1-Маъруза кириш. Фойдали қазилмаларнинг биотехнологияси ҳАҚида

5-Маъруза
Тион микрожанзотларнинг фаоллиги ва ҳаёт тарзига таъсир этувчи физика-кимёвий кўрсатгичлар
Бактериал оксидлаш ва танлаб эритиш жараёнлари бактерияларниг ҳаёти учун қулай шароитлар яратилганда фаол боради. Бу шароитларни белгилаб берувчи барча кўрсатгичларни, учта катта гуруҳга бўлса бўлади:
-физика-кимёвий кўрсатгичлар;
- биолоик кўрсатгичлар;
- технологик кўрсатгичлар.
Физика-кимёвий кўрсатгичларга куйидагилар киради:
-муҳитнинг нордонлиги (рН);
- муҳитнинг оксидловчи-тикловчи потенциали;
-минераларнинг электрод потенциали;
- маҳсулотларнинг минералогик таркиби;
- сулфид минераларнинг нисбати;
- муҳитнинг ҳарорати;
-муҳитнинг газ таркиби.
Барча келтирилган кўрсатгичлар тўғридан-тўғри бактерияларнинг ривожланиш жараёнларига таъсир этади.
Бактерияларни даврий шароитда ривожланиш жараёнида куйидаги ўсиш фазалри мавжуд (5.1-расм).

5.1.-Расм. Acidithiobacillus ferrooxidans бактерияларини ўсиш фазалари
I - лаг-фаза, IV- секинлашиш фазаси,
II- ўсишни тезланиш фазаси, V- стационар фаза,
III- экспоненциал ўсиш фазаси, VI- ўлиш фазаси.

Лаг-фаза – бактерияларни ривожланишининг бошланғич фазаси. Ривожланишнинг бу фазасида бактериялар атроф муҳитнинг шароитларига кўникади.

II ва III фазалар бактериялар ўсишининг максимал тезлиги билан тавсифланади. IV ва V фазаларда бактерияларнинг ўсиш тезлиги секинлашади ва тўхтайди ва сўнгра ривожланиш ўлиш фазасига ўтади. Келтирилган фазаларни фақатгина бактерияларнинг даврий режимда ривожланишида ажратиш мумкин.
Микрожанзотларнинг биологик фаоллигини белгилаб берувчи асосий кўрсатгичлардан бири бу водород ионларининг концентрациясидир.
Муҳитдаги рН нинг дастлабки қўрсатгичиси, биринчи навбатда лаг-фазанинг давомийлигига катта таъсир этади, шундай қилиб хужайраларнинг ўсиш тезлигини белгилаб беради. Иккинчи навбатда, турли бирикмаларнинг диссоциацияланишига таъсир этиши билан, уларнинг ингибиторлик хусусиятларига таъсир этади. Шуниндек, рН кўрсатгичиси оксидловчи жараёнларда иштироқ этувчи ферментларнинг миқдори ва фаоллигини бошқаради (регулирует).
Муҳитнинг нордонлиги минералнинг юзасига ва унинг электрод потенциалига таъсир этади, шуниндек нордонлик кўрсатгичиси бактерияларнинг ҳаёт фаолияти маҳсулоти ҳисобланувчи кимёвий бирикмаларнинг (темир, мишьяк, олтингугурт ва ҳ.) ҳолатига таъсир этади. рН нинг кўрсатгичисига кўра бу бирикмалар эриган ва чўкма ҳолатда бўлишлари мумкин ва хужайралар фаоллигига турли таъсир этишади.
Маълумки, темир ва сулфидли минераларнинг бактериал оксидланиш жараёни рН 1,5-3,5 да фаол амалга оширилади. Масалан, арсенопиритни оксидланиши учун рН нинг оптимал шароити 1,7-2,1, ҳалкопиритни оксидлаш учун эса 2,2-2,5 ташкил этади.
Сулфидли минераларни оксидлаш жараёнида, эритмаларнинг рН кўрсатгичиси доимий эмас, рН кўрсатгичиси бактериялар лаг-фазадан ўтгандан кейин минераларни фаол оксидлашни бошлаганда ўзгаради. Арсенопиритни танлаб эритишда 24 соатдан кейин эритманинг рН 0,1-0,15, 72 соатдан кейин 0,5-0,6 бирликларга ўзгаради, бунинг натижасида арсенопиритни фаол бактериал оксидланиши ва фаол темирнинг гидролизланиши боради ва сулфат кислота ҳосил бўлади. Шу пайтнинг ўзида элемент олтингугуртнинг сулфат-ионгача бактериал оксидланиши боради. Икки валентли темирни уч валентли темиргача оксидланишида, бактериялар ўсишининг максимал тезлиги рН 2,2-2,5 кўрсатгичисига тўғри келади.
