Добыча металлов из воды
За всю историю человечества было добыто не более 200 тыс. т золота. Мировые запасы золота земной коры планеты Земля, пригодные для добычи имеющимися в настоящее время технологиями, составляют примерно 87–89 тыс. т, включая разведанные 49 тыс. т. Сейчас накопленные золотые запасы всех стран мира составляют около 34 тыс. т. Мировое потребление золота и других редкоземельных и благородных металлов постоянно растёт. Уверенно можно предположить, что эта тенденция сохранится и в будущем. В последние 10–12 лет среднемировая добыча золота составляет около 2 600–3 100 т в год.
В настоящее время большинство легкодоступных и высокоприбыльных мест золотодобычи выработаны или почти выработаны. Поэтому золотодобывающие компании вынуждены осваивать все более неудобные и труднодоступные места добычи, применять все более сложные и дорогостоящие технологии, которые наносят серьёзный ущерб окружающей среде. Так, отходы золотодобычи по некоторым технологиям по вредности для окружающей среды сопоставимы с отходами в атомной промышленности.
Так что же делать, где еще есть источники добычи этого металла?
Давно известно, что в морях и океанах в растворенном виде находится около 10 млрд т золота и других драгоценных и благородных металлов. Примерно такое же количество содержится в речных и подземных водах. Особенно большая концентрация наблюдается в подземных водах в местах их непосредственной добычи.
При добыче так называемой тяжелой и сверхтяжелой нефти плотностью более 1 000 кг/м3 в попутной пластовой воде содержится более 50 различных металлов, таких как рений, скандий, европий, серебро, золото, платина, палладий и т. д. Эти пластовые воды можно использовать в качестве технологического сырья. По оценкам некоторых независимых экспертов, стоимость металлов в этих водах сопоставима, а иногда и превышает стоимость самой нефти. Важным преимуществом подземных вод как сырьевого источника редких элементов является низкая себестоимость их добычи и постоянство химического состава. Организация добычи редкоземельных и благородных металлов из подземных пластовых вод не требует больших капиталовложений. Ведь не нужно производить вскрытие залежей, организовывать транспортировку, измельчение, промывку и т. д. Достаточно иметь оборудование, которое могло бы осаждать из воды мельчайшие, невидимые глазу частицы металлов или окислов.
Центробежное оборудование для жидкостной седиментации природных и синтетических наноалмазов. В центре крышки — трубка, по которой центрифугат самотёком поступает в ротор
Устройство человеческого глаза таково, что он не видит частицы размером менее 1 мкм. Поэтому вода с находящимися в ней микроскопическими или пылевидными частицами золота менее 1 мкм кажется для него абсолютно прозрачной.
Начиная с древних времен люди (вспомним путешествие Одиссея за золотым руном на Кавказ) замечали, что весной, когда начинается таяние ледников и с гор текут ручьи, при промывке овечьих шкур в этих ручьях шерсть покрывается тончайшими частицами золота. Как попадает золото в воду? Осенью в горах идут дожди, вода просачивается в золотоносные жилы. Зимой вода замерзает и, расширяясь, выдавливает на поверхность микроскопические частицы золота. Весной, когда начинают таять снег и лед, это золото стекает и попадает в ручьи. Зная этот факт, в более поздние времена люди пытались уловить частицы золота, используя мох, сухую траву, уголь и т. д. Однако эффективность этого метода оставляла желать лучшего.
Рудные отвалы, хвостохранилища золотоизвлекательных фабрик, зольношлаковые отвалы тепловых электростанций — это потенциальное сырье для добычи драгоценных и редкоземельных металлов. Вытекающая из этих техногенных отходов вода несет в себе то добро, что не получилось извлечь по технологиям прошлых веков.
Рабочий эскиз установки в разрезе: синим цветом показан водный центрифугат при полной загрузке и положение центрифугата при остановке ротора
Какое же оборудование нужно, чтобы эффективно и недорого добывать из воды эти мельчайшие частицы? Какой способ применить? Как всегда, помощь пришла из научных лабораторий.
