Методы извлечения меди из пород, содержащих минералы, пу­тем обработки их кислыми растворами используются уже много веков. Однако лишь в 50-е и 60-е гг. нашего столетия 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 серусодержащие соединения, а также, возможно, и некоторые  металлы. Вскоре оказалось, что он участвует и в переводе меди: из рудных минералов в раствор.

Сейчас известны и другие микроорганизмы, активно участ­вующие в извлечении металлов из минералов; большинство ми­нералов сульфидной природы разрушается именно этим путем. Хотя технология бактериального выщелачивания используется в основном для извлечения меди и урана, она находит доста­точно широкое применение и в переработке минерального сырья.

В данном разделе рассматриваются организмы, участвующие в выщелачивании металлов, и механизмы их действия. Описаны сферы применения микробного выщелачивания в настоящем и возможное будущее биоэкстрактивной металлургии.

£.2.1. Выщелачивающие микроорганизмы

В бактериальном выщелачивании участвуют следующие микро­организмы.

Thiobacillus ferrooxidans

Этот наиболее изученный из всех выщелачивающих организ­мов почти всегда можно выделить из среды, в которой проис­ходит окисление железа или минералов. T. ferrooxidans, вероят­но, представлен в различных природных средах штаммами с температурными оптимумами от 10 до 30 ⁰C. Максимальная переносимая температура равна 37⁰C (или ниже).

Leptospirillum ferrooxidans

Этот организм, который, видимо, лучше называть Ferrovibrio, впервые был выделен в Армении, однако теперь известно, что он встречается во многих местах, где осуществляется выщела­чивание. Он может расти при 40 ⁰C и pH 1,2 на пирите (FeS₂) и, по-видимому, окисляет только железо, не затрагивая серу. Этим он отличается от T. ferrooxidans, который окисляет серу так же хорошо, как железо.

Thiobacillus thiooxidans, T. acidophilus и T. Organoparus

Эти ацидофильные организмы окисляют только серу и ее •соединения, а также действуют на серу пирита совместно с Lep- tospirillium ferrooxidans. Они могут участвовать в окислении серы, образующейся в результате химической реакции между ионами трехвалентного железа и сульфидами меди. T. thiooxi- dans изменяет pH среды, в которой он растет, до значительно меньших величин (~0,65), чем те, которые переносит хорошо охарактеризованный штамм T. ferrooxidans, и способен таким образом повышать эффективность прямого кислотозависимого выщелачивания сульфидов (например, PbS, CdS, NiS) в присут­ствии элементарной серы.

Умеренные термофилы

Обнаружены различные термофильные, окисляющие пирит, же­лезо и серу бактерии, которые лучше всего растут при темпе­ратурах около 50 ⁰C. Эта группа умеренных термофилов вклю­чает факультативных гетеротрофов, хемолитотрофных гетеро­трофов и автотрофов, причем обнаруживаются все новые и новые организмы этого класса. Данные организмы могут играть существенную роль в выщелачивании саморазогревающихся ми­нералов и угольных отвалов.

Рис. 5.1. Микрофотография Sulfolobus brierleyi, растущего на элементарной сере при 60 ⁰C. Получена с помощью сканирующего электронного микроскопа (увеличение 10 000).

Крайние ацидотермофилы

Лучше всего изучен род Sulfolobus (рис. 5.1). Все его виды окисляют серу, а некоторые (например, S. brierleyi) способны к окислению железа и таких минералов, как халькопирит. Эти организмы переносят температуру до 85 ⁰C и выделены в основ­ном из горячих источников. Впрочем, недавно из дренажных вод угольных отвалов был получен организм, сходный с SulfoIobus. Род Sulfolobus относится к Archebacteriaceae—отдельной группе бактерий, которую предлагают считать третьим царством живых организмов. Представители этого рода, вероятно, играют важную роль в выщелачивании минералов при повышенных температурах.

