BIOBÁNYÁSZAT

1. BIOBÁNYÁSZAT Thiobacillus ferrooxidans

2. Bányászat • Nagyon régi emberi tevékenység, ennek ellenére a technológia keveset változott • Az ásványok kinyerése az ércek kiásása, zúzása után extrém magas hőmérsékleten vagy toxikus vegyszerekkel (pl. cianid) tört. Ez nem egészséges, ki kell váltani környezetbarátabb megoldással • Egyes, kimerülő bányák esetén nem is gazdaságos • Egyik lehetséges megoldás speciális tulajdonságokkal bíró mikroorganizmusok felhasználása

3. Biobányászat • A biobányászat olyan bányászati eljárás, mely során mikroorganizmusokat használunk a fémek és ásványok kinyerésére érceikből • A biobányászat kétféle kémiai folyamattal történhet: • Biooldás vagy bioextrakció (= bioleaching)mikroorganizmusok segítségével a szilárd szerkezetből (ércből) kioldják a fémet, így könnyebb annak kivonása – réz extrakciójára haszn. • Biooxidációfémek oxidációja mikrobák segítségével – arany bányászatban haszn.

4. Fémek mikrobiális kinyerése • Az1900-as évek elején megfigyelték, hogy egyes mikróbák képesek oxidálni a vas piritet és réz szulfidot, ez egy Thiobacillus törzs volt • A jó minőségű fém-, és érclelőhelyek kimerülőben vannak, a kevésbé jó minőségű lelőhelyekről a kinyerés fizikai, kémiai módszerekkel nehéz, és költséges. Megoldás lehet a fém-szolubilizáló mikroorganizmusok bevetése (erre példát már több száz évvel ezelőtt is láthattunk, csak akkor még nem tudták, hogy mitől működik). • Előnye, hogy kicsi energiabefektetéssel működik, nem keletkeznek káros melléktermékek, csökken a fém-tartalmú hulladék mennyiség • Sikeresen alkalmazták arany, réz, kobalt, cink, nikkel, uránium extrakció során

5. Fémek mikrobiális kinyerése • Az utóbbi években sokat fogl. vele, új, hatékonyabb mikroorg-kat keresnek, ill. keresik a foly-ért felelős géneket, melyeket genetikai mérnökség segítségével felhasználhatnak más mikrobában • Régebben úgy gondolták, csak mezofil baktériumok képesek erre, de az utóbbi években egyre több fajt felfedeztek hasonló tulajdonsággal, melyek enyhén ill extrém termofil körny-ben élnek (ezek felfedezése azért jelentős, mert a technológiai folyamatban a mezofilek esetén a folyamat során keletkező hő miatt hűteni kellett a rdsz-t, ami költséges) • A fémszulfid oldó mikroorg-k extrém acidofilek (pH<3), képesek az inorganikus kénkomponensek és/vagy a Fe(II) ionok oxidálására

6. Mikrobiális diverzitás • A klasszikus törzsek az Acidithiobacillus (régebben Thiobacillus) thiooxidans és At. ferrooxidans kén- és/vagy vas(II)-oxidáló, Gram-negatív g-proteobaktériumok közé tartozó baktériumok. • A proteobaktériumok között az Acidiphilium acidophilum (Acidiphilium genus) és a Leptospirillum genus tagjai képesek fémek kioldására. • Gram pozitívak között is találunk képviselőket az enyhén termofil Acidimicrobium, Ferromicrobium és Sulfobacillus nemzetség tagjai között • Archea képviselők: Sulfolobus, Acidianus, Metallosphaera, Sulfurisphaera nemzetség tagjai között. Extrém termofilek • Szubsztrát spektrumuk korlátozott

7. A „bioleaching” folyamata • Vas(II)-, kén-oxidáló kemolitotróf mikroorg-ok, tehát szervetlen anyagokból nyernek energiát miközben CO2-ot használnak szénforrásként, elektrondonoruk pedig a vas(II) és redukált kén komponensek. • Alacsony pH-n a vas(III) oldékony, és elektron-akceptorként szolgál az oxigén helyett, ezt a tulajdonságot lehet kihasználni a biobányászatban • Főleg fém-szulfid formákat találunk (vas-szulfid=pirit). Az uránium oxid formájában van jelen • A mikrobák a vas(II)-t vas(III)-á oxidálják, mely oxidálja a fém-szulfidot. Tehát a mikrobák nem vesznek részt közvetlenül a fémek kioldásában, csak közvetve a vas(III) képzésén keresztül

8. Mikrobiális fém szulfid oldás (leaching) I. nem érintkező folyamat (= nem kontakt) I. A mikroorganizmus oxidálja a vas(II) ionokat, a keletkező vas(III) oxidálja a fémszulfidot, és vas(II)-vé redukálódik II. érintkező folyamat (= kontakt) EPS rétegben II. A mikroorganizmus egy extracelluláris poli-mer (EPS) rétegben reciklizálja a vas(III) ionokat

9. kontakt/nem kontakt oldás • Nem kontakt oldás esetén a vas(III) ionok oxidáló ágens-ként szerepelnek, és az alacsony pH-n oldott formában vannak jelen, és oxidáják a vas-szulfidot, a fém oldékony fém-szulfát formájában felszabadul:egyes folyamatokban először tioszulfát keletkezik, majd szulfát, más reakciókban először elemi kén, mely kénsavvá alakul • kontakt oldás esetén a sejtek egy extracelluláris polimer rétegen (EPS) keresztül közvetlen a fém szulfidhoz kapcsolódnak. A polimer réteg vas(III) ionokat eleve tartalmaz pozitív töltést adva a rétegnek, ami a negatív töltésű pirithez kötődik, majd ez a vas(III) kioldja a fémet az oldhatatlan piritből, sav képződése közben, mely az oldásban játszik szerepet. A vas(III)-ból ismét vas(II) lesz, melyet a mikróba oxidál

10. Réz oldása enargitból (Cu3AsS4) savas pH-n baktériummal ( ) és kémiai ( )módszerrel

11. Tioszulfát útvonal poliszulfid útvonal

12. Biobányászat növényekkel Thlaspi caerulescens (havasalji tarsóka), évelő gyom az egyetlen ismert növény, mely képes cink és nikkel szennyezett területeken megtelepedni, fitoextrakcióval adszorbeálni e fémeket