Пути метаболизм в сульфобацилл при различных типах питания. – Автореферат на соискание уч. степени канд. биол. наук. – Москва, 2009. – 21 с.
Characteristics of Sulfobacillus acidophilus, sp. nov., and other moderately thermophilic mineral-sulphide-oxidizing bacteria / [P.R. Norris, D.A. Clark, J.P. Owen, S. Waterhouse] // Microbiology (UK). – 1996. – V. 142. – P. 775–783.
Golovacheva R.S. Sulfobacillus, a new genus of thermophilic sporeforming bacteria / R.S. Golovacheva, G.I. Karavaikо // Mikrobiologiya. – 1978 – V.47. – Р.815-822.
Peculiarities in the chromosomal DNA structure in Sulfobacillus thermosulfidooxidans analyzed by pulsed-field gel electrophoresis / [T.F. Kondrat’eva, V.S. Melamud, I.A. Tsaplina et al.] // Microbiology. – 1998. – V. 67(1). – Р. 13–18.
Sulfobacillus sibiricus sp. nov. новая умеренно термофильная бактерия / [В.С. Меламуд, Т.А. Пивоварова, Т.П. Турова] // Микробиология. – 2003. – Т. 72, № 5. – С. 681-688.
Zakharchuk L.M. Activity of the enzymes of carbon metabolism in Sulfobacillus sibiricus under various conditions of cultivation / [L.M. Zakharchuk, M.A. Egorova, I.A. Tsaplina] // Microbiology. – 2003. – V. 72, № 5. – P. 553-557.
Sulfobacillus thermotolerans sp. nov., a thermotolerant chemolitotrophic bacterium / [T.I. Bogdanova, I. A. Tsaplina, T.F. Kondrat'eva, et al.] // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. – 2006. – V. 56. – P. 1039–1042.
Phenotypic properties of Sulfobacillus thermotolerans: Comparative a spects / [I. A. Tsaplina, A. E. Zhuravleva, T. I. Bogdanova, et al.] // Microbiology. – 2008. – V. 77, № 6. – P. 654 - 664.
Gericke M. Bioleaching of a chalcopyrite concentrate using an extremely thermophilic culture / M. Gericke, A. Pinches, J.V. van Rooyen // International Journal of Mineral Processing. – 2001. – V. 62, № 1. – P. 243-255.
The cellular machinery of Ferroplasma acidiphilum is iron-protein-dominated / [Ferrer M., Golyshina O.V., Beloqui A. et al.] // Nature. – 2007. – V. 445. – P. 91-94.
Golyshina O. Ferroplasma and relatives, recently discoveret cell wall-lacking archaea making a living in extremely acid, heavy metalrich environments / Golyshina O., Timmis K.N. // Environ. Microbiol. – 2005. – V. 7, № 9. – P. 1277-1288.
Pivovarova T.A. Phenotypic Features of Ferroplasma acidiphilum strains YT and Y-2 / T.A. Pivovarova, T.F. Kondrateva, S.G. Batrakov // Micribiology. – 2004. – V. 71. № 6. – P. 698-706.
Ferroplasma acidiphilum gen. nov., sp. nov., an acidophilic, autotrophic, ferrous-iron-oxidizing, cell-wall-lacking, mesophilic member of the Ferroplacmaceae fam.nov., comprising a distinct lineage of the Archaeа / [Golyshina O.V., Pivovarova T.A., Karavaiko G.I. et al.] // International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. – 2000. – V. 50. – P. 997-1006.
Golyshina O. Ferroplasma and relatives, recently discoveret cell wall-lacking archaea making a living in extremely acid, heavy metalrich environments / O. Golyshina, K.N. Timmis // Environ. Microbiol. – 2005. – V. 7, № 9. – P. 1277-1288.
Васильева Т.В. Металлы из промышленных отходов / Т.В. Васильева, И.А. Блайда, В.А. Иваница // Энергосбережение. – 2011. – № 5. – С. 31–33.
Биогеохимическая роль микроорганизмов в процессе выщелачивания ценных компонентов из германийсодержащего сырья / [Блайда И.А., Васильева Т.В., Слюсаренко Л.И. и др.] // Комплексное использование минерального сырья. – 2010. – № 3. – С. 59-68.