Все упомянутые выщелачивающие бактерии переводят ме­таллы в раствор различными путями. Соответствующие методы были названы «прямыми» и «непрямыми». Окислительным про­цессом, «прямо» катализируемым бактериями, является окис­ление железа,

4FeSO₄ + O₂ + 2H₂ SO₄------- > 2Fe₂ (SO₄)₃ + 2H₂ О,                    (1)

и окисление серы,

S₈ + 12O₂ + 8H₂ О > 8H₂ SO₄.                                          (2)

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

4FeS₂ + 15O₂ + 2H₂O —→ 2Fe₂ (SO₄)₃ + 2H₂ SO₄,                        (3)

и сфалерита,

ZnS + 2O₂        > ZnSO₄                                          (4)

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

Cu₂ S ÷2Fe₂ (SO₄)₃------- > 2CuSO₄ ÷ 4FeSO₄ + S⁰,                        (5)

и уранинит,

UO₂ + Fe₂ (SO₄)₃ > UO₂ SO₄ ⅛ 2FeSO₄.                                    (6)

Выщелачивание, происходящее при участии иона трехвалент­ного железа, который образуется в результате жизнедеятельно­сти бактерий, называют «непрямой» экстракцией. Нередко в хо­де этой химической реакции образуется элементная сера [реак­ция (5)], которая может непосредственно окисляться бактерия­ми до серной кислоты [реакция (2)].

• 5.1.2. Промышленное применение биоэкстрактивной металлургии

В настоящее время бактериальное выщелачивание, известное также как биогидрометаллургия или биоэкстрактивная метал­лургия, применяется в промышленных масштабах для перевода в растворимую форму меди и урана.

Методы, использовавшиеся в XVIII в. на месторождении Рио- Тинто (Испания) для извлечения меди из груд выветрившейся породы, в основном сохранились до наших дней. В нынешнем столетии выщелачивание отвалов, как называют этот процесс, развивалось в США; оно используется для получения меди из бедных руд [содержащих менее 0,4% меди (по весу)], а также из отвального материала с очень низким содержанием меди. Такие отвальные материалы накапливаются при крупномас­штабной открытой разработке руды. Бедную руду или отваль­ную породу перевозят из карьера куда-либо поблизости (обыч­но в долину), где естественный уклон дает возможность соби­рать используемые растворы. Во избежание загрязнения под­почвенных и поверхностных вод выбирают непроницаемые для воды участки. Отвалы, образующиеся в результате работы зем­леройной техники, имеют огромные размеры, достигая в высоту 300 и более метров. Самым большим в мире отвалом является Бингхэм-Каньон («Кеннекотт Коппер Корпорэйшн»). Он вмеща­ет около 3,6-IO¹² кг породы.

Для начала процесса выщелачивания отвал смачивают во­дой, подкисленной серной кислотой до pH 1,5—3,0, путем ее распыления, полива или инъекции через трубы, помещенные вертикально внутри породы. 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 гиоба- цилл, широко распространенных в сульфидных рудах. В неко­торых случаях содержание Thiobacillus ferrooxidans превышает IO⁶ 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. Активность Т. ferrooxidans необходима для оптималь­ного выщелачивания. При pH ниже 3,5 окисление железа пере­стает зависеть от pH. Следовательно, при кис­лых значениях pH, необходимых для выщелачивания отвалов, и в отсутствие Т. ferrooxidans железо оставалось бы в двухва­лентном состоянии и экстракция меди из сульфидных минералов была бы минимальной. Т. ferrooxidans ускоряет окисление двух­валентного железа в IO⁶ раз. При окислении медно-сульфидных минералов нередко образуется элементарная сера. Эта сера маскирует частицы минералов, ограничивая воздействие на них со стороны трехвалентного железа. Т. ferrooxidans, присут­ствующая в количестве IO³—IO⁵ 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. Таким путем Thiobacillus Ihiooxidans и Thiobacillus ferrooxidans совместно разлагают минералы суль­фидной природы и являются мощным окислителем для раство­рения медно-сульфидных минералов и образования серной кис­лоты. Эта последняя создает благоприятную среду для деятель­ности микроорганизмов и удерживает ионы двухвалентной меди в растворе.

Поскольку при выщелачивании отвалов в среде развиваются природные тиобациллы, никакого засева не проводят. Проявле­нию необходимой активности микроорганизмов способствуют обеспечение кислотности отвала и обилие кислорода. Последнее достигается путем аэрирования выщелачивающего раствора; циркуляции воздуха внутри породы способствует и особая фор­ма отвалов (с гребнями или ребрами). Иногда вертикально внутри отвала помещают трубы с отверстиями и через них про­дувают сжатый воздух, способствующий протеканию биологи­ческих и химических реакций.

