بخشی از مقاله
چکیده
استخراج فلز سریم از باطلهی معدن طلا طی فرایند فروشویی زیستی با اسیدیتیوباسیلوس فرواکسیدانس در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفت. باطلهی معدن طلا حاوی فلزات با ارزشی است که از جملهی این فلزات با ارزش میتوان به فلز کمیاب سریم - Ce - اشاره کرد که فلز مطلوب در این تحقیق است. فرایند خوسازی باکتری برای تحمل 4 گرم پسماند در 100 میلیلیتر از محیط کشت طی 36 روز انجام پذیرفت.
فرایند فروشویی زیستی در 4 فلاسک ارلنمایر به ترتیب شامل 1، 2، 3 و 4 گرم پسماند در 100 میلیلیتر از محیط کشت انجام شد و تغییرات pH و پتانسیل اکسایش-کاهش بررسی شد. بیشترین مقدار پتانسیل اکسایش-کاهش 588 mV در حضور 1 گرم از پسماند در 100 میلیلیتر محیط کشت پس از 240 ساعت فرایند فروشویی زیستی بهدست آمد. نتایج نشان داد که میزان بازیابی فلز سریم برای چگالی پالپ 1، 2، 3 و 4 درصد به ترتیب برابر 78، 66، 56 و 42 درصد بوده است.
-1 مقدمه
تخلیهی سریع منابع اولیهی فلزی مانند کانیهای سولفیدی و اکسیدی و معادن عیار بالا به وسیلهی عملیات هیدرومتالورژی و پیرومتالورژی از یک سو و تقاضای روزافزون برای فلزات از سوی دیگر موجب مطالعات و توجه ویژه به منابع ثانویهی فلز و استخراج فلز از باطلهی معادن و معادن کمعیار شده است.
باطلهی معدن طلا حاوی فلزات با ارزشی است. بازیابی این فلزات به عنوان محصولات جانبی میتواند حجم قابل توجهی از باطله را کاهش دهد. باطلهی معادن کمتر به عنوان یک منبع برای استخراج فلزات کمیاب مورد توجه قرار گرفته است. اگرچه این منابع ثانویه غلظت کمتری از فلزات کمیاب را دارا هستند، اما حجم آنها بسیار زیاد است، بنابراین مقادیر فلزات کمیاب محبوس در آنها نیز بسیار زیاد است.
از جملهی فلزات با ارزش موجود در باطلهی معدن طلا، میتوان به فلز کمیاب سریم - Ce - اشاره کرد که فلز مطلوب در این تحقیق است. اگرچه تقاضای صنعتی برای عناصر کمیاب کم است - از نظر تُناژ - ، برای بسیاری از کاربردهای تکنولوژیهای پیشرفته ضروری است
یکی از بزرگترین نیرومحرکههای موثر در اهمیت اقتصادی فلزات کمیاب، افزایش تقاضا برای این فلزات به دلیل ظهور تکنولوژیهای انرژی کم-کربن است. [2] در مورد برخی از مصارف فلز سریم میتوان به صیقل شیشه، افزودنی شیشه برای لنزهای اپتیکال و صفحات نمایش، کاتالیست برای اتومبیلها، خازنها، رنگدانه ها و افزودنی برای سوختها اشاره کرد
یافتن استراتژی مناسب و اقتصادی برای بهرهگیری از این پسماندها میتواند بسیار مورد توجه قرار گیرد. فرایند فروشویی زیستی پتانسیل خوبی برای بازیابی فلزات با ارزش از کانیهای سولفیدی پیچیده، چندفلزی و کمعیار را به دلیل توانایی تکنیکی، سادگی نسبی، دوستدار محیط زیست بودن و هزینههای عملیاتی کمتر دارا است
این موضوع شناخته شده است که روش فروشویی زیستی حداقل دو مزیت نسبت به روش پیرومتالورژی کلاسیک دارا است: -1 توانایی استخراج فلزات در غلظت کم از سد باطله، معادن کمعیار و غیره را در اختیار قرار میدهد. -2 آلودهکنندههای اتمسفری تولید نمیکند. روش صنعتی پیرومتالورژی کلاسیک با آلودگی اتمسفر و محیط زیست محلی همراه است و هنگامی که مقدار غلظت فلزات در خوراک اولیه کم باشد، توجیه اقتصادی ندارد
نژادهای باکتریایی گوناگونی وجود دارند که پتانسیل به کارگیری برای انجام فرایند فروشویی زیستی را دارند. ریزاندامگانهایی که در فرایند فروشویی به کار میروند ویژگیهای مشترکی دارند که آنها را برای انحلال مواد معدنی مناسب میکند. این ریزاندامگانها به عنوان کاتالیستهایی برای ارتقا و افزایش سرعت انحلال فلزاتی خاص از سنگهای معدن و باطلههای معدن عمل میکنند
