بیوتکنولوژی در صنعت معدن

بیوتکنولوژی در صنعت معدن

اسلاید 1: دانشگاه آزاد فلاورجانبیوتکنولوژی در صنعت معدناستاد مربوطه:دکتر بهشتی مآلتهیه کننده:زهراالسادات میرمحمدیشماره دانشجویی:850092330

اسلاید 2: ذخایر بین المللی سنگ معدن درجه بالا درحال کاهش است با توجه به افزایش سریع تقاضا برای فلزات شکل استخراج عادی این است که بازیایی فلزات از سنگ معدن رتبه دهی نشده است هم چنین شکل بزرگ دیگر آلودگی زیست محیطی است به خصوص در مورد موائد زائد که سمی هستند. قطعاً بیوتکنولوژی انقلابی ترین راه حل برای این مشکل است در مقایسه با مهندسی مواد در نتیجه محصولات بیوتکنولوژیکی این فرایندها درنهایت در محلول آبی است که بیشتر تمایل به مهار زبالۀ گازی هستند.سنگ شویی باکتریالاستخراج فلزات از سنگ معدن با استفاده از میکروارگانیسم هاست. تکنولوژی میکروبی راهکارهایی ارائه می دهد برای استخراج صنعت معدن در زمانی که منابع معدنی مرغوب درحال نایاب شدن است.چرا باکتریال Leaching

اسلاید 3: بعضی باکتری ها قادر به اکسیداسیون ترکیبات گوگرد به اسیدسولفوریک هستند مثلاً کنسر مسیری متشکل از میکروارگانیسم ها یعنی Loptospirillom ferrooxidansc Acidithiobacillvs ferrooxidans: Acidithiobacilhs thiooxidans باکتری های گوگردی از جمله Sulpholobus brierleyi, sulpholobus thermosuiphidans شناخته شده است که در bioleaching نقش داشته باشد.نقش مهم در فرآیندbioleaching – شستشو برعهدۀferrooxidans Acidithiobacillus است که acidochemoatotrophic است که توانایی منحصربه فرد در اکسیداز آهن به ترکیبات دارای آهن و گوگرد وکاهش ترکیبات گوگرد به اسید سولفوریک را دارند که منجربه سنگ شویی اکسیدفلزات از سنگ معدن آنها و نمک یا استرسولفیدهیدروژن می شود که برای انجام عملیات تصفیه خاک بازرگانی استفاده می شوند. واکنش کلی اکسیداسیون نمک یا استرسولفیدهیدروژن معدنی درگیر در تصفیۀ خاک به صورت است که M دوظرفیتی است. میکروارگانیسم های قابل استفاده :

اسلاید 4: دومکانیسم عمده از تصفیه به وسیلۀ شستشو باکتریایی وجود دارد یکی شامل چرخه دارای ترکیبات آهنی است(مکانیسم غیرمستقیم) و یکی شامل تماس فیزیکی با ارگانیسم غیرمحلول نمک با استرسولفیدهیدروژن است (مکانیسم مستقیم) که واکنش به واسطه Acidithiobacillvs ferrooxidans انجام می گیرد.سنگ شویی سولفات های دارای ترکیبات آهن سنگ شویی غیرمستقیم نامیده می شود. گوگرد عنری تولید شده توسط سنگ شویی غیرمستقیم است که می تواند توسط Acidithiobacillvs ferrooxidans به اسیدسولفوریک تبدیل شود، این اسید سولفوریک باعث حفظ PH مطلوب برای رشد باکتری باشد هم چنین در تصفیۀ خاک مؤثر است.درمکانیسم مستقیم تصفیه خاک توسط باکتری ها چسبندگی بر مواد معدنی ایجاد می شود قبل از حمله آنزیم های میکروبی

اسلاید 5: تصفیه به وسیلۀ شستشو با یک تکنیک انقلابی باکتریال برای استخراج فلزات مختلف سنگ معدن استفاده می شود. روش های سنتی استخراج مثل آتش است که بسیارفشرده است و انرژی زیادی برای غلظت بالایی از عنار موجود در سنگ معدن نیاز می باشد که دراین روش از صافی گذراندن باکتریال با غلظت کم امکان پذیر است و نیاز به انرژی کمی دارد و بازده استخراج بیش از 90% است.نتایج