В последнее время для нужд науки, медицины и промышленности понадобились наночастицы природных и синтетических алмазов определенных размеров. Перед разработчиками встала достаточно серьезная техническая задача по классификации этих частиц. Ведь создать сито для просеивания и разделения на фракции очень мелких и абразивных частиц практически невозможно. Тогда ученые и исследователи обратились к способу сепарации частиц, который называется «жидкостная седиментация». Что происходит с различными частицами металлов, когда они попадают в жидкость? Дело в том, что под действием искусственной гравитации во вращающихся жидких средах первыми на дно или стенку ротора осядут наиболее крупные частицы и частицы, имеющие высокую удельную плотность. Золото, платина, палладий и другие благородные и редкоземельные металлы, имеющие высокую удельную плотность, первыми осядут на стенку ротора или дно стакана, то есть идеально подходят под этот метод.
Общий вид установки
На одном из минских предприятий в рамках выполнения проекта по созданию центробежного оборудования для жидкостной седиментации природных и синтетических наноалмазов создано подобное оборудование. В общем виде установка работает так: во вращающийся вертикальный цилиндрический проточный ротор сверху самотеком подается жидкость (центрифугат). Попадая во вращающуюся жидкостную среду, частицы тяжелых металлов или окислов под действием центробежного поля (искусственной гравитации) устремляются на периферию и первыми оседают на вертикальную стенку ротора. Зная удельную плотность и минимальный размер нужных нам частиц, по формуле Стокса рассчитываем необходимое время для осаждения их на стенку ротора. Меняя переменные составляющие, а именно частоту вращения ротора (перегрузку) и объем подачи жидкости в ротор (центрифугат), можно добиться того, что на стенку ротора будут осаждаться частицы определенной плотности и размеров, а все остальное с потоком воды будет выводиться через нижние патрубки. По прошествии определенного времени (а это зависит от концентрации подаваемого в ротор центрифугата) установка останавливается, с ротора снимается концентрат металлов, и центрифуга снова включается в работу. В конструкции установки принципиально отсутствует соединительная муфта, подающая центрифугат в ротор, поэтому на установке можно длительное время центрифугировать любые абразивные, металлосодержащие и химически активные жидкости. Техническое обслуживание установки сводится к минимуму.
Питающая трубка и заглушка на крышке
Уже в данной модификации установка идеально подойдет для извлечения из промывочной воды при доводке на концентрационных столах, центробежных и спиральных концентраторах микроскопических, тонкодисперсных и пылевых частиц золота и других благородных и редкоземельных металлов. По оценкам специализированных предприятий, занимающихся золотодобычей, с промывочной водой при промывке концентрата теряется около 10 % золота. Коллектив специалистов, имеющих 30-летний опыт работы в проектировании, изготовлении и эксплуатации центробежного оборудования широкого спектра назначения, предусмотрел принципиальную возможность ее глубокой модернизации под конкретные и весьма специфичные области применения. Все детали центрифуги, соприкасающиеся с центрифугатом, выполнены из пищевой нержавеющей стали.
Аналоговый пульт управления
Используя технические возможности предлагаемого способа извлечения металлов, можно создать и отработать принципиально новую, не имеющую аналогов, коммерчески очень выгодную технологию по добыче золота и других редкоземельных и благородных металлов.
В случае заинтересованности читателей данной тематикой мы готовы к сотрудничеству и постараемся ответить на вопросы.
Республика Беларусь, 220090, г. Минск, Логойский тракт, 22а, пом. 31 (оф. 303)
Металлы из морской воды
В Мировом океане растворено 10 10 тонн различных веществ, все элементы, известные в земной коре. Только Гольфстрим переносит в секунду 3 миллиона тонн различных солей. В далеком прошлом соль получали из моря примерно так же, как и сегодня, — выпариванием. Применяя сложную технологию, извлекают натрий, калий, хлор, магний, кальций, бром, литий.
Получение золота
Давно человек мечтал добывать золото из морской воды. И это казалось настолько реальным, что Германия собралась оплатить репарации первой мировой войны «морским» золотом. Этим занялся лауреат Нобелевской премии Ф. Габер. Однако несмотря на то что судно было хорошо оснащено, а экспедиция прекрасно субсидирована и подготовлена, из этого ничего не получилось: все извлеченное из морской воды золото было оценено в 0,0001 доллара, то есть из 15 тонн воды получено всего лишь 0,09 миллиграмма металла.