برای فروشویی زیستی مواد معدنی عموما از ریزاندامگانی که توانایی تولید اسید سولفوریک را دارند بهره میگیرند.[6] از میان آنها اسیدیتیوباسیلوس فرواکسیدانس - Acidithiobacillus ferrooxidans - یکی از باکتریهایی است که بیشتر مورد مطالعه قرار گرفته است. یکی از ویژگیهای این باکتری اسیدوفیل و کمولیتوتروف این است که ظرفیت بالای تحمل فلز را دارد، از این رو تحت شرایط فشار بالای فلزی میتواند زنده بماند
اسیدیتیوباسیلوس فرواکسیدانس یک باکتری گرم منفی، میلهای شکل، بدون اسپور، جنبده و تاژکدار تک قطب است. محدودهی فعالیت آنها در pH بین 1 تا 5/5 و محدودهی بهینهی آن بین 2 تا 2/4 است9]،.[8 دلیل اینکه در pHهای بالاتر از آنها استفاده نمیشود، جلوگیری از تشکیل رسوب جاروسیت است که بازیابی فلز در فرایند فروشویی زیستی را کاهش میدهد. واکنش زیر تشکیل جاروسیت را نشان میدهد
X+ + 3Fe3+ + 2SO42− + 6H2O ⇆ XFe3 - SO4 - 2 - OH - 6 + 6H+ - 1 -
XFe3 - SO4 - 2 - OH - 6 همان رسوب جاروسیت است. همانطور که مشاهده میشود، افزایش pH موجب کاهش غلظت H+ میشود و در نتیجه طبق اصل لوشاتلیه واکنش به سمت راست - تولید جاروسیت - پیش میرود و بازدهی فروشویی را کاهش میدهد. همچنین با افزایش غلظت Fe3+ نیز واکنش به سمت تولید جاروسیت پیش میرود، لذا مقدار بهینهای برای Fe3+ باید در نظر گرفته شود.
اسیدیتیوباسیلوس فرواکسیدانس میتواند انرژی را علاوه بر مصرف ترکیبات گوگردی کاهشیافته، از اکسیداسیون Fe2+ به عنوان دهندهی الکترون بهدست آورد.[11] علیرغم طبیعت به شدت هوازی، اسیدیتیوباسیلوس فرواکسیدانس ویژگی منحصربهفردی دارد که میتواند گوگرد عنصری یا سولفیدهای فلزی را تحت شرایط بیهوازی مصرف کند و به موجب آن واکنشهای کاهش میکروبی را تسهیل نماید.[12] در غیاب اکسیژن، اسیدیتیوباسیلوس فرواکسیدانس میتواند بر ترکیبات گوگردی غیرآلی کاهشیافته با استفاده از Fe3+ به عنوان جایگزین پذیرندهی الکترون رشد کند
سازوکارهای فروشویی زیستی به وسیلهی اسیدیتیوباسیلوس فرواکسیدانس اغلب به لحاظ حملهی مستقیم بر کانیهای سولفیدی و انحلال اکسیداتیو غیرمستقیم مواد معدنی به وسیلهی Fe3+ بیان میشود. انحلال مستقیم مواد معدنی از حمله به کانیهای سولفیدی از طریق سیستم آنزیمی باکتریهای واقع در سطح مواد معدنی ناشی میشود.
سازوکار مستقیم:
که در آن Me یک فلز دوظرفیتی، MeS2 یک فلز سولفیدی غیرمحلول و Me2+ یون فلز است
در سازوکار غیرمستقیم، باکتریها Fe3+ را از طریق اکسیداسیون Fe 2+ موجود در محلول، بازتولید میکنند و Fe3+ به عنوان یک عامل اکسیدکنندهی قوی کانیهای سولفیدی به کار گرفته میشود
سازوکار غیر مستقیم:
هدف از این تحقیق، بررسی فرایند فروشویی زیستی باطلهی معدن طلا توسط اسیدیتیوباسیلوس فرواکسیدانس، میزان بازیابی فلز سریم پس از فرایند فروشویی زیستی و اثر غلظتهای مختلف باطلهی معدن طلا در محیط کشت بر عملکرد باکتری است.
-2 مواد و روشها
-1-2 مشخصات باطلهی معدن طلا
پسماند جامد مورد مطالعه از سد باطلهی تاسیسات معدن طلای موته با عنوان باطلهی معدن طلا - Gold Mine Tailings - ، تهیه شد. پسماند به صورت پودر موجود بوده است لذا ضرورتی به آسیاب نمودن نمونه وجود نداشت. پودر نمونه کاملا رطوبتگیری شد و سپس از مش 100 عبور داده شد. به این ترتیب تمام ذرات پسماند به اندازهی زیر 74 میکرون برای انجام آزمایشها در دسترس قرار گرفت. به منظور تعیین مقدار مواد موجود در پسماند، با بررسی مطالعهی پیشین[13]، فلزهای Fe، Al، Li، V، Sr و Ce انتخاب شدند و پس از ذوب چهار اسیدی پسماند بر اساس استاندارد ASTM D4698-92، عبور از فیلتر سرنگی و رقیقسازی سریالی، آزمون ICP بر روی نمونه صورت پذیرفت و نتایج به صورت زیر به دست آمد:
جدول :1 مقدار فلزهای مورد نظر موجود در باطلهی معدن طلا
پس از بررسی و مطالعات انجام شده، فلز سریم - - Ce به عنوان فلز هدف انتخاب شد.
