Истощение запасов полезных ископаемых, сокращение финансирования геологоразведочной деятельности, снижение темпов и количества вновь открываемых месторождений — все вместе это приводит к развитию альтернативных способов промышленного извлечения ценных компонентов из вторичного сырья, техногенных и нерентабельных для освоения месторождений. Развиваются как хорошо известные технологии переработки и обогащения, так и совершенно новые направления, в частности метод фитодобычи (англ. phytomining), фиторазведка (в частности бриогеохимия). Извлечение металлов из отходов весьма перспективное направление также для рекультивации рудников, очистке хвостохранилищ и других типов отходов добычи с целью превращения их в сельхозугодия.
О понятии «фитодобыча»
Термином «фитодобыча» описывают использование растений-гипераккумуляторов для извлечения ценных элементов из отработанных месторождений или месторождений с низкими содержаниями. Эти виды растений способны накапливать металлические компоненты в исключительно больших количествах. Также с фитодобычей связаны такие родственные понятия, как фитогеология (выявление геохимических аномалий по растениям), фитоизвлечение, агродобыча (комплексная цепочка использования растений-гипераккумуляторов для получения ценных элементов), фиторекультивация (использование растений для переработки отходов, борьбы с эрозией почвы и т.д., то есть для сохранения окружающей среды).
Фитодобыча предполагает выращивание растений определенного вида на месте расположения отходов добычи, например на отвалах хвостов, а также на нерентабельных для освоения месторождениях. В процессе своей жизнедеятельности растения вместе извлекают из почвы частицы ценных компонентов, например золота, постепенно накапливая их в стеблях или листьях. Затем биомассу собирают, сушат и перерабатывают, в частности гидро- или пирометаллургическим способом с получением конечного продукта.
Исследования в области фитодобычи
Наибольшее количество видов известных растений-гипераккумуля-торов лучше, чем любой другой элемент, поглощают никель. Вероятно, именно по этой причине больше всего работ в области фитодобычи связано с этим металлом. Исследования, проведенные в 1990-х годах, показали, что некоторые виды могут дать от 200 до 400 кг Ni с гектара.
В 2014 г. ученые из Университета Филиппин (англ. University of the Philippines) обнаружили в западной части острова Лусон новую разновидность растений, Rinorea niccolifera (рис. 1), способную аккумулировать в своих листьях никель до 18 тысяч частей на миллион, что в сотни раз выше содержания этого металла на месторождениях промышленного типа. В данный момент специалисты австралийского Центра восстановления земель при Квинслендском университете (англ. University of Queensland) при сотрудничестве Университета Лотарингии (Université de Lorraine, Франция) изучают фитодобычу никеля в тропических условиях в Сабахе (Малайзия, рис. 2). Кроме того, французское учреждение реализует проекты полевых испытаний в Греции, Испании и Албании.
Существует множество трудных для извлечения растениями металлов, к их числу относится и золото, поскольку оно практически не растворяется в грунтовых условиях и поэтому слабо аккумулируется растениями. Для аккумулирования драгоценный металл должен принять растворимую форму. Но некоторые представители флоры выделяют естественные вещества, способные воздействовать на золото. Как показал ряд исследований, для обработки хвостов и фитоизвлечения из них ценного компонента можно использовать такие выщелачиватели, как цианид и тиоцианат, хотя, во избежание загрязнения, это должно проводиться в замкнутой среде.
Первые работы по гипераккумуляции золота появились в конце 1990-х годов. Согласно им, концентрация золота в горчице сарептской Brassica juncea, произрастающей на руде с низким содержанием, достигала 39 мг/кг (по сухому весу). По сравнению с обычной концентрацией золота в растениях (менее 0,1 мг/кг) полученные результаты исследователей удивили.
Над адаптацией метода фитоизвлечения золота, а также для получения палладия и других металлов платиновой группы, работали в Йоркском и Йельском университетах (англ. University of York, University of Yale), а также в Университете Британской Колумбии (англ. University of British Columbia). Также золото было обнаружено в коре и листьях эвкалипта, произрастающего в районе золотых месторождений Калгурли в Западной Австралии. Сегодня изучается возможность обнаружения новых залежей драгоценного металла по всему Зеленому континенту.
В перспективе фитодобыча может быть полезна для тех районов, где ведется интенсивная кустарная и мелкомасштабная золотодобыча, поскольку эта технология не только позволяет очищать почву и воду, она может стать основой для возникновения нового привлекательного для кустарных добытчиков направления — добычи с помощью растений.
Активные научно-исследовательс-кие работы ведутся специалистами южноафриканской организации Mintek, а именно Тшиамо Легоале (Tshiamo Legoale), предложившей извлекать золото из растений, специально выращиваемых на хвостовых отвалах золотодобычи, которых в стране, по некоторых оценкам, насчитывается до 18 млн тонн. В апреле 2017 г. со своей идеей она выиграла южноафриканский этап престижного конкурса Famelab.
В 2012 г. исследователи из научных центров Green Chemistry Centre of Excellence и Centre for Novel Agricultural Products (CNAP) занялись разработкой нового способа извлечения металлов платиновой группы из хвостов, отвалов и других отходов горнодобывающей деятельности. Проект стоимостью $1,4 млн получил название PHYTOCAT. Первые исследования показали, что, помимо прочего, растения, используемые для фитодобычи, могут после специальной обработки применяться в других отраслях, например в производстве каталитических конвертеров для контроля выбросов в атмосферу продуктов сгорания.
Исследования Центра восстановления земель дали впечатляющие результаты — были открыты 120 видов растений-гипераккумуляторов. В последние годы работу такого рода удалось значительно ускорить за счет совершенствования методов рентгенофлуоресцентного анализа. Специалисты из Квинслендского университета составили и опубликовали базу данных Global Hyperaccumulator Database по таким видам растений всего мира (http://hyperaccumulators.smi.uq.edu.au/collection/). В ней содержатся записи пока по 721 виду, однако составители уверены, что база будет постоянно пополняться.
В октябре-ноябре 2014 г. группа ученых из ЮАР и Бельгии при поддержке Университета Коппербелт (англ. Copperbelt University) провели полевые исследования возможностей фитодобычи на различных участках добычи меди и кобальта в Замбии, в частности на руднике Kansanshi, принадлежащем канадской компании First Quantum Minerals.
Перспективы фитодобычи
Как отмечает сотрудник Совета по научным исследованиям Австралии (англ. Australian Research Council) Квинслендского университета и Университета Лотарингии доктор наук Энтони ван дер Энт (Antony van der Ent), фитодобыча создает новые возможности освоения ресурсов минерального сырья, она будет использоваться все шире и шире в свете повышения спроса на редкие и драгоценные металлы. Работа Э. ван дер Энта посвящена биогеохимии, он специализируется на растениях-гипераккумуляторах и входит в команду исследователей, занимающихся вопросами фитодобычи в азиатско-тихоокеанском регионе.
Как было отмечено выше, растения-гипераккумуляторы могут оказаться полезными при рекультивации рудников, очистке хвостохранилищ или других типов отходов добычи (рис. 3).«Специально приспособленные для выполнения этих задач, растения-гипераккумуляторы могут сыграть невероятно большую роль в удалении токсичных отработанных продуктов и металлов в сельскохозяйственных целях», — уверен профессор Международного университета Флориды (англ. Florida International University) Стивен Хаггерти (Stephen Haggerty).
В дополнении к словам С. Хаггерти можно отметить, что фитодобыча имеет перспективы не только с точки зрения очистки земель под сельскохозяйственные и другие нужды, но и является отличным способом обеспечения занятости и заработка там, где почва недостаточно богата для выращивания продуктов питания, то есть фактически может рассматриваться в качестве альтернативы, возможно даже более прибыльной, фермерству.
В то же время эффективность фитодобычи во многом определяется извлекаемым компонентом, его ресурсами, и способностью растений-гипераккумуляторов произрастать в определенных районах, извлекая целевой металл, — это, как указывает Э. ван дер Энт, основной фактор применимости данного метода в каждом конкретном случае. По мнению ученого, в конечном счете фитодобыча будет развиваться и работать так же, как сельское хозяйство, а количество и качество продукта — в данном случае металлов, их солей и каталитических материалов — определяться рынком.
Тем не менее, несмотря на большой и еще нереализованный потенциал, прогресс в фитодобыче на сегодняшний день достаточно ограничен. Э. ван дер Энт отмечает, что горнодобывающая промышленность медленно перенимает «радикально новые» способы получения полезных ископаемых. В этом смысле важно понимать, что эта область не станет конкурировать с добычей традиционной. «Нишей агродобычи станет разработка низкокачественных, расположенных у поверхности месторождений, залегающих в ультрамафическом грунте, проекты по рекультивации отработанных обычным способом участков», — рассказывает Э. ван дер Энт, добавляя, что для решения производственных задач и предоставления действительных доказательств возможностей фитодобычи необходимо показать горнодобывающей промышленности экономическую модель, продемонстрировать ее эффективность в крупном масштабе.
Растения могут использоваться не только в добыче, но и при поиске новых месторождений различных металлов — золота, серебра, платины, свинца, цинка, меди, молибдена. Исторические документы показывают, что такой метод поиска существовал еще в V веке в Китае. Наука доказала, что между определенными видами растений и их геофизическим окружением есть зависимость. Так, например, на территории Либерии (Западная Африка) была замечена тесная связь между местами произрастания растения вида Pandanus candelabrum и кимберлитовыми трубками, поэтому его использовали в качестве индикатора для поиска месторождений алмазов. Также в Швеции еще во времена Средневековья использовали смолевку шведскую Lychnis alpina, а в Центральной Африке Haumaniastrum katangense для определения наличия меди.
Литература в журнале "Золотодобыча" № 236