Кок-Патасс олтин –мишьякли бойитмасининг таркибидаги мишьякни танлаб эритиш тўлиқлигига ва тезлигига муҳитнинг фаол нордонлигининг таъсири ўрганилганда, аниқландики мишьякни энг юқори ажратиб олиш даражаси рН нинг 1,6-2,25 кўрсатгичисига тўғри келади. рН нинг қиймати 3 бўлганда мишьякнинг ажратиб олиш даражаси 97% дан 72% гача, рН 1,5 эса 56% гача тушади.
Келтирилган маълумотлардан кўриниб турубдики бактерияларнинг ўсишида жараённинг бошида рН кўрсатгичисининг қийматини оптимал (2,0-2,5) даражада ушлаб туриш керак. Кейинчалик жарён, табиий қарор топган рН кўрсатгичларида амалга оширилади, бу шароитларда хужайраларни юқори нордонликка табиий мослашиш шароитлари ва сулфидли минераларни уч валентли темир сулфати иштироқидаги оксидланиш шароитлари ҳосил бўлади.
Бактериал оксидлаш ва танлаб эртиш жараёнининг асосий кўрсатгичларидан яна бири, бу жараён борадиган муҳитда оксидланиш-тикланиш потенциалнинг (ОТП) оптимал кўрстагичисини ушлаб туришдир. ОТП бўтанада оксидланиш-тикланиш реакциялар боришини тафсифлаб берувчи кўрсатгичдир. Кўпгина сулфид минераларни танлаб эритишнинг максимал тезлиги ОТП нинг 0,5-0,7 В кўрсатгичисига тўғри келади. ОТП кўрсатгичиси 0,4 В дан паст бўлганда, сулфид минералардан асосан темир танлаб эритилади, ОТП нинг кўрстагичиси 0,7 В дан юқори бўлганда эса олтингугурт танлаб эритилади.
Зич (қуюқ) бўтаналарда бактериал танлаб эритишда, бактериал эритмалар мураккаб ион таркибга эга, бу эритмаларда оксидланган ва тикланган кўринишдаги ионлар мавжуд. Шу сабабдан, бу эритмаларнинг ОТП кўрсатгичиси ўрталашган бўлади ва эритманинг оксидловчи хусусиятини тафсифлайди. Эритмада асосий ионлар темирнинг оксидланган (Fe³⁺ ) ва тикланган (Fe²⁺) кўриниши бўлганлиги учун, ОТП нинг қиймати бу ионларнинг нисбати билан аниқланади. Сулфидли минераларни бактериал танлаб эритишда Fe³⁺ концентрацияси 20-30, айрим ҳолларда 40 г/л ташкил этиши мумкин, биомассанинг юқори фаоллигида эса Fe²⁺ эритмада деярли йўқ, шунинг учун бу эритмалардаги ОТП нинг қиймати 0,6-0,8 В ташкил этади. Бу кўрстагич рН билан бирга танлаб эритиш жараёнини назорат қилиш учун ҳизмат қилади.
Бактериал танлаб эритишда, ОТП ва сулфидли минераларнинг электрокимёвий потенциаллари қийматларининг ўз-аро нисбатлиги катта аҳамиятга эга. Бу кўрстагичлар орасидаги фарқ 0,1-0,2 В дан кам бўлмаслиги керак. 0,1-0,2 В дан кам бўлган фарқ минералар оксидланишининг паст самаралигини, уларнинг тенгли эса – оксидланиш жараёнининг йўқлигини тафсифлайди.
Сулфид минералар аралашмасининг электрокимёвий оксидланиш механизми микрогальваник элементлар назарияси билан тушунтирилади. Бу назария бўйича кам потеницлга эга бўлган электроднинг эриши тезлашади, юқорироқ потенциалга эга бўлган электроднинг эриши эса пасаяди. Бу ходиса, бактериал танлаб эритиш жараёнининг селективлигини тушунишида катта аҳамиятга эга.
