Космос, листья, уголь: где, помимо земных недр, искать золото

Неземные богатства

Согласно последним гипотезам, все золото Земли родом из космоса. В 2011 году ученые из Великобритании установили, что изменение орбит тел Солнечной системы, наступившее после формирования планеты, запустило процесс «поздней тяжелой бомбардировки», когда около четырех миллиардов лет назад на Землю обрушились тонны метеоритных осадков, число которых измеряется в десятках квинтиллионов. Они-то и занесли в кору и мантию планеты большинство тяжелых элементов, в том числе золото, образовав тем самым в центре Земли металлическое ядро.

Несколько иная версия у их японских коллег из Токийского университета, которые в 2016 году предположили, что драгоценные металлы к нам попали не из-за серии космических ударов, а благодаря крупномасштабному планетарному воздействия — проще говоря, столкновению нашей планеты с другим гигантским телом около 4,5 миллиарда лет назад, еще до того, как образовалась внешняя твердая оболочка. Кроме того, в 2013 году свой вклад в изучение происхождения золота как такового внесла команда астрофизиков из Кембриджа во главе с Эдо Бергером. Эксперты изучили результаты гамма-всплеска, вызванного столкновением двух нейтронных звезд. Взрыв на расстоянии около четырех миллиардов световых лет от нашей планеты выбросил огромное количество золота и других металлов — их масса сопоставима с весом нескольких лун.

В условиях заметного снижения оборотов отрасли традиционной золотодобычи ученые стали искать альтернативные варианты и месторождения: они не исключают возможность новой золотой лихорадки, которая развернется не на Земле, а в космосе. Ставка делается на астероиды: по оценкам НАСА, около 16 тысяч астероидов помечены как «околоземные объекты» (их орбиты пересекаются с Землей), и астрономы определили 12 ближайших с самым высоким потенциалом для добычи. Помимо золота, они содержат железо, никель, углерод, кобальт и другие драгоценные металлы, такие как платина, палладий, родий, рутений, иридий и осмий. Все эти элементы есть и в недрах планеты, однако они достаточно редки, а запасы их постоянно сокращаются.

Чтобы облегчить поиски золота и других полезных ископаемых, в 2013 году по заказу НАСА астрофизики университета Вандербильт разработали прототип телескопа, который способен проникать в недра астероидов и «просвечивать» их с помощью галактического гамма-излучения. А в сентябре 2016-го состоялся громкий запуск межпланетной станции OSIRIS-REx, которая отправилась к астероиду Бенну с миссией сбора образцов грунта: конечно, золото — далеко не первостепенная цель НАСА, однако не исключено, что при удачном завершении миссии OSIRIS-REx в будущем подобные технологии также могут использовать в качестве инструмента по поиску и полезных ископаемых. Планируется, что на Бенну станция окажется в 2019 году (посадка на астероид не предусмотрена: сбор грунта должен пройти с помощью специального манипулятора), а на Землю вернется в 2023-м.

Поспел золотой урожай

Закопать монетки и ждать, пока из них вырастет денежное дерево, — таков был план Буратино, и сказочный герой был не так уж сказочно неправ. По крайней мере, зерно истины в его схеме было: из растений действительно можно добыть драгоценный металл. Конечно, золотые слитки не будут магическим образом свисать с ветвей, однако сбор уникального урожая все же возможен — благодаря свойству растений впитывать корнями из воды металлы и аккумулировать их в листьях. Впервые это установил французский химик Клод Луи Бертолле — еще в конце XIX века он обнаружил в золе растений золото. Современные исследования только подтверждают его открытия: так, в 2013 году группа специалистов из научного агентства Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation западной Австралии во главе с Мелом Линтерном в ходе полевых и лабораторных испытаний открыла, что в листьях эвкалипта находятся золотые частицы. Предполагается, что в период засухи корни в поисках воды впитали и чужеродные элементы, которые дерево позже транспортировало в листья, где их концентрация наносит наименьший урон всему организму (тяжелый металл токсичен для деревьев).

Впрочем, ученые предостерегают от чрезмерной идеализации этого способа золотодобычи и массовой вырубки эвкалиптов и других растений: количество золота в листьях настолько мало, что на одно тонкое обручальное кольцо пришлось бы пустить около 500 деревьев. Самые крупные частицы, которые нашла команда Линтерна, были размером не более восьми микрометров (вдвое тоньше, чем человеческий волос). С другой стороны, это открытие созвучно идеям Криса Андерсона — геохимика из новозеландского университета Мэсси. Согласно его концепции, на почвах с повышенным содержанием золота его количество в растениях возрастает в сотни, а то и в тысячи раз.

Наблюдения австралийских коллег служат отличным доказательством: так, в тканях эвкалиптов, которые росли в 200 метрах от месторождения, концентрация драгоценных крупиц была крайне незначительна (около двух долей на миллиард), но те деревья, которые произрастали непосредственно над самим месторождением, транспортировали в листья в 40 раз больше золота. Поэтому Андерсон полагает, что целесообразно высаживать растения только в тех местах залегания полезных ископаемых, где их невозможно (или очень сложно) добыть традиционными методами, в том числе рядом с отвалами отработанной породы на старых шахтах.

