۱۳۹۰-۱-۲۰، ۰۳:۳۸ صبح
1- تاريخچه استفاده از بيوتکنولوژي در صنايع معدني
استفاده صنعتي مدرن از بيو تکنولوژي در بيوليچينگ مواد معدني کم عيار و مواد استخراج شـده از معـدن مـس انجـام شـده است . در اواخر دهه 1950 شرکتهاي مس کنکات از اين فرآيند بطور موفقيت آميزي استفاده کرد ند . بعد از اين تجربـه شـرکتهاي مختلفي نيز به اين تکنولوژي روي آورده اند. امروزه دامپهاي بيوليچينگ روش بسـيار کـم هزينـه اي بـراي استحصـال مـس از تـوده اصلي هستند که هيچ روش ديگري کم هز ينه تر از ا ين روش نمي باشد. علاوه بر موفقيت اقتصـادي دامپهـاي بيوليچينـگ، عمليـات خيلي کمي براي آماده سازي اين دامپها لازم مي باشد . بعد از آن تجربه تا اواسط دهه 1980 هنگاميکه اولين آزمايش بـراي بازيـابي طلاي مقاوم در عمليات فيرويو در آفريقاي جنوبي صورت گرفت، انجام نشده بـود . از آن زمـان بـه بعـد افـراد مختلفـي از جملـه آقايـان اسپيســاک و لاکشــمانان تحقيـقـات بسـيار زيــادي را در زمينــه بيوهيــدرومتالورژي انجـام دادنــد . بهرحــال امــروزه، کــاربرد بيوهيدرومتالورژي بدليل سادگي، هزينه کم و کاربرد براي موادمعدني کم عيار موفقيت چشـمگيري داشـته اسـت و در طـي 13سـال پيشرفت اين روش به حداکثر مقدار خود رسيده است. در دهه اخیر ترکيبي از اسيدشوئي توده اي، اسيدشوئي اکسيدمس و استفاده از ميکروبيولوژي موفقيـت چشـمگيري در عمليات اسيدشوئي ميکروبي مس ثانويه و فلزات گرانقيمت مقاوم ، داشته است . اسيد شوئي توده اي ميکروبي هنوز سـاده تـرين روش موجود است که منجر به کاهش هزينه هاي سرمايه گذاري اوليه، هزينـه هـاي جـاري و موفقيتهـاي زيسـت محيطـي مـي شـود . مـوارد کاربرد زياد اين روش در پنج سال اخيرنشان دهنده اولويتها و مزيتهاي خوب ايـن روش اسـت. پـروژه عظـيم اسيدشـوئي توده اي ميکروبيِ طلاي سولفيدي مقاوم معدن نيومونت80000 تن که توسط کمپاني نوادا انجام شد نمونـه بـارزي از موفقيـت اين تکنيک مي باشد.
2- کاربرد بيوتکنولوژي در صنايع معدني
بررسي مقالات موجود و کارهاي انجام شده از سی سال پيش نشـان مـي دهـد کـه تعـداد بسـيار زيـادي از عملياتهـا از روش ميکروبي براي جدايش فلزات در مقياس صنعتي اسـتفاده کـرده انـد. نتـايج حاصـل از اسـتفاده از تکنيـک بيوتکنولـوژي در مقيـ اس آزمايشگاهي با تکنولوژيهاي موجود تفاوتهاي بسيار زيادي دارند. آزمايشهاي انجام شده در مقيـاس آزمايشـگاهي بسـيار زيـاد، در مقياس نيمه صنعتي کمتر و در مقياس صنعتي و کارهاي بزرگ مقياس بسيارکم ميباشـند . در بعضـي از مـوارد نيـز بـا در نظرگـرفتن شرايط اقتصادي فعلي نامطلوب و زيان ده هستند .
يک مطالعه جديد که توسط آقايان پولين و لارنس انجام گرفته شـده اسـت، شـرايط استحصـال فلـزات پا يـه، اورانيـ وم و فلزات قيمتي و همچنين با زيابي فلزات از محلول و فلزات صنعتي را بيان کرده اند. بيشترين کار انجام شده در مقياس نيمـه صـنعتي و صنعتي براي مس، اورانيوم و فلزات قيمتي مي باشد که شامل اسيد شوئي توده اي ماد. معدني و باطلـه مـس بـا عيـارکم، اسيدشـوئی لايه هاي نازک از ماده معدني مس، اسيدشوئي تود ه اي مس از طلا، اسيدشوئي درجا ماده معدني و باطله اورانيوم، بازيـابي کانيهـاي مقاوم و بيواکسيداسيون توده اي کانيهاي مقاوم طلا و بيواکسيداسيون توده اي کانيهاي طلاي مقاوم با عيار پائين است. موفقترين کاربرد بيوتکنولوژي براي استخراج فلزات در مورد مس وطلا مي باشـد ودر زمينـه مـس، بيوليچينـگ آن بخـاطر راحتي و اقتصادي بودن بازيـابي فلـزات از محلـول توسـط روش sx-ew بطورگسـترده اي انجـام ميشـود . طـلا نيـ ز بخـاطر ارزش اقتصادي بالاي آن از اين روش استفاده ميشود. بيوليچينگ اورانيوم نيز در قديم بيشتر مورد استفاده قرار مي گرفت ولي امروزه بـد ليل کاهش قيمت اورانيوم وتحريم استفاده آن درصنايع هسته اي کاربرد آن کمترشده و همچنين براي کانيهاي کبالت و نيکـل نيـز درآينده بخاطر کاربرد روزافزون اين فلزات مورد بررسي قرارخواهند گرفـت کـه در زيـر در مـورد مـوارد کـاربرد بيوليچينـگ بـراي استحصال کانيهاي مس، طلا، اورانيوم، نيکل و کبالت بحث خواهد شد.
