Биовыщелачивание почвы микроорганизмами при добыче металлов (на английском языке)

PDF файл (Скачать)

IRSTI 34.35.51
https://doi.org/10.53939/1560-5655_2025_3 _64

N3 - 2025

Аймагамбетов А.Т., Кайыр Д.А., Арыстанбекулы Б., Аклей Л., Жубанова А.А.

Аннотация. Проблема загрязнения почвы тяжелыми металлами, кислотный шахтный дренаж, сброс сточных вод, нехватка руды и многие другие факторы вынуждают ученых искать более эффективные методы добычи полезных ископаемых. Однако новые горнодобывающие технологии должны быть экологически безопасными и соответствовать политике экологической безопасности. Бактерии — это чрезвычайно универсальные организмы с высокой адаптивностью, способные жить, приспосабливаться и процветать практически в любых условиях. Среды, содержащие сульфиды, являются местом обитания разнообразных бактериальных сообществ, способных к окислению сульфидов металлов — процессу, важному для биовыщелачивания и биодобычи. В данной статье исследуется бактериальный состав таких сред
с акцентом на ацидофильных бактерий и археи, которые осуществляют растворение сульфидных минералов путем окисления железа и серы. В статье рассматриваются два основных пути окисления сульфидов металлов, зависящие от физико-химических свойств минералов. Образование биопленок и внеклеточных полимерных веществ (EPS) оказывает значительное влияние на эффективность биовыщелачивания, в то время как механизм кворум-сенсинга и молекулярные взаимодействия определяют формирование микробных консорциумов. Понимание этих микробиологических процессов необходимо для оптимизации биодобычи, развития гидрометаллургии и минимизации негативных последствий истощения руд или загрязнения металлами, таких как кислотный шахтный дренаж.
Ключевые слова: Бактерия, сульфиды металлов, минералы, ремедиация, биовыщелачивание, микробный консорциум, биотехнология