Советский ученый А. Даванков на судне «Михаил Ломоносов» при помощи ионитовой колонны из 500 тонн воды получил миллиграмм золота. Это, конечно, мало, но кораблей много, так что дело за установкой сменных ловушек. Природные сорбенты — илы — уже проделали аналогичную работу. В донных осадках Красного моря ил содержит 5 граммов золота на тонну осадка. Судя по всему, в мировом океане растворено свыше 10 миллионов тонн золота. Это уже значительно. Однако это не все золото, поступившее с материков. Так, пресные воды некоторых рек содержат до 16 кларков золота. Где же оно? В илах прибрежных осадков? Если это так, то такие месторождения можно обнаружить.
Золотоносность океанической воды оценивают по-разному: по С. Арренису (1902 год) золота содержится 6 миллиграммов на тонну, по Г. Путнаму (1953 год) 0,03—44, а по данным 1974 года 0,04—3,4 микрограмма на литр. Установлено состояние металла в воде: суспензии микрочастиц, коллоиды, комплексные ионы AuCI2 и AuCI4, золотоорганические соединения.
Как пытались извлекать золото? Способов много: буксировали за кораблем мешки с пиритом; семь граммов освинцованных цинковых стружек омывали 550 литрами воды и получили 0,6 миллиграмма золота и 1,1 миллиграмма серебра; использовали в качестве поглотителя цеолиты, пермутиты, кокс, шлак, цементный клинкер, древесный уголь, торф, древесную муку, сульфитную целлюлозу, стеклянный порошок, сульфид свинца, коллоидную серу, металлическую ртуть, гидроокись магния (В 1925 году в Одессе было извлечено 5 миллиграммов золота из 2 тонн воды), ионообменные смолы (А. Даванков, 1956 год). Однако золото продолжает интересовать человека. В морской воде на 11 главных ионов (СI — , SO 2\4 , НСО3 — , СО 2\3- , Вг — , F — , Н2ВО 3- , Nа + , Са 2+ , К + ) приходится 99,99 процента. Естественно эти сведения довольно приблизительные. На самом деле, морская вода представляет собой сложный комплекс ионных и коллоидных растворов, минеральных взвесей, газов, органических остатков, живых организмов. Кроме того, на состав морской воды влияют отходы производства. Так, содержание свинца выросло в 10 раз за последние полвека. Появились особые районы — «оазисы металлов».
Добыча прочих металлов
В 1948 году шведское судно «Альбатрос» обнаружило в Красном море донные источники горячих металлоносных рассолов. Детальными работами, проводимыми на судне «Дискавери», в 1966 году установлены три крупные впадины глубиной более 2 километров, где встречены рассолы с температурой до 56°С и концентрацией солей 26 процентов.
В пласте мощностью 200 метров во впадинах Атлантис II, Чейн и Дискавери в десятки тысяч раз повышены содержания железа, марганца, цинка, свинца, меди, золота, серебра, индия, кобальта, кадмия, мышьяка, ртути. На дне впадин в осадках обнаружены высокие концентрации сульфидов. Эти осадки подстилаются безрудными карбонатными породами, под которыми залегают базальты. Начало отложения руд — 13 тысяч лет назад. Установлено, что с 1964 года температура рассолов повышается. Так, в 1973 году она достигла 62° С.
Рудоносные илы уже оценены в кубометрах, в тоннах и в долларах, но до практического использования месторождении необычного типа, видимо, далеко. В Тихом океане на площади свыше 2 миллионов квадратных километров также установлены металлоносные осадки, связанные с зонами разломов и подводными вулканами. Их практическое значение пока неясно.
По самым оптимистическим подсчетам запасов урана на суше около 5 миллионов тонн (без стран СНГ), а в Мировом океане содержится 4 миллиарда тонн этого элемента.
Поиски сорбентов некоторых металлов дали неожиданные результаты: гидроокись титана сорбирует хром (коэффициент накопления 1 миллион), ванадий (100 тысяч), марганец, железо, медь, никель (10-100 тысяч). На ионитах сорбируется медь, а в опытах А. Даванкова и серебро (2,5 миллиграмма на 200 граммов сорбента). Уже испытаны сорбенты молибдена, цезия, тория, радия, рутения.
