-->

Σάββατο, 5 Αυγούστου 2017

Π. Tζεφέρη: Βιοϋδρο-Μεταλλουργία και Προστασία Περιβάλλοντος


Εργαστηριακή βιοεκχύλιση σε αναδευόμενες συσκευές
Ηδη από τη δεκαετία του 1960 είχε γίνει αντιληπτό στα μεταλλεία ουρανίου της περιοχής  του Eliot Lake του Οντάριο Καναδά ότι τα νερά των μεταλλείων ήταν όξινα και περιείχαν παράλληλα ικανές συγκεντρώσεις ουρανίου και τρισθενούς σιδήρου..  Σύντομα διαπιστώθηκε ότι η τυχαία διαλυτοποίηση του ουρανίου από το φτωχό (στείρο για τα δεδομένα της εποχής) μετάλλευμα των εξοφλημένων μετώπων οφειλόταν στην επίδραση της φυσικής παρουσίας των βακτηρίων του γένους Thiobacillus.

 Σήμερα η εξελιγμένη φυσικά, τεχνική της βιοεκχύλισης του ουρανίου συμβάλλει κατά 25% στην συνολική παραγωγή του ουρανίου της υπόψιν περιοχής με κόστος λιγότερα από το 1/4 του συμβατικού κόστους παραγωγής!
Η παραπάνω δράση αποτελεί την πλέον γνωστή, αλλά όχι τη μόνη,  δράση των μικροοργανισμών (βακτήρια, μύκητες, φύκη, άλγη και πρωτόζωα) στα διάφορα ορυκτά, μεταλλεύματα και βιομηχανικά ορυκτά.  Πράγματι, το αποτέλεσμα της δράσης ορισμένων μικροοργανισμών είναι η διαλυτοποίηση, μεταφορά και απόθεση μετάλλων και ορυκτών στο περιβάλλον, κάτι που συμβαίνει ήδη σε γεωλογική κλίμακα και  έχει συμβάλλει τόσο στο σχηματισμό μεταλλευμάτων (sulphate reducing bacteria), την απόθεση ορυκτών (marine algae) αλλά και την διαμόρφωση κι εξέλιξη της βιόσφαιρας. Με την αποδοτική χρήση αυτών των δράσεων, η Βιοϋδρομεταλλουργία έχει εξελιχθεί σε μία εναλλακτική μεθοδολογία για την αξιοποίηση μεταλλευμάτων και βιομηχανικών ορυκτών και, επίσης, για την ανάκτηση μετάλλων από υδατικά διαλύματα. Ταυτόχρονα, μέσα από τις διαδικασίες αυτές, υπηρετείται η περιβαλλοντική προστασία είτε ανακτώντας χρήσιμα μέταλλα από φτωχά μεταλλεύματα ή στείρα ή απόβλητα μεταλλουργίας είτε συμβάλλοντας καθοριστικά στην επίλυση σημαντικότατων περιβαλλοντικών προβλημάτων της μεταλλευτικής τεχνολογίας: πχ. όξινη απορροή μεταλλείων, αποθείωση ορυκτών ανθράκων, αύξηση απόδοσης προβληματικών κοιτασμάτων πετρελαίου κλπ.
H Βιοϋδρομεταλλουργία αποτελεί ειδικότερη εφαρμογή της βιοτεχνολογίας στη μεταλλουργική βιομηχανία. Συγκεκριμένα, πρόκειται για τον κλάδο που προήλθε από τη σύζευξη της Βιοτεχνολογίας και της Υδρομεταλλουργίας και ασχολείται με την εξαγωγή μετάλλων απο μεταλλεύματα ή συμπυκνώματα με την τεχνική της βιοεκχύλισης (bioleachingεκλεκτική διαλυτοποίηση με μέσα εκχύλισης που περιέχουν μικροβιακά στελέχη ή προϊόντα μεταβολισμού τους) καθώς και την ανάκτηση μετάλλων από μεταλλοφόρα διαλύματα με την τεχνική της βιορρόφησης (ή βιο-δέσμευσης ή βιο-συσσώρευσης, biosorption ).
Σήμερα έχουν αναπτυχθεί σημαντικότατες εφαρμογές σε βιομηχανική κλίμακα στο τομέα της Βιουδρομεταλλουργίας, ειδικότερα αναφορικά με τα θειούχα ορυκτά.
Σήμερα, στη σύγχρονη βιομηχανική πρακτική, η γρήγορη μείωση των αποθεμάτων των πλούσιων μεταλλευμάτων, η απανταχού αύξηση της τιμής της ενέργειας και η αυξανόμενη μέριμνα και ευαισθησία σε περιβαλλοντικά θέματα, έχουν εντείνει τις προσπάθειες περαιτέρω αξιοποίησης της Βιουδρομεταλλουργίας.

