فرآیند بیولیچینگ چیست

MarkazeDarsDefault.jpg

– فرآیند بیولیچینگ

بیولیچینگ روشی برای استفاده از میکروارگانیسم ها برای جدا کردن فلزات باارزش از کانسنگ می باشد. مخصوصاً برای بازیافت فلزات با عیار پایین مانند طلا استفاده می شود. بیولیچینگ کانی های سولفیده روشی صنعتی برای بازیافت طلا از کانسنگ پیریت آرسنیکی و بیولیچینگ مس می باشد. 

کانسنگ در تماس با میکروارگانیسم انتخابی سولفور اکسیده قرار می گیرد. سولفور شامل ترکیبی ازمیکروارگانیسم های قبلی، در طول یا بعد از تماس با اسید سولفوریک برای لیچینگ فلزات از کانسنگ می باشد. در این صورت کانسنگ به شکل محلول در می آید. فلزات می توانند از مایع غنی از فلز جدا شوند.

لیچینگ میکروبیال کانیهای سولفیدی (پیریت و آرسنوپیریت) به منظور بازیابی طلا به خواص فیزیکوشیمیایی بیوشیمیایی و ژنتیک اجزاء شامل باکتریهای (سولفوبوس و تیوباسیلوس)، برمی گردد. 

جزئیات شیمی اسید و لیچینگ بیولوژیکال پیریت و آرسنوپیریت که اغلب به صورت کمپلکس هستند، در واکنش شناخته شده نیست. از مهمترین عوامل مؤثر در این فرآیند بیولیچینگ میتوان به PH، پتانسیل احیاء، دمای تعادل، ثابت تعادل، سولفور فلزاتواپتیم کردن فعالیت باکتریها اشاره کرد ، در این فرآیند باکتریها، گوگرد کانیها را با اکسیداسیون محلول حذف می کنند و طلا با محلول سیانید استخراج میشود.

در فرآیند تانک لیچینگ، شرایط خاصی برای کانی های حذف کننده ماده معدنی طلا وجود دارد که اغلب این کانیها شامل پیریت-آرسنوپیریت و یا هردو هستند. 

بازیابی طلا توسط استخراج و سیانوراسیون کانیها اغلب آرام و لازمه برخورد بیشتر است که این روش با لیچینگ تحت فشار و لیچینگ بیولوژیکال انجام میشود.

– مکانیسم لیچینگ

انحلال باکتریایی سولفیدی فلزات، در بیولیچینگ شامل باکتریهایی مانند فرواکسید تیوباسیلوس، فرواکسید لپتوسپیریلوم، تیواکسید تیوباسیلوس، نمونه های سیلفولوبوس می باشد. این میکروارگانیسم ها انرژی برای بقای خود را بوسیله اکسیده کردن قسمت های سولفیده کانیها و یون های فروس بدست می آورند. انحلال باکتریایی کانیهای سولفیده شامل دو مکانیزم مستقیم و غیرمستقیم می باشند. 

در طول لیچینگ مستقیم، باکتریها خود را به بلورهای فلزات سولفیده درون سنگ می چسباند. در مدت فعالیت بیوشیمیایی کهبه نام اکسیداسیون شناخته می شود، باکتریها بلورهای سولفیده فلزی را تغییر داده و به صورت محلول سولفات که فلزات در آن حل شده اند، درمی آیند. 

در طول لیچینگ غیرمستقیم باکتریها به تماس مستقیم با سطح کانی ها نیازی ندارند. نقش باکتریها، اکسیده کردن مجدد آهن های فرو و تبدیل به فرم فریک همانند عناصر سولفوری اکسیده شده است که در بعضی از نمونه ها تشکیل شده اند. سپس آهن فریک به صورت شیمیایی کانیهای سولفیده را اکسیده کرده و آهن فروس تولید می نماید. باکتریها تنها اثر کاتالیزوری داشته و باعث سرعت بخشیدن به اکسیداسیون مجدد آهن فروس به فریک شده که در صورت عدم وجود باکتریها بسیار آهسته انجام خواهد شد. 

