- فرآيند بيوليچينگ
- تعريف
بيوليچينگ
روشي براي استفاده از ميکروارگانيسم ها براي جدا کردن فلزات باارزش از کانسنگ مي باشد.
مخصوصاً براي بازيافت فلزات با عيار پايين مانند طلا استفاده مي شود.
بيوليچينگ کاني هاي سولفيده روشي صنعتي براي بازيافت طلا از کانسنگ پيريت
آرسنيکي و بيوليچينگ مس مي باشد.
کانسنگ
در تماس با ميکروارگانيسم انتخابي سولفور اکسيده قرار مي گيرد. سولفور
شامل ترکيبي ازميکروارگانيسم هاي قبلي، در طول يا بعد از تماس با اسيد
سولفوريک براي ليچينگ فلزات از کانسنگ مي باشد. در اين صورت کانسنگ به شکل
محلول در مي آيد. فلزات مي توانند از مايع غني از فلز جدا شوند.
ليچينگ
ميکروبيال کانيهاي سولفيدي (پيريت و آرسنوپيريت) به منظور بازيابي طلا به
خواص فيزيکوشيميايي بيوشيميايي و ژنتيک اجزاء شامل باکتريهاي (سولفوبوس و تيوباسيلوس)، برمي گردد.
جزئيات
شيمي اسيد و ليچينگ
بيولوژيکال پيريت و آرسنوپيريت که اغلب به صورت کمپلکس هستند، در واکنش
شناخته شده نيست. از مهمترين عوامل مؤثر در اين فرآيند بيوليچينگ ميتوان
به PH، پتانسيل احياء، دماي
تعادل، ثابت تعادل، سولفور فلزات واپتيم کردن فعاليت باکتريها اشاره کرد ، در اين
فرآيند باکتريها، گوگرد کانيها را با اکسيداسيون محلول حذف مي کنند و طلا
با محلول سيانيد استخراج ميشود.
در
فرآيند تانک ليچينگ، شرايط خاصي براي کاني هاي حذف کننده ماده معدني طلا وجود دارد
که اغلب اين کانيها شامل پيريت-آرسنوپيريت و يا هردو هستند.
بازيابي
طلا توسط استخراج و سيانوراسيون کانيها اغلب آرام و لازمه برخورد بيشتر است که
اين روش با ليچينگ تحت فشار و ليچينگ بيولوژيکال انجام ميشود.
- مکانيسم ليچينگ
انحلال
باکتريايي سولفيدي فلزات، در بيوليچينگ شامل باکتريهايي مانند فرواکسيد
تيوباسيلوس، فرواکسيد لپتوسپيريلوم، تيواکسيد تيوباسيلوس، نمونه هاي
سيلفولوبوس مي باشد. اين ميکروارگانيسم ها انرژي براي بقاي خود را بوسيله
اکسيده کردن قسمت هاي سولفيده کانيها و يون هاي فروس بدست مي آورند. انحلال باکتريايي
کانيهاي سولفيده شامل دو مکانيزم مستقيم و غيرمستقيم مي باشند.
در طول
ليچينگ مستقيم، باکتريها خود را به بلورهاي فلزات سولفيده درون سنگ مي چسباند. در
مدت فعاليت بيوشيميايي که به نام اکسيداسيون شناخته مي شود، باکتريها
بلورهاي سولفيده فلزي را تغيير داده و به صورت محلول سولفات که فلزات در آن حل
شده اند، درمي آيند.
در طول
ليچينگ غيرمستقيم باکتريها به تماس مستقيم با سطح کاني ها نيازي ندارند.
نقش باکتريها، اکسيده کردن مجدد آهن هاي فرو و تبديل به فرم فريک همانند
عناصر سولفوري اکسيده شده است که در بعضي از نمونه ها تشکيل شده اند.
سپس آهن فريک به صورت شيميايي کانيهاي سولفيده را اکسيده کرده و آهن فروس
توليد مي نمايد. باکتريها تنها اثر کاتاليزوري داشته و باعث سرعت بخشيدن
به اکسيداسيون مجدد آهن فروس به فريک شده که در صورت عدم وجود باکتريها
بسيار آهسته انجام خواهد شد.
