В последние десятилетия спрос на редкоземельные элементы (РЗЭ) вырос лавинообразно. Сейчас их используют практически во всех областях мировой экономики – от лазеров и мобильных телефонов, автомобильных катализаторов и искусственных алмазов до минеральных удобрений, космических аппаратов и медицинской техники. Мировое производство РЗЭ контролируется Китаем (85 процентов), а вот доля России составляет всего около двух процентов. Открытие ученых Кольского научного центра и Ботанического института имени Комарова потенциально может увеличить количество добываемых редкоземельных элементов.
Грибы помогут извлекать редкоземельные элементы из отходов лопаритового производства / ©Getty images
Основными экономическими источниками редкоземельных элементов являются минералы бастназит (РЗЭ-FCO3), монацит (легкие РЗЭ-PO4) и ксенотим (тяжелые РЗЭ-PO4). В качестве источника РЗЭ также можно рассматривать лопарит (Na,Ca,Ce,Sr)2(Ti,Ta,Nb)2O6. В недрах Мурманской области, как показали недавние исследования ученых Кольского научного центра, скрыты запасы редкоземельных элементов почти на 700 миллиардов долларов.
Здесь же находится единственное действующее месторождение лопарита, добычу и переработку которого осуществляет Ловозерский горно-обогатительный комбинат. Получаемый на предприятии лопаритовый концентрат, представляет собой комплексное сырье для дальнейшего получения ниобия, тантала, редкоземельных элементов цериевой группы и титана. Традиционные методы извлечения РЗЭ руд связаны с нагревом и использованием опасных кислот. Это дорого, энергозатратно и негативно влияет на окружающую среду. В последнее время все больший интерес вызывают природоподобные, то есть имитирующие природные процессы, технологии в различных областях, например, биовыщелачивание – извлечение веществ из природного и техногенного сырья с помощью бактерий и микроскопических грибов.
Ученые из Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра и Ботанического института имени Комарова изучили способность некоторых видов микрогрибов накапливать редкоземельные элементы из отходов лопаритового производства. Статью об этом опубликовал международный Geomicrobiology Journal.
Пробы с двух площадок хвостохранилища, где накапливаются отходы производства лопаритового концентрата, были изучены методом масс-спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой для определения их состава. Микроорганизмы, найденные в пробах, культивировали в чашках Петри, наполненных питательной средой, специально разработанной для обеспечения роста грибов и подавления роста бактерий. Таким образом удалось определить и выделить наиболее характерные виды. Доминирующие виды Geomyces vinaceus и Penicillium simplicissimum, недоминантные Aspergillus niveoglaucus и Pseudogymnoascuc pannorum, а также контрольный штамм Cadophora malorum протестировали на толерантность и устойчивость к неодиму и церию.
В ходе исследования ученые отметили, что микроскопические грибы адаптируются к вызванному повышенным содержанием редкоземельных элементов стрессу. Низкие концентрации у всех штаммов вызвали незначительное увеличение скорости роста и размера колоний, при этом их строение не менялось. Это может свидетельствовать о стимулирующем характере малых доз РЗЭ для роста микрогрибов. При высоком содержании РЗЭ в среде происходило изменение морфологии и подавление роста микрогрибов. Например, при самых высоких дозах хлорида церия колонии Pseudogymnoascuc pannorum теряли характерную для них структуру и напоминали слизистые колонии дрожжевых форм грибов.
В результате наиболее толерантным к обоим элементам оказался Penicillium simplicissimum, который продолжал расти при самых высоких (500 мг/л) концентрациях РЗЭ. Geomyces vinaceus оказался устойчивым только к неодиму и более чувствительным к церию. Оба этих вида очень неприхотливы, холодостойки и способны заселять нарушенные вследствие добычи полезных ископаемых территории. Исследование показало, Penicillium simplicissimum может извлекать редкоземельные элементы из хвостов обогащения лопаритовой руды.
Исследователи считают, что полученные ими результаты позволят оценить возможность использования протестированных грибов для биовыщелачивания редкоземельных элементов. Необходимы дальнейшие глубокие исследования, чтобы лучше понять биовыщелачивающий потенциал микроскопических грибов в крупномасштабных промышленных процессах и разработке природоподобных технологий.