ممکن است اغلب کانیهای طلا شامل مقداری نقره باشند، معمولاً فلزاتی که به صورت کمپلکس هستند، مثلاً نقره، میتواند با محلول سیانید لیچ شود و در هنگام بازیابی طلا معمولاً نقره آن آزاد می شود و این مسئله مشکل ساز می شود. هرچند که بهعلت اختلاف قیمت طلا و نقره، نقره جزء پارامترهایی است که در پروسه بازیابی طلا مؤثر است.

اگر طلا از کانسنگ بوسیله لیچینگ سیانید بازیابی شده باشد، یک PH مناسب لازم دارد تا به صورت سیانید هیدروژن درآید. استفاده از تیواوره معمولاً استفاده از سیانور را کاهش میدهد ولی معمولاً از لحاظ اقتصادی به صرفه نیست، بیولیچینگ شامل مقادیر فلزاتی است که میتوانند با آهن بازیابی شوند.

پیریت و آرسنوپیریت از جمله موادی هستند که خواص شبیه به هم دارند ولی نرخ اکسیداسیون پیریت و آرسنوپیریت متفاوت است، اکسیداسیون آرسنوپیریت سریعتر شروع میشود و اکسیداسیون آرام با اسیدسولفوریک بیشتری شروع میشود، مشکل مهم دیگر، اضافه کردن کربن آلی به ماده معدنی است.

اگر ماده معدنی حاوی بیش از ۱۵/۰ % مواد کربنی باشد در طی فرآیند مقداری که با سیانید طلا کمپلکس میدهند کم است. 

حلالیت مناسب دراین واکنش شامل ¯FeHso4 و FeHso4¯² و FeHso4 وAS(oH)3 نسبت به سنتیک است. لیچینگ باکتریایی میتواند با توسعه مدل های سنتیک واکنش بهینه شود و مدل های مختلف با کنسانتره پیریت و آرسنوپیریت که در داخلآرسنوپیریت است، نشان داده شده است، نرخ اکسیداسیون آرسنوپیریت سریعتر از اکسیداسیون پیریت است. بنابراین اکسیداسیون سولفیدها را نمیتوان مانند سیستم هموژن با نمونه خطی بین اکسیداسیون سولفیدها و آزادی گوگرد نشان داد. 

– دما

دما پارامتری است که در فعالیت متابولیکی و سرعت ثابت واکنش اثر دارد. اثردما روی اکسیداسیون آرسنوپیریت مشخص نیست. محدوده دمایی برای مسوسولفیلیک و اسیدوفیلیک تیوباسیل ها بین ۴ تا ۴۰ درجه است، اما بهترین میزان آن در حدود ۲۳_۲۸ است.

 لیچینگ به صورت تانک اغلب برای لیچینگ باکتریایی کنسانتره ها زیر رنج عمل کنترل، انجام می شود. درحال حاضر بیشتر مکان ها از سوی باکتری مسوفیلیک اشغال شده است.

– عملکرد باکتری ها

پرورش باکتری ها در دمای بین ۴۵ تا ۶۰ درجه، در PH پایین تر از ۲ و میزان هوای کافی امکان پذیر است. این واکنش ها به دو صورت مستقیم و غیرمستقیم استفاده می شود، در روش مستقیم باکتری ها به کانی های سولفیده می چسبند واکسیدهای آهن و سولفور در کانیهای یون های فلزی در داخل محلول آزاد می شوند. در روش غیرمستقیم باکتریها به کانی های درگیر حمله کرده و در فرآیند اکسیداسیون باعث تبدیل کانی های فروس به فریک می شود.آهن فریک عامل اکسیداسیون قوی بوده و به کانی های سولفیدی حمله می نماید. 

– فواید و زیان های بیولیچینگ

از گذشته تا به حال فرآیند سیانوراسیون یون های آلوده کننده محیط زیست را تولید میکرده است. فرآیند حذف بیولوژیکی با چرخش باکتریها اغلب برای کم عیار کردن سیانید و تیوسیانید در آسیا استفاده می شده است. 

