Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения Российской академии наук (ФГБУН НИГТЦ ДВО РАН), Петропавловск-Камчатский, Россия

В. Э. Аверьянова, аспирант, младший научный сотрудник, эл. почта: Purlac@inbox.ru
С. О. Очеретяна, старший научный сотрудник, канд. биолог. наук, эл. почта: blossom-so@yandex.ru

Поскольку запасы высококачественных руд снижаются, традиционные подходы к извлечению металлов, такие как пирометаллургия, стали менее экономически и практически целесообразными. В связи с этим для переработки полезных ископаемых низкого качества исследуют новые технологические процессы, такие как бактериально-химическое выщелачивание. Эту технологию эффективно используют для извлечения меди из вторичных сульфидных минералов и продолжают развивать. Однако некоторые минералы, в том числе халькопирит, отличаются повышенной устойчивостью к процессу биообработки. В обзоре рассмотрены способы повышения эффективности бактериально-химического выщелачивания халькопирита, к которым относятся: использование термофильных ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов, биовыщелачивание смешанными культурами, применение поверхностно-активных веществ, разных катализирующих компонентов, дробление и истирание, дополнительная аэрация, а также воздействие ультразвука и сверхвысоких частот. Большинство из этих методов для улучшения кинетики рассматриваемого процесса успешно себя показали, однако существуют факторы, ограничивающие их применение. Так, применение хлор-, йодсодержащих веществ и L-цистеина может оказывать небольшой каталитический эффект в процессе биовыщелачивания, но потребует большой концентрации вносимых компонентов. Поверхностно-активные вещества в небольших дозировках могут значительно увеличить скорость и эффективность растворения сульфидов. Использование ионов серебра является наиболее эффективным способом катализировать биоокисление халькопирита умеренными термофильными микроорганизмами. Согласно результатам исследований, физические методы улучшения кинетики действенны, однако публикаций по этой теме пока недостаточно.

1. Zhong S., Li Y. An improved understanding of chalcopyrite leaching kinetics and mechanisms in the presence of NaCl. Journal of Materials Research and Technology. 2019. Vol. 8, No. 4. pp. 3487–3494. DOI: 10.1016/j.jmrt.2019.06.020
2. Cao S., Zheng X., Nie Z., Zhou Y. et al. Mechanical activation on bioleaching of chalcopyrite: a new insight. Minerals. 2020. Vol. 10, No. 9. DOI: 10.3390/min10090788
3. Huang Z., Feng S., Tong Y., Yang H. Enhanced “contact mechanism” for interaction of extracellular polymeric substances with low-grade copperbearing sulfide ore in bioleaching by moderately thermophilic Acidithiobacillus caldus. Journal of Environmental Management. 2019. Vol. 242. pp. 11–21. DOI: 10.1016/j.jenvman.2019.04.030
4. Toledo A. G. R., Costa R. B., Delforno T. P., Arena F. A. et al. Exploring chalcopyrite (bio)leaching mechanisms under thermophilic conditions. Minerals Engineering. 2023. Vol. 204. DOI: 10.1016/j.mineng.2023.108417
5. Sun J., He X., Le Y., Al-Tohamy R., Ali S. S. Potential applications of extremophilic bacteria in the bioremediation of extreme environments contaminated with heavy metals. Journal of Environmental Management. 2024. Vol. 352. DOI: 10.1016/j.jenvman.2024.120081
6. Deshpande A. S., Kumari R., Prem Rajan A. A delve into the exploration of potential bacterial extremophiles used for metal recovery. Global J. Environ. Sci. Manage. 2018. Vol. 4, No. 3. pp. 373–386. DOI: 10.22034/gjesm.2018.03.010
7. Norris P. R., Laigle L., Ogden T. J., Gould O. J. P. Selection of thermophiles for base metal sulfide concentrate leaching. Part I: Effect of temperature on copper concentrate leaching and silver recovery. Minerals Engineering. 2017. Vol. 106. pp. 7–12. DOI: 10.1016/j.mineng.2016.12.003
8. Cancho L., Blázquez M. L., Ballester A., González F. et al. Bioleaching of a chalcopyrite concentrate with moderate thermophilic microorganisms in a continuous reactor system. Hydrometallurgy. 2007. Vol. 87, No. 3-4. pp. 100–111. DOI: 10.1016/j.hydromet.2007.02.007
9. Manesh M. J. H., Willard D. J., Lewis A. M., Kelly R. M. Extremely thermoacidophilic archaea for metal bioleaching: What do their genomes tell Us? Bioresource Technology. 2024. Vol. 391. DOI: 10.1016/j.biortech.2023.129988
10. Ma L., Wang X., Tao J., Feng X. et al. Bioleaching of the mixed oxidesulfide copper ore by artificial indigenous and exogenous microbial community. Hydrometallurgy. 2017. Vol. 169. pp. 41–46. DOI: 10.1016/j.hydromet.2016.12.007
11. Ríos D., Bellenberg S., Christel S., Lindblom P. et al. Potential of single and designed mixed cultures to enhance the bioleaching of chalcopyrite by oxidation-reduction potential control. Hydrometallurgy. 2024. Vol. 224. DOI: 10.1016/j.hydromet.2023.106245
12. Pathak A., Morrison L., Healy M. G. Catalytic potential of selected metal ions for bioleaching, and potential techno-economic and environmental issues: A critical review. Bioresource Technology. 2017. Vol. 229. pp. 211–221. DOI: 10.1016/j.biortech.2017.01.001
13. Li Q., Luo J., Xu R., Yang Y. et al. Synergistic enhancement effect of Ag+ and organic ligands on the bioleaching of arsenic-bearing gold concentrate. Hydrometallurgy. 2021. Vol. 204. DOI: 10.1016/j.hydromet.2021.105723
14. Xia J., Song J., Liu H., Nie Z. et al. Study on catalytic mechanism of silver ions in bioleaching of chalcopyrite by SR-XRD and XANES. Hydrometallurgy. 2018. Vol. 180. pp. 26–35. DOI: 10.1016/j.hydromet.2018.07.008
15. Zhao H., Yang C., Zhang X., Zhang Y. et al. Chapter 6: Chalcopyrite bioleaching catalyzed by silver. Biohydrometallurgy of Chalcopyrite. 2021. pp. 183–209. DOI: 10.1016/s0304-386x(98)00070-x
16. Gomez E., Ballester A., Blazquez M. L., Gonzalez F. Silver-catalysed bioleaching of a chalcopyrite concentrate with mixed cultures of moderately thermophilic microorganisms. Hydrometallurgy. 1999. Vol. 51, No. 1. pp. 37–46. DOI: 10.1016/S0304-386X(98)00070-X
17. Ballester A., Gonzales F., Blazguez M. L., Mier J. L. The influence of various ions in the bioleaching of metal sulphides. Hydrometallurgy. 1990. Vol. 23. pp. 221–235. DOI: 10.1016/0304-386x(90)90006-n
18. Huynh D., Giebner F., Kaschabek S. R., Rivera-Araya J. et al. Effect of sodium chloride on Leptospirillum ferriphilum DSM 14647T and Sulfobacillus thermosulfidooxidans DSM 9293T: Growth, iron oxidation activity and bioleaching of sulfidic metal ores. Minerals Engineering. 2019. Vol. 138. pp. 52–59. DOI: 10.1016/j.mineng.2019.04.033
19. Chen W., Tang H., Yin S., Wang L. et al. Copper recovery from low-grade copper sulfides using bioleaching and its community structure succession in the presence of Sargassum. Journal of Environmental Management. 2024. Vol. 349. DOI: 10.1016/j.jenvman.2023.119549
20. Liu W., Yang H., Song Y., Tong L. Catalytic effects of activated carbon and surfactants on bioleaching of cobalt ore. Hydrometallurgy. 2015. Vol. 152. pp. 69–75. DOI: 10.1016/j.hydromet.2014.12.010
21. Zhang R., Sun C., Kou J., Zhao H. et al. Enhancing the leaching of chalcopyrite using Acidithiobacillus ferrooxidans under the induction of surfactant Triton X-100. Minerals. 2019. Vol. 9, No. 1. pp. 1–15. DOI: 10.3390/min9010011
22. Zhang H., Wei D., Liu W., Hou D. et al. Enhancement mechanism of polyoxyethylene nonyl phenyl ether on the bioleaching of chalcopyrite. Minerals Engineering. 2021. Vol. 173. DOI: 10.1016/j.mineng.2021.107237
23. Zhang W., Gu S. Catalytic effect of activated carbon on bioleaching of low-grade primary copper sulfide ores. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2007. Vol. 17, No. 5. pp. 1123–1127. DOI: 10.1016/S1003-6326(07)60236-2