Оказалось, что полиэтиленовый сорбент осаждает за 20 дней 9/10 исходного количества индия, а хитозан (компонент панциря ракообразных и покрова членистоногих) сорбирует цинк, медь, кадмий, свинец и другие металлы. Интересно, что сама природа подсказывает метод технологии: ламинарии концентрируют йод и алюминий; радиолярии – стронций; моллюски – никель; омары и мидии – кобальт; осьминоги – медь; медузы – цинк, олово и свинец; голотурии – ванадий; некоторые вида оболочечников — тантал и ниобий. В асцидиях (подстил оболочечников) концентрация ванадия составляет 10 10 (металл входит в состав пигментной крови). Япония отказалась от импорта ванадия так как стала получать его из моря, используя, асцидий.
Золото из воды: как российские учёные добывают драгоценные металлы на отвалах техногенных объектов
Российские учёные разработали технологию извлечения золота и других ценных ресурсов из отвалов на местах добычи полезных ископаемых. Для этого достаточно погрузить простой сорбционный модуль из пластика и угольной сердцевины в скважину. Таким образом потенциально можно извлечь десятки граммов золота за сезон эксплуатации каждого модуля, утверждают исследователи. Технология прошла успешную проверку на объектах Горнозаводского района Пермского края.
Геологи Пермского университета (Пермский государственный национальный исследовательский университет, ПГНИУ) разработали простую технологию получения золота из горнопромышленных отходов. Об этом сообщает пресс-служба вуза.
Заброшенные отвалы горнопромышленных производств давно стали частью ландшафта Пермского края. Возраст некоторых из них достигает 250 лет. Они до сих пор хранят в себе тонны драгоценных металлов, а протекающие под ними техногенные грунтовые воды по-прежнему являются золотоносными.
Исследователи Пермского университета нашли способ добычи ценных ресурсов из таких вод с помощью сорбционных модулей — простых устройств, состоящих из перфорированного пластикового корпуса с сердцевиной из активированного угля.
- Сорбционный модуль из пластика и сердцевиной из активированного угля стоит 10 тыс. рублей вместе с установкой
- © Пермский государственный национальный исследовательский университет
Когда грунтовые воды проходят через такую установку, частицы металла накапливаются в сорбционной сердцевине. По окончании работы полученный сорбент извлекается и отправляется на переработку для «добычи» золота и других полезных компонентов.
«Плюсом такой технологии является возможность погружения ряда модулей на одном полигоне, что увеличивает эффективность добычи необходимого ресурса. За прошедшие 250 лет в России скопилось много техногенных отвалов с различными полезными компонентами, пригодными для извлечения», — рассказывает заведующий лабораторией Естественнонаучного института Пермского университета Виталий Брюхов.
Предложенная технология экономична, эффективна и не наносит вреда окружающей среде, отмечают пермские учёные.
- Установка сорбционного модуля в скважину на техногенном отвале
- © Пермский государственный национальный исследовательский университет
Каждый сорбционный модуль потенциально способен производить десятки граммов драгоценных металлов ежегодно, утверждают разработчики. Естественно, уровень добычи будет зависеть от концентрации металлических частиц в золотоносных водах отвалов. При этом стоимость одного модуля вместе с установкой составляет всего 10 тыс. рублей, сообщили в вузе.
Каждый модуль можно использовать на протяжении нескольких лет, периодически заменяя сорбент. Первые испытания были успешно проведены на техногенных объектах Горнозаводского района Пермского края в 2019—2020 годах.
Как сообщили в пресс-службе университета, в настоящее время новая технология проходит процесс патентования. В дальнейшем планируется тиражирование разработки и на другие существующие в России техногенные отвалы. В ближайших планах учёных — разработка промышленных фильтров для добычи ценных ресурсов из отходов горного производства.