اسلاید 6: استخراج مس در معادن مس از جمله معدن سرچشمه به روش گداخت صورت می گیرد که منجر به آزادشدن مقدار زیادی گاز دی اکسید گوگرد می شود. این گاز تأثیرسوئی بر پوشش گیاهی منطقه و همچنین برPH خاک دارد و منجر به حلال بودن کاتیون های بازی در خاک می گردد. وجود این گاز در هوا نیز از طریق تولید باران های اسیدی خسارت جبران ناپذیری بر منطقه وارد می کند. امروزه استفاده از میکروارگانیزم های گوگردی کمولیتوتروف و مزوفیل مثل تیوباسیلوس ها در استخراج فلزاتی چون مس، آهن، اورانیوم و نیکل معروف به پدیده استخراج میکروبی در کشورهایی مانند استرالیا، کانادا، شیلی، چین، پرو و ایالات متحده امریکا، به ویژه درسنگ هایی که دارای عیار کم هستند تا حد زیادی جانشین روش های گداخت استخراج فلزات شده است.مزیت این روش علاوه براهمیت اقتصادی آن در بازیافت فلزات از سنگ های کم عیار، جلوگیری از تبدیل ترکیبات گوگردی موجود در خاک معدن به دی اکسید گوگرد و هیدروژن سولفوره است که هردو از آلاینده های محیطی هستند.سرآغاز

اسلاید 7: بیشتر کارهای انجام شده بر روی سنگ های معدن مس در حالی صورت گرفته که فقط نقش یک باکتری بررسی شده است ونقش و تأثیر متقابل باکتری ها که عموماً در محیط های طبیعی ممکن است به صورت مخلوط وجود داشته باشند کمتر مورد توجه قرارگرفته است.باکتری ها کمولیتوتروف گوگردی TT وTF هوازی اجباری، میله ای شکل، گرم منفی و دارای فلاژله قطبی اند و تشکیل اسپور نمی دهند. در محدودۀ PH 5/1 تا 5/4 بهترین رشد را دارند و بهینۀ فعالیت آنها در دمای 25-30 درجۀ سانتیگراد است. منبع ازت موردنیاز آنها نمک های آمونیوم و نیترات است. این باکتری ها انرژی موردنیاز خود را از اکسیداسیون سنگ معدن کوولیت(CuS) و تبدیل آن به مس محلول و گوگرد عنصری به دست می آورند.دراین مطالعه میزان فعالیت دو باکتری TT وFT که توسط مرکز تحقیقات جداسازی شده بودند به صورت مخلوط و همچنین جداگانه بر روی سه نوع خاک کم عیار معدن مس سرچشمه (2/0، 3/0 و 4/0) بررسی شد. به منظور بررسی کمی فعالیت باکتری ها در جداسازی کاتیون مس ازگوگرد عنصری، مقدار مس آزادشده نیزبا روش شیمیایی جداسازی و اندازه گیری شد. به علاوه، همزمان با فعالیت باکتریها رشد باکتریها نیز از طریق شمارش آنها کنترل گردید.

اسلاید 8: نتایج حاصل از اندازه گیری مقدار کاتیون مس در محلول های محتوی سه تیمار باکتریایی در هر سه نوع خاک نشان می دهد که فعالیت باکتریTF به طورمعنی داری بیشتر ازTT است و در مخلوط دوباکتری نیز مقدارکمتری مس نسبت به باکتریTF درحالت تنها آزاد شده است. منحنی های مربوط به آزادسازی مس درهرسه خاک وبا تیمارهای TFو مخلوط دو باکتری، شکل مشابهی دارند. به طوری که تاروزسی ام این میزان روند عودی دارد وپس از آن ثابت می ماند.نتایج حال از اندازه گیری میزان گوگرد تخلیص شده، تفاوت آشکاری را بین مقدار گوگرد آزاد شده در تیمار باکتریTF با دو تیمار دیگر نشان می دهند.همچنین مقدار سولفوریک اسید تولید شده در پایان آزمایش در محیط کشت مخلوط دو باکتری بیش از دو تیمار دیگر است.شمارش تعداد باکتری ها نیز در تیمارهای مختلف افزایش تعداد این میکروارگانیسم ها را همزمان با فعالیت آنها نشان می دهد.یافته ها