2-1- کاربرد بيوتکنولوژي در صنايع مس
2-1-1- مقدمه
نحوه معدنکاري مس در شيلي بطور مستقيمي بر قيمت و ميـزان خريـد و فـروش آن در بـازار تـاثير مـي گـذارد زيـرا شـيلي مهمترين توليدکننده مس در دنيا است. اين مطالب مشخص ميکنند ک ه تنها افزايش قيمتها حائز اهميت نيست بلکه بايد راههـاي اقتصادي تري براي استحصال مس بدست آورد .انتخــاب عمليــات بيوهيــدرومتالورژي بطــو رگســترده اي بــه شــرايط کــاني شناســي مــس بســتگي دارد . بزرگتــرين کــاربرد بيـوتکنولوژي در صناي ـع معدني در بيوليچ ـينـگ کانيهاي کم عيار و باطله ها در توده هاي اسيدشـوئي اسـت. اگر چـه سـولفيدهاي مس ثانويه، کالکوسيت و کالکوپيريت بيشتر مورد اسيدشوئي قرارمي گيرند، حتي کانيهاي کالکوپيريت نسبتا مقاوم نيز بعنـوان منـابع حائز اهميتي درروش اسيدشوئي محسوب ميشوند.
2-1-2- اصول کلی بيوليچينگ مس
ماده معدني مس استخراج شده تا ابعاد مورد نظرخردشده و بمنظـور آگلـومره شـدن ذرات ريـز بـا ذرات درشـت و کـار بـا باکتريها با اسيدسولفوريک در دستگاههاي آگلومراسيون مخلوط مي شـوند . بمنظـور کـاهش ميـزان رطوبـت موجـود بـراي خـوب آگلومره شدن آب يا رافينت ) رافينت محلولي است که از مسير بازگشتي جدا يش محلول - الکترووينينگ بدست مـي آيـد ( اضـافه مي شود. اگرماده معدني از نوع خيلي مصرف کنند. اسيد نباشد، ميزان اسـيد مصـرفي بـراي آمـاده سـازي مـادهء معـدني ميتوانـد از محلول رافينت تأمين شود. رافينت معمولا شامل ميزان کمي از باکتري است، که منجر به اکسـيد شـدن مـس ميشـود ( بـا کتري ابتـدا توسط لوله هايي برروي کپه هاي ماده معدني ريخته مي شوند تاسنگ سولفوري به اکسيدي تبـديل کنـد ). سـنگ آگلـومره و آمـاده شده براي اسيدشوئي به محوطه اي فرستاده مي شود که درمحلي به ارتفاع 6-10 متر بر روي زميني که قبلا مسطح شده است و يا بـر بالاي ماده معدني که قبلا اسيدشوئي شده است، ريخته مي شود . بمنظور تأمين هواي مـورد نيـاز بـراي عمليـات باکتريهـا ، لولـه هـاي پلاستيکي با سوراخهاي مخصوص هوادهي بر روي پد قرار داده ميشوند. بادبزنهاي فشار پائين هواي مورد نيـاز بـراي سيسـتم تهويـه زير ماده معدني را تأمين مي کنند. پدهاي ايجاد شده توسط ميزان مشخصي از محلول که شامل باکتري نيـز مـي باشـد مـورد پاشـش قرار مي گيرند و اين باکتريهاي موجود سنگ سولفوري را به اکسيدي تبديل مي کنند و در اسيد حل مي شوند، محلـول بـاردار شـده(شامل مقدارمشخصي مس مي باشد ) در زير توده جمع مي شوند و بعضا دوباره به بالاي هيپ عمليات برگردانده مـي شـوند( PLS ) ويا مستقيما اگر ميزان مس درحد مورد نظر باشد به مرحله EW/SX (جدايش محلول / الکترووينينگ ) براي بازيابي مس فرستاده مي شوند . رافينت دو مرتبه به توده هاي مورد اسيدشوئي قرارگرفته، بازگردانده مي شوند . زمان اسيدشوئي بـراي عملياتهـ اي مختلـف متفاوت است اما بطورايده آل در حدود 200 روز براي ماده معدني مس ثانويه است . بازيابي مس درحدود 75-85% متغيراست . نمايي شماتيک از يک هيپ را نشان مي دهد .
