Информация о педагогике и образовании » Изучение вопросов биотехнологии в курсе химии средней школы » Основы биологической переработки отходов

Основы биологической переработки отходов

Страница 2

Методы извлечения меди из пород, содержащих минералы, путем обработки их кислыми растворами используются уже много веков. Однако лишь в 50-е и 60-е годы ХХ века выяснилось, что в получении металлов из минералов решающую роль играют бактерии. В 1947 г. Колмер и Хинкл выделили из шахтных дренажных вод бактерию Tiobacillus ferrooxydans. Этот организм окислял двухвалентное железо и восстанавливал серосодержащие соединения, а также, возможно, и некоторые металлы. Вскоре оказалось, что он участвует в переводе меди из рудных минералов в раствор.

Окислительным процессом, катализируемым бактериями, является окисление железа,

4FeSO2 + O2 + 2H2SO4 = 2Fe2 (SO4)3 + 2H2O, (1)

и окисление серы,

S8 + 12O2 + 8H2O = 8H2SO4. (2)

Ряд минералов непосредственно окисляется некоторыми выщелачивающими организмами. Примерами такого рода могут быть окисление пирита,

2FeS2 + 15O2 + 2H2O = 2Fe2 (SO4)3 + 2H2SO4, (3)

и сфалерита,

ZnS + 2O2 = ZnSO4. (4)

Ион трехвалентного железа служит сильным окисляющим агентом, переводящим в раствор многие минералы, например халькоцит,

Cu2S + 2Fe2 (SO4)3 = 2CuSO4 + 2Fe2SO4 +Sº, (5)

и уранинит,

UO2 + Fe2 (SO4)3 = UO2SO4 + 2FeSO4. (6)

Выщелачивание, происходящее при участии иона трехвалентного железа, который образуется в результате жизнедеятельности бактерий, называют «непрямой» экстракцией. В настоящее время бактериальное выщелачивание, известное также как биогидрометаллургия или биоэкстрактивная металлургия, применяется в промышленных масштабах для перевода в растворимую форму меди и урана.

Выщелачивание медных отвалов. Для начала процесса выщелачивания отвал смачивают водой, подкисленной серной кислотой до рН 1,5–3,0. Этот кислый раствор, или «выщелачиватель», просачивается сквозь бедную руду или отвальные материалы. Он содержит кислород и углекислый газ и создает благоприятную среду для размножения ацидофильных гиобацилл, широко распространенных в сульфидных рудах. В некоторых случаях содержание Tiobacillus ferrooxydans превышает 106 клеток на 1 кг породы и на 1 мл выщелачивающего раствора. Этот организм активно окисляет растворимые ионы двухвалентного железа и воздействует на серу – и железосодержащие минералы. При окислении медно-сульфидных минералов нередко образуется элементарная сера. Эта сера маскирует частицы минералов, ограничивая воздействие на них со стороны трехвалентного железа. T. Ferrooxydans, присутствующая в количестве 103-105 клеток на 1 г породы и на 1 мл выщелачивающего раствора, окисляет некоторые растворимые соединения серы и элементарную серу. Разрушение серы этим организмом приводит к удалению маскирующего слоя серы, окружающего некоторые частицы минералов, и усиливает процесс выщелачивания. Из выщелачиваемых отвалов вытекают растворы, содержащие 0,75–2,2 г меди в 1 л. Эти растворы направляют в отстойники; медь из них получают путем осаждения с использованием железа или экстракцией растворителями. «Отработанные» выщелачивающие растворы вновь поступают в отвал.

Выщелачивание урана. Бактериальное выщелачивание урана применяли в восточных районах Канады для извлечения остаточного урана на уже выработанных площадях, а также из отвалов. Для роста бактерий достаточно 3–4 месяцев, за это время T. ferrooxydans окисляет железо до трехвалентного состояния. Затем трехвалентное железо окисляет восстановленный уран до растворимого окисленного состояния в соответствии с реакцией. Промывные воды, содержащие уран, собирают и извлекают из них уран с помощью ионного обмена либо экстрагируют растворителями. Бактериальное выщелачивание применялось в Канаде и в качестве первичного средства для получения урана. Рудное тело разрушали взрывом и осуществляли выщелачивание in situ.

Практическое применение бактериального выщелачивания сдерживается по ряду причин. Главное препятствие заключается в том, что процесс еще плохо исследован как на опытных установках, так и в полевых условиях. Процессы бактериального выщелачивания нередко протекают медленнее, чем химические процессы. Для бактерий, окисляющих железо и серу, требуется кислая среда. Поэтому для переработки непригодны руды и отходы, поглощающие кислоты в большом количестве. При подземном выщелачивании с помощью растворов следует принимать во внимание такие факторы, как влияние на активность бактерий повышенного гидростатического давления и гипербарической оксигенации.

Биотехнология многолика и по своим историческим корням, и по своей современной структуре, объединяющей элементы фундаментальных наук и прикладных исследований. Её развитие позволяет существенно повышать эффективность использования природных ресурсов, решать экологические проблемы, создавать новые источники энергии. Очевидно, что новые «скачки» биотехнологии глубоко скажутся на судьбе человечества.

Именно поэтому мы считаем необходимым более подробное изучение данного раздела в школьном курсе химии и предлагаем разработку методических рекомендаций, позволяющих сделать данное изучение наиболее эффективным.

Страницы: 1 2 3

Еще по теме:

Развитие творчества детей в процессе обучения английского языка
Современное общество предъявляет к человеку все более высокие требования. В условиях роста социальной конкуренции молодому человеку необходимо творчески применять те знания и навыки, которыми он обладает, умеет преобразовать деятельность таким образом, чтобы сделать ее более эффективной. Для того, ...

Внеклассная работа по воспитанию чуткости у ребёнка на основе сказки
В предыдущем параграфе был проведён анализ программных сказок. Таким образом, на уроках чтения проводится воспитательная работа с помощью сказок. Но этого не достаточно, так как сказок в программе не так много (надо ведь и другие жанры литературы, не менее важные, изучить). По этому необходима внек ...

Содержание и методика сенсорного воспитания детей раннего возраста в процессе предметно – игровой деятельности
Содержание сенсорного воспитания в раннем возрасте должно быть направлено на развитие координации движений, умение действовать с предметами, умение анализировать и обобщать признаки предметов. Содержание сенсорного воспитания на первом году жизни включает в себя совершенствование восприятия. От рож ...

Основы биологической переработки отходов

Категории