The main groups of microorganisms involved in the biohydrometallurgical process
DOI:
https://doi.org/10.18372/2306-6407.1.4678Keywords:
biohydrometallurgy, bacterial and chemical leaching, moderately thermophilic and mesophilic chemolithotrophic bacteria, sulfide oreAbstract
Recovery of valuable components from minerals by microorganisms and their metabolic products is recognized biotechnology reception processing of sulphide ores. To date, this technology is cost-effective and environmentally friendly. The article describes the main groups of bacteria involved in the process biohydrometallurgical extraction of metals from natural sulfide ores, and recent data on the mechanism of bacterial and chemical oxidation. The main phenotypic and genotypic properties of acidophilic chemolithotrophic bacteria involved in biohydrometallurgical processes - mesophilic and moderately thermophilic chemolithotrophic members of the genera Acidithiobacillus, Leptospirillum, Sulfobacillus. Promising uses of bacterial leaching and the possible importance of this method for obtaining metals from non-traditional minerals indicated.References
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.