2-1-3- روشهاي مختلف بيوليچينگ مس
- بيوليچينگ توده اي (Dump Bioleaching) : در مقياسها و تناژهاي بزرگ روش اسيد شوئي توده اي مس براي باطله و يا مواد معدني مس بعنوان يک طرح کاملا اقتصادي است که با روش بيوليچينگ توده اي در غرب ايالت آمريکا بعنوان يک کار اقتصادي عرضه شد . امروزه، دامپهاي بوليچينگ درسرتاسر دنيا و مخصوصا در شيلي بطورگسترده اي استفاده مي شود . هزينه هاي عملياتي خيلي پائين است و با استفاده از روشهاي EW/SX اين هزينه ها خيلي پائين تر مي شوند
- جدايش مس از ماده معدني طلا : حضور مس در ماده معدني طلا بخاطر مصرف بالاي مواد شيميايي توسط مس مشکلاتي را درعمليات سيانوراسيون طلا بوجود مي آورد. در عمليات ليشون در کوئينزلند استراليا تقريبا 500000 تن در سال ( 20 درصدخروجي معدن ) از روش بيوليچينگ براي جدايش مس استفاده مي شود که کالکوپيريت را توسط باکتري جدا ميکنند. بعد از اين مرحله است که طلا مي تواند به راحتي و بصورت کاملا اقتصادي استحصال شود . مس نيز توسط سمنتاسيون همراه با آهن براي عمليات بعدي جدا مي شوند
- بيوليچينگ لايه هاي نازک (Thin Film Bioleaching) : اين روش تنها براي مواد معدني اکسيدي بکار ميرود . روش لايه هاي نازک شامل خردايش و بيوليچينگ موادمعدني سولفيدي مس ثانويه درهيپهاي کوچک در مراحل باردار بدون بار است . اخيرا عملياتي در مقياس بزرگ در معدن کبرادا بلانکا و سرو کلورادو در شيلي ازاين روش براي موادمعدني سولفيدي(کالکوسيت اوليه ) مورد استفاده قرارگرفته شده است
- بيوليچينگ مخزني (Stirred Tank Bioleaching) : اولين بيوليچينگ مس وکنسانتره آن بااستفاده ازروش رآکتورهاي مخزني به منظوردستيابي به سينتيک سريعتر بوده است که اين روش بخاطر بازيابي پائين آن از خوراک کالکوپيريت و اقتصادي بودن روش ذوب پيوسته نسبت به روش مذکور فقط در مقياس آزمايشگاهي استفاده شده است. بيوليچينگ کنسانتره کالکوپيريت درحضور يونهاي کاتيوني مثل نقره منجر به سريعترشدن سينتيک آزمايش و بازيابي بالاي مس درجزئيات آزمايشگاهي شده است. ميزان هزينه محاسبه شده براي روش بيوليچينگ ـ استخراج از محلول ـ الکترووينينگ ، 30-25 سنت به ازاي هرپوند است.
2-1-4- نمونه اي از کاربرد بيوليچينگ مس
اکثر معادني که از روش بيوليچينگ براي استحصال فلزات استفاده ميکنند، معادني هستند که در منطقه نيمکره جنوبي واقع شده اند و اين مطلب بخاطر شرايط آب و هوائي خاص اين مناطق است که براي رشد بـاکتري و عمليـات آن هـا مفيـدتر هسـتند و در مناطقي مثل شمال آمريکا بدليل شرايط آب وهوائي سرد کار باکتريها در اين مناطق با مشکل روبرو ميشود و در ا ين منـاطق تنهـا از باکتريهاي سرما دوست ميتوان استفاده کردو از سال 1980 ، 11 معدن مس و يک معدن بصورت برجـا از روش بيوليچينـگ اسـتفاده کرده اند
نمونه خيلي خوب صنعتي استفاده شده از روش بيوليچينگ ، معدن کبرادا بلانکا درشمال شيلي مي باشد ( سال ).1994 محوطه ايـن عمليات درون منطقه آلتي پلانو در سطح تراز 4400 متر واقع شده است که بخاطر شرايط خاص اين منطقه کـار باکتريهـا در دمـاي سرد و فشار کم اکسيژن در مناطق مرتفع با مشکل روبرو مي شوند. در معدن مذکور 17300 تن در روز ماده معدني سولفيدي تـا 100درصد زير 9 ميليمتر سنگ شکني مي شوند، با اسيدسولفوريک و آب گرم آگلـومره ميشـوند و بعـدا بـر روي پـد هـائي بـه ارتفـاع 6 تا 5/6 متر انباشته مي شوند . پدها توسط لوله هاي مخصوص هوادهي که در زير هيپها نصب شده انـد وتوسـط فنهـاي بـا فشـار پـائين هــوادهي ميشــوند، مجهــز شــده انــد . فعاليــت باکتريهــا در ا يــن معــدن بــا بيشــترين ميــزان موفقيــت همــراه اســت و بازيــابي عمليــات درحدود90-80 درصد از سنگ معدني سولفوري است که در حدود 7500 تن مس در سال توليـد ميکنـد . هزينـه هـاي بوجـود آمـده در معدن که شامل معدنکاري نيز مي شود در حدود 50 سنت به ازاي هر پوند از ماده معدني است.
2-1-5- آينده بيوتکنولوژي مس
درآيند. نزديک، براي استحصال کنسانتره هاي کالکوپيريت از رآکتورهاي شيميايي درمقياس صنعتي اسـتفاده خواهدشـد .
آزمايشهاي پايلوت مدت زمان زيادي است که در مس استراليا در معادنِ لِيل تاسماني مشغول فعاليت هسـتند . ايـن آزمايشـها نشـان داده اند که با است فاده از با کتري ترموفيليک براي اکسيداسيون ذرات دانه ريز و بازيابي مس توسط عمليات sx-ew نتـايج خـوبي بهمراه داشته است
يافته جديد ديگري استحصال کالکوپيريت با استفاده از باکتري مخصوص اکسيدکننده آهن فرو است . يون فريک با عيـار بالا در رآکتور جداگانه اي ايجاد مـي شـود و تـا درجـه حـرارت 70 درجـه سيليسـيوس حـرارت داده مـي شـود ومحلـول فريـک بـا کالکوپيريت تماس داده مي شود. بازيابي مس در اين روش بالاو در حدود 90% است، مخصوصـا وقتيکـه کالکوپيريـت خيلـي ريـز باشد، نتيجه بهتراست. سولفور موجود در کالکوپيريت، اکسيده شده و جزء گوگردي اسيدسولفوريک ب وجـود مـي آورد کـه بطـور مشخص هزينه هاي مربوط به خنثي سازي را کاهش ميدهد و بعضا سولفور بوجود آمده قابل فروش نيز مي باشد. هزينه هاي عملياتي بخاطر مصرف کم هواي مورد نياز براي اکسيده کردن آهن سولفوري نسبت بـه کالکوپيريـت، بشـدت کـاهش پيـدا کـرده اسـت .
شستشوي آهن فريک ا ز کالکوپيريت قبل از اينکه بصورت صنعتي استفاده شود، به تحقيقات بيشتري نيازدارد . يکي ازمطالب مهـم، هزينه لازم براي گرم کردن محلول فريک قبل از تماس با کنسانتره و سپس سردکردن محلول حاوي يون فروس قبل از بازگرداندن مجدد به رآکتورهاي حاوي باکتري مي باشد و استفاده از باکتري ترموفيليـک درمحلـول يـون فريـک توليـد ممکـن اسـت بهتـرين جواب ممکن باشد. همچنين توليد بعضي تجهيزات براي تقويت تماس بين کالکوپيريت ومحلول فريک لازم مي باشد .
يافته هاي صنعتي جديد در استفاده از باکتري در روش کپه اي کالکوپيريـت خيلـي شـبيه يافتـه هـا ي موجـود در بيوليچينـگ کنسانتره کالکوپيريت مي باشد. احتمال دارد که بتوان بعضي از پارامترهاي عملياتي اسيدشوئي کپه اي کالکوپيريت را براي دامپهاي اسيدشوئي ماد.معدني مس اوليه خارج شده از معدن نيز مورداستفاده قرارداد. تقويتهايي که در زمينه سيماني مس، صـورت گرفتـه، منجر به بهترشدن بازيابي مس درتوده ها نگرديده است. سيستمهايي که براي پرورش باکتريهاي جديد استفاده ميشود منجربه تقويـت باکتريهــاي تيوباســيلوس تيواکســيدانس و تيوباســيلوس فرواکســيدانس شــده اســت . جديــداً، بــاکتري ليپتوســپيليريوم نيــز بعنــوان ميکروارگانيسم قابل استفاده نيز مورداستفاده قر ار مي گيرد و با يد تحقيقات و مطالعـات بسـياري در مـورد بـاکتري ترموفيليـک کـه نقش بسيارمهمي را در اکسيداسيون کانيها دارد، انجام شود. مخصوصا براي بيوليچينـگ مـس از کالکوپيريـت مقـاوم از باکتريهـاي ترموفيليک آرکا ، سولفولوبوس و مخصوصا اسيديانوس برييلرلي و متالوسفرا که در درجـه حـرارت 65-75 درجـه سيليسـيوس رشد ميکنند، استفاده شود. يافته هاي جديـد منتشـر شـده، نشـان مـي دهنـد کـه علاقـه بـراي مطالعـه در زمينـ. کـاربرد باکتريهـاي ترموفيليک در بيوليچينگ رو به افزايش است.
2-2- کاربرد بيوتکنولوژي در جدايش طلاي مقاوم
2-2-1- تعريف طلاي مقاوم
باتوجه به افزايش بي سابقهء قيمت طلا دردههء 1980 ، پيدا کردن راه حلهاي جديد متالورژيکي براي استحصال طلاي مقـاوم بعنوان منبعي براي استحصال کانيهاي با ارزش لازم و ضروري بود . کانسارهاي طـلاي مقـاوم شـامل طـلاي موجـود در کانسـارهاي سولفيدي بالاخص پيريت و ارسنوپيريت است که اين نوع طلا حتي با خردايش بسيار زياد، در سيانور حـل نمـي شـود و يـا بعبـارت ديگر براي استحصال طلا توسط سيانور بايد عيار آن در حد متوسط و در حدود 3 الي 7 گرم بـرتن باشـد ولـي امـروزه بـدليل پـائين بودن عيار طلاهاي موجود و بازيابي کم آنها )کمتر از 20 درصد ) و يا مصرف زياد سيانور قابـل استحصـال نيسـتند، بـه ايـن طلاهـا، طلاي مقاوم گفته مي شود و براي اينکه طلا در سيانور حل شود بايد بصورت آزاد باشد که با استفاده از روشـهاي مختلفـي ازجملـه تسويه، رآکتورها، روش ميکروبي ، طلا بصورت آزاد در مي آيد و بعد قابل استخراج توسـط سيانوراسـيون مـي باشـد کـه بدليل کاربرد خوب روش بيوليچينگ و هزينه کمتر آن نسبت به رو شهاي ديگر قابل استفاده است . شکل 2 شـماي کلـي از مقايسـه اين سه روش بايکديگر را نشان مي دهد.
استفاده صنعتي مدرن از بيو تکنولوژي در بيوليچينگ مواد معدني کم عيار و مواد استخراج شـده از معـدن مـس انجـام شـده است . در اواخر دهه 1950 شرکتهاي مس کنکات از اين فرآيند بطور موفقيت آميزي استفاده کرد ند . بعد از اين تجربـه شـرکتهاي مختلفي نيز به اين تکنولوژي روي آورده اند. امروزه دامپهاي بيوليچينگ روش بسـيار کـم هزينـه اي بـراي استحصـال مـس از تـوده اصلي هستند که هيچ روش ديگري کم هز ينه تر از ا ين روش نمي باشد. علاوه بر موفقيت اقتصـادي دامپهـاي بيوليچينـگ، عمليـات خيلي کمي براي آماده سازي اين دامپها لازم مي باشد . بعد از آن تجربه تا اواسط دهه 1980 هنگاميکه اولين آزمايش بـراي بازيـابي طلاي مقاوم در عمليات فيرويو در آفريقاي جنوبي صورت گرفت، انجام نشده بـود . از آن زمـان بـه بعـد افـراد مختلفـي از جملـه آقايـان اسپيســاک و لاکشــمانان تحقيـقـات بسـيار زيــادي را در زمينــه بيوهيــدرومتالورژي انجـام دادنــد . بهرحــال امــروزه، کــاربرد بيوهيدرومتالورژي بدليل سادگي، هزينه کم و کاربرد براي موادمعدني کم عيار موفقيت چشـمگيري داشـته اسـت و در طـي 13سـال پيشرفت اين روش به حداکثر مقدار خود رسيده است. در دهه اخیر ترکيبي از اسيدشوئي توده اي، اسيدشوئي اکسيدمس و استفاده از ميکروبيولوژي موفقيـت چشـمگيري در عمليات اسيدشوئي ميکروبي مس ثانويه و فلزات گرانقيمت مقاوم ، داشته است . اسيد شوئي توده اي ميکروبي هنوز سـاده تـرين روش موجود است که منجر به کاهش هزينه هاي سرمايه گذاري اوليه، هزينـه هـاي جـاري و موفقيتهـاي زيسـت محيطـي مـي شـود . مـوارد کاربرد زياد اين روش در پنج سال اخيرنشان دهنده اولويتها و مزيتهاي خوب ايـن روش اسـت. پـروژه عظـيم اسيدشـوئي توده اي ميکروبيِ طلاي سولفيدي مقاوم معدن نيومونت80000 تن که توسط کمپاني نوادا انجام شد نمونـه بـارزي از موفقيـت اين تکنيک مي باشد.
2- کاربرد بيوتکنولوژي در صنايع معدني
بررسي مقالات موجود و کارهاي انجام شده از سی سال پيش نشـان مـي دهـد کـه تعـداد بسـيار زيـادي از عملياتهـا از روش ميکروبي براي جدايش فلزات در مقياس صنعتي اسـتفاده کـرده انـد. نتـايج حاصـل از اسـتفاده از تکنيـک بيوتکنولـوژي در مقيـ اس آزمايشگاهي با تکنولوژيهاي موجود تفاوتهاي بسيار زيادي دارند. آزمايشهاي انجام شده در مقيـاس آزمايشـگاهي بسـيار زيـاد، در مقياس نيمه صنعتي کمتر و در مقياس صنعتي و کارهاي بزرگ مقياس بسيارکم ميباشـند . در بعضـي از مـوارد نيـز بـا در نظرگـرفتن شرايط اقتصادي فعلي نامطلوب و زيان ده هستند .
يک مطالعه جديد که توسط آقايان پولين و لارنس انجام گرفته شـده اسـت، شـرايط استحصـال فلـزات پا يـه، اورانيـ وم و فلزات قيمتي و همچنين با زيابي فلزات از محلول و فلزات صنعتي را بيان کرده اند. بيشترين کار انجام شده در مقياس نيمـه صـنعتي و صنعتي براي مس، اورانيوم و فلزات قيمتي مي باشد که شامل اسيد شوئي توده اي ماد. معدني و باطلـه مـس بـا عيـارکم، اسيدشـوئی لايه هاي نازک از ماده معدني مس، اسيدشوئي تود ه اي مس از طلا، اسيدشوئي درجا ماده معدني و باطله اورانيوم، بازيـابي کانيهـاي مقاوم و بيواکسيداسيون توده اي کانيهاي مقاوم طلا و بيواکسيداسيون توده اي کانيهاي طلاي مقاوم با عيار پائين است. موفقترين کاربرد بيوتکنولوژي براي استخراج فلزات در مورد مس وطلا مي باشـد ودر زمينـه مـس، بيوليچينـگ آن بخـاطر راحتي و اقتصادي بودن بازيـابي فلـزات از محلـول توسـط روش sx-ew بطورگسـترده اي انجـام ميشـود . طـلا نيـ ز بخـاطر ارزش اقتصادي بالاي آن از اين روش استفاده ميشود. بيوليچينگ اورانيوم نيز در قديم بيشتر مورد استفاده قرار مي گرفت ولي امروزه بـد ليل کاهش قيمت اورانيوم وتحريم استفاده آن درصنايع هسته اي کاربرد آن کمترشده و همچنين براي کانيهاي کبالت و نيکـل نيـز درآينده بخاطر کاربرد روزافزون اين فلزات مورد بررسي قرارخواهند گرفـت کـه در زيـر در مـورد مـوارد کـاربرد بيوليچينـگ بـراي استحصال کانيهاي مس، طلا، اورانيوم، نيکل و کبالت بحث خواهد شد.
2-1- کاربرد بيوتکنولوژي در صنايع مس
2-1-1- مقدمه
نحوه معدنکاري مس در شيلي بطور مستقيمي بر قيمت و ميـزان خريـد و فـروش آن در بـازار تـاثير مـي گـذارد زيـرا شـيلي مهمترين توليدکننده مس در دنيا است. اين مطالب مشخص ميکنند ک ه تنها افزايش قيمتها حائز اهميت نيست بلکه بايد راههـاي اقتصادي تري براي استحصال مس بدست آورد .انتخــاب عمليــات بيوهيــدرومتالورژي بطــو رگســترده اي بــه شــرايط کــاني شناســي مــس بســتگي دارد . بزرگتــرين کــاربرد بيـوتکنولوژي در صناي ـع معدني در بيوليچ ـينـگ کانيهاي کم عيار و باطله ها در توده هاي اسيدشـوئي اسـت. اگر چـه سـولفيدهاي مس ثانويه، کالکوسيت و کالکوپيريت بيشتر مورد اسيدشوئي قرارمي گيرند، حتي کانيهاي کالکوپيريت نسبتا مقاوم نيز بعنـوان منـابع حائز اهميتي درروش اسيدشوئي محسوب ميشوند.
2-1-2- اصول کلی بيوليچينگ مس
ماده معدني مس استخراج شده تا ابعاد مورد نظرخردشده و بمنظـور آگلـومره شـدن ذرات ريـز بـا ذرات درشـت و کـار بـا باکتريها با اسيدسولفوريک در دستگاههاي آگلومراسيون مخلوط مي شـوند . بمنظـور کـاهش ميـزان رطوبـت موجـود بـراي خـوب آگلومره شدن آب يا رافينت ) رافينت محلولي است که از مسير بازگشتي جدا يش محلول - الکترووينينگ بدست مـي آيـد ( اضـافه مي شود. اگرماده معدني از نوع خيلي مصرف کنند. اسيد نباشد، ميزان اسـيد مصـرفي بـراي آمـاده سـازي مـادهء معـدني ميتوانـد از محلول رافينت تأمين شود. رافينت معمولا شامل ميزان کمي از باکتري است، که منجر به اکسـيد شـدن مـس ميشـود ( بـا کتري ابتـدا توسط لوله هايي برروي کپه هاي ماده معدني ريخته مي شوند تاسنگ سولفوري به اکسيدي تبـديل کنـد ). سـنگ آگلـومره و آمـاده شده براي اسيدشوئي به محوطه اي فرستاده مي شود که درمحلي به ارتفاع 6-10 متر بر روي زميني که قبلا مسطح شده است و يا بـر بالاي ماده معدني که قبلا اسيدشوئي شده است، ريخته مي شود . بمنظور تأمين هواي مـورد نيـاز بـراي عمليـات باکتريهـا ، لولـه هـاي پلاستيکي با سوراخهاي مخصوص هوادهي بر روي پد قرار داده ميشوند. بادبزنهاي فشار پائين هواي مورد نيـاز بـراي سيسـتم تهويـه زير ماده معدني را تأمين مي کنند. پدهاي ايجاد شده توسط ميزان مشخصي از محلول که شامل باکتري نيـز مـي باشـد مـورد پاشـش قرار مي گيرند و اين باکتريهاي موجود سنگ سولفوري را به اکسيدي تبديل مي کنند و در اسيد حل مي شوند، محلـول بـاردار شـده(شامل مقدارمشخصي مس مي باشد ) در زير توده جمع مي شوند و بعضا دوباره به بالاي هيپ عمليات برگردانده مـي شـوند( PLS ) ويا مستقيما اگر ميزان مس درحد مورد نظر باشد به مرحله EW/SX (جدايش محلول / الکترووينينگ ) براي بازيابي مس فرستاده مي شوند . رافينت دو مرتبه به توده هاي مورد اسيدشوئي قرارگرفته، بازگردانده مي شوند . زمان اسيدشوئي بـراي عملياتهـ اي مختلـف متفاوت است اما بطورايده آل در حدود 200 روز براي ماده معدني مس ثانويه است . بازيابي مس درحدود 75-85% متغيراست . نمايي شماتيک از يک هيپ را نشان مي دهد .
