Позвольте, может сказать читатель, одно дело - осаждение серы в естественных водоемах, другое - получение ее в стеклянной колбе. Хватит ли сил у микробов, чтобы поставить такое дело на индустриальную ногу? Это ведь не производство пенициллина, а большая химия. Ведь речь идет о сотнях тысяч и миллионах тонн. Но не будем спешить с выводами. Обратимся к расчетам ученых. А они показывают, что при воспроизведении условий лабораторных экспериментов в водоеме глубиной 5 метров и площадью 1 квадратный километр за сто дней серобактерии выработали бы от 100 до 500 тысяч тонн серы! Как видите, эти цифры довольно убедительно говорят о высокой "производительности труда" рабочих-невидимок. Реальность произведенных расчетов можно подтвердить также примером, приведенным академиком В. И. Вернадским в "Очерках геохимии": микробы так быстро размножаются в подходящих условиях, что одна бактерия за 4-5 дней может образовать 1036 особей - объем, равный океану. Значит, все дело в том, чтобы создать микробам подходящие условия, и тогда они будут работать "не за страх, а за совесть". Такие условия не так уж трудно найти или создать. Английские ученью Батлин и Посгейт предложили, например, "заразить" серобактериями некоторые озера Африки и Австралии, располагающие исходными материалами, чтобы превратить их в подобие озера Айнез-Зауя. Не менее подходящей, а главное, дешевой средой для деятельности серобактерий могут стать сточные, канализационные воды. Здесь можно получить двойной выигрыш: микробы будут вырабатывать серу и одновременно очищать городские отбросы.
Более тридцати лет назад ученые провели исследования ржавого осадка в шахтных и рудничных водах. Предполагалось, что он образуется только в результате окисления. Опыты же показали, что в стерилизованной воде железо практически не окисляется, зато в шахтной... Трое суток - и оно покрылось красноватым налетом. Виновники этой "химической диверсии" были обнаружены с помощью микроскопа. То, что раньше принимали за обычную реакцию, оказалось биологическим процессом, в котором главную роль играют серо- и железобактерии. Те же самые серобактерии по собственному почину освобождают уголь от соединений серы: за месяц они окисляют до 30% серы и удаляют ее в виде серной кислоты. Процесс этот протекает очень медленно, чтобы применять его в промышленности. Но зато он не требует никакого специального оборудования.
В своей жизнедеятельности серобактерии выступают, подобно двуликому Янусу, сразу в двух амплуа: в роли создателей месторождений серы и в роли рудных браконьеров. Они разрушают вскрытые месторождения сульфидных руд, окисляя нерастворимые в воде сульфиды металлов и превращая их в легкорастворимые соединения. Разумеется, сульфоредуцирующие микробы об этом даже не подозревают. Добывая себе энергию за счет реакции окисления, они, как отмечалось выше, хищнически разоряют залежи сернистых руд. Переведенные в растворимую форму соединения металла вымываются дренажными и почвенными водами. Ценный продукт беспрепятственно уходит из руды и теряется безвозвратно.
А можно ли рудных браконьеров перевоспитать, превратить из хищников в обогатителей бедных руд, в деятельных металлургов? Можно! Продукты собственного химического производства не интересуют железо- и серобактерии. Неорганические молекулы для них лишь своеобразные "дрова". Сжигая их в "пламени химического костра", они получают необходимую для себя энергию. Следовательно, не ущемляя интересов бактерий, с ними можно заключить взаимовыгодный договор: вам - вершки, а нам - корешки, вам - тепло "химического костра", а нам - его золу. Именно с этой целью и вступили уральские ученые в союз с серобактериями. Они разработали схему первой опытно-промышленной установки по бактериальному (подземному) выщелачиванию металла из медных и цинковых руд. Она оказалась предельно простой. По трубопроводу в скважины подается бактериальный раствор. Он увлажняет руду. Бактерии окисляют металл, и он переходит в раствор (концентрат), который выкачивается на поверхность в специальные желоба. На этом производство концентрата заканчивается. Содержание металла в нем достигает 80%. Только за время опытов на Дегтярском месторождении с помощью бактериального выщелачивания были добыты десятки тонн меди, причем руда бралась с отработанных участков месторождения. Полученная этим способом медь почти втрое дешевле, чем при использовании других методов.
Рис. 3. Схема бактериального выщелачивания металла из сернистых руд (по А. Шибанову)
Технико-экономическая эффективность бактериального выщелачивания всецело зависит от условий, в которых проходит процесс. В суровом Заполярье бактерии проявляют себя очень слабо, зато они весьма активны в тропическом и умеренном климате. Кроме того, в темноте процесс идет иногда лучше, чем на свету. В целом же эксперименты показали, что бактерии могут ускорить окисление минералов в 5, 20 и 100 раз! Примером может служить выщелачивание халькопирита*, одного из самых "неподдающихся". За 400 суток обычного химического окисления из халькопирита удавалось извлечь только 18% меди. За такое же время, но с участием бактерий в первых опытах из руды извлекалось 58% металла. Позднее, при более благоприятных условиях, темпы работы бактерий значительно возросли: за 75 суток они извлекали из халькопирита 30-40% меди. Сейчас, в новых "творческих условиях", они за 35 часов переводят из этого минерала в раствор 90% металла. И это не предел. При таких показателях процесса бактериального выщелачивания нет нужды доказывать необходимость быстрейшей организации в каждом руднике микробиологической обогатительной фабрики, а может быть, и металлургического цеха.
