DEPART AM ENTU L DE I NG I NERI A
MEDIULUI ȘI ȘTIINȚE INGINEREȘTI APL I CA TE SPE CI ALI ZAR E A: I NG I NE R I A ME DI UL UI AN DE STUDI U: I V
STUD E NT : I liescu Maria-R oxana
2015
Cuprins Introducere
.................................................................................................................................................. 3
Biomineritul
.................................................................................................................................................. 3
Specii de microorganisme utilizate pentru recuperarea metalelor din zăcăminte ................................ 4 Thiobacicillus ferroxidans ........................................................................................................................ Slfolobus acidocaldarius și Sulfolobus brierley
........................................................................................ 4
Thermothrix thioparus. ............................................................................................................................. Leptospirillum ferrooxidans. ................................................................................................................... Biosolubilizarea microbiană a metalelor CONCLUZII Bibliografie
4
5 5
.................................................................................................. 6
............................................................................................................................................... 7
.................................................................................................................................................. 8
Introducere
În subsol se găsesc bogate şi variate zăcăminte de substanţe minerale utile, exemplificate prin combustibili minerali, minereuri de metale preţioase, minereuri de metale feroase, neferoase şi rare,substanţe nemetalifere etc. Aceste zăcăminte sunt de dimensiuni mici, cel mult medii şi se caracterizează prin condiţii geologice şi miniere grele şi foarte grele, care sunt reprezentate prin tectonică relativ complicată, adâncime mare de exploatare, intercalaţii incluziuni frecvente de steril în formaţiunile utile, condiţii hidrogeologice dificile, conţinut şi scăzut în componenţi utili. Microorganismele se folosesc pentru oxidarea mineralelor metalifere din minereuri, dar
mai sunt utilizate și ca agenti de flotație pentru extracția și concentrarea metalelor dintr-o soluție sau se mai folosesc și pentru tratarea mineralelor. Biomineritul
Biomineritul reprezintă procesul de recuperare al metalelor din zăcăminte cu ajutorul unor microorganisme care tin locul tehnologiilor convenționale. acest proces devine din ce în ce mai utilizat doarece este foarte eficient, sigur, necostis itor și nepoluant comparativ cu metodele tradiționale utilizate în minerit în ultimul secol.
a)
b)
Figura 1: a) structurile de aur rezultate din mineritul cu bacterii; b) bacteriile care “se hrănesc” cu metal (www.libertatea.ro)
3
Biomineritul cuprinde doua tipuri de procese biotehnologice (biosolubilizarea și biooxidarea), ambele realizându-se cu ajutorul unor populații de microorganisme.
Specii de microorganisme utilizate pentru recuperarea metalelor din zăcăminte
Pentru tehnologiilor de recuperare a metalelor din zăcăminte se folosesc specii bacteriene ca:
Thiobacillus ferrooxidans; Thiobacillus thiooxidans; Thiobacillus organoparus; Leptospirillum ferrooxidans; Sulfobacillus hermosulfooxidans; Sulfolobus acidocaldarius; Sulfolobus brierley; Thermothrix thioparus.
Thiobacicillus ferroxidans Este o specie de bacterie chemotrofă,
moderat termofilă, care produce energie prin oxidarea compușilor anorganici ca cei ai fierului și ai sulfului. această specie bacteriană este cel mai des utilizată n biominerit și are unn rol destul de important în procedeele de recuperare el metalelor din din minereuri, prin conversia de la Fe feros la Fe feeric.
Figura 2: Thiobacicillus ferroxidans (microbewiki.kenyon.edu) Slfolobus acidocaldariusși Sulfolobus brierley Se gasesc în izvoarele termale, atașate de particulele de sulf elementar.
Sunt bacterii termofile, fier- și sulfoxidante, care au fost izolate din izvoare termale sulfuroase cu pH aproape neutru și din halde și zăcăminte de minereuri cu temperaturi ridicate, 55-90 0C. 4
Sunt arhebacterii de formă sferică, lobată, micoplasmatică. Peretele celular este lipsit de mureină. Sunt gram -negative, nu au flageli și nu formează spori. Domeniul optim de temperatură pentru activitatea acestor specii este 70 -800C. Sunt facultativ chemolitoautotrofe. Obțin energia prin oxidarea S 0 , Fe2+ sau a unor sulfuri minerale (pirită, calcopirită, arsenopirită, molibdenită etc.), iar carbonul din CO 2 sau diverși compuși organici simpli (ex.: extract de drojdie) Thermothrix thioparus.Este o bacterie filamentoasă care proliferează pe pirită. A fost izolată din ape termale cu pH aproape neutru. Este activă la temperaturi cuprise între 60-75 0C. Oxidează ionii sulfhidril (HS-), sulfit (SO32-), tiosulfat (S 2O32-), precum și S 0 în aerobioză, pentru a forma ioni de sulfat (SO42-), dar și în anaerobioză (în prezența nitratului). Datorită capacității de producere a H2SO4 creează un mediu favorabil pentru bacteriile termofile acidofile
implicate în solubilizarea metalelor din sulfuri. Leptospirillum ferrooxidans. Aceste bacterii în formă de vibrioni au fost descrise ca specie și gen separat mai recent, inițial fiind considerate ca făcând parte din același gen cu At.ferrooxidans, cu care are multe caracteristici comune și cu care împarte aceleași biotopuri. Se deosebesc de tiobacili prin faptul că au formă spiralată și mișcări vibratorii. Ca și tiobacilii au însă un flagel polar. Sunt bacterii autotrofe ș i pot oxida numai fierul bivalent în calitate de unică sursă de energie. Se consideră că nu oxidează sulful și sulfurile minerale. În cultură binară, împreună cu Acidiphilium acidophilum sau cu At.thiooxidans, pot produce oxidarea piritei și a calcopiritei. În absența acestor specii pot oxida sulfurile printr-un mecanism indirect, prin intermediul fierului trivalent. În natură trăiesc împreună cu tiobacilii în zonele miniere mai calde, constituind majoritatea numerică a bacteriilor, în timp ce în zonele mai reci predomină tiobacilii.
Figura 3: Leptospirillum ferrooxidans (microbewiki.kenyon.edu)
Principalele caracteristici morfo-fiziologice și biochimice pe care trebuie să le indeplinescă bacterile care se folosesc in biominerit, sunt urmatoarele: 5
Să fie autotrofe, să prezinte capacitatea de sintetizare a moleculelor organice nutritive din surse anorganice prin fotosinteză în funcție de variațile condiților de mediu; Termofile, adică să reziste la temperaturi ridicate, deoarece prin procesul de extracție al metalelor se produce o mare cantitate de căldură; Deoarece biomineritul implică utilizarea acizilor și bazelor tari, aceste bacterii trebuie să fie acidofile și alcalofile; Să prezinte capacitatea de a adera la suprafața corporilor solide și să formeze biofilme. Biosolubilizarea microbiană a metalelor
Biosolubilizarea se referă la ansamblul de procedee tehnice şi tehnologice care duc la de interes, acestea incluzând sfărâmarea minereului, extracţia şi selecţia categoriilor de minerale şi de concentrate, solubilizarea propriu-zisă şi extracţia metalelor. Procedeele respective se încadrează în domeniul hidrometalurgiei microbiene. Printr e microorganismele implicate în realizarea acestor procese de biosolubilizare sunt de menţionat eliberarea metalelor
speciile de bacterii chemolitotrofe: Thiobacillus ferroxidans, T.thioxidans, Leptospirillum ferrooxidans, Sulfolobus acidocaldarius, Thermothrix thioparus etc.
Una dintre aplicaţiile majore ale acestui fenomen este reprezentată de recuperarea cuprului din minereurile sărace cu ajutorul populaţiilor naturale de T.ferrooxidans. Deşi procedeul este foarte lent, biosolubilizarea bacteriană constituie o alternativă biotehnologică eficientă pentru recuperarea metalelor preţioase din minereuri sărace, din sisteme acvatice sau care sunt rezistente la alte metode de îndepărtare. Utilizat în diferite ţări pentru recuperarea cuprului, uraniului sau aurului, procedeele de bio solubilizare pot fi adaptate şi pentru alte metale, cum ar fi zincul (din blendă – ZnS), plumbul (galenă – PbS), nichelul sau cobaltul. Deseori, celulele microbiene pot fi utilizate pentru concentrarea unor metale preţioase din ape reziduale diluate. Acesta este cazul celulelor algei Chlorella vulgaris care sunt folosite în
tehnologii de recuperare a aurului sau argintului, alga fiind capabilă să acumuleze intracelular respectivele metale.
Tehnologia biosolubilizării implică in special folosirea a două specii de bacterii Acidithiobacillus ferrooxidans şi Thiobacillus ferrooxidans cu scopul de a îmbunătăţi rata de recuperare a cuprului din minereuri şi de a reduce costurile de producţie. Bacteriile au nevoie de foarte puţin pentru a-şi face treaba şi folosesc mineralul în sine ca sursă de energie. Folosind bacteriile cuprul este recuperat cu un randament superior, în proporţie de până la 90%, comparativ cu maxim 60%, atât cât se poate obţine prin metode clasice. Minereurile sunt plasate în acid care conţin bacterii ce se hrănesc cu metalul roşu, se eliberează metalul în formă lichidă apoi se transformă în metal solid printr -un proces special electrochimic. Acest proces este mult mai ieftin şi mai ecologic decât metodele tradiţionale iar 6
bacteriile
oricum sunt prezente în mod natural în minereuri şi nu sunt patogene.
Tehnologia este deja utilizată în mai multe ţări printre care Africa de Sud, Brazilia şi Australia iar 20% din producţia de cupru vine din procese de biosolubilizare.
CONCLUZII Microorganismele sunt folosite pentru oxidarea mineralelor metalifere din minereuri sau din concentrate, dar mai pot fi folosite și ca agenți de flotație pentru tratarea mineralelor și
extracția și concentrarea metalelor. Biomineritul este un complex de aplicații biotehnologice care sunt utilizate pentru recuperarea metalelor din zăcăminte epuizat, prin extractia cu unele microorganisme specializate, care tin locul tehnologiilor convenționale. Acet tip de recuperare al metalelor se face prin două tipuri diferite si anume prin biosolubilizare și biooxidare.
7
Bibliografie
1) http://www.scrigroup.com/educatie/biologie/ACTIVITATEA-GEOLOGICA-AMICROO81971.php 2) http://chimie-biologie.ubm.ro/Cursuri%20online/JELEA%20MARIAN/MICROBIOLOGIA%20MEDIULUI/Bidegradarea.pdf 3)
http://www.utgjiu.ro/revista/ing/pdf/2011-2/21_IRINA_RAMONA_PECINGINA.pdf
8
