-->

Παρασκευή, 3 Ιανουαρίου 2020

Βιο-Μεταλλουργία και Περιβαλλοντική Βιοτεχνολογία: οι τεχνολογίες της Βιοεκχύλισης και Βιορόφησης Μετάλλων

Μία από πρώτες προσπάθειες παγκοσμίως για hetrotrophic leaching οδειδωμένων μεταλλευμάτων έχει πραγματοποιηθεί (μεταξύ 1986-1991) στο Εργαστήριο Υδρομεταλλουργίας του ΕΜΠ, σε συνεργασία με το Kέντρο Bιοτεχνολογίας του Imperial College του Πανεπιστημίου του Λονδίνου, Photo by Dr P. Tzeferis.





[του Πέτρου Τζεφέρη] [by Tzeferis Peter]

Αν δεχθούμε ότι το μέλλον της Μεταλλευτικής/Μεταλλουργίας είναι η δυνατότητα αξιοποίησης των άφθονων πλην φτωχών και δυσκατέργαστων μεταλλευμάτων και των εν δυνάμει χρήσιμων «απορριμμάτων/στείρων/παραπροϊόντων» (ας παρακάμψουμε εδώ προσωρινά το landfill mining, το urban mining, το intelligent mining, το deap (sea or underground) mining και το απώτερο …extraterrestrial mining), τότε το μέλλον της Μεταλλουργίας είναι η Υδρομεταλλουργία και πιθανότατα η Βιο-υδρομεταλλουργία.

Γιατί οι τεχνολογίες αυτές αφενός επιτρέπουν την επεξεργασία των σε αφθονία πολύ φτωχών μεταλλευμάτων (low grade, large scale) ή «απορριμμάτων» μεταλλευτικών εκμεταλλεύσεων (πχ. τα στείρα των πυρομεταλλουργικών κατεργασιών) με μικρότερη κατανάλωση ενέργειας, σχετικά ελεγχόμενο κόστος αλλά και με τρόπο σε μεγάλο βαθμό φιλικό και αποδεκτό από το περιβάλλον. Kαι ακόμη μπορούν να δώσουν λύσεις σε ειδικά προβλήματα, όπως πχ. εκλεκτική ανάκτηση, αξιοποίηση των mining tailings, αποφυγή ή διαχείριση (remediation πχ. με SRB) της όξινης απορροής μεταλλείων (ΟΑΜ) κ.α.

Πλήρες κείμενο παρουσίασης για τις Βιο-ϋδρομεταλλουργικές τεχνικές: Bio-hydrometallurgy: Basics on Bioleaching and Biosorpion of Metals

Τεχνικές όπως η εκχύλιση σωρών απορριμμάτων εκμετάλλευσης (dump leaching), η εκχύλιση σε σωρούς μεταλλεύματος (heap leaching), η εκχύλιση σε στήλες (column leaching), η έκπλυση μετώπων μεταλλοφόρων εκμεταλλεύσεων (stope washing) και η επί τόπου (in situ) εισχώρηση διαλύματος εκχύλισης στο κατάλληλα διαμορφωμένο κοίτασμα (in situ leaching), αποτελούν υδρομεταλλουργικές τεχνικές που έχουν εφαρμοστεί ήδη σε βιομηχανική κλίμακα παγκοσμίως για την αξιοποίηση φτωχών μεταλλευμάτων κυρίως χαλκού, ουρανίου καθώς και δυσκατέργαστων μεταλλευμάτων χρυσού.

Ειδικότερα, η βιοεκχύλιση (bioleaching), γενικότερα η χρήση βιολογικών μεθόδων ανάκτησης μετάλλων (Βιο-υδρομεταλλουργία) ως αποτέλεσμα της δράσης ορισμένων μικροοργανισμών τόσο αυτότροφων (Thiobacillus ferrooxidans, thiooxidans sp) όσο και ετερότροφων (Ηeterotrops, fungus πχ. Aspergillus, Penicillium) είναι μια νεώτερη, αλλά όχι απολύτως νέα τεχνολογία, η οποία εφαρμόζει με επιτυχία αρχές της βιοτεχνολογίας στη μεταλλουργική βιομηχανία αλλά και στην Περιβαλλοντική Τεχνολογία. Ηδη διεξάγεται εκτεταμένη ερευνητική δραστηριότητα αλλά και υφίστανται εφαρμογές σε βιομηχανική κλίματα για την δυνατότητα εφαρμογής της βιοτεχνολογίας σε διάφορα επιστημονικά πεδία στο χώρο των γεω-επιστημών (Μεταλλουργία, βιο-επεξεργασία απορριμμάτων-waste tailings, βιο-επίπλευση, βιο-αποκατάσταση εδαφών, βιο-ρόφηση κλπ).

Ένα πολύ ενδιαφέρον video με τον χαρακτηριστικό τίτλο «Bacteria: the invisible miners» εξηγεί τη διαδικασία, τα οφέλη και δίνει βιομηχανικά παραδείγματα τεχνικών και εφαρμογών της βιοεκχύλισης.    https://www.youtube.com/watch?v=CCzDIv38qAA

Ας πάρουμε μία από τις τεχνικές αυτές, το (bio) heap leaching. Κατάλληλο διάλυμα εκχύλισης διαβρέχει ένα σωρό μεταλλεύματος ο οποίος έχει αποτεθεί επάνω σε μία κατά το δυνατό, υδατοστεγή επιφάνεια, ώστε να καθίσταται εφικτή η συλλογή του διαλύματος (pregnant leach solution, PLS). H απλή τόσο στη σύλληψη, όσο και στην εφαρμογή, μέθοδος της Εκχύλισης σε Σωρούς (heap leaching), έτυχε μιας εκρηκτικής εξάπλωσης από τη δεκαετία του 1980 κυρίως στις ΗΠΑ, ενώ σήμερα η μέθοδος συγκαταλέγεται μεταξύ των φθηνότερων και αποδοτικότερων για την ανάκτηση πολυτίμων ή κοινών μετάλλων, ακόμη και για ιδιαίτερα φτωχά και δυσκατέργαστα μεταλλεύματα, τα οποία σε διαφορετικές συνθήκες θα ήταν αδύνατο ν' αξιοποιηθούν. Επίσης βρίσκει εφαρμογή στην επωφελή διαχείριση των mining tailings των εγκαταλειμμένων μεταλλείων που αποτελoύν και το δυσκολότερο περιβαλλοντικό ζήτημα της μεταλλείας μετά την εντατική και ενίοτε μη ορθολογική εφαρμογή της τους δύο τελευταίους αιώνες.