Неприкосновенный золотой запас океана
Сто лет назад Фриц Габер предпринял попытку добывать золото из морской воды
Проект Фрица Габера закончился неудачей, как и все другие попытки аккумуляции золота из океана химическими методами, и до, и после него. Но мысль о добыче золота из морской воды не оставляет ученых: сейчас они делают ставку на моделирование процессов биоаккумуляции металлов морскими организмами. С золотом в обозримом будущем это вряд ли получится, но для некоторых тяжелых и переходных металлов шансы на успех уже появились.
Спаситель нации
Попытка Габера извлечь золото из морской воды в промышленных масштабах изучена историками науки вдоль и поперек. В апокрифическом варианте эта история гуляет по электронным энциклопедиям и соцсетям. Если коротко, дело было так. Движимый патриотическим долгом профессор Технологического института Карлсруэ Фриц Габер решил наладить процесс соосаждения золота из морской воды с сульфатом свинца и последующим извлечением из осадка драгоценного металла с тем, чтобы этим золотом Германия расплатилась по репарациям со странами, победившими ее в Первой мировой войне. Они требовали от Германии 132 млрд золотых марок (эквивалент 50 тыс. тонн золота), и взять такую сумму в 1920 году немцы могли разве что из Мирового океана. Во всяком случае, профессору Габеру, пообещавшему попробовать высосать эти тысячи тонн золота из морской воды, его соотечественники поверили сразу и безоговорочно.
Химик он был гениальный и удачливый, к тому же большой патриот Германии. Придумал, как получать аммиак в буквальном смысле из воздуха. В 1918 году ему присудили за это Нобелевскую премию по химии. А еще раньше, в 1913 году, в Германии по технологии Габера заработал первый завод по синтезу аммиака — как символ избавления от импортозависимости от чилийской и индийской селитры, которая лимитировала производство удобрений и взрывчатки в рейхе накануне великой войны. И в годы войны Габер внес неоценимый научный вклад в создание немецкого Wunderwaffe того времени — боевых отравляющих веществ. Ну как было не поверить в успех его нового патриотического предприятия, и ему поверили даже промышленники и банковский капитал. Немного помявшись, они все-таки вложились в его проект и финансировали на протяжении пяти лет, с 1922 по 1927 год.
Сам Габер тоже, без сомнения, верил если не в промышленный, то в научный успех своего проекта по извлечению золота из морской воды, иначе не взялся бы за него, рискуя репутацией ученого и добрым именем честного человека. Наверняка ему было известно про неудачную попытку Уильяма Рамзая, тоже нобелевского лауреата по химии (1904), сделать это в Англии. Знал он и про многочисленные патенты других менее титулованных химиков на добычу золота из морской воды, ни один из которых не был реализован на практике. И, конечно же, слышал про аферы жуликов, эксплуатировавших веру в науку неученого народа.
Самой яркой такой аферой прославился некий пастор из Новой Англии, который, по данным американских газет того времени, собрал с акционеров основанного им общества по аккумуляции золота из моря почти миллион долларов и сбежал с деньгами, оставив акционерам пару «аккумуляторов золота», которые при ближайшем рассмотрении оказались кастрюлями-скороварками. Рамзай, кстати, создал траст для добычи золота, причем это долгое время держалось в тайне, поэтому там обошлось без скандала, по крайней мере публичного. Таким образом, возникает вопрос: на что надеялся Габер, не считал же он всерьез, что кругом дураки, один он умный.
Аналитика подвела
Исходной ошибкой Фрица Габера была неверная оценка концентрации золота в морской воде, но то была не его вина. У Габера не было оснований не доверять десяткам, если не сотням серьезных научных работ, сделанных серьезными учеными, по измерению содержания золота в водах Мирового океана. Во всех этих исследованиях их авторы оценивали концентрацию золота в морской воде в интервале от 2 до 64 мкг/л, или, как сейчас принято писать в научных работах по геохимии микроэлементов,— от 2 до 64 ppb (parts per billion — частей на миллиард).
А это означало, что в одном кубометре (тонне) морской воды содержится от 2 до 65 мг золота. Не густо, как говорится, но зато это были гарантированные миллиграммы, а их источник был в буквальном смысле бездонный. Много позже стало известно, что еще в декабре 1919 года на торжествах при вручении ему Нобелевской премии в Стокгольме (чек на премию1918 года Габер получил только через год после заключения Компьенского перемирия) он имел беседу со Сванте Аррениусом (автором теории электролитической диссоциации) насчет перспектив извлечения золота из морской воды.
