Биохидрометалургија
Биохидрометалургија представља област инжењерства и науке која се бави применом биотехнологије у металургији.[1] Обухвата процесе који користе микроорганизме за екстракцију метала из руда, концентрата или отпада. Сматра се једном од најперспективнијих биотехнолошких открића у области прераде минерала и металургије.[2] У биохидрометалуршким процесима се користе микроорганизми који живе искључиво у киселој средини (ацидофилни микроорганизми).[1] Ови организми обезбеђују метаболичку енергију оксидацијом неорганских супстрата, најчешће гвожђа и сумпора, што доводи до настанка сумпорне киселине и мобилизације метала из кристалне решетке.[1] Присуство ових микроорганизама у рудницима и на јаловиштима доводи до настанка киселих рудничких вода које одликује велика концентрација растворених метала.[1] У контролисаним условима, у технолошком поступку познатом као биолужење, то јест екстракција метала из руда употребом микроорганизама, могу се екстраховати различити метали (цинк, бакар, никл) из примарних и секундарних минералних сировина.[1]
Потражња и зависност од метала се из године у годину повећава због раста броја становништва, глобалне урбанизације, као велике потражње електронских преносивих уређаја. [3] Према подацима Светске организације за челик (енгл. World Steel Association) производња челика се у периоду између 2000. и 2013. готово удвостручила уз све већи пораст из године у годину.[3] Такође производња бакра и ретких метала бележи значајан раст. Насупрот све већом потражњом ресурси примарних минералних сировина који се могу искористити су све ређи и потреба за проналаском алтернативних метода за добијање различитих минералних сировина постаје све већа.
Ацидофилни микроорганизми
[уреди | уреди извор]Ацидофилни микроорганизми живе искључиво у киселој средини и њихов раст је оптималан у pH опсегу 1,5-2,5. [1][2] Кисела станишта могу бити природног и антропогеног порекла.
- Природна кисела станишта су најчешће геотермални извори богати сумпором, настали интезивном вулканском активношћу. Најпознатији геотермални извори се налазе у Сједињним Америчким Државама (национални парк Јелоустоун), затим на Исланду, Новом Зеланду,у Русији (Камчатка) и други.[1]
- Антропогена кисела станишта су много распрострањенија и углавном настају услед интезивних рударских активности.[1] Најпознатији су: Ајрон планина (енгл. Iron Mountain) у Сједињним Америчким државама, Сао Домингос у Португалу, Рио Тинто у Шпанији, језеро Робуле у Србији и други. [4][1]
Подела ацидофилних микроорганизама
[уреди | уреди извор]Према извору енергије и угљеника, ацидофилни микроорганизми могу да се поделе у 5 група: [1][5]
- Хемолитоаутотрофни микроорганизми - као извор угљеника за синтезу органских једињења користе угљен-диоксид, док енергију обезбеђују оксидацијом неорганских супстрата (сумпор или гвожђе)
- Фотоаутотрофни микроорганизми - као извор угљеника користе угљен-диоксид, док енергију обезбеђују из енергије сунчеве светлости
- Хемолитохетеротрофни микроорганизми - енергију добијају оксидацијом Fe2+ јона, док органски молекули чине извор угљеника
- Хемоорганохетеротрофни микроорганизми - као извор енергије и угљеника користе органске молекуле
- Факултативни аутотрофи - примарно су хемоорганохетеротрофи, али у недостатку органских супстрата могу у потпуности прећи на хемолитоаутотрофан метаболизам
Према оптималној температури за раст микроорганизми се могу поделити на:[1][2]
- Мезофиле (оптимална температура за раст 20 °C-40 °C) - припадају роду Acidithiobacillus, успевају захваљујући оксидацији редукованих једињења сумпора и поред тога могу да оксидују Fe2+ јоне. Анаеробни раст је могућ оксидацијом сумпорних једињења или водоник-сулфида у комбинацији са редукцијом Fe3+ јона. У мезофиле спадају At. ferrooxidans, At. thiooxidans, L. ferrooxidans и L. ferriphilum. [2][6]
- Умерене термофиле (оптимална температура за раст 40 °C-60 °C) - припадају родовима Acidimicrobium, Ferromicrobium и Sulfobacillus [2]
- Екстремни термофиле (оптимална температура за раст 60 °C-80 °C) - археје и бактерије које припадају родовима Sulfolobus, Acidianus, Metallosphaera и Sulfurisphaera [2]
Технике биолужења метала
[уреди | уреди извор]Рударство представља екстракцију метала из сировина физичким и хемијским процесима. Први корак је одвајање непотребних минерала из руде, након чега следи прерада руде која укључује разбијање руде на мање величине и одвајање различитих врста минерала. Технике које се највише примењује за екстракцију метала из примарних и секундарних минералних сировина су: пирометалургија, хидрометалургија и биохидрометлургија. [7]
Пирометалургија
[уреди | уреди извор]Представља процес производње метала (бакра) топљењем минералног концетрата у топионицама. Руда се прво пржи да би се одстранио сумпор, након чега се дроби и меље. После млевења, руда се концентрише у погонима флотације ради добијања минералног концентрата (садржи 20-30% бакра).[1] [7]Концентрат се топи на високим температурама, а потом се издваја чист метал методама катодне и анодне рафинације. Предност ове методе је релативно лако добијање метала из примарне руде, док су мане велике количине штетних гасова и прашине. На пример, приликом прераде сулфидне руде настаје пре свега SO2. У колико је SO2 у вишку може се употребити за добијање сумпорне киселине, међутим у колико је његова концентрација недовољна овај гас се емитује у атмосферу и може узорковати настанак киселих киша.[1]
Хидрометалургија
[уреди | уреди извор]Представља знатно чистији процес од пирометалургије. Изоди се при атмосферскoм притискy и ниским температурама. Руда се отапа коришћењем неорганских киселина, база или растопа соли, а даљом прерадом добијамо високу чистоћу метала. Процес је у односу на пирометалургију знатно спорији, али много прихватљивији за животну средину.[7]
Биохидрометалургија
[уреди | уреди извор]Биохидрометалуршке технике се константно усавршавају да би се добили већи приноси и да би се сам процес биолужења убрзао. Тако је за бакар развијена технологија биолужења на уређеним насипима. Руда се меље и дроби да би се повећала додирна површина која је у додиру са микроорганизмима и оксидационим агенсима. Након тога руда се меша са киселим раствором да би се добили чврсти и порозни агломерати који се потом насипају на гомиле у облику зарубљене пирамиде. Ацидофилни микроорганизми се гаје у посебно изграђеним базенима који садрже хранљиви медијум са великом концентрацијм гвожђе (II) сулфата. Насип се залива овим раствором помоћу система прскалица, а испод насипа се налази водонепропусни слој који спречава отицање овог раствора у земљиште. Такође, постављају се и цеви којима се у насип удувава ваздух да би се поспешио раст ацидофилних микроорганизама. Добијени лужни раствор се сакупља у базену, одакле се даље усмерава у погон са солвентну екстракцију, а затим на катоду где се електролитички производи чист бакар. Овај процес обично траје од неколико месеци до годину дана што представља једну од највећих мана овог процеса.
Референце
[уреди | уреди извор]- ^ а б в г д ђ е ж з и ј к л Srđan Stanković (2023). „Biohidrometalurgija - teorijske osnove i primena u praksi”. doi:10.13140/RG.2.2.31138.50889.
- ^ а б в г д ђ Erüst, Ceren; Akcil, Ata; Gahan, Chandra Sekhar; Tuncuk, Aysenur; Deveci, Haci (2013). „Biohydrometallurgy of secondary metal resources: a potential alternative approach for metal recovery”. Journal of Chemical Technology & Biotechnology (на језику: енглески). 88 (12): 2115—2132. ISSN 0268-2575. doi:10.1002/jctb.4164.
- ^ а б Kaksonen, Anna H.; Boxall, Naomi J.; Gumulya, Yosephine; Khaleque, Himel N.; Morris, Christina; Bohu, Tsing; Cheng, Ka Yu; Usher, Kayley M.; Lakaniemi, Aino-Maija (2018-09-01). „Recent progress in biohydrometallurgy and microbial characterisation”. Hydrometallurgy. 180: 7—25. ISSN 0304-386X. doi:10.1016/j.hydromet.2018.06.018.
- ^ Johnson, D. Barrie (2006). „Biohydrometallurgy and the environment: Intimate and important interplay”. Hydrometallurgy (на језику: енглески). 83 (1-4): 153—166. doi:10.1016/j.hydromet.2006.03.051.
- ^ Desmarais, Miguel; Pirade, Februriyana; Zhang, Jingsi; Rene, Eldon R. (2020-09-01). „Biohydrometallurgical processes for the recovery of precious and base metals from waste electrical and electronic equipments: Current trends and perspectives”. Bioresource Technology Reports. 11: 100526. ISSN 2589-014X. doi:10.1016/j.biteb.2020.100526.
- ^ Kelly, D. P.; Wood, A. P. (2000). „Reclassification of some species of Thiobacillus to the newly designated Genera acidithiobacillus gen. nov., Halothiobacillus gen. nov. And thermithiobacillus gen. nov.”. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 50 (2): 511—516. PMID 10758854. doi:10.1099/00207713-50-2-511.
- ^ а б в Anjum, Fozia; Shahid, Muhammad; Akcil, Ata (2012-04-01). „Biohydrometallurgy techniques of low grade ores: A review on black shale”. Hydrometallurgy. 117-118: 1—12. ISSN 0304-386X. doi:10.1016/j.hydromet.2012.01.007.
Литература
[уреди | уреди извор]- Brierley, James A. (2008). „A perspective on developments in biohydrometallurgy”. Hydrometallurgy. 94 (1–4): 2—7. Bibcode:2008HydMe..94....2B. doi:10.1016/j.hydromet.2008.05.014.
- Brierley, J.A; Brierley, C.L (2001). „Present and future commercial applications of biohydrometallurgy”. Hydrometallurgy. 59 (2–3): 233—239. Bibcode:2001HydMe..59..233B. doi:10.1016/s0304-386x(00)00162-6.
- Free, Michael L. (2014). „Biohydrometallurgy”. Treatise on Process Metallurgy. стр. 983—993. ISBN 978-0-08-096988-6. doi:10.1016/b978-0-08-096988-6.00020-1.
- Sethurajan, Manivannan; Van Hullebusch, Eric D.; Nancharaiah, Yarlagadda V. (2018). „Biotechnology in the management and resource recovery from metal bearing solid wastes: Recent advances”. Journal of Environmental Management. 211: 138—153. Bibcode:2018JEnvM.211..138S. PMID 29408062. doi:10.1016/j.jenvman.2018.01.035.
- García-Moyano, Antonio; González-Toril, Elena; Moreno-Paz, Mercedes; Parro, Víctor; Amils, Ricardo (2008). „Evaluation of Leptospirillum SPP. In the Río Tinto, a model of interest to biohydrometallurgy”. Hydrometallurgy. 94 (1–4): 155—161. Bibcode:2008HydMe..94..155G. doi:10.1016/j.hydromet.2008.05.046.
- Malki, M.; González-Toril, E.; Sanz, J.L.; Gómez, F.; Rodríguez, N.; Amils, R. (2006). „Importance of the iron cycle in biohydrometallurgy”. Hydrometallurgy. 83 (1–4): 223—228. Bibcode:2006HydMe..83..223M. doi:10.1016/j.hydromet.2006.03.053.
- Brierley, James A. (2008). „A perspective on developments in biohydrometallurgy”. Hydrometallurgy. 94 (1–4): 2—7. Bibcode:2008HydMe..94....2B. doi:10.1016/j.hydromet.2008.05.014.