Бактерии, питающиеся железом, достанут из техногенных отходов высококачественные пигменты

Коллектив молодых ученых НИТУ «МИСиС» совместно с компанией «НВП Центр-ЭСТАгео» разработал новую технологию переработки металлургических и горнопромышленных отходов с помощью особых тионовых бактерий. Метод позволяет получить востребованные промышленностью высококачественные пигменты из материалов проблемных техногенных отвалов и утилизировать до 80% отходов.

В России ежегодно образуется около 6 млрд тонн металлургических и горнопромышленных отходов, при этом вторично используется только 15 % из них. Большая часть этого «мусора» не находит применения и отправляется в отвалы и хвостохранилища, создавая технические, технологические, экологические проблемы как для самих производств, так и живущих рядом людей. Металлургические компании платят по 0,5 рубля за хранение 1 тонны шлака в сутки.

При этом значительная часть отходов по содержанию железа зачастую сравнима с рудными концентратами и является ценным сырьем. Например, окалина прокатного и кузнечного производств может содержать до 55–60% железа. Молодыми учеными кафедры физической химии НИТУ «МИСиС» совместно со специалистами компании «НВП Центр-ЭСТАгео» разработана биотехнология получения из таких техногенных отходов желтого пигмента для лакокрасочной и косметической промышленности.

Технология основана на методе, так называемого, бактериального выщелачивания. Особый род бактерий — тионовые или серобактерии — живут за счет того, что окисляют железо и серу в минеральном сырье. Они окисляют железо (из Fe2+ в Fe3+ ) в техногенных рудах, выделяя при этом энергию, необходимую для жизни этих микроорганизмов

«Чаще всего используются бактерии Acidithiobacillus ferrooxidans и Acidithiobacillus thiooxidans. Их размер составляет от 0,6 до 1,2 микрометра. Данные бактерии живут в кислой среде (рН 1,6–2,15) при температуре 20–30 °С, — рассказывает руководитель научной группы, магистрант кафедры физхимии НИТУ „МИСиС“ Иван Кочетов. ¬- В результате окисления цветные металлы (вредные примеси) выщелачиваются в раствор, техногенный материал дезагрегируется и обогащается продуктами жизнедеятельности бактерий, их метаболитами — липидами и органическими кислотами, улучшающими его пластичность и стойкость, что приводит к образованию нового высококачественного продукта — биопигмента с размером частиц от 3 до 50 нанометров».

Пигмент можно использовать в лакокрасочной, косметической, автомобильной, строительной и других отраслях промышленности. Биохимические краски на основе такого пигмента в несколько раз превосходят по качеству обычные химические краски. Одна тонна пигмента, по данным научного коллектива, стоит порядка 20–22 тысяч долларов, при этом стоимость одного литра бактериального раствора составляет всего 0,7 рубля.

«С помощь отжига желтого пигмента (при температуре примерно +800 °С) мы получим такой же пигмент, только красного цвета. При добавлении в бактериальный раствор красной кровяной соли (K3[Fe(CN)6]), в результате качественной реакции на ионы железа, мы получили берлинскую лазурь, которая после сушки станет синим пигментом», — добавляет Иван Кочетов.

Таким образом, из отходов металлургического производства ученые НИТУ «МИСиС» в лабораторных условиях получили пигменты трех различных цветов, установив экспериментальным путем, что из 1 литра бактериального раствора можно получить примерно 2,7–3 грамма пигмента.

На 1 тонну пигмента уйдет примерно 330 тысяч литров раствора, это 230 тысяч рублей. Совокупная стоимость такой промышленной партии пигмента составит примерно 1 миллион 300 тысяч рублей (около 20 тысяч долларов).

В настоящий момент группа продолжает исследования на предмет адаптации технологии к промышленному формату, а также получения из железосодержащих техногенных отходов магнитных порошков.

Работы выполняются при финансовой поддержке Фонда содействия инновациям программы «УМНИК» (договор от 19.12.2019 № 14911ГУ/2019).