В выщелачиваемых отвалах происходит также много важ­ных небиологических реакций. Самой ценной с экономической точки зрения является окисление медно-сульфидных минералов образующимися биологическим путем ионами трехвалентного железа [например, реакция (5)]. К другим небиологическим реакциям, протекающим в выщелачиваемых отвалах, относятся гидролиз солей трехвалентного железа с последующим осажде­нием основного сульфата трехвалентного железа,

Fe₂ (SO₄)₃ + 2¾O-------- > 2Fe (ОН) (SO₄) + H₂ SO₄₁                        (7)

растворение карбонатных минералов,

CaCO₃ + H₂ SO₄ + H₂O------ > CaSO₄ + 2H₂O + CO₂,                     (8)

и твердофазные превращения, приводящие к образованию вто­ричных минералов. Все эти реакции стабилизируют pH отваль­ных пород и выщелачивающего раствора на нужном уровне.

Выщелачиваемые отвалы имеют значительные размеры. Это создает много инженерных проблем и может препятствовать деятельности бактерий и протеканию важных химических ре­акций. К таким проблемам относятся, во-первых, уплотнение отвалов и образование осадков, которые затрудняют взаимо­действие раствора с минералами, во-вторых, попадание внутрь отвалов крупных минерализованных глыб, мало подверженных разрушению, и в-третьих, повышение температуры отвалов за счет протекания в них экзотермических реакций. Так, в Бинг­хэм-Каньоне было отмечено повышение температуры выше 80 °C. При таких температурах тиобациллы инактивируются, но может повышаться активность термофильных выщелачивающих бакте­рий. Из отвалов были выделены ацидотермофильные штам­мы TH, близкие к Thiobacillus, однако крайне термофильные штаммы Sulfolobus не обнаружены. Правда, это не исключает их существования в подобных средах.

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. В первом случае соз­дают условия, при которых растворы контактируют с железом и протекает следующая реакция:

CuSO₄ + Fe⁰ _τ—" Cu^o + FeSO₄.                                       (9)

«Отработанные» выщелачивающие растворы вновь поступают в отвал. В последние годы для получения меди из раствора нача­ли применять экстракцию растворителями. Ионы меди из вод­ной фазы экстрагируют органическими жидкостями, только ча­стично растворимыми в воде. Затем медь извлекают из орга­нического растворителя.

Выщелачивание урана

Для экстракции урана бактерии применяются реже. Для того чтобы при выщелачивании урана можно было использовать микробиологическую технологию, руда и/или связанные с ней породы должны быть богаты сульфидными минералами и не слишком интенсивно поглощать кислоту. Бактериальное выще­лачивание урана применяли в восточных районах Канады для извлечения остаточного урана на уже выработанных площадях, а также из отвалов. В первом случае стенки и крыши забоев (при подземной выработке) промывали обычной или подкис­ленной водой. Для роста бактерий достаточно 3—4 месяцев, за это время Т. ferrooxidans окисляет железо до трехвалентного состояния. Затем трехвалентное железо окисляет восстановлен­ный уран до растворимого окисленного состояния в соответствии с реакцией (6). По прошествии этого периода забои снова про­мывают. 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.

Как и при выщелачивании меди в отвалах, при выщелачивании in situ часто приходится осуществлять инженерные мероприя­тия, что отрицательно сказывается на активности бактерий.

• 5.1.3. Возможности, применения бактериального выщелачивания

Инженерные проблемы

Из-за огромных масштабов операций по выщелачиванию отва­лов активность бактерий, развивающуюся в ходе процесса, мож­но контролировать только в ограниченной степени. Для наибо­лее эффективного использования бактериального выщелачива­ния необходимо создавать такие инженерные схемы, которые позволяли бы осуществлять определенный контроль за актив­ностью микробов. Помимо выщелачивания отвалов в горноруд­ной промышленности существуют и другие средне- и высокотех­нологичные процедуры, при которых для экстракции металлов используются гидрометаллургические процессы (реакции, про­исходящие в воде). Эти технологии (выщелачивание in situ, чановое выщелачивание, кучное выщелачивание) применимы и к процессам бактериальной экстракции металлов.