* (Халькопирит (медный колчедан) - минерал латунно-желтого цвета, химическое соединение меди с железом и серой (главная руда для получения меди).)
Не секрет, что металлургам все чаще и чаще приходится иметь дело с бедными рудами, волей-неволей приходится затрачивать огромные средства на сооружение больших комбинатов, единственное назначение которых - увеличить содержание металла в руде. От всего этого нас освободит будущая высокоскоростная биометаллургия, фундамент которой закладывается сегодня. При широком использовании в горнорудной промышленности живых обогатительных фабрик не нужно будет держать под землей шахтеров, отпадет необходимость в строительстве заводов по обжигу медной руды и ее обогащению.
Опыт подземного выщелачивания показал, что использование бактерий особенно эффективно на последней, завершающей стадии эксплуатации рудников. На этом этапе они вообще незаменимы. Обычно в выработанных месторождениях, как правило, еще остается от 5 до 20 % руды. Извлечь ее современными техническими средствами почти невозможно. Добраться до этого подземного кладбища меди можно лишь одним-единственным путем - мобилизовав многомиллиардную армию бактерий. Подобно трудолюбивым муравьям или сказочным гномам, они будут без устали работать, переводя металл из невыработанных остатков руды в раствор. Так можно вернуть по меньшей мере три четверти оставшихся запасов медной руды. Двадцать пять лет назад закрылось месторождение Южная Выклинка. Маркшейдеры* сказали - меди нет. Призвали на помощь бактерии - начали получать десятки тонн металла. Таким же путем на мексиканском руднике из старых, заброшенных забоев за один только год было "вычерпано" 10 тысяч тонн меди.
* (Маркшейдер - горный инженер, специалист по геодезиче^ ской съемке рудников и подземных выработок.)
По мере выработки природных месторождений ценных ископаемых взоры специалистов все чаще и чаще обращаются к накопившимся у шахт и рудников отвалам пород. Уже в первых опытах бактерии и здесь зарекомендовали себя самыми экономными и непривередливыми металлургами. За многие годы в Мексике на месторождении Кананеа возле шахт скопилось около 40 миллионов тонн отвалов породы. Содержание меди в них мизерное - всего 0,2%. Отвалы начали орошать шахтной водой, которая стекала затем в подземные резервуары. Из каждого литра собранной воды бактерии извлекли по три грамма меди. В итоге - 650 тонн дорогого металла в месяц!
В природе сравнительно редко встречаются руды, содержащие только какой-либо один металл. Чаще всего в них имеется целый комплекс различных сопутствующих компонентов. Это относится почти ко всем полиметаллическим рудам цветных металлов и ко многим другим полезным ископаемым. Так, например, титаномагнетиты содержат, кроме железа, титан и ванадий. В каменных углях, железных рудах находятся германий и другие рассеянные элементы и т. д. Народное хозяйство, разумеется, заинтересовано в максимально полном извлечении всех ценных компонентов, содержащихся в рудах, иными словами, в организации комплексной переработки руд. Успешно решить эту большой народохозяйственной важности задачу можно опять-таки с помощью бактерий. И ученые ведут целенаправленный поиск в мире микробов все новых и новых тружеников для биометаллургии. Цинк, молибден, железо, хром - таков сейчас далеко не полный ассортимент металлов, добываемых микроорганизмами у нас и за рубежом.
Алхимики средневековья мечтали о философском камне, способном превращать любые металлы в золото. В наши дни ученые собираются добывать золото при помощи... бактерии. На первый взгляд такая идея и сейчас может показаться фантастической. И многие специалисты так и расценивали ее до самого последнего времени. Аргументы были веские. Золото - металл инертный, на него не действуют даже концентрированные кислоты. Только "царская водка" (смесь соляной и азотной кислот) одолеет чистое золото. Поскольку микроорганизмам не под силу конкурировать с такой "адской смесью", их поприще деятельности, говорили скептики, медные и железные рудники. Но живая природа показала иное. И вот каким образом.
В Сенегале на берегу реки Иввары есть золотоносный холм Ити. Месторождение это промышленного значения не имеет, так как размер частиц самородного золота не превышает микрона и плотность залежи чрезвычайно мала. Лишь местные золотоискатели, затрачивая массу времени и сил, стоически продолжают копать и промывать землю, получая в награду за свой поистине сизифов труд мизерное количество пыли желтого металла. Казалось бы, за многие десятилетия хотя и кустарной разработки золотоносной жилы ее тощие запасы должны были бы иссякнуть. Но вот чудо! Золотая жила Ити остается неисчерпаемой. Впечатление такое, будто кто-то все время пополняет месторождение запасами драгоценного металла. Р. Мартинэ - директор Бюро геологических изысканий и шахт в Дакаре, узнав о таинственной неиссякаемости золотоносной жилы холма Ити, высказал предположение, что это результат деятельности микробов.