Нобелевский лауреат Аррениус, кстати, был одним из тех серьезных ученых, которые оценивали концентрацию золота в океане в микрограммовых количествах на литр воды и даже рассчитал общее содержание золота в Мировом океане — 8 млрд тонн, что при уровне ежегодной мировой добычи золота в то время в 500 тонн выглядело заманчиво. Экономические расчеты показывали, что расходы на довольно затратные процедуры предварительного концентрирования золота из огромных объемов морской воды и затем окончательного его соосаждения окупятся и из каждых 10 мг металла, извлеченных из тонны морской воды, 2 мг золота пойдут в прибыль.
Но все расчеты, как научные, так и бухгалтерские, пошли прахом, как только Габер приступил к осаждению золота из морской воды. Его в осадке практически не было по одной простой причине: концентрация золота в морской воде оказалась на три порядка меньше, чем предполагалось. В лаборатории Габера было проанализировано несколько тысяч проб воды из разных точек Мирового океана, но везде содержание золота было максимум на уровне тысячных миллиграмма на тонну воды.
С точки зрения морской геохимии Габер проделал важную и полезную работу — уточнил концентрацию золота в морской воде фактически по всей акватории Мирового океана. Результаты этой грандиозной работы он опубликовал в 1927 году в статье «Золото в морской воде» в одном из номеров немецкого «Журнала прикладной химии» (Haber, F. «Das Gold im Meerwasser». 1927. Zeitschrift fur Angewandte Chemie. 40 (11): 303–314). Но с точки зрения рентабельности свой проект ему следовало закрыть, что он и сделал в том же 1927 году.
Задним числом понятно, почему так получилось: аналитические методы измерения столь малых количеств вещества были несовершенны, столь же несовершенны были и методы выделения чистого вещества из смесей, не было возможности строго проконтролировать загрязнение анализируемого образца химическими реактивами и т. д. Помимо прочего Габер в ходе своего проекта во многом усовершенствовал методики микроанализа, но и после него с появлением принципиально новых методов и приборов — сначала пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии, а потом масс-спектрометрии — концентрация золота в морской воде каждый раз снижалась.
Когда Габер приступил к работе по извлечения золота из моря, концентрация этого металла в морской воде измерялась в ppb, когда он свернул свой проект — в ppt (part per trillion — частях на триллион), сейчас — в ppq (parts per quadrillion — частей на квадриллион). На сегодняшний день концентрация золота в морской воде оценивается в 10–30 ppq. Понятно, что за один век золота в морской воде не стало меньше в миллион раз, просто измерения его концентрации стали намного точнее. И в абсолютном выражении золота в океане, как это ни печально, на тот же порядок стало меньше: при средней концентрации 10 ppq его в Мировом океане всего-то 15 тыс. тонн, а не 8 млрд тонн, как считал Сванте Аррениус.
Золото Талмуда
Неудача Габера не остановила ученых, они и после его признания в невозможности добычи золота из морской воды упорно продолжали это делать. А чуть раньше публикации финальной статьи Габера в 1927 году 11 мая 1925 года газета The New York Times сообщила своим читателям: «Мечту об извлечении золота из морской воды возродил одесский профессор Талмуд, чьи эксперименты уже признаны достаточно успешными, чтобы побудить отдел технических наук Высшего совета народного хозяйства СССР предоставить в его распоряжение лабораторию и оказать содействие в материалах и средствах для дальнейшего изучения возможности развития процесса в экономически выгодном масштабе».
Фамилия Талмуд достаточно редкая даже в Одессе, но в те годы там было сразу два химика с такой фамилией — Давид Львович Талмуд и Израиль Львович Талмуд, родные братья, выпускники Одесского химического института на улице Коминтерна (б. Дворянской). Давиду тогда было 25 лет, его брату Израилю — 23 года, так что едва ли кто-то из них имел профессорское звание (хотя в те времена было возможно и такое). Сейчас трудно установить, кто из них добыл из моря близ Одессы столько золота, чтобы просить товарища Рыкова, возглавлявшего ВСНХ, дать ему лабораторию и грант на дальнейшие исследования. Но от «одесского золота» ничего, кроме заметки в NYT (и, вероятно, в советских газетах, откуда ее переписал американский корреспондент), в истории науки не осталось.
Наверное, это было к лучшему, иначе в деле Рыкова, Бухарина и прочих «правотроцкистов», осужденных и расстрелянных в 1938 году, могли фигурировать и братья Талмуды. А они прожили долгую и достойную жизнь. Старший, Давид, стал известным коллоидным химиком, основателем глобулярной теории строения белков, членом-корреспондентом АН СССР с 1934 года, лауреатом Сталинской премии, кавалером орденов Ленина и Отечественной войны. Младший, Израиль, пошел по производственной линии, дослужился до директора Волховского алюминиевого завода, откуда ушел на руководящую должность в ГКНТ, был награжден Ленинской премией за разработку технологии комплексной переработки нефелинового сырья на глинозем, сопродукты и цемент. Про золото из морской воды ни один из них больше никогда публично не упоминал.
Стальные зубы и латунные челюсти
Не успела окончательно растаять надежда на извлечение золота из морской воды химическими методами, как появилась новая идея. Она лежала, как говорится, на поверхности. Еще в викторианские времена, когда морская геохимия накапливала данные, двигаясь сплошным фронтом вширь и вглубь Мирового океана, стало известно, что некоторые металлы, которые в океане содержатся в следовых количествах, на грани тогдашних методов их обнаружения, морские организмы накапливают в своих тканях до миллиграммовых величин на килограмм живого веса. Иными словами, ученые вернулись на тот уровень содержания металлов в океане, который Габер счел рентабельным для морской добычи золота.
Разумеется, никто не собирался извлекать миллиграммы золота из планктона, бентоса и рыб, сжигая их тоннами, да и золота в них в таких количествах не было, а были железо, никель, кобальт и другие металлы, которые не представляли такого интереса, чтобы искать иной способ их добычи взамен традиционной металлургии. Прицел был другой: детально изучить процесс биоаккумуляции металлов гидробионтами, а потом смоделировать его в промышленных масштабах применительно к золоту.
Насколько популярна эта идея была в предвоенные годы говорит хотя бы то, что она попала на страницы фантастического романа Григория Адамова «Тайна двух океанов», который вышел в 1938 году. Там сын советского дипломата пионер Павлик предельно четко формулирует задачу, которую надо решить Цою, химику подводной научной экспедиции и секретарю комсомольской ячейки на подлодке «Пионер»: «Эти проклятые моллюски высасывают из морской воды золото. Мы их заставим высасывать это золото для нас! Мы их превратим в фабрики золота! В советские фабрики золота!»
К сожалению, эта задача была в те годы невыполнима даже для секретаря комсомольской организации и еще долго оставалась таковой для менее социально ответственных ученых. Сдвиг наметился только в 1960-е годы, когда Кеннет Тоув и Хайнц Ловенстам из Смитсоновского института (США) обнаружили у морского моллюска криптохитона Стеллера настоящие металлические зубы, точнее зубцы на радуле, ротовой терке, которой моллюск соскребает с камней на дне обрастания — его обычную пищу. А если еще точнее, то металлическими были не сами зубцы, которые состоят, как и наши зубы, из фосфатов кальция, а кончики зубцов. На микрофотографиях, сделанных учеными, было видно, что на кончики зубцов моллюска словно каким-то сказочным дантистом надета стальная коронка из магнетита (FeO·Fe2O3) с острым концом и режущими краями.
Хитоны — одни из самых древних и примитивных моллюсков, панцирь на их спине состоит из пластин, сочлененных подвижно, как у броненосца, и они могут, как те же броненосцы или ежики, сворачиваться шариком. Криптохитон Стеллера, довольно крупное существо длиной до 40 см и весом до 2 кг, водится в американских прибрежных водах от Калифорнии до Аляски, у нас — от Камчатки до Японии. Люди его ловили и поедали тысячи лет, пока не задумались: как же сами хитоны не ломают себе зубы, если в буквальном смысле грызут камни. Результат этого любопытства оказался впечатляющим.
Потом железные терки обнаружились у других моллюсков-детритоедов, например у морских блюдечек. Они водятся и в морях, и в пресных водах, их панцирь похож на коническую шляпу китайского или вьетнамского крестьянина. Только у них «коронки» на зубах не магнетитовые, а из другого минерала — гетита (FeOOH). Хорошо изучен и процесс минерализации радулы моллюсков железом. Ее внутренний, погруженный в ткани глоточной стенки конец, где формируются молодые зубцы, прозрачен и целиком состоит из органического вещества. По мере того как старые рабочие зубцы снашиваются, новые передвигаются наружу, приобретают сначала красновато-коричневую окраску, а затем становятся черными и блестящими — железными.
Вскоре металлические челюсти, только не железные, а латунные, обнаружили у многощетинковых червей глицерид ученые из лаборатории Морской биологической ассоциации Великобритании в Плимуте. Глицериды, крупные хищные черви размером до полуметра, питаются донными рачками-бокоплавами. При поимке жертвы глицерида выворачивает глотку, образуя мускульный хоботок, на конце которого обнажаются четыре симметричные челюсти черного цвета, похожие на крючки. Они захватывают рачка и, сдавливая его, прокалывают его хитиновый панцирь. В тело жертвы впрыскивается яд, а затем глотка с умерщвленным бокоплавом втягивается внутрь. Понятно, что и в этом случае в эволюции шел отбор на особо прочные кончики челюстей, способные проколоть довольно прочный хитиновый панцирь жертвы. Как показал химический анализ и микрофотографии срезов челюстей, на их кончиках тоже были металлические чехольчики практически из чистой меди с легирующей добавкой цинка, то есть настоящие латунные коронки.
Молекулярная металлургия
Железные зубы моллюсков и латунные челюсти полихет — самые любопытные примеры морской «биометаллургии», но примеров накопления металлов гидробионтами на сегодня известно уже множество. Например, «медные» жабры сидячих многощетинковых червей из семейства амфаретид, черви прикреплены к дну и убежать от рыб, которые откусывают их торчащие наружу жабры, не могут, зато могут накопить в жабрах медь до ядовитого для рыб количества. Или асцидии, которые в клетках ванадоцитах в целомической жидкости (аналоге крови высших животных) накапливают ванадий до концентрации в миллион раз выше, чем в морской воде. И так далее.
При этом природа снабжает моллюсков железными зубами, а полихет — латунными челюстями без сопутствующей разведки и добычи руды, ее обогащения, доменных печей, литья и прочих энергоемких горных и металлургических технологий, а тихо, незаметно, без видимых усилий. Как именно, это и пытаются выяснить ученые. Ведь помимо прочего океан в отличие от наземных рудных месторождений — возобновляемый источник металлов.
Сегодня впервые после проекта Габера это направление науки переживает ренессанс, исследования ученых снова финансируются, а они со своей стороны в заявках на гранты рисуют такие заманчивые картины практического использования их результатов в будущем, до каких не додумался бы не только Павлик, но даже секретарь партийной организации подводной лодки «Пионер». Вот только до реализации морской металлургии хотя бы в лабораторных условиях пока, увы, далеко.
С недавних пор биоаккумуляцией металлов заинтересовались молекулярные биологи, которые сейчас исследуют транскриптом тканей радулы хитона. На первом этапе им удалось выяснить, что наиболее экспрессированные транскрипты на неминерализованных участках содержат гены ферритина, а на минерализованных — ферменты митохондриальной дыхательной цепи. Также исследователи выделили 22 белка в минерализованной области, среди которых был обнаружен один совершенно новый — RTMP1. Именно эти белки и станут предметом дальнейших исследований минерализации оксида железа у хитонов. А пока самым важным из белков, участвующих в процессе минерализации, считается ферритин, который формирует белковую клетку-ловушку, в которой помещается до 4500 атомов железа в форме минерала магнетита.
Что же касается золота, то оно биологически инертно и в процессах биоаккумуляции не замечено. Вроде бы есть данные насчет каких-то видов бактерий, копящих золото, но они требуют проверки, после истории с золотом Габера подобные вещи воспринимаются критически.
Читайте также: