فصلنامه علمی علوم زمین

فصلنامه علمی علوم زمین

بازیابی نیکل از کانسارهای ارسنیدی (نیکلین) کم‌عیار و پرعیار بر مبنای مقایسه عملکرد باکتری‌های شیمیولیتوتروفیک و هتروتروفیک و بررسی تاثیر انواع افزودنی‌ها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی معدن، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران
2 سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور، تهران، ایران
چکیده
در این پژوهش، انحلال میکروبی عنصر نیکل از سنگ معدنی آرسنید نیکل (نیکلین) کم‌عیار و پرعیار به‌طور دقیق مورد ارزیابی قرار گرفت. انحلال میکروبی نیکلین با میکس باکتری‌های شیمیولیتوتروفیک مزوفیل  (Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans, Leptospirillum ferrooxidans) در مقیاس فلاسک شیک با درصد جامدهای مختلف 0/5، 1 و 5 % برای نمونه­‌های کم‌عیار و پرعیار انجام شد. بازیابی بیش از 99 درصد توسط باکتری‌های مزوفیل نمونه‌های کم‌عیار و پر عیار پس از 10 و 28 روز به ترتیب در دو درصد جامد 0/5٪ و 1٪ به دست آمد، درحالی‌که بازیابی در آزمودن‌های کنترلی و شیمیایی بسیار کمتر بود (به ترتیب 6/9 درصد و 26/7 درصد برای نمونه کم‌عیار، 10/3 درصد و 16/9 درصد برای نمونه پر عیار). در این پژوهش همچنین از باکتری‌های هتروتروفیک برای نخستین بار استفاده شد. توانایی سه سویه باکتری (Bacillus cereus, Glutamicibacter nicotianae, Bacillus zhanghouensis) در انحلال عنصر نیکل از نمونه‌های نیکلین در درصد جامدهای (0/5٪، 0/8، 1/1٪ و 3٪) مورد بررسی قرار گرفت. هر 3 باکتری یاد شده‌ قابلیت انحلال را نشان دادند، باکتری Glutamicbacter nicotiana مؤثرتر نسبت به سویه‌های دیگر عمل نمود، به‌طوری‌که 100 درصد عنصر نیکل از نمونه کم‌عیار و 70 درصد نیکل از نمونه پر عیار بازیافت شد. در آزمایش فروشویی (لیچینگ) شاهد، انحلال نیکل تنها 0/33 درصد بود. آنالیزهای مختلفی مانند SEM-EDS، FE-SEM، XRD برای توصیف دقیق نمونه‌های باقیمانده شاهد و میکروبی استفاده شد. اثر کاتالیزوری و تعامل گالوانیکی افزودنی‌­های مختلف بر روی انحلال نمونه‌­ها، مورد بررسی قرار گرفت به‌طوری‌که به ازای درصد جامد 50 گرم برلیتر (5 درصد) از نمونه کم و پرعیار مقدار مشخصی از پیریت (0/75 گرم برلیتر)، گرافیت (0/8 گرم برلیتر)، ال سیستئین (0/48 گرم برلیتر) و نیترات نقره (0/0504 گرم برلیتر) برای باکتری‌های مزوفیل به محیط اضافه گردید. در نمونه کم‌عیار، هر چهار افزودنی در هر دو نمونه کم‌عیار در حضور آهن فرو و گوگرد و بدون حضور آهن فرو و گوگرد، کارایی مثبتی در انحلال از خود نشان دادند، به‌طوری‌که در روز 28 میزان انحلال به بیش از 90 درصد رسید. در نمونه پرعیار سه افزودنی از چهار افزودنی (نقره- پیریت و ال سیستئین) در نمونه بدون حضور آهن و گوگرد کارایی مثبتی در انحلال نیکل داشته‌اند و توانستند بازیابی را به بالای 90 درصد پس از گذشت 28 روز برسانند، در مورد نمونه با حضور آهن و گوگرد، نیز سه افزودنی (پیریت، نقره و ال سیستئین) بیشترین تاثیر را داشته اما حضور آهن و گوگرد نه‌تنها مفید نبوده بلکه بازیابی را به زیر 90 درصد کاهش داده است؛ که این می‌­تواند به دلیل غلظت بالایی عناصر در محیط و تاثیر منفی آن بر عملکرد باکتری­‌ها باشد. در این پژوهش باکتری­‌های مزوفیل با تشکیل و رسوب کانی­‌های زیستی ثانویه آرسنیک مانند اسکوردیت و جاروسیت، محیط را برای ادامه فعالیت خود مهیا نمودند و در نتایج آنالیز XRD نیز این موضوع ثابت گردید.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


برومند، ز.، قصاع، س.، مرادیان، م.، عبدالهی، ه.، فتح‌آبادی، غ. ر.، فخرمقدم، ک.، 1394، فروشویی میکروبی کانسنگ معدن سرب و روی انگوران به‌وسیله باکتری‌های مزوفیل بومی مخلوط اسیددوست جداسازی شده از خاک و پساب، فصلنامه علمی علوم زمین، 25 (97)، ص. 3-10. https://doi.org/10.22071/gsj.2015.41347.
Abdollahi, H., Saneie, R., Shafaei, S.Z., Mirmohammadi, M., Mohammadzadeh, A. and Tuovinen, O.H., 2021. Bioleaching of cobalt from magnetite-rich cobaltite-bearing ore. Hydrometallurgy, 204, p.105727. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2021.105727.
Boroumand, Z., Ghassa, S., Moradian, M., and Abdollahi, H., 2016. Bioleaching of Zinc and Lead from Anguoran Ore by Indigenous Mixed Local Culture of Mesophilic Acidophilic Bacteria., Scientific Quarterly Journal of Geosciences., 25 (97), p. 3-10., https://doi.org/10.22071/gsj.2015.41347. (In Persian).
Bosecker, K., 1986. Leaching of lateritic nickel ores with heterotrophic microorganisms.‏ Fundamental and applied biohydrometallurgy. Proceedings of the sixth international symposium on biohydrometallurgy Vancouver, BC, Canada, August 21-24.
Crundwell, F., Moats, M., Ramachandran, V., Robinson, T., and William, G., 2011. Davenport, Extractive Metallurgy of Nickel, Cobalt and Platinum Group Metals, Elsevier, Page iii, ISBN 9780080968094, https://doi.org/10.1016/B978-0-08-096809-4.10039-5.
Cui, X., Gu, Q., Liu, X. Wen, J., Lu, A., Ding, H., Yang, F., Shang, H. Wu, B., Zhang, M., Wang, X., 2018. Contact-bioleaching mechanism of Ni and Co from sulfide concentrate at neutral pH by heterotrophic bacteria, Minerals and Metallurgical Processing, 2018, Vol. 35, No. 4, pp. 221-229. https://doi.org/10.19150/mmp.8599.
Daoyan, J., Zhiyong, L., and Zhihong, L., 2022. Oxidation of As(III) by pressurized oxygen and the simultaneous precipitation of As (V) as scorodite in acidic sulfate solutions. Chemical Engineering Journal, 447, p.137395.
Escobar, B., Huenupi, E., Godoy, I., and Wiertz, J. V., 2000. Arsenic precipitation in the bioleaching of enargite by Sulfolobus BC at 70 C. Biotechnology Letters, 22, 205-209.‏
Blengini, G. A., Latunussa, C. E., Eynard, U., de Matos, C. T., Wittmer, D., Georgitzikis, K., Pavel, C., Carrara, S., Mancini, L., Unguru, M., Blagoeva, D., Mathieux, F., Pennington, D., 2020. European Commission, Study on the EU’s list of Critical Raw Materials, Factsheets on Non-critical Raw Materials. Final Report.
Ghobadi, S., Mehrabani, J. V., and Panda, S., 2022. Catalytic Effect of Graphite Promoting Zn Dissolution from Sphalerite using a Leptospirillum ferrooxidans Dominated Mixed Culture. Geomicrobiology Journal, 39(3-5), 199-209.‏ https://doi.org/10.1080/01490451.2021.1964112.
Giebner, F., Laura, K., Wiche, O., Tischler, J. S., Schopf, S., and Schlömann, M., 2018. Bio-leaching of cobalt from arsenic ore. Minerals Engineering, Volume 131, 73-78, ISSN 0892-6875. https://doi.org/10.1016/j.mineng.10.020.
 Hallberg, K.B., Johnson, D.B., 2001. Biodiversity of acidophilic prokaryotes. Adv. Appl. Microbiol, 49, 37–84.30. DOI: 10.1016/s0065-2164(01)49009-5.
Johnson, D. B., Dybowska, A., Schofield, P. F., Herrington, R. J., Smith, S. L., and Santos, A. L., 2020. Bioleaching of arsenic-rich cobalt mineral resources, and evidence for concurrent biomineralisation of scorodite during oxidative bio-processing of skutterudite. Hydrometallurgy, 195, 105395.‏
Johnson, D.B., and Roberto, F.F., 1997. Heterotrophic acidophiles and their roles in the bioleaching of sulfide minerals. In Biomining: Theory, Microbes and Industrial Processes; Rawlings, D.E., Ed. Springer-Verlag: Berlin, Germany, pp. 259–279.35.
Johnson, D.B., Hallberg, K.B., 2009. Carbon, iron (II) and sulfur metabolism in acidophilic micro-organisms. Adv. Microb. Physiol., 54, 201–255.
Ke, P. C., and Liu, Z.H., 2019. Synthesis, in-situ coating, and characterization of scorodite with high leaching stability. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Volume 29, Issue 4, 876-892, ISSN 1003-6326. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(19)64998-8.
Li, Q., Shen, H., Xu, R., Zhang, Y., Yang, Y., Xu, B., Jiang, T., and Yin, H., 2020. Effect of Acidithiobacillus ferrooxidans and Leptospirillum ferrooxidans on preg-robbing of gold by graphite from thiourea leaching solution. Journal of Cleaner Production261, p.121122.
Li, X., Cai, G., Li, Y., Zhu, X., Qi, X., Zhang, X., Shu, B., Li, K., Wei, Y., and Wang, H., 2021. Limonite as a source of solid iron (II) in the crystallization of scorodite aiming at arsenic removal from smelting wastewater, Journal of Cleaner Production, Volume 278, 123552, ISSN 0959-6526. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.123552.  
Li, Y. Zhu, X., Qi, X., Shu, B., Zhang, X., Li, K., Wei, Y., Hao, F., and Wang, H., 2020. Efficient removal of arsenic from copper smelting wastewater in form of scorodite using copper slag. Journal of Cleaner Production, Volume 270, 122428, ISSN 0959-6526. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.122428.  
Loni, P. C., Wu, M., Wang, W., Wang, H., Ma, L., Liu, C., Song, Y., and H. Tuovinen., O., 2019. Mechanism of microbial dissolution and oxidation of antimony in stibnite under ambient conditions, Journal of Hazardous Materials, V. 385, 2020, 121561, ISSN 0304-3894, https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121561 PMID: 31740307. 
Maneesuwannarat, S., Kudpeng, K., Yingchutrakul, Y., Roytrakul, S., Vangnai, A. S., Yamashita, M., and Thiravetyan, P., 2019. A possible protein model involved in gallium arsenide leaching by Cellulosimicrobium funkei. Minerals Engineering, 137(9), 207-216.‏ DOI:10.1016/j.mineng.2019.04.002.
Maneesuwannarat, S., Vangnai, A. S., Yamashita, M., and Thiravetyan, P., 2016. Bioleaching of gallium from gallium arsenide by Cellulosimicrobium funkei and its application to semiconductor/electronic wastes. Process Safety and Environt (II) mental Protection, 99, 80-87.‏ DOI:10.1016/j.psep.2015.10.008.
Norris, P.R., 1997. Thermophiles and bioleaching. In Biomining: Theory, Microbes and Industrial Processes; Rawlings, D.E., Ed.; Springer-Verlag: Berlin, Germany, 1997; pp. 247–258.29.
Otgon, N., Zhang, G. J., Zhang, K. L., and Yang, C., 2019. Removal and fixation of arsenic by forming a complex precipitate containing scorodite and ferrihydrite. Hydrometallurgy, V. 186, 58-65, ISSN 0304-386X. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2019.03.012.
Oyama, K., Shimada, K., Ishibashi, J. I., Miki, H., and Okibe, N., 2018. Silver-catalyzed bioleaching of enargite concentrate using moderately thermophilic microorganisms. Hydrometallurgy, 177, 197-204.‏ doi:10.1016/j.hydromet.2018.03.014.
Oyama, K., Kyohei T., Kaito H., Yuji A., Shigeto K., Tsuyoshi H., and Naoko O., 2021. Carbon-Assisted Bioleaching of Chalcopyrite and Three Chalcopyrite/Enargite-Bearing Complex Concentrates Minerals 11, no. 4: 432. https://doi.org/10.3390/min11040432.
Rawlings, D. E., 1997. Mesophilic autotrophic bioleaching bacteria: Description, physiology and role. In Biomining: Theory, Microbes and Industrial Processes; Rawlings, D.E., Ed.; Springer-Verlag: Berlin, Germany, 1997; pp. 229–245.28.
Tzeferis, P.G., 1994. Leaching of a low-grade hematitic laterite ore using fungi and biologically produced acid metabolites. Int. J. Miner. Process. 1994, 42, 267–283.
Valix, M., Usai, F., and Malik, R., 2001. Fungal bio-leaching of low-grade laterite ores. Miner. Eng. 2001,14, 197–203.
Watling, H.R., 2006. The bioleaching of sulphide minerals with emphasis on copper sulphides—A review. Hydrometallurgy 2006, 84, 81–108.
Watling, H.R., Shiers, D. W, and Collinson, D. M., 2015. Extremophiles in Mineral Sulphide Heaps: Some Bacterial Responses to Variable Temperature, Acidity and Solution Composition. Microorganisms. 2015 Jul 9;3(3):364-90. doi: 10.3390/microorganisms3030364. PMID: 27682094; PMCID: PMC5023253.
Zhao, J. C., Liang, W. J., Hu, Y. H., and Qiu, G. Z., 2011. Effect of L-cysteine on bioleaching of Ni-Cu sulphide by A. manzaensis. Journal of Central South University, 18(2), 381-385.‏
دوره 34، شماره 2 - شماره پیاپی 132
تابستان 1403، سال سی و چهارم، شماره 2، پیاپی 132
تابستان 1403
صفحه 89-106