اسلاید 9: احداث کارخانه های استخراج فلزات با استفاده از باکتری های شیمیوسنتز کننده علاوه براینکه موجب رونق اقتصادی است به عنوان یک صنعت سالم محیط زیستی، ضمن جلوگیری از آلودگی ها از هدررفتن مقادیر زیاد گوگرد به صورت و فلزات کمیاب نیز ممانعت می کند. دراین صنعت تنها با وجود باکتری، آب وهوا و مقدارکمی محیط کشت می توان عنار موجود در سنگ معدن فلزی از جمله مس را استخراج کرد. ازآنجا که باکتری های شیمیوسنتز کننده، جنس ها و گونه های متفاوتی دارند، شناسایی میزان فعالیت هرکدام از این تاکسون ها می تواند راه گشای فعالیت های صنعتی دراین زمینه باشد.براساس نتایج به دست آمده از فعالیت دو باکتری TFوTT توانایی TF در آزادسازی مس مشخص می شود، هم چنین نتایج نشان می دهد که باکتریTT این توانایی را ندارد. اما زیادشدن میزان اسیدسولفوریک در محیط کشت محتوی باکتریTT نشان می دهد که این باکتری توانایی تولید اسید را از طریق اکسیداسیون گوگرد عنصری داراست و از این رو می توان پیش بینی کرد که در کشت مخلوط دوباکتری، گوگرد حال از فعالیت باکتریTF را نیز تبدیل به اسید کند. بحث ونتیجه گیری

اسلاید 10: فعالیت باکتریTF سبب می شود که ضمن آزادسازی مس از کوولیت(CuS)، گوگرد موجود نیز به صورت گوگرد عنصری آزاد و روی سطوح ذرات خاک رسوب کند ودراین صورت پس از اشغال سطوح خاک به وسیلۀ گوگرد و نیز باکتریTT در کشت مخلوط، باکتریTF نتواند تماس بیشتری با خاک داشته باشد که این موضوع باعث کاهش فعالیت آزادسازی مس به ویژه در کشت مخلوط نسبت به کشت خالص TF می شود.درصورت فراهم بودن شرایط ایده آل تماس باکتریTF با ذرات خاک، میزان آزادسازی مس توسط این باکتری ها درکشت مخلوط نیز کمتر از کشت خالص نخواهد بود.باکتریTT در آزادسازی مس نقش ندارد و فعالیت آن بر روی اکسیداسیون گوگرد حاصل از فعالیتTF است که منجربه تولید اسید می شود. از طرف دیگر باکتریTF ضمن آزادسازی گوگرد ومس می تواند مقداری از گوگرد را به اسید تبدیل کند. این نتایج پیشنهاد می کند که می توان فقط با وجود باکتریTF مس و گوگرد را به دست آورد؛ همچنین این باکتری محیط اسیدی لازم برای فعالیت خود را فراهم می کند.

اسلاید 11: اگر هدف فقط استخراج مس و گوگرد عنصری باشد، می توان دراین مرحله از طریق الکترولیز و استفاده از حلال گوگرد این دو ماده را جداکرد، اما اگر هدف تبدیل مقدار گوگرد بیشتری به اسید و در نهایت تولید کودهای شیمیایی مربوط باشد، لازم است یا درکشت مخلوط دو باکتری و اسید موردنظر را در کشت های متوالی که به ترتیب حاوی TF وTT باشند، به دست آورد. مقدار مس آزادشده توسط فعالیت باکتری ها همیشه با مقدار اسیدسولفوریک تولید شده و یا گوگرد استخراج شده همبستگی خطی مثبت نداشته است.چنانکه کالکوسیت(Cu2S) و کوولیت(CuS) هریک می توانند منشأ مقدار متفاوتی از اسید تولید شده باشند. همین وضعیت علت تفاوت در میزان گوگرد استخراج شده در محیط کشت باکتری ها را توضیح می دهند. باکتری می تواند در عیارهای متفاوت از کالکوسیت(Cu2S)، کوولیت(CuS) و یا گوگرد برای تأمین انرژی، استفاده کند و واکنش های اکسیداسیون را بسته به تراکم مواد موجود در محیط انجام دهد که موجب تفاوت در میزان محصولات تولید شده خواهد بود.