2-1-3- روشهاي مختلف بيوليچينگ مس
- بيوليچينگ توده اي (Dump Bioleaching) : در مقياسها و تناژهاي بزرگ روش اسيد شوئي توده اي مس براي باطله و يا مواد معدني مس بعنوان يک طرح کاملا اقتصادي است که با روش بيوليچينگ توده اي در غرب ايالت آمريکا بعنوان يک کار اقتصادي عرضه شد . امروزه، دامپهاي بوليچينگ درسرتاسر دنيا و مخصوصا در شيلي بطورگسترده اي استفاده مي شود . هزينه هاي عملياتي خيلي پائين است و با استفاده از روشهاي EW/SX اين هزينه ها خيلي پائين تر مي شوند
- جدايش مس از ماده معدني طلا : حضور مس در ماده معدني طلا بخاطر مصرف بالاي مواد شيميايي توسط مس مشکلاتي را درعمليات سيانوراسيون طلا بوجود مي آورد. در عمليات ليشون در کوئينزلند استراليا تقريبا 500000 تن در سال ( 20 درصدخروجي معدن ) از روش بيوليچينگ براي جدايش مس استفاده مي شود که کالکوپيريت را توسط باکتري جدا ميکنند. بعد از اين مرحله است که طلا مي تواند به راحتي و بصورت کاملا اقتصادي استحصال شود . مس نيز توسط سمنتاسيون همراه با آهن براي عمليات بعدي جدا مي شوند
- بيوليچينگ لايه هاي نازک (Thin Film Bioleaching) : اين روش تنها براي مواد معدني اکسيدي بکار ميرود . روش لايه هاي نازک شامل خردايش و بيوليچينگ موادمعدني سولفيدي مس ثانويه درهيپهاي کوچک در مراحل باردار بدون بار است . اخيرا عملياتي در مقياس بزرگ در معدن کبرادا بلانکا و سرو کلورادو در شيلي ازاين روش براي موادمعدني سولفيدي(کالکوسيت اوليه ) مورد استفاده قرارگرفته شده است
- بيوليچينگ مخزني (Stirred Tank Bioleaching) : اولين بيوليچينگ مس وکنسانتره آن بااستفاده ازروش رآکتورهاي مخزني به منظوردستيابي به سينتيک سريعتر بوده است که اين روش بخاطر بازيابي پائين آن از خوراک کالکوپيريت و اقتصادي بودن روش ذوب پيوسته نسبت به روش مذکور فقط در مقياس آزمايشگاهي استفاده شده است. بيوليچينگ کنسانتره کالکوپيريت درحضور يونهاي کاتيوني مثل نقره منجر به سريعترشدن سينتيک آزمايش و بازيابي بالاي مس درجزئيات آزمايشگاهي شده است. ميزان هزينه محاسبه شده براي روش بيوليچينگ ـ استخراج از محلول ـ الکترووينينگ ، 30-25 سنت به ازاي هرپوند است.
2-1-4- نمونه اي از کاربرد بيوليچينگ مس
اکثر معادني که از روش بيوليچينگ براي استحصال فلزات استفاده ميکنند، معادني هستند که در منطقه نيمکره جنوبي واقع شده اند و اين مطلب بخاطر شرايط آب و هوائي خاص اين مناطق است که براي رشد بـاکتري و عمليـات آن هـا مفيـدتر هسـتند و در مناطقي مثل شمال آمريکا بدليل شرايط آب وهوائي سرد کار باکتريها در اين مناطق با مشکل روبرو ميشود و در ا ين منـاطق تنهـا از باکتريهاي سرما دوست ميتوان استفاده کردو از سال 1980 ، 11 معدن مس و يک معدن بصورت برجـا از روش بيوليچينـگ اسـتفاده کرده اند
نمونه خيلي خوب صنعتي استفاده شده از روش بيوليچينگ ، معدن کبرادا بلانکا درشمال شيلي مي باشد ( سال ).1994 محوطه ايـن عمليات درون منطقه آلتي پلانو در سطح تراز 4400 متر واقع شده است که بخاطر شرايط خاص اين منطقه کـار باکتريهـا در دمـاي سرد و فشار کم اکسيژن در مناطق مرتفع با مشکل روبرو مي شوند. در معدن مذکور 17300 تن در روز ماده معدني سولفيدي تـا 100درصد زير 9 ميليمتر سنگ شکني مي شوند، با اسيدسولفوريک و آب گرم آگلـومره ميشـوند و بعـدا بـر روي پـد هـائي بـه ارتفـاع 6 تا 5/6 متر انباشته مي شوند . پدها توسط لوله هاي مخصوص هوادهي که در زير هيپها نصب شده انـد وتوسـط فنهـاي بـا فشـار پـائين هــوادهي ميشــوند، مجهــز شــده انــد . فعاليــت باکتريهــا در ا يــن معــدن بــا بيشــترين ميــزان موفقيــت همــراه اســت و بازيــابي عمليــات درحدود90-80 درصد از سنگ معدني سولفوري است که در حدود 7500 تن مس در سال توليـد ميکنـد . هزينـه هـاي بوجـود آمـده در معدن که شامل معدنکاري نيز مي شود در حدود 50 سنت به ازاي هر پوند از ماده معدني است.
2-1-5- آينده بيوتکنولوژي مس
درآيند. نزديک، براي استحصال کنسانتره هاي کالکوپيريت از رآکتورهاي شيميايي درمقياس صنعتي اسـتفاده خواهدشـد .