24. Konadu K. T., Sakai R., Mendoza D. M., Chuaicham C. et al. Effect of carbonaceous matter on bioleaching of Cu from chalcopyrite ore. Hydrometallurgy. 2020. Vol. 195. DOI: 10.1016/j.hydromet.2020.105363
25. Kordloo M., Abdollahi H., Gharabaghi M., Yadollahi A. et al. Evaluation of the effects of L-cysteine addition on the bioleaching of zinc and cadmium from sphalerite flotation concentrate. Minerals Engineering. 2023. Vol. 204. DOI: 10.1016/j.mineng.2023.108379
26. Li S., Zhong H., Hu Y., Zhao J. et al. Bioleaching of a low-grade nickel–copper sulfide by mixture of four thermophiles. Bioresource Technology. 2014. Vol. 153. pp. 300–306. DOI: 10.1016/j.biortech.2013.12.018
27. He Z., Gao F., Zhong H., Hu Y. Effects of L-cysteine on Ni–Cu sulfide and marmatite bioleaching by Acidithiobacillus caldus. Bioresource Technology. 2009. Vol. 100, No. 3. pp. 1383–1387. DOI: 10.1016/j.biortech.2008.08.038
28. Crundwell F. K., Van Aswegen A., Bryson L. J., Biley C. et al. The effect of visible light on the dissolution of natural chalcopyrite (CuFeS2) in sul phuric acid solutions. Hydrometallurgy. 2015. Vol. 158. DOI: 10.1016/j.hydromet.2015.10.014
29. Crundwell F. K., Bryson L. J., van Aswegen A., Knights B. D. H. Effect of chopped light on the dissolution and leaching of chalcopyrite. Minerals Engineering. 2021. Vol. 160. DOI: 10.1016/j.mineng.2020.106703
30. Zhao C., Yang B., Wang X., Zhao H. et al. Catalytic effect of visible light and Cd2+ on chalcopyrite bioleaching. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2020. Vol. 30, No. 4. pp. 1078–1090. DOI: 10.1016/S1003-6326(20)65279-7
31. Zhao C., Yang B., Liao R., Hong M. et al. Catalytic mechanism of manganese ions and visible light on chalcopyrite bioleaching in the presence of Acidithiobacillus ferrooxidans. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2022. Vol. 41. pp. 457–465. DOI: 10.1016/j.cjche.2021.10.009
32. Chen J., Tang D., Zhong S., Zhong W. et al. The influence of micro-cracks on copper extraction by bioleaching. Hydrometallurgy. 2020. Vol. 191. DOI: 10.1016/j.hydromet.2019.105243
33. Zhong W., Zhong S., Tang D., Chi X. et al. Understanding the mechanism of microcrack-enhanced bioleaching of copper. Hydrometallurgy. 2023. Vol. 218. DOI: 10.1016/j.hydromet.2023.106045
34. Dong Y. B., Lin H., Zhou S., Xu X. et al. Effects of quartz addition on chalcopyrite bioleaching in shaking flasks. Minerals Engineering. 2013. Vol. 46–47. pp. 177–179. DOI: 10.1016/j.mineng.2013.04.014
35. Guezennec A., Joulian C., Jacob J., Archane A. et al. Influence of dissolved oxygen on the bioleaching efficiency under oxygen enriched atmosphere. Minerals Engineering. 2017. Vol. 106. pp. 64–70. DOI: 10.1016/j.mineng.2016.10.016
36. Witne J. Y., Phillips C. V. Bioleaching of Ok Tedi copper concentrate in oxygen- and carbon dioxide-enriched air. Minerals Engineering. 2001. Vol. 14, No. 1. pp. 25–48. DOI: 10.1016/s0892-6875(00)00158-8
37. Hernández I. A., Díaz H. L. M., Morales F. J. F., Romero L. R. et al. Bioleaching of metal polluted mine tailings aided by ultrasound irradiation pretreatment. Environmental Technology & Innovation. 2023. Vol. 31. DOI: 10.1016/j.eti.2023.103192
38. Swamy K. M., Sukla L. B., Narayana K. L., Kar R. N. et al. Use of ultrasound in microbial leaching of nickel from laterites. Ultrason. Sonochem. 1995. Vol. 2. pp. 5–9. DOI: 10.1016/1350-4177(94)00003-B
39. Musikhin V. O., Kioresku A. V. Influence of a combined impact of microwave emission and ultrasound on a mixed culture of chemolithotrophic indigenous microorganisms of the Kamchatka nickel-bearing province. Vestnik DVO RAN. 2018. No. 6. pp. 159–165. DOI: 10.25808/08697698.2018.202.6.018
40. Kioresku A. V. Bioleaching of nickel, copper and cobalt from ore pretreated by microwave emissions. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya. 2019. No. 12. pp. 51–56.