Масалан, марказит минералининг оксидланиши сфалерит минерали билан контакта бўлганда, мономинерал суспензияга нисбатан 4-6 маротаба секинлашади, сфалеритнинг оксидланиши эса 10-12 маротаба тезлашади. Шуниндек сулфидли минераларнинг бактериал оксидланишига кристалларнинг структураси, электрокимёвий хусусияти таъсир этади.
Кимёвий ва бактериал оксидланишда, сулфидли минералар потенциаллари ўзгаришининг тадқиқоти, минераларнинг потенциал қиймати бўйича селективлик қаторини тузушга имкон берди:
пирротин  ковеллин  сфалерит  пентландит  арсенопирит  халькопирит  пирит.
Масалан, микрожанзотлар мавжудлигида, рН 2,5 бўлганда айрим минераларнинг потенциаллари куйидаги қийматларга эга: ковеллин 0,18 В, арсепирит 0,4 В, пирит 0,53 В. Селективлик қаторига асосланган ҳолда энг енгил танлаб эритиладиган минерал бу пирротин, энг қийин эрийдиган минералар эса халкопирит ва пиритдир.
Сулфид минералар аралашмасини бактериал танлаб эритиш ва оксидлашда, пастроқ электрод потенциалга эга бўлган минералнинг танлаб эритилиши тезлашади, юқорироқ потенциалга эга бўлган минералники эса секинлашади. Масалан, электрманфийроқ бўлган ковеллин мавжудлигида, арсенопирит таркибидан мишьяк 2,8 маротаба кўпроқ танлаб эритилади, агарда ковеллиннинг ўрнида электрмусбатроқ халкопирит бўлганида.
Юқорида айтганларни кўп компонентли сулфидли хомашёларни бактериал танлаб эритиш технологиясини ташкил этишда ҳисобга олиш керак.
Бактериал танлаб эритишнинг асосий кўрстагичларнинг яна биттаси, бу муҳит ҳароратидир. Биологик жараёнларнин бориши муҳит ҳароратига боғлиқ. Ҳарорат ферментатив жараёнларнинг тезлигига, ферментларнинг барқарорлигига, фермент-субстрат комплексининг парчаланиш тезлигига, эриган кислород ва СО₂ газининг концентрациясини ўзгаришига таъсир этади.
А. ferrooxidans бактерияларнинг ҳаёт фаолиятининг оптимал ҳарорати 28-35⁰С эканлиги аниқ. 40 ⁰С да бу бактерияларнинг ўсиши тўхтайди, 50 ⁰С да эса ўлади. Паст ҳароратларда бактерияларнинг ўсиш тезлиги секинлашади ва бунинг натижасида уларнинг оксидлантириш фаоллиги пасаяди.
Мишьякни арсенопиритдан танлаб эритилишининг энг юқори тезлиги 35⁰ С да кузатилади, бу ҳароратда мишьякнинг ажратиб олиниши 30 ва 20⁰С нисбатан 1,3 ва 4,3 маротаба кўп.
Шунинде А.ferrooxidans бактерияларнинг ўсишига ва оксидлаш фаоллигига эритмадаги кислород ва СО₂ нинг концентрацияси таъсир этади.
Шу сабабдан бактериал танлаб эритиш жараёнини ташкил этишда бўтанани ҳаво билан тўйинтириш (аэрация) тадбирларига катта аҳамият берилиши зарур. Масалан чанларда бактериал танлаб эритишда ҳавони чанга аралаштириш жараёнида мажбурий босим остида бериш мумкин. Чанларда бўтанани ҳаво билан тўйинтириш, темирни 7 марта тезроқ оксидланишига олиб келади. Масалан, 1 кг икки валентли темирни бактериялар ёрдамида уч валентли темиргача оксидлаш учун 0,14 кг кислород зарур, 1 кг элементар олтингугртни сулфат-ионгача оксидлаш учн эса 2 кг кислород зарур бўлади. Шуниндек, микрожанзотларнинг фаоллигини ошириш ва оксидловчи жараёнларни жадаллаштириш учун бўтанани ҳаво билан тўйинтиришда бериладиган ҳаво аралашмасида СО₂ нинг концентрациясини 0,1-0,15% миқдорида ушлаб туриш керак. Бунинг натижасида микрожанзотларнинг фаоллиги 35% га ошади.