Группа молодых специалистов из НИТУ «МИСиС» и экспертами НВП Центр-ЭСТАгео разработала инновационную технологию переработки промышленных и металлургических отходов, основанную на применении уникальных тионовых бактерий. Эта передовая методика позволяет добывать востребованные индустрией высококлассные пигменты, одновременно утилизируя до 80% сложных техногенных отходов.
Отходы как ценный ресурс для индустрии будущего
В нашей стране ежегодно образуется около 6 миллиардов тонн отходов металлургических и горнодобывающих предприятий, а повторно используется лишь 15% из них. Основная масса этих материалов складируется на полигонах и в хвостохранилищах, вызывая значительные технологические, экологические и социальные сложности для предприятий и окружающих территорий. Утилизация отходов обходится компаниям в немалые суммы, ведь за простой одной тонны шлака они вынуждены платить ежедневно.
Однако в составе подобных отходов нередко содержится немало железа, что по своей концентрации может сравниться с рудами, используемыми в производстве. Производственные окалины, образующиеся на прокатных и кузнечных участках, достигают 55–60% содержания железа и представляют собой ценное сырьё для извлечения полезных компонентов. Молодые учёные-специалисты кафедры физической химии НИТУ «МИСиС» и сотрудники НВП Центр-ЭСТАгео разработали оригинальную биотехнологию получения из этого сырья жёлтого пигмента, востребованного в лакокрасочной и косметической индустриях.
Как работают тионовые бактерии: природный синтез пигментов
В основе новой технологии лежит процесс бактериального выщелачивания. Ключевую роль в нём играют тионовые (серобактерии), такие как Acidithiobacillus ferrooxidans и Acidithiobacillus thiooxidans, которые способны окислять элементы железа и серы, извлекая из минералов энергию для своей жизнедеятельности. Именно процессы окисления железа (Fe2+ превращается в Fe3+) позволяют этим микроорганизмам преобразовывать техногенные отходы, высвобождая ценные соединения и улучшая структуру материала.
Как отмечает руководитель исследовательской группы, магистрант Иван Кочетов, тионовые бактерии существуют в кислых условиях (pH 1,6–2,15) при температуре от 20 до 30 °С. В результате их жизнедеятельности металлы, представляющие вредные примеси, переходят в раствор, а исходное сырьё обогащается метаболитами бактерий — липидами и органическими кислотами, что улучшает его физические характеристики. Так формируется новый биопигмент, частицы которого имеют размеры от 3 до 50 нанометров.
Применение и преимущества биопигментов нового поколения
Разработанные пигменты находят применение во множестве отраслей: от лакокрасочной и косметической промышленности до автомобильного и строительного сектора. Биохимические составы на основе этих пигментов значительно превосходят по качеству традиционные аналоги. По оценкам исследователей, тонна такого высокотехнологичного продукта оценивается в 20–22 тысячи долларов, при этом себестоимость литра бактериального раствора невероятно низка — всего 0,7 рубля.
Кроме жёлтого пигмента, команда разработчиков смогла получить красные и синие красители. Путём прокаливания жёлтого пигмента при 800°C синтезируется красный аналог, а при введении в реакционный раствор красной кровяной соли и проведении специфической реакции на ионы железа формируется берлинская лазурь, преобразующаяся после сушки в синий пигмент.
Экономика производства: выгодно и экологично
В лабораторных испытаниях сотрудники НИТУ «МИСиС» из техногенных металлургических остатков получили пигменты трёх разных цветов, экспериментально доказав, что из одного литра раствора бактерий выходит 2,7–3 грамма готового пигмента. Для получения одной тонны вещества необходимо около 330 тысяч литров раствора, что составляет в денежном выражении около 230 тысяч рублей. Общая стоимость промышленных партий пигмента достигает 1,3 миллиона рублей (около 20 тысяч долларов США).
Таким образом, новая технология обеспечивает не только надежную переработку накопленных отходов, но и создаёт продукцию с высокой добавленной стоимостью для внутреннего рынка и экспорта. Оригинальные биопигменты безопасны, экологичны, востребованы различными промышленными направлениями и открывают перспективы дальнейшей диверсификации ассортимента.
Будущее биотехнологии: перспективы и планы
Исследовательский коллектив не останавливается на достигнутом и продолжает работу по адаптации разработанной методики для масштабного промышленного внедрения. Следующий шаг — получение не только пигментов, но и ценных железных магнитных порошков из сырьевых промышленных отходов. Такая многоступенчатая переработка позволит снизить экологическую нагрузку, предоставить производителям качественные отечественные материалы и укрепить позиции России на мировом рынке высокотехнологичных биопродуктов.
Современный симбиоз науки и промышленности даёт вдохновляющие результаты, доказывая, что с помощью дружбы микроорганизмов и высоких технологий возможно решать глобальные экологические задачи и развивать промышленность будущего.
Источник: scientificrussia.ru