آزمايشهاي پايلوت مدت زمان زيادي است که در مس استراليا در معادنِ لِيل تاسماني مشغول فعاليت هسـتند . ايـن آزمايشـها نشـان داده اند که با است فاده از با کتري ترموفيليک براي اکسيداسيون ذرات دانه ريز و بازيابي مس توسط عمليات sx-ew نتـايج خـوبي بهمراه داشته است
يافته جديد ديگري استحصال کالکوپيريت با استفاده از باکتري مخصوص اکسيدکننده آهن فرو است . يون فريک با عيـار بالا در رآکتور جداگانه اي ايجاد مـي شـود و تـا درجـه حـرارت 70 درجـه سيليسـيوس حـرارت داده مـي شـود ومحلـول فريـک بـا کالکوپيريت تماس داده مي شود. بازيابي مس در اين روش بالاو در حدود 90% است، مخصوصـا وقتيکـه کالکوپيريـت خيلـي ريـز باشد، نتيجه بهتراست. سولفور موجود در کالکوپيريت، اکسيده شده و جزء گوگردي اسيدسولفوريک ب وجـود مـي آورد کـه بطـور مشخص هزينه هاي مربوط به خنثي سازي را کاهش ميدهد و بعضا سولفور بوجود آمده قابل فروش نيز مي باشد. هزينه هاي عملياتي بخاطر مصرف کم هواي مورد نياز براي اکسيده کردن آهن سولفوري نسبت بـه کالکوپيريـت، بشـدت کـاهش پيـدا کـرده اسـت .
شستشوي آهن فريک ا ز کالکوپيريت قبل از اينکه بصورت صنعتي استفاده شود، به تحقيقات بيشتري نيازدارد . يکي ازمطالب مهـم، هزينه لازم براي گرم کردن محلول فريک قبل از تماس با کنسانتره و سپس سردکردن محلول حاوي يون فروس قبل از بازگرداندن مجدد به رآکتورهاي حاوي باکتري مي باشد و استفاده از باکتري ترموفيليـک درمحلـول يـون فريـک توليـد ممکـن اسـت بهتـرين جواب ممکن باشد. همچنين توليد بعضي تجهيزات براي تقويت تماس بين کالکوپيريت ومحلول فريک لازم مي باشد .
يافته هاي صنعتي جديد در استفاده از باکتري در روش کپه اي کالکوپيريـت خيلـي شـبيه يافتـه هـا ي موجـود در بيوليچينـگ کنسانتره کالکوپيريت مي باشد. احتمال دارد که بتوان بعضي از پارامترهاي عملياتي اسيدشوئي کپه اي کالکوپيريت را براي دامپهاي اسيدشوئي ماد.معدني مس اوليه خارج شده از معدن نيز مورداستفاده قرارداد. تقويتهايي که در زمينه سيماني مس، صـورت گرفتـه، منجر به بهترشدن بازيابي مس درتوده ها نگرديده است. سيستمهايي که براي پرورش باکتريهاي جديد استفاده ميشود منجربه تقويـت باکتريهــاي تيوباســيلوس تيواکســيدانس و تيوباســيلوس فرواکســيدانس شــده اســت . جديــداً، بــاکتري ليپتوســپيليريوم نيــز بعنــوان ميکروارگانيسم قابل استفاده نيز مورداستفاده قر ار مي گيرد و با يد تحقيقات و مطالعـات بسـياري در مـورد بـاکتري ترموفيليـک کـه نقش بسيارمهمي را در اکسيداسيون کانيها دارد، انجام شود. مخصوصا براي بيوليچينـگ مـس از کالکوپيريـت مقـاوم از باکتريهـاي ترموفيليک آرکا ، سولفولوبوس و مخصوصا اسيديانوس برييلرلي و متالوسفرا که در درجـه حـرارت 65-75 درجـه سيليسـيوس رشد ميکنند، استفاده شود. يافته هاي جديـد منتشـر شـده، نشـان مـي دهنـد کـه علاقـه بـراي مطالعـه در زمينـ. کـاربرد باکتريهـاي ترموفيليک در بيوليچينگ رو به افزايش است.
2-2- کاربرد بيوتکنولوژي در جدايش طلاي مقاوم
2-2-1- تعريف طلاي مقاوم
باتوجه به افزايش بي سابقهء قيمت طلا دردههء 1980 ، پيدا کردن راه حلهاي جديد متالورژيکي براي استحصال طلاي مقـاوم بعنوان منبعي براي استحصال کانيهاي با ارزش لازم و ضروري بود . کانسارهاي طـلاي مقـاوم شـامل طـلاي موجـود در کانسـارهاي سولفيدي بالاخص پيريت و ارسنوپيريت است که اين نوع طلا حتي با خردايش بسيار زياد، در سيانور حـل نمـي شـود و يـا بعبـارت ديگر براي استحصال طلا توسط سيانور بايد عيار آن در حد متوسط و در حدود 3 الي 7 گرم بـرتن باشـد ولـي امـروزه بـدليل پـائين بودن عيار طلاهاي موجود و بازيابي کم آنها )کمتر از 20 درصد ) و يا مصرف زياد سيانور قابـل استحصـال نيسـتند، بـه ايـن طلاهـا، طلاي مقاوم گفته مي شود و براي اينکه طلا در سيانور حل شود بايد بصورت آزاد باشد که با استفاده از روشـهاي مختلفـي ازجملـه تسويه، رآکتورها، روش ميکروبي ، طلا بصورت آزاد در مي آيد و بعد قابل استخراج توسـط سيانوراسـيون مـي باشـد کـه بدليل کاربرد خوب روش بيوليچينگ و هزينه کمتر آن نسبت به رو شهاي ديگر قابل استفاده است . شکل 2 شـماي کلـي از مقايسـه اين سه روش بايکديگر را نشان مي دهد.