CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG KHAI KHOÁNG

Quá trình biến đổi và tích lũy kim loại nhờ vi sinh vật 4.. CÔNG NGHỆ KHAI KHOÁNG Đó là sự ứng dụng CNSH vào việc hoàn thiện các quy trình tuyển khoáng khai thác kim loại và hoàn thiện

Môn CÔNG NGHỆ SINH HỌC

BMT, 18/03/2010

Hoạt động khai khoáng ở việt Nam

CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG

CÔNG NGHIỆP

CÔNG NGHỆ KHAI KHOÁNG

1 Mở đầu

2 Công nghệ tuyển quặng nhờ vi sinh vật.

3 Quá trình biến đổi và tích lũy kim loại nhờ vi sinh vật

4 Biopolymer ( polymer sinh học)

5 Poly - β – oxybutyrate (POB)

6 Sự phá hủy sinh học

CÔNG NGHỆ

KHAI KHOÁNG

Đó là sự ứng dụng CNSH vào việc hoàn thiện các quy trình tuyển

khoáng khai thác kim loại và hoàn thiện tiếp tục các phương pháp

kiểm soát quá trình phá hủy sinh

học.

• Có lẽ ít ai nghĩ rằng những vi sinh vật nhỏ bé lại

có vai trò đáng kể trong quá trình tách chiết kim loại

từ quặng, trong tích lũy và làm giàu đối với 1 số kim loại quý và trong sản xuất vật liệu mới

• Từ trước công nguyên, người La Mã đã sản xuất đồng từ dịch khoáng bằng “công nghệ tuyển quặng” nhờ vi sinh vật – vẫn dùng trong 1 số công đoạn

sản xuất uranium ngày nay

I MỞ ĐẦU

• Hiện tượng phân hủy sinh học – là sự làm hỏng vật liệu do các tác nhân sinh học gây

ra ( chủ yếu là vi sinh vật) và trong thực

tế sự phá hủy này rất lớn

• Nó phá hủy rất mạnh các vật liệu nằm

dưới đất, trong nước trong nước thải công nghiệp, đường dẫn dầu khí,… Đó chính là nội dung sẽ được trình bày trong bài báo cáo này

II NỘI DUNG

 Công nghệ tuyển quặng nhờ vi sinh vật.

 Quá trình biến đổi và tích lũy kim loại nhờ vi sinh vật

 Biopolymer ( polymer sinh học)

 Poly - β – oxybutyrate (POB)

 Sự phá hủy sinh học

2.1 Công nghệ tuyển quặng nhờ vi

sinh vật.

• Năm 1947 lần đầu tiên phân lập

được vi khuẩn Thiobacillus

ferrooxidans từ nước thải hầm mỏ.

• Sau phát hiện khá nhiều nhóm vi

khuẩn khác nhau tham gia vào quá

trình tuyển kim loại: Leptospirillum

ferrooxidans, Thiobacillus

thiooxidans, T acidophilus, T

organoparus,…

2.1 Công nghệ tuyển quặng nhờ vi

sinh vật.

• Các vi sinh vật trên sống chủ yếu ở nơi có nhiệt độ cao, suối nước nóng, các giêngs khoan quặng, Chúng xúc tác các phản ứng:

Trong tuyển KL trực tiếp:

Tuyển kim loại trực tiếp.

2.1 Công nghệ tuyển quặng nhờ vi

sinh vật.

•Trong tuyển KL gián tiếp:

2Fe2(SO4)3 + Cu2S -> 2CuSO4 + 4FeSO4 + S

2Fe2(SO4)3 + UO2 -> 2UO2SO4 + 2FeSO4

Sau đây chúng ta xét tới 2 công nghệ sản xuất KL bằng phương pháp tuyển quặng nhờ vi sinh vật.

a.CÔNG NGHỆ TUYỂN QUẶNG ĐỒNG

NHỜ VI SINH VẬT

• Khai thác đồng ở mỏ có hàm lượng đồng thấp(< 0,4%)

• Điển hình: CN đang khai thác ở mỏ

canyen(Mỹ), trữ lượng 3,6.109 tấn quặng đồng

• Quy trình:- Phun tẩm ướt quặng bằng

nước được acid hóa đến pH 1,5-3,0 bằng

H2SO4 tạo điều kiện cho Thiobacillus →

ferrooxidans phát triển, thường đến

khoảng 106 TB/kg quặng hay 106 TB/ml nước dịch tuyển

mỏ canyen(Mỹ)

a.CÔNG NGHỆ TUYỂN QUẶNG ĐỒNG

NHỜ VI SINH VẬT

• T.ferrooxidans kích thích quá trình

oxi hóa quặng chứa S và Cu tăng

khoảng 1 triệu lần, giúp hoàn tan

quặng chứa Cu2S và tạo H2SO4.

• Qúa trình được hoạt hóa bởi xử lí

acid ban đầu và oxy của không khí.

a.CÔNG NGHỆ TUYỂN QUẶNG ĐỒNG

NHỜ VI SINH VẬT

• Dung dịch tuyển quặng chứa 0,75- 2,2g Cu/l -> Đồng được tách bằng cách tủa nhờ bổ sung thêm sắt hay chiết bằng dung môi:

CuSO4+Fe -> Cu + FeSO ↓ 4

Dung dịch sau xử lý sẽ được tái sử

dụng lại để tuyển quặng.

b CÔNG NGHỆ TUYỂN QUẶNG

URANIUM NHỜ VI SINH VẬT

• Bản chất: không khác nhiều về công nghệ

so với tuyển quặng đồng

• Quy trình:

- bơm nước đã được acid hóa vào vỉa quặng chứa uranium thông qua mũi khoang khai thác( đầu vào)

- Sau 3-4 tháng VK T.ferrooxidans sẽ từ từ oxy hóa sắt trong quặng thành Fe3+ - tạo

muối chứa uranium tan trong dd khai thác

là UO2SO4.

b CÔNG NGHỆ TUYỂN QUẶNG

2.2 Quá trình biến đổi và tích lũy kim

loại nhờ vi sinh vật

• Trong tự nhiên có nhiều nhóm vi sinh vật

có khả năng biến đổi, phân tách và tích

lũy KL -> làm sạch nước thải công nghiệp chứa muối KL nặng và tận dụng nguồn KL này

a Tạo dạng bay hơi của KL: thực hiện pư

Methyl hóa Hg, As,Se,và Fe tạo ra những dạng hợp chất bay hơi chứa KL nặng

( Hg)-> làm sạch đất, nước bị nhiễm bởi

KL nặng

2.2 Quá trình biến đổi và tích lũy kim

loại nhờ vi sinh vật

b.Tủa KL bên ngoài tế bào: dựa vào khả

năng liên kết cuả KL với các sản phẩm do

VK tạo ra để tích lũy chúng ở dạng cặn tủa hay bùn trong bồn chứa

Sinh khối tảo phát triển

↓ ↓ Tảo chết tạo tủa

↓

Tủa

Kim loại+ sulphite

H2S muối sulphite ↓

VK khử sulphate phân hủy tủa dần dần

Khí CO2

Giai đoạn 1: Sinh khối tảo

phát triển Khi chết

tạo ra tủa sinh khối

Giai đoạn 2:Tạo và tích lũy

muối sulphite của

kl trong tủa Quang năng

Dựa vào hiện tượng trên -> 2 hệ thống công nghệ cho phép tách kl ở dạng

sulphite từ nước nhiễm kl

 GĐ 1: tạo khí H2S nhờ VK khử

sulphate

 GĐ 2: tách kl ra khỏi nước thải bị nhiễm kl

2.3 Quá trình biến đổi và tích lũy kim

loại nhờ vi sinh vật

c Tạo phức KL ngoài tế bào:

• Bản chất: dựa vào các nhóm VSV có khả năng

tổng hợp 1 số phức chất đặc hiệu với Fe, Mo,

Va, Để tích lũy cúng ở bên trong tế bào.

• Gồm 2 gđ:

 Gđ1: gắn KL lên bề mặt tế bào xảy ra nhanh

chóng, không phụ thuộc vào năng lượng

 Gđ2: chuyển và tích lũy KL vào bên trong tế bào, cần có hệ thống chuyển vận đặc hiệu và tiêu tốn năng lượng;thường xảy ra chậm và luôn ở trạng thái cân bằng ion.

2.4 Biopolymer

• Biopolymer là tên gọi chung đối với các đại phân tử có mặt trong cơ thể sống như

nucleic acid, polysaccharide và lipid

• Đối tượng: polysaccharide, poly-

β-oxybutyrate được tổng hợp trong cơ thể

VSV khi điều kiện ngoại cảnh trở nên

không thuận lợi đối với cơ thể VSV và khi nguồn Cacbon không phải là yếu tố giới

hạn sự phát triển của chúng

lượng polysaccharide VSV được tạo

ra, thường dùng glucose saccharose làm cơ chất.

• Sản phẩm tạo ra là polysaccharide-là phân tử lớn nên môi trường lên men thường có độ nhớt cao, gây khó khăn cho việc cung cấp oxy.

• Ph môi trường thay đổi nhanh

• Hạn chế: tốn nhiều năng lượng cho

việc khuấy trộn môi trường lên men

và quy trình thu nhận sản phẩm tạo

ra khá phức tạp.

• Một số CN sản xuất có gt ứng