Андерсон провел ряд удачных экспериментов и смог получить крайне высокое содержание золота в клетках растений, но это только полпути. Проблема кроется в экстракции частиц из биомассы: если растение сжечь, то большая их часть войдет в соединение с пеплом, а другая вовсе исчезнет. Вариант с разложением соединений золотых частиц, в свою очередь, будет слишком затратным, поскольку количество средств, потраченных на кислоту, превысит потенциальную прибыль. Поэтому и сам Андерсон, и команда Мела Линтерна выдвигают другой оптимальный прикладной вектор применения своих открытий: эвкалипты и растения вообще могут служить индикатором, указывающим на залегание в определенном месте драгоценных металлов. Если ориентироваться на них и содержание золота в листьях, можно значительно снизить затраты на георазведку, бурение и другие дорогостоящие и экологически небезопасные методы обнаружения ценных залежей.

В ход идут отходы

Чтобы добыть один грамм золота из растений, понадобится в среднем 50-100 тонн биомассы. В качестве альтернативы столь длительной и кропотливой работе российские ученые разработали более эффективную методику — получение золота из угля. Такую технологию представили в 2016 году специалисты Амурского научного центра Дальневосточного отделения РАН, которые с помощью экспериментальной установки извлекли грамм драгоценного металла из тонны угля, сжигаемого в котельных. Разработка основана на сложнейших процессах очистки дыма: примеси примерно сто раз промываются водой, после чего их улавливают фильтры — и можно извлекать золотоносный концентрат. На проектирование тестовой установки ушло 15 лет, однако, по словам ученых, это того стоило: даже если механизм будет засекать хотя бы половину золота, технология окупит себя и принесет дополнительные 1,5 тысячи рублей с каждой тонны.

Сибирские ученые пошли еще дальше и предложили извлекать из утильсырья не только золото, но и другие металлы: серебро, медь, кобальт, цинк. Вместо угля эксперты Томского политехнического университета предполагают использовать отходы производства серной кислоты — пиритные огарки, которые остаются после обжига пиритного концентрата (традиционного способа получения серной кислоты). Эти огарки содержат множество ценных компонентов, однако раньше их извлечением не занимались из-за нерентабельности этого процесса.

Отходы просто свозили на полигоны, и в России их объем на сегодняшний день достигает 30 миллионов тонн. Разработка же, которую представили томские ученые, в будущем позволит не только избавить от залежей отходов, но и извлечь из них практическую пользу. Технология достаточно понятна: она основывается на повторном обжиге пиритных огарков и последующем спекании их с хлоридом аммония. Хлораммонийные соединения, образующиеся в процессе, разлагаются при дальнейшем нагревании, поэтому простейшей регулировкой температуры можно получить хлориды необходимых элементов — цветных металлов или железа.

Ловкость бактерий и никакого мошенничества

Превращать воду в золото — давняя идея многих алхимиков и просто мечтателей, стремящихся к быстрому и легкому обогащению. В целом это не такая уж бесперспективная затея, поскольку в воде содержится целый ряд элементов таблицы Менделеева, в том числе драгоценный металл. Попытки извлечь его неоднократно предпринимались в разные периоды: самым известным энтузиастом был, пожалуй, авторитетный химик, лауреат Нобелевской премии Фриц Габер, который в 1920-х годах заявил, что в морской воде содержатся гигантские запасы золота и существуют способы его экстракции.

Крупнейшие немецкие компании проспонсировали секретный проект, который, по идее, должен был помочь немецкой экономике выйти из кризиса: после нескольких лет исследований и подготовки была построена плавучая лаборатория. Но задумка не увенчалась успехом: взяв около пяти тысяч проб воды в разных частях океана, Габер установил, что изначальные предположения о концентрации золотых частиц сильно преувеличены. Результаты оказались совсем не обнадеживающими: из 15 тонн морской воды было извлечено лишь 0,09 миллиграмма золота, которое оценили всего в 0,0001 доллара.

На помощь современным геохимикам пришли биологи Научно-исследовательского канадского университета Макмастера: в 2013 году они представили результаты исследований, в ходе которых обнаружили одно удивительное свойство бактерии Delftia acidovorans. Оказалось, она способна превращать мельчайшие ионы золота, растворенного в воде в пропорциях несколько частиц на триллион, в золотые крупицы. Механизм этот строится на самозащите: ионы золота токсичны и опасны для бактерий, поэтому выделяют специальное вещество — пептид делфтибактин, — которое осаждает золото из раствора.

Однако на сегодняшний день доля полученного в лабораторных условиях делфтибактина ничтожно мала для промышленного применения. Кроме того, это вещество заодно осаждает и железо, которого в воде гораздо больше, чем золота, поэтому на выходе велика вероятность получить железный самородок с небольшими вкраплениями драгметалла. Справедливости ради надо отметить, что лабораторные работы не прекращаются, и, вероятно, в будущем ученым удастся добывать делфтибактин в больших объемах, поскольку его потенциал в очистке сточных вод (изначальная цель исследований) просто поразительный.

Смотрите программу «Золотая лихорадка: бурные воды» с 29 марта по четвергам в 22:00 на Discovery Channel!