ممکن است شرکت های معدنی قادر به استفاده از بیولیچینگ به عنوان روشی برای بهره برداری از کانسنگ های عیار پایین و یا ذخایری که در مناطق دوراز دسترس واقع شده اند، باشند ولی درهر صورت روشی بسیار گرانقیمت به شمار می رود. بیولیچینگ دارای مضرات زیست محیطی کمتری نسبت به روش های سنتی استخراج است، که این به علت مصرف پایین انرژی و عدم تولید So2 در طول فرآیند می باشد.

مشکلاتی هم با فرآیند بیولیچینگ موجود است، مانند سرعت کندتر استخراج بیولیچینگ نسبت به تکنیک های قدیمی که ممکن است قیمت را افزایش دهد، همچنین در این روش تمام کانسنگ ها نمی توانند بیولیچ شوند فقط کانسنگ های سولفوره بیولیچ می شوند.

بسیاری از فلزات باارزش موجود در ذخایر طبیعی جهان در لایه های عمیق کانسارهای سولفیده قرار گرفته اند. امروزه معدنکاران جدید، سنگ را از قسمت های عمیق خارج کرده و آنها را به صورت توده های چند میلیون تنی انباشته می نمایند. آنها کانی های باارزش مانند طلا را شستشو می دهند. اما کمتر از ۴۰ درصد از فلزات در این توده ها بازیافت می شود. 

محققان در شرکت Idaho National Engineering و آزمایشگاه محیط زیست بر روی تسریع بازیافت میکروبی فلزات از کانی های سولفیده عیار پایین تحقیق کردند. آنها سلامتی یک جامعه میکروبی را در معدنکاری توده ای بررسی کردند و به دیگر شرکت ها توصیه کردند که بازیافت لیچینگ را توسعه داده و یا آغاز نمایند. در آزمایشگاه، محیط توده ای کانسنگ را دستکاری کردند و حدود ۴۰ تا ۵۰ درصد فلز را از کانسنگ سولفیده بدست آوردند، و تولیدات را چندین میلیون دلار افزایش دادند. 

– انواع بیولیچینگ

دو روش معمول بیولیچینگ وجود دارد، یکی تانک بیولیچینگ و دیگری بیولیچینگ توده ای است. روش دوم شامل قرار دادن توده ای کانسنگ خرد شده و ریختن محلول اسید سولفوریک شامل باکتری ها و مواد مغذی روی آنها بوده است. سپس جریان هایانحلالی به درون ذخیره ها هدایت شده و مجدداً بر روی ذخیره ها پخش می شوند. هنگامیکه این محلول به اندازه کافی غنی شد، فلزات درون آن جدا می شوند.

کشور کانادا اولین کشوری بود که تحقیقات درمورد بیولیچینگ را در دهه های ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ آغاز کرد. گرچه شرکت های معدنی کانادایی نسبت به کاربرد تکنولوژی بیولیچینگ به علت ثابت نشدن استفاده از این تکنولوژی در آب و هوای سرد، علارقم موفقیت بسیاری از کشورها، بی میل بودند. 

گرچه هر دو نوع اکسیداسیون باکتریایی و فاقد باکتری بر خواص طلا و مس طرح ریزی شده است، اما ترکیب آنها در استخراج نیکل هم استفاده می شود. فرآیند بیوهیپ، کانسنگ های خردشده را به منظور آماده کردن خرده سنگ های ریز و مراحل تمرکز که نیاز به تکنیک های اکسیداسیون باکتریایی دارد، فراهم می نماید.

دیگر شکل مهم بیولیچینگ، تانک متحرک است. با توجه به نام این فرآیند بدون نیاز به توضیح، به فرآیندی گفته می شود که نیاز به تانک هایی که تحت تأثیر هوازگی قرار گرفته اند، و معمولاً در سری هایی مرتب شده اند. در این روش رآکتور می تواند در جریان با دبی ثابت عمل کند و کانسنگ تازه به تانک اول اضافه شود و هنگامیکه این جریان به تانک آخری رسید، کانسنگ حذف می شود. کانسنگ معمولاً خرد شده و به اندازه های بسیار کوچک درمی آید و باقیمانده های جامد در مواد مایع معلق می شود.