Дәріс №11 Микроорганизмдерді сілтісіздендіру. Жоспар:

1. Микроорганизмдерге сипаттама.

2. Сілтісіздендіру биохимиясы.

Құрамына минералдар кіретін жыныстардан мысты қышқыл ерітіндімен өңдеу арқылы бөліп алу әдісі бірнеше ғасыр бойы қолданылып келеді. Бірақ біздің заманымыздың 50-60 – шы жж. ғана минералдан металды алуда басты рольді бактериялар атқаратындығы анықталды. 1947 жылы Кольмер мен Хинкл шахталық кәріз суынан Tiobacillus ferrooxydans бактериясын тапты. Бұл организм екі валентті темірді тотықтырып, құрамына күкірт және басқада металдар кіруі мүмкін байланыстарды қалпына келтірді. Жақында мысты кен минералдарын ерітіндіге айналдыруға қатысатындығы анықталды.

Қазіргі таңда минералдардан металды бөлуде белсенді қатысатын басқа да микроорганизмдер танымал; сульфид табиғатындағы көптеген минералдар осы тәсілмен қирайды. Бактериалдық сілтісіздендіру технологиясы негізінен мыс пен уранды бөлуде қолданылған болса, қазір оны минералдық шикізаттарды өңдеуде кеңінен пайдаланады.

Берілген дәрісте металдарды сілтісіздендіретін организмдер, олардың механизмі мен әрекеті қарастырылған. Микробты сілтісіздендірудің нақты және болашақтағы биоэкстрактивті металургияда қолдану аясы сипатталған.

Бактериалды сілтісіздендіруде келесі микроорганизмдер қатысады. Tiobacillus ferrooxydans бұл барлық сілтісіздендіруші организмдер ішіндегі көп зерттелгені және оны темір мен минералдарың тотығуы жүретін ортада бөліп алуға болады. T.ferrooxydans температуралық оптимумы 10 – нан 30⁰С болатын штаммамен әр түрлі табиғат ортасында көрсетілген максималды алмастыру температурасы 37⁰С (немесе төмен) тең.

Leptospirillum ferrooxydans. Бұл организмді Ferrovibrio деп атаған жөн. Ол алғаш Арменияда анықталған, бірақ қазіргі кезде оның сілтісіздендіру жүзеге асатын барлық ортада кездесетіндігі анықталды. Ол пиритте (FeS₂) 40⁰С және рН 1,2 – де өсе алады. Күкіртке тиіспей, тек темірді тотықтырады. Осы қасиеті арқылы ол күкіртпен қатар темірді де тотықтыратын T.ferrooxydans – нан ажыратылады.

Thiobacillus thiooxidans, T. Acidophilus және T.Organoparus. Бұл ацидофильді организмдер тек күкірт пен оның байланыстарын тотықтырады және Leptospirillium ferrooxydans – пен бірігіп күкірт пиритіне әсер етеді. Олар химиялық реакция нәтижесінде пайда болатын үш валентті темір ионы мен және мыс сульфидімен бірге күкіртті тотықтыру процесіне қатыса алады. T. Thiooxidans өзі өсетін рН ортасын T.ferrooxydans штамына қарағанда маңыздылығы аз көлемге дейін ( - 0,65) өзгертеді. Элементарлы күкірт қатысында сульфидтердік сілтісіздендірілуін қамтамасыз ететін оттегі қатысты тура эффективтілікті жоғарлатады ( мысалы, PbS, CdS, NiS).

Бірыңғай термофильдер. Пиритті, темірді және күкіртті тотықтыратын әр түрлі термофильдер бактериялар анықталды. Бұлар 50⁰С – ға жуық температурада жақсы өседі. Бұл бірыңғай термофильді топтарға факультативті гетеротрофтар, хемолитотрофтық гетеротрофтар мен автотрофтар кіреді, сонымен қатар бұл топқа жататын көп организмдер класы анықталуда.

60⁰С – та элементарлық күкіртте өсетін Sulfolobus brierleyi, микрофотосурет. Сканерлеуші электрондық микроскоп арқылы алынған (10000 есе үлкейтілген). (Слайд)

Берілген организмдер өздігінен жылынатын минералдарды және көмір үйінділерін сілтісіздендіруде үлкен роль атқарады.

Соңғы ацидотермофильдер Sulfolobus (5.1. сурет) тұқымдасы жақсы зерттелген. Оның барлық түрі күкірті тотықтырады, ал кейбіреулері (мысалы, S.brierleyi) темірді және холькопирид сияқты минералдары тотықтыруға қабілетті. Бұл организмдер 85⁰С температураға төзімді және негізінен жану көздерінен алынады. Жақын көмір үйінділерінің кәріз суларынан Sulfolobus – қа ұқсас организм табылды.

Sulfolobus тұқымдасы жекеленген бактерия тобы Archebacteriaceae – ға жатады. Бұл топты тірі организмдердің үшінші патшалығы деп атау ұсынылған. Бұл тұқымдас өкілдері жоғары температурада минералдары сілтісіздендіруде үлкен роль ойнайды.

2. Барлық аталған сілтісіздендіру бактериялары әр түрлі тәсілдер арқылы металдарды ерітіндіге айналдырады. Бұл әдістер тура және тура емес деп бөлінеді. Тура катализдеуші бактериялармен тотықтыру процесіне темірді тотықтыру

(1)

күкіртті тотықтыру

(2) жатады.

Минералдар қатарын кейбір сілтісіздендіру организмдерімен тотықтырады. Мысал ретінде, пирид тотығы

(3)

және сфалерит,

(4) болуы мүмкін.

Үш валентті темір ионы мықты тотықтыру агенті қызметін атқарады. Көптеген минералдарды ерітіндіге айналдырады. Мәселен, халькоцит,

(5)

және уранинит,

(6).

Бактериялардың тіршілік әрекеті нәтижесінде қалыптасатын үш валентті ион қатысында жүретін сілтісіздендіруді тура емес экстракция деп атайды. Осы химиялық реакция нәтижесінде бактриялар мен күкірт қышқылдарына (2 реакция) дейін тотығатын эленментті күкірт (5 реакция) қалыптасады.

Өзін бағалауға арналған сұрақтар:

1. Сілтісіздендіретін микроорганизмдердің морфологиясы.

2. Сілтісіздендіретін микроорганизмдердің физиологиясы.

3. Сілтісіздендірудің биохимиялық реакциясы.

Ұсынылған әдебиеттер:

1. Экологиялық биотехнология: ағылшыннан аударма/ К.Ф. Фостер, Д.А. Дж. Вейз. – Л.: Химия, 1990. – 348 бет.

2. Биотехнология: принциптері мен қолданысы/ И. Хиггинс: ағылшыннан аударма. М.: Мир, 1988.