Выщелачивание in situ с успехом используют для извлечения урана из песчаниковых формаций с низким содержанием руд­ного минерала. Выщелачивающие растворы вводят в неразру­шенное урансодержащее рудное тело через инъекционную сква­жину. Эти растворы, содержащие химический окислитель (на­пример, перекись водорода), взаимодействуют с минералом, окисляя уран и переводя .его в растворимую форму. Далее урансодержащие растворы выкачивают из минерализованной зоны через выходные скважины (рис. 5.2). На западе США и в южном Техасе, где широко практикуется выщелачивание in situ, применяют карбонатные растворы с нейтральным pH. По всей видимости, бактерии в этом процессе экстракции не участвуют. Технология in situ находит применение не только при выщелачивании урана. Тот же подход возможен и при экстракции других металлов, присутствующих в низких кон­центрациях в глубоко залегающих месторождениях. Бактерии могут использоваться для выщелачивания сульфидных минера­лов или для разрушения жильных минералов при извлечении металлов с помощью других гидрометаллургических техноло­гий. Большинство исследований по использованию бактерий для выщелачивания in situ было проведено в лаборатории при вы­соких давлении и температуре. Эти исследования показали, что гидростатическое давление в 30,4 МПа (эквивалентное давлению на глубине в 3000 м) не сказывается на жизнедеятельности железоокисляющих бактерий. Однако при закачивании раство­ров на большую глубину ограничивающим фактором для ис­пользования бактерий может оказаться гипербарический кис­лород. Влияние высокой температуры, существующей на боль­шей глубине, недостаточно изучено. Не исключено также, что из-за более низкой проницаемости для бактерий монолитных, сильно уплотненных включений в месторождениях эффектив­ность выщелачивания резко уменьшается. Эта возможность так­же не изучалась детально. Несмотря на все эти пробелы в на­ших. знаниях, можно утверждать, что достоинством технологии m situ является то, что она представляет собой систему, в ко­торой можно контролировать много факторов, в том числе со­держание кислорода и питательных веществ, pH т. д.

Рис. 5.2. Схематическое изображение процесса выщелачивания in situ. А. Кон­трольные скважины для отбора проб с целью наблюдения за передвижением выщелачивающего раствора из рудного тела. Б. При обычно используемой для выщелачивания in situ схеме «пяти точек» объем выщелачивающего раствора, выкачиваемого из четырех рабочих скважин, больше, чем объем вводимого раствора. Это сводит к минимуму возможность загрязнения подпочвенных вод.

Чановое выщелачивание используется в горнорудной про­мышленности для извлечения урана, золота, серебра и меди из окисных руд. Медные и урановые руды сильно измельчают и смешивают с растворами серной кислоты в больших емкостях (обычно размером 30×50×6 м) для перевода металла в раство­римую форму. Время выщелачивания, как правило, составляет несколько часов. Медь получают из кислого раствора электро­лизом, уран — ионообменным путем или экстракцией раствори­телем. Ферментация в чанах, а также в отстойниках с постоян­ным или предварительным перемешиванием может с успехом применяться для бактериального выщелачивания потому, что при этом легко контролировать факторы, влияющие на актив­ность микроорганизмов. К этим факторам относятся: размер частиц руды, ее качество, плотность пульпы (масса руды на единицу объема раствора), pH, содержание углекислого газа, кислорода, время удержания (время нахождения частиц в ре­акторе), температура и содержание питательных веществ. Хотя руда и не стерилизуется, возможен строгий контроль за видо­вым составом и количеством микроорганизмов. Чановое выще­лачивание создает предпосылки для использования специфиче­ских штаммов микроорганизмов (например, ацидотермофиль- ных бактерий) или микробов-выщелачивателей, полученных ме­тодами генетической инженерии. Вначале чановое выщелачива­ние применяли для руд с очень высоким содержанием металлов, однако эта технология может использоваться и в случае мате­риалов более низкого качества. При этом следует учитывать экономические и технологические факторы.

Кучное выщелачивание применяют для химической экстрак­ции урана, меди, золота и серебра. При выщелачивании урана и меди руду измельчают и помещают на специальные водоне­проницаемые поверхности. При извлечении меди и урана кучи могут содержать 10—50-IO⁸ кг руды и в высоту достигать 4,5—5,5 м. Вершины куч выравнивают и наносят на них раствор серной кислоты. Новые кучи часто помещают поверх уже суще­ствующих. Такой способ выщелачивания урана и меди сходен с выщелачиванием отвалов; однако здесь используются более концентрированные растворы серной кислоты, частицы породы меньше по размеру, а качество породы (содержание металла в ней) выше. Кучное выщелачивание длится несколько месяцев, а для выщелачивания отвалов требуются годы. Этот метод при­меним также для экстракции золота и серебра из руд и даже из отходов, подобных шламу (пустая порода, остающаяся после извлечения руды и размельчения). Чтобы обеспечить эффектив­ное протекание выщелачивающего раствора, тонко измельчен­ный шлам должен быть подвергнут агломерации (спекание в шарики). В щелочных растворах цианидов серебро и золото образуют комплексы, которые затем отделяют от раствора с по­мощью активированного угля. Кучное выщелачивание требует относительно небольших капиталовложений и технического обес­печения и представляет собой легко реализуемую систему. Бла­годаря небольшим масштабам операций при таком выщелачи­вании величину частиц породы, размеры куч, контакт между раствором и частицами, аэрацию, pH, состав растворов можно строго контролировать; с таким выщелачиванием хорошо со­прягаются процессы биоэкстракции. Их использование расши­ряет возможности методов кучного выщелачивания, позволяя осуществлять извлечение других металлов или проводить пред­варительную биологическую обработку материала до начала обычных процессов экстракции.

Экономическая значимость

Хотя процессы биологического выщелачивания и представляют собой альтернативу обычным процессам экстракции, маловеро­ятно, что микробиологическая технология в ближайшем буду­щем заменит такой издавна существующий процесс, как вы­плавка металлов. Тем не менее, подобно другим гидрометал­лургическим процессам типа кислотного кучного выщелачивания урановых и медных окисных руд и выщелачивания золотонос­ных и серебряных руд с помощью цианидов, эффективные ме­тоды бактериального выщелачивания, несомненно, могут ока­зать заметное влияние на технологию переработки минераль­ного сырья.

Предполагается, что микробиологическая технология позво­лит перерабатывать руды и отходы, использование которых обычными методами неэкономично. Примерами такого рода являются переработка огромных количеств шламов и отходов с небольшим, но все же заметным содержанием драгоценных или стратегических металлов, а также экстракция металлов, заключенных в минеральных матриксах. Бактерии легко разла­гают пирит, арсенопирит и другие минералы с освобождением металлов.

Еще одна область применения биологического выщелачива­ния, которая обещает быть экономически выгодной, — избира­тельное выщелачивание некоторых металлов; при этом один из металлов какого-либо минерала переходит в раствор, а осталь­ные остаются нерастворенными. Некоторые минералы для уве­личения их способности к флотации можно подвергнуть пред­варительному биологическому выщелачиванию. Флотация пред­ставляет собой метод разделения минералов, состоящий в том, что образуемая реагентами пена поднимает на поверхность воды некоторые тонко измельченные минералы, тогда как другие тонут.

Последствия для окружающей среды, к которым ведет ис­пользование многих обычных методов добычи руд, их обогаще­ние, а также выплавка металлов, весьма существенны. Обще­принятые способы добычи и обогащения руд часто ведут к на­рушению поверхностных слоев Земли из-за создания гигантских открытых карьеров и гор пустой породы и шламов. Это может создавать экологические проблемы. При выплавке металлов из сульфидных руд и сжигании углей с высоким содержанием серы образуются зола и двуокись серы, представляющие потенциаль­ную опасность для окружающей среды. Биогидрометаллургия в сочетании с технологией выщелачивания in situ способна уменьшить разрушение земной поверхности, вызываемое разра­боткой и обогащением руд общепринятыми методами, а также устранить необходимость в выплавке металлов из сульфидных минералов. C помощью этого подхода можно будет извлекать сульфидные минералы при небольшом их содержании и большой глубине залегания. Разработка подобных месторождений обще­принятыми подземными методами или открытым способом не­рентабельна.

Одна из самых многообещающих возможностей бактериаль­ного выщелачивания — использование его для удаления серы из угля перед сжиганием последнего. Выщелачивающие бакте­рии легко катализируют растворение неорганической (пирит­ной) серы, содержащейся в каменном угле; однако на органи­ческую серу эти бактерии не действуют. Были исследованы и другие бактерии, способные эффективно удалять серусодержа- щие органические вещества из каменного угля.

Прежде чем проводить точный экономический анализ техно­логии бактериального выщелачивания, необходимо тщательно изучить все ее достоинства и недостатки, сравнив их с таковы­ми для существующих пирометаллургических и гидрометаллур­гических процессов. По сравнению с обычными методами добы­чи и обогащения руд и выплавки металлов бактериальное вы­щелачивание может оказаться вполне конкурентоспособным благодаря меньшим энергозатратам, снижению расхода реаген­тов при экстракции металлов, а также меньшему влиянию на окружающую среду.

Недостатки метода

В предыдущих разделах в общих чертах говорилось о практи­ческом использовании бактериального выщелачивания в настоя­щее  время и в перспективе. Однако немедленное 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. Большинство экспериментов было прове­дено в полупроизводственных условиях. Поэтому трудно судить об экономической значимости процессов бактериального выще­лачивания и оценить технологические трудности, которые могут возникнуть при широкомасштабном промышленном использова­нии микробиологических процессов. Обычно применяемые про­цессы бактериального выщелачивания страдают также от не­достатка хорошей техники. Вполне вероятно, что создание спе­циальной системы оптимизации биологической активности силь­но расширило бы использование бактерий при выщелачивании. К параметрам, которые должны при этом учитываться, отно­сятся температура, питательные вещества, содержание кисло­рода и углекислого газа, размер частиц, качество минерала, плотность пульпы (масса частиц на единицу объема выщела­чивающего раствора), скорость протекания выщелачивающего раствора и pH.

Процессы бактериального выщелачивания нередко протека­ют медленнее, чем химические процессы, в которых мелкие частицы обрабатывают сильными реагентами при повышенных температуре и давлении. При экстракции металлов из ряда минеральных концентратов быстрые химические процессы эко­номически более выгодны. Однако в тех случаях, когда при обработке минералов стоимость химических реагентов и энер­гозатраты очень высоки, а скорость переработки не имеет ре­шающего значения, правильно выбранные, технологичные спо­собы бактериального выщелачивания могут оказаться предпо­чтительными.

При бактериальном выщелачивании сульфидных минералов в системе должно образовываться достаточное количество кис­лоты и не содержаться слишком много минералов, поглощаю­щих кислоты. Для бактерий, окисляющих железо и серу, тре­буется кислая среда. Поэтому для переработки непригодны руды и отходы, поглощающие кислоты в большом количестве.

Для выщелачивания металлов in situ бактерии применялись мало. При подземном выщелачивании с помощью растворов следует принимать во внимание такие факторы, как влияние на активность бактерий повышенного гидростатического давления и гипербарической оксигенации. Гидростатическое давление воз­никает в результате введения выщелачивающих растворов под давлением, а также за счет веса столба жидкости, а гиперба­рическая оксигенация обусловлена введением кислорода под давлением в рудное тело in situ для регенерации окисляющего агента. Однако при использовании бактерий кислород в такой концентрации не нужен, поскольку эти организмы сами регене­рируют окислитель. Кислород требуется лишь в концентрациях, необходимых для обеспечения жизнедеятельности микроорганиз­мов. Первоначально технология выщелачивания in situ приме­нялась для пород типа песчаников; при этом размельчать поро­ду не было необходимости, поскольку она обладала высокой проницаемостью для выщелачивающего раствора. Для выще­лачивания такого типа микроорганизмы не использовались. При бактериальном же выщелачивании встает вопрос: не будет ли рост бактерий на ненарушенном массиве пород ограничивать проницаемость и не уменьшится ли при этом циркуляция рас­твора? Такая проблема вряд ли возникнет при выщелачивании рудных тел in situ, предварительно разрушенных взрывом или иным способом.

Если какой-то микробиологический процесс отработан для выщелачивания металла (металлов) из определенного рудного тела, то вряд ли его удастся применить без изменений для по­лучения оптимальных результатов при выщелачивании подоб­ного металла из другого рудного тела. Даже если металлы сходны, тип рудного минерала и содержащей его породы впол­не могут различаться. Выщелачивающие бактерии действуют на разные минералы неодинаковым образом. Известно, напри­мер, что некоторые халькопириты огнеупорнее других, и такие огнеупорные руды устойчивее к прямому действию микроорга­низмов или продуктов их жизнедеятельности.

В связи с огромными объемами перерабатываемого материа­ла выщелачивание проводят под открытым небом, а не в поме­щениях со строго контролируемыми условиями. Поэтому микро­организмам приходится «работать» при разных погодных усло­виях, существенно различающемся насыщении минеральными солями и неодинаковых pH. Ни система в целом, ни рудное тело не бывают стерильными: в них всегда присутствуют при­родные бактерии. Специально подобранные или мутантные штаммы выщелачивающих бактерий должны хорошо сочетаться с природной микрофлорой. Несомненно, что с помощью генети­ческих манипуляций могут быть получены штаммы с повышен­ной способностью окислять железо или минералы, а также пе­реносить высокие концентрации металлов или кислот. Работы в этом направлении ограничиваются неполнотой наших знаний обо всех интересующих нас микроорганизмах и о деталях ме­ханизма разложения сульфидных минералов; кроме того, мы почти ничего не знаем о генетических особенностях выщелачи­вающих микроорганизмов (например, об их хромосомных кар­тах, наличии и функциях плазмид, способности к трансформа­ции или переносу плазмид). Здесь имеется широкое поле для исследований, очень важных с точки зрения биотехнологии.