اسلاید 12: درمورد چگونگی انجام واکنش های استخراج میکروبی دو نظریه وجود دارد. نظریۀ اول به این مسئله معتقد است که باکتری مستقیماً به خاک معدن حمله می کند وبا اکسیده کردن فلز مربوط الکترون موجود را رف واکنش های احیایی درغشای خود و در نتیجه تأمین انرژی موردنیاز خود می کند(استخراج میکروبی مستقیم). نظریۀ دوم براین اساس مبتنی است که باکتری با اکسیده کردن آهن فروموجود در محیط کشت پایه و تبدیل آن به آهن فریک و استفاده از الکترون آن خلاء الکترونی ایجاد می کند ودر نتیجه مس و یا آهن فرو موجود در سنگ معدن را به طور غیرمستقیم اکسیداسیون القایی و سپس آن را آزاد می کند(استخراج میکروبی غیرمستقیم). نتایج حاصل از تحقیق حاضر بیشتر نظریه اول را تأیید می کند که درآن سطوح تماس ذرات خاک توسط گوگرد حاصل پوشیده می شوند. این وضعیت می تواند راهگشایی برای استفادۀ باکتری ها در استخراج فلز از سنگ های معدن با عیار بالا باشد.می توان پیش بینی کرد که در شرایط غیرصنعتی موجود دراین تحقیق، تعداد باکتری های تولید شده در کشتهای با عیار مختلف، متفاوت باشد.

اسلاید 13: همان طور که از نمودارها برمی آید در عیار کم سنگ معدن، امکان تماس باکتری ها با سطوح بیشتری از خاک به نسبت مقدار مس موجود میسر بوده است تا خاک های با عیار بالاتر که درنتیجۀ آن میزان اشغال سطوح خاک در عیارهای بالا تا نسبت کمتر و در نتیجه فعالیت و تعداد باکتری ها به همان نسبت پایین تر آمده است. روش استخراج میکروبی فلزات می تواند در استخراج فلزات از معادن موجود در بازیافت فلزات کمیاب که عموماً در پسماندهای صنعت ذوب مس یافت می شوند مورد استفاده قرار گیرد.جداسازی گوگرد با ماده آلیCS2 می تواند راهگشایی برای جلوگیری از آلودگی گوگردی و نیز استخراج این ماده شود، موجب خواهد شد پساب حاصل از استخراج میکروبی فلزات نیز پس از جداسازی گوگرد به طور جداگانه با باکتری های مربوط تیمار و فلزات کمیاب و ارزشمند آن از این طریق به دست آید. سنگ معدن مس به جز سنگ های گوگردی معمولاً محتوی مقداری سنگ های اکسیدی مس است که برای استخراج مس از این سنگها لازم است واکنش های موردنیاز با افزودن مواد شیمیایی دیگر مورد تحقیق قرار گیرد.

اسلاید 14: منابع:[1] R Acharya, Bacterialleaching: a potential for developing countries, Genetic Engineering and Biotechnology Monitor, Vol. 27, pp.57-58, 1990.[2] HlEhrlich, Geomirobiology, 4th Ed. Marcel Dekker, New York, 2002.[3] JHaddadin, C Dagot and MFick, Models of bacterial leaching, Enzyme and Microbial Technology, Vol. 17, pp.209-305, 1993.[4] DERawlings, Heavy metal miningusing microbes, Annual Review of Microbiology, Vol. 56, pp.65-91,2002.