References
1 Rawlings D. E. Heavy metal mining using microbes // Annual Review of Microbiology. - 2002. - №56. – P. 65-91. doi:https://doi.org/10.1146/annurev.micro.56.012302.161052
2 Mishra D., Kim D. J., Ahn J. G., Rhee Y. H. Bioleaching: A microbial process of metal recovery; A review // Metals and Materials International. – 2005. - №11. – P. 249–256. doi: https://doi.org/10.1007/BF03027450
3 Panda S. H. Microbial Interaction in Mining Soil / S. H. Panda, S. K. Jena, S. Das, N. Mohanty, U. Mohapatra // Environmental Microbial Biotechnology. Soil Biology / L. B. Sukla, N. Pradhan, S. Panda, B. K. Mishra. – Vol. 45. – M., 2015. – Chapter 12. – P. 223-241.
4 Vera M., Schippers A., Hedrich S., Sand W. Progress in bioleaching: fundamentals and mechanisms of microbial metal sulfide oxidation – part A // Applied Microbiology and Biotechnology. – 2022. - №106. – P. 6933–6952. doi: https://doi.org/10.1007/s00253-022-12168-7
5 Bosecker K. Bioleaching: metal solubilization by microorganisms // FEMS Microbiology Reviews. – 1997. - №20 (3-4). – P. 591–604. doi: https://doi.org/10.1111/j.1574-6976.1997.tb00340.x
6 Singh S. Anaerobic bioleaching by acidophilic bacterial strains / S. Singh, S.S. Cameotra // Environmental Microbial Biotechnology. Soil Biology / L. B. Sukla N. Pradhan, S. Panda, B. K. Mishra. – Vol. 45. – М., 2015. – Chapter 10. – P. 179-201. doi: http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-19018-1_10
7 Olson G. J., Brierley J. A., Brierley C. L. Bioleaching review part B: Progress in bioleaching: applications of microbial processes by the minerals industries // Applied Microbiology and Biotechnology. – 2003. - №63. – P. 249-257. doi: https://doi.org/10.1007/s00253-003-1404-6
8 Twardowska I. The Role of Microbial Activity in Sulfide Oxidation at Dumping Sites of Sulfidic Wastes and in Abandoned Mining Areas / I. Twardowska // Environmental Microbial Biotechnology. Soil Biology / L. B. Sukla N. Pradhan, S. Panda, B. K. Mishra. – Vol. 45. – M., 2015. – Chapter 1. – P. 1-31.
9 Mishra S. Microbe-Mineral Interactions: Exploring Avenues Towards Development of a Sustainable Microbial Technology for Coal Beneficiation /
S. Mishra, S. Panda, N. Pradhan, S. K. Biswal L. B. Sukla B. K. Mishra // Environmental Microbial Biotechnology. Soil Biology / L. B. Sukla, N. Pradhan, S. Panda, B. K. Mishra. – Vol. 45. – М., 2015. – Chapter 2. – P. 33-54.
10 Rowlings D.E. Heavy Metal Mining Using Microbes // Annual Review of Microbiology. – 2002. - №56. – P. 65-91. doi:https://doi.org/10.1146/annurev.micro.56.012302.161052
11 Yeoman K., Fahnert B., Lea-Smith D., Clarke T. Microbial Biotechnology. – New York: Oxford University Press, 2021. – 268p.
12 Dresher W. H. Producing Copper Nature’s Way: Bioleaching [Электронный ресурс] / W. H. Dresher // Copper Development Association Inc. – 2004. – URL: Innovations in Copper: Mining & Extraction: Producing copper nature’s way: Bioleaching (Дата обращения 15.02.2025)
13 Rendón-Castrillón L., Ramírez-Carmona M., Ocampo-López C., Gómez-Arroyave L. Bioleaching Techniques for Sustainable Recovery of Metals from Solid Matrices // Sustainability. – 2023. - №15(13). – P. doi: https://doi.org/10.3390/su151310222
14 Johnson D. B. Chemical and Microbiological Characteristics of Mineral Spoils and Drainage Waters at Abandoned Coal and Metal Mines // Water, Air and Soil Pollution: Focus. – 2003. - №3(1). – P. 47-66. doi: https://doi.org/10.1023/A:1022107520836
15 Zhang R., Wei X., Hao Q., & Si R. Bioleaching of Heavy Metals from Municipal Solid Waste Incineration Fly Ash: Availability of Recoverable Sulfur Prills and Form Transformation of Heavy Metals // Metals. – 2020. - №10(6). – P. 815. doi: https://doi.org/10.3390/met10060815
16 Sen C. Bioleaching of Gold: An alternative green mining technology for 21st century (A Review) // Microbiology World. – 2015. - №3(2). – P. 11-20.
17 Godoy-Faúndez A. Environmental-Microbial Biotechnology Inside Mining Operations from an Engineering Viewpoint Based on LCA / A. Godoy-Faúndez, D. Aitken, L. Reyes-Bozo, D. Rivera // Environmental Microbial Biotechnology. Soil Biology / L. B. Sukla, N. Pradhan, S. Panda, B. K. Mishra. – Vol. 45. – М., 2015. – Chapter 8. – P. 133-158.
18 Sharma A., Sumbali G. Ecobiology of coal mines and spoils // Journal of Applied and Natural Science. – 2019. - №11(3). – P. 624 – 631. doi: https://doi.org/10.31018/jans.v11i3.2130
19 Zhang X., Shi H., Tan N., Zhu M., Tan W., Daramola D., Gu T. Advances in bioleaching of waste lithium batteries under metal ion stress // Bioresources and Bioprocessing. – 2023. - №10(1). – P. doi: http://dx.doi.org/10.1186/s40643-023-00636-5
20 Jung H., Inaba Y., West A. C., Banta S. Overexpression of quorum sensing genes in Acidithiobacillus ferrooxidans enhances cell attachment and covellite bioleaching // Biotechnology Reports. – 2023. - №38. – P. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.btre.2023.e00789
21 Satriadi T., Winarko R., Chaerun S.K., Minwal W. P., Mubarok Z. Recycling of spent electric vehicle (EV) batteries through the biohydrometallurgy process// E3S Web of Conferences. – 2024. - №543. – P. doi: http://dx.doi.org/10.1051/e3sconf/202454302008
22 Panda S., Dumbele S., Mishra S., Akcil A., Agculu I., Hazrati M. E., Tuncuk A., Malavasi P., Gaydardzhiev S. Small‐scale and scale‐up bioleaching of Li, Co, Ni and Mn from spent lithium‐ion batteries // Journal of Chemical Technology and Biotechnology. – 2024. - №99(5). – P. 1-29. doi: http://dx.doi.org/10.1002/jctb.7609
23 Erust C., Akcil A., Tuncuk A., Panda S. Intensified acidophilic bioleaching of multi‐metals from waste printed circuit boards (WPCBs) of spent mobile phones // Journal of Chemical Technology and Biotechnology. – 2020. - №95(8). – P. 2272-2285. doi: http://dx.doi.org/10.1002/jctb.6417