Bιοτεχνολογία, Μεταλλουργία και Προστασία
του Περιβάλλοντος
Μάλιστα έχουν αναπτυχθεί σημαντικότατες εφαρμογές σε βιομηχανική κλίμακα κι αφορούν :α) επεξεργασία/αποτοξίνωση υγρών βιομηχανικών αποβλήτων για την ανάκτηση μεταλλικών αξιών (περιβαλλοντική βιοτεχνολογία),  β) Εκχύλιση θειούχων ορυκτών χαλκού, ουρανίου, νικελίου σε σωρούς (heaps, heap leachingκαι αποθέσεις στείρων (dumps) στις Η.Π.Α., Αυστραλία, πρώην Ε.Σ.Σ.Δ., Χιλή, Περού, Ισπανία, Μεξικό,Καναδά, Φινλανδία και Κύπρο κι ακόμη γ) χρήση της βιολογικής οξείδωσης ως προκατεργασία για τη βελτίωση της ανάκτησης χρυσού και αργύρου, κατά την κυάνωση, από δυσκατέργαστα θειούχα συμπυκνώματα (Ν. Αφρική, Η.Π.Α.,Βραζιλία,Αυστραλία, Γκάνα) κλπ.

Πιλοτικό υδρομεταλλουργικό πρόγραμμα εκχύλισης λατεριτών σε σωρούς (Λαρκο, ΙΓΜΕ, ΕΜΠ : Σ.Αγατζίνη)

Τελευταία, έχει αρχίσει διεθνώς έντονη ερευνητική δραστηριότητα, πέραν των θειούχων ορυκτών και στα οξειδωμένα μεταλλεύματα, όπως μολύβδου, ψευδαργύρου, καδμίου, μολυβδαινίου, νικελίου και κοβαλτίου, τα οποία κυρίως επειδή είναι σαφώς πολυπληθέστερα των θειούχων, αναμένεται να αποτελέσουν την σημαντικότερεη πηγή παραγωγής μετάλλων για το άμεσο μέλλον. Μία από αυτές τις προσπάθειες  έχει πραγματοποιηθεί (από τις αρχές της δεκαετίας του '90) στο Εργαστήριο Υδρομεταλλουργίας του ΕΜΠ, όπου χρησιμοποιήθηκε η τεχνική της βιολογικής εκχύλισης των φτωχών ελληνικών λατεριτών με ετερότροφους μικροοργανισμούς, με σχετικά ικανοποιητικά αποτελέσματα, ιδιαίτερα όταν η εκχύλιση γινόταν σε δύο φάσεις, δηλ. γινόταν εκχύλιση με τα προϊόντα μεταβολισμού των μικροοργανισμών κατόπιν κατάλληλης ζυμωτικής διεργασίας.

P.G. Tzeferis: Leaching of a low-grade hematitic laterite ore using fungi and biologically produced acid metabolitesMinerals and Metallurgical Processing, SME, August 1994, pp.125-129.

Microbial assisted leaching of nickel laterites

Επίσης, το περιεχόμενο ανόργανο θείο στα ορυκτά καύσιμα (πχ. λιγνίτη) μπορεί να απομακρυνθεί με βακτηριακή δράση.

Βιολογικές μέθοδοι για την αποθείωση ορυκτών ανθράκων (πχ λιγνιτών) και την μείωση της τέφρας.

Τέλος, η χρήση της βιορρόφησης, δηλ. της διαδικασίας δέσμευσης ή ρόφησης μετάλλων (biosorption ή bioaccumulation) από κυοφορούντα διαλύματα ή υγρά απόβλητα είναι μία σχετικά νέα βιομηχανική χρήση των μικροοργανισμών που με την συνεχιζόμενη μελέτη και βελτίωση των μηχανισμών δράσης (πχ. intracellular uptake, surface binding κλπ), έχει ήδη οδηγήσει σε πιστοποίηση μεθόδων χρήσης μικροβιακής βιομάζας για την ανάκτηση μετάλλων.