ممکن
است اغلب کانيهاي طلا شامل مقداري نقره باشند، معمولاً فلزاتي که
به صورت کمپلکس هستند، مثلاً نقره، ميتواند با محلول سيانيد ليچ شود و
در هنگام بازيابي طلا معمولاً نقره آن آزاد مي شود و اين مسئله مشکل
ساز مي شود. هرچند که به علت اختلاف قيمت طلا و نقره، نقره جزء
پارامترهايي است که در پروسه بازيابي طلا مؤثر است.
اگر طلا
از کانسنگ بوسيله ليچينگ سيانيد بازيابي شده باشد، يک PH مناسب لازم دارد تا به صورت سيانيد هيدروژن درآيد.
استفاده از تيواوره معمولاً استفاده از سيانور را کاهش ميدهد ولي معمولاً
از لحاظ اقتصادي به صرفه نيست، بيوليچينگ شامل مقادير فلزاتي است که
ميتوانند با آهن بازيابي شوند.
پيريت و
آرسنوپيريت از جمله موادي هستند که خواص شبيه به هم دارند ولي نرخ
اکسيداسيون پيريت و آرسنوپيريت متفاوت است، اکسيداسيون آرسنوپيريت
سريعتر شروع ميشود و اکسيداسيون آرام با اسيدسولفوريک بيشتري شروع ميشود،
مشکل مهم ديگر، اضافه کردن کربن آلي به ماده معدني است.
اگر
ماده معدني حاوي بيش از 15/0 % مواد کربني باشد در طي فرآيند مقداري که با سيانيد
طلا کمپلکس ميدهند کم است.
حلاليت
مناسب دراين واکنش شامل ¯FeHso4 و FeHso4¯² و FeHso4 وAS(oH)3 نسبت به
سنتيک است. ليچينگ باکتريايي ميتواند با توسعه مدل هاي سنتيک واکنش بهينه
شود و مدل هاي مختلف با کنسانتره پيريت و آرسنوپيريت که در داخل آرسنوپيريت
است، نشان داده شده است، نرخ اکسيداسيون آرسنوپيريت سريعتر از اکسيداسيون
پيريت است. بنابراين اکسيداسيون سولفيدها را نميتوان مانند سيستم هموژن با نمونه خطي بين
اکسيداسيون سولفيدها و آزادي گوگرد نشان داد.
- دما
دما
پارامتري است که در فعاليت متابوليکي و سرعت ثابت واکنش اثر دارد.
اثردما روي اکسيداسيون آرسنوپيريت مشخص نيست. محدوده دمايي براي
مسوسولفيليک و اسيدوفيليک تيوباسيل ها بين 4 تا 40 درجه است، اما بهترين
ميزان آن در حدود 23_28 است.
ليچينگ
به صورت تانک اغلب براي ليچينگ باکتريايي کنسانتره ها زير رنج عمل کنترل،
انجام مي شود. درحال حاضر بيشتر مکان ها از سوي باکتري مسوفيليک اشغال
شده است.
- عملکرد باکتري ها
پرورش
باکتري ها در دماي بين 45 تا 60 درجه، در PH پايين تر از 2 و ميزان هواي کافي امکان پذير است. اين
واکنش ها به دو صورت مستقيم و غيرمستقيم استفاده مي شود، در روش مستقيم
باکتري ها به کاني هاي سولفيده مي چسبند و اکسيدهاي آهن و سولفور در
کانيهاي يون هاي فلزي در داخل محلول آزاد مي شوند. در روش غيرمستقيم
باکتريها به کاني هاي درگير حمله کرده و در فرآيند اکسيداسيون باعث تبديل کاني هاي
فروس به فريک مي شود.آهن فريک عامل اکسيداسيون قوي بوده و به کاني هاي سولفيدي حمله
مي نمايد.
- فوايد و زيان هاي بيوليچينگ
از
گذشته تا به حال فرآيند سيانوراسيون يون هاي آلوده کننده محيط زيست را توليد
ميکرده است. فرآيند حذف بيولوژيکي با چرخش باکتريها اغلب براي کم عيار
کردن سيانيد و تيوسيانيد در آسيا استفاده مي شده است.
ممکن
است شرکت هاي معدني قادر به استفاده از بيوليچينگ به عنوان روشي براي بهره
برداري از کانسنگ هاي عيار پايين و يا ذخايري که در مناطق دوراز دسترس
واقع شده اند، باشند ولي درهر صورت روشي بسيار گرانقيمت به شمار مي رود.