Information about the authors
Aimagambetov Alan Temirlanuly – research assistant of sustainability of Ecology and bioresources institute, corresponding author, Kazakh National University named after Al-Farabi, Almaty c., Kazakhstan, anrayalan@gmail.com
Kaiyr Damir Armanuly – research assistant of sustainability of Ecology and bioresources institute, corresponding author, Kazakh National University named after Al-Farabi, Almaty c., Kazakhstan, damir.kair16@gmail.com
Arystanbekuly Birzhan – research assistant of sustainability of Ecology and bioresources institute, corresponding author, Kazakh National University named after Al-Farabi, Almaty c., Kazakhstan, birzhanarystanbek@gmail.com
Ackley Leila – the student at Brynn Mawr College, text editor, Brynn Mawr, Pennsylvania, USA, lackley@brynmawr.edu
Zhubanova Azhar Akhmetovna – professor, doctor of biological sciences, scientific supervisor, Kazakh National University named after Al-Farabi, Almaty c., Kazakhstan, azhar_1941@mail.ru
Авторлар туралы мәлімет
Аймагамбетов Алан Темирланулы – «Экология және биоресурстардың тұрақтылығы» ҒЗИ кіші ғылыми қызметкері, корреспондент-автор, әл-Фараби атындағы ҚазҰУ, Алматы қ., Қазақстан, anrayalan@gmail.com
Қайыр Дамир Арманұлы - «Экология және биоресурстардың тұрақтылығы» ҒЗИ кіші ғылыми қызметкері, автор, әл-Фараби атындағы ҚазҰУ, Алматы қ., Қазақстан, damir.kair16@gmail.com
Арыстанбекұлы Біржан – «Экология және биоресурстардың тұрақтылығы» ҒЗИ кіші ғылыми қызметкері, автор, әл-Фараби атындағы ҚазҰУ, Алматы қ., Қазақстан, birzhanarystanbek@gmail.com
Аклей Лайла – Брин-Мар колледжінің студенті, автор, Брин Мар, Пенсильвания, АҚШ, lackley@brynmawr.eduЖұбанова Ажар Ахметовна – профессор, биология ғылымдарының докторы, ғылыми жетекші, әл-Фараби атындағы, ҚазҰУ Алматы қ., Қазақстан, azhar_1941@mail.ru
Сведения об авторах
Аймагамбетов Алан Темирланулы – младший научный сотрудник НИИ «устойчивости экологии и биоресурсов», корреспондент-автор, КазНУ им. аль-Фараби,г. Алматы, Казахстан, anrayalan@gmail.com
Кайыр Дамир Арманулы – младший научный сотрудник НИИ «устойчивости экологии и биоресурсов», автор, КазНУ имени аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан, damir.kair16@gmail.com
Арыстанбекулы Биржан -– младший научный сотрудник НИИ «устойчивости экологии и биоресурсов», автор, КазНУ имени аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан, birzhanarystanbek@gmail.
Аклей Лайла – студент колледжа Брин Мар, автор, г. Брин Мар, штат Пенсильвания, США, lackley@brynmawr.edu
Жубанова Ажар Ахметовна – профессор, доктор биологических наук, научный руководитель, КазНУ имени аль-Фараби, г. Алматы, Республика
Казахстан