BIOBÁNYÁSZAT Thiobacillus ferrooxidans.

Az előadások a következő témára: "BIOBÁNYÁSZAT Thiobacillus ferrooxidans."— Előadás másolata:

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. Biooxidáció fémek 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)
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