بيوليچينگ داراي مضرات زيست محيطي کمتري نسبت به روش هاي سنتي استخراج
است، که اين به علت مصرف پايين انرژي و عدم توليد So2 در طول فرآيند مي باشد.
مشکلاتي
هم با فرآيند بيوليچينگ موجود است، مانند سرعت کندتر استخراج بيوليچينگ
نسبت به تکنيک هاي قديمي که ممکن است قيمت را افزايش دهد، همچنين در اين
روش تمام کانسنگ ها نمي توانند بيوليچ شوند فقط کانسنگ هاي سولفوره بيوليچ
مي شوند.
بسياري
از فلزات باارزش
موجود در ذخاير طبيعي جهان در لايه هاي عميق کانسارهاي سولفيده قرار
گرفته اند. امروزه معدنکاران جديد، سنگ را از قسمت هاي عميق خارج کرده و
آنها را به صورت توده هاي چند ميليون تني انباشته مي نمايند. آنها کاني
هاي باارزش مانند طلا را شستشو مي دهند. اما کمتر از 40 درصد از فلزات
در اين توده ها بازيافت مي شود.
محققان
در شرکت Idaho
National Engineering و آزمايشگاه محيط زيست بر روي تسريع بازيافت
ميکروبي فلزات
از کاني هاي سولفيده عيار پايين تحقيق کردند. آنها سلامتي يک جامعه ميکروبي
را در معدنکاري توده اي بررسي کردند و به ديگر شرکت ها توصيه کردند که بازيافت ليچينگ را
توسعه داده و يا آغاز نمايند. در آزمايشگاه، محيط توده اي کانسنگ را دستکاري
کردند و حدود 40 تا 50 درصد فلز را از کانسنگ سولفيده بدست آوردند، و توليدات را چندين
ميليون دلار افزايش دادند.
- انواع بيوليچينگ
دو روش
معمول بيوليچينگ
وجود دارد، يکي تانک بيوليچينگ و ديگري بيوليچينگ توده اي است. روش دوم
شامل قرار دادن توده اي کانسنگ خرد شده و ريختن محلول اسيد سولفوريک شامل باکتري ها و مواد
مغذي روي آنها بوده است. سپس جريان هاي انحلالي به درون ذخيره ها هدايت شده و مجدداً بر
روي ذخيره ها پخش مي شوند. هنگاميکه اين محلول به اندازه کافي غني شد،
فلزات درون آن جدا مي شوند.
کشور
کانادا اولين کشوري بود که تحقيقات درمورد بيوليچينگ را در دهه هاي 1970 و 1980 آغاز
کرد. گرچه شرکت هاي معدني کانادايي نسبت به کاربرد تکنولوژي بيوليچينگ
به علت ثابت نشدن استفاده از اين تکنولوژي در آب و هواي سرد، علارقم
موفقيت بسياري از کشورها، بي ميل بودند.
گرچه هر دو
نوع اکسيداسيون باکتريايي و فاقد باکتري بر خواص طلا و مس طرح ريزي شده
است، اما ترکيب آنها در استخراج نيکل هم استفاده مي شود. فرآيند بيوهيپ،
کانسنگ هاي خردشده را به منظور آماده کردن خرده سنگ هاي ريز و مراحل
تمرکز که نياز به تکنيک هاي اکسيداسيون باکتريايي دارد، فراهم مي نمايد.
ديگر
شکل مهم بيوليچينگ، تانک متحرک است. با توجه به نام اين فرآيند بدون نياز به توضيح،
به فرآيندي گفته مي شود که نياز به تانک هايي که تحت تأثير هوازگي قرار
گرفته اند، و معمولاً در سري هايي مرتب شده اند. در اين روش رآکتور مي
تواند در جريان با دبي ثابت عمل کند و کانسنگ تازه به تانک اول اضافه شود و
هنگاميکه اين جريان به تانک آخري رسيد، کانسنگ حذف مي شود. کانسنگ معمولاً خرد شده و به اندازه
هاي بسيار کوچک درمي آيد و باقيمانده هاي جامد در مواد مايع معلق
مي شود.