Για παράδειγμα, η οριακή περιεκτικότητα χαλκού για τη βακτηριακή εκχύλιση των θειούχων κοιτασμάτων του χαλκού είναι πλέον κάτω από 0.3%, περίπου 0.15%. Το κοίτασμα του Talvivaara (Φινλανδία) όπου εφαρμόζεται με επιτυχία η βιοεκχύλιση σε σωρούς (bio-heap-leaching) περιέχει μόνο 0.23% νικελίου διεσπαρμένο κυρίως στον θειούχο πεντλαδίτη (επισημαίνεται ότι τα δικά μας νικελιούχα κοιτάσματα θεωρούνται ακατάλληλα για τροφοδοσία στην μεταλλουργία της Λάρυμνας όταν πέσουν κάτω από το 0,9% σε Ni).

Ανάλογο παράδειγμα χρήσης βιο-ϋδρομεταλλουργίας αποτελεί και η Σκουριώτισσα Κύπρου όπου η μέθοδος που εφαρμόζεται από την Hellenic Copper Mines (HCM) για την ανάκτηση του Cu συνδυάζει Βιοεκχύλιση σε Σωρούς - Εξαγωγή με Οργανικό Διαλύτη –Ηλεκτρανάκτηση (HBL/SX/EW) και αποτελεί περιβαλλοντικά ασφαλέστερη επιλογή από τις πυρο-μεταλλουργικές μεθόδους αλλά είναι και πιο αποδοτική στη χρήση υλικών, ενώ έχει μέτριες απαιτήσεις ενέργειας και εργασίας εξασφαλίζοντας σχετικά χαμηλό κόστος λειτουργίας. Προσφάτως, η Hellenic Copper Mines εκτός από χαλκό παράγει και χρυσό, μιας και ήδη λειτουργεί μια νέα μικρή μονάδα παραγωγής πολύτιμων μετάλλων.

http://www.oryktosploutos.net/2019/01/blog-post_25.html

Ειδικά για τα δυσκατέργαστα κοιτάσματα, κυρίως του χρυσού, εφαρμόζεται σήμερα ευρέως η βιοξείδωση (bio-oxidation), η οποία βελτιώνει σημαντικά την προσπελασιμότητα του χρυσού (κατά την επακολουθούσα κυάνωση) τόσο όταν αυτός είναι εγκλεισμένος σε θειούχο πλέγμα όσο και όταν περιέχεται σε μεταλλεύματα που περιέχουν δυσκατέργαστα ανθρακικά συστατικά. Η προκατεργασία με βιοοξείδωση (Bio-oxidation-BIOX) ή οξείδωση υπο πίεση (Pressure oxidation-POX) για τα δυσκατέργαστα μεικτά θειούχα πχ. αρσενοπυρίτες, αποτελεί την πιο ενδεδειγμένη λύση για την απομάκρυνση και τον έλεγχο του αρσενικού, την αποδέσμευση των μετάλλων και την εν συνεχεία υδρομεταλλουργική διαλυτοποίηση του θειούχου πλέγματος και την περαιτέρω ανάκτηση των μεταλλικών αξιών μέσω «conventional cyanide leaching» και εν συνεχεία «electro-winning» (κυάνωση- ηλεκτρόλυση).

Εννοείται ότι οι ανωτέρω τεχνολογίες πέραν τον πλεονεκτημάτων έχουν και μειονεκτήματα, τόσο τεχνικά όσο και περιβαλλοντικά. Εχουν αργές κινητικές, ενίοτε δύσκολο process control, ενίοτε επίσης παράγουν τοξικά προϊόντα. Επίσης απαιτούν μεγάλους χώρους για την υλοποίησή του, όμως τα κυριότερα ζητήματα είναι τα τυπικά των υδρομεταλλουργικών μεθόδων, δηλ. η διαχείριση αποβλήτων (waste management) και τα θέματα ασφαλείας που προκύπτουν από αυτά (dam Safety) μιας και διαχειριζόμαστε φτωχά κοιτάσματα με μεγάλο δυναμικό αποβλήτων που απαιτούν συστηματική περιβαλλοντική διαχείριση.

Περισσότερα στις  συνημμένες εργασίες και στις παρακάτω "θέσεις".

Υδρομεταλλουργία: το μέλλον της Μεταλλουργίας;
Σ.Αγατζίνη-Λεονάρδου; Ειδικά Θέματα Υδρομεταλλουργίας
Π. Tζεφέρη: Βιοϋδρο-Μεταλλουργία και Προστασία Περιβάλλοντος
Π. Tζεφέρη : Bιοτεχνολογία, Μεταλλουργία και Προστασία του Περιβάλλοντος
Bιοτεχνολογία και Mεταλλουργία. Xρήση μικροοργανισμών στην επεξεργασία οξειδωμένων μεταλλευμάτων και βιομηχανικών ορυκτών"
Biohydrometallurgy and Biomineral Processing Technology:A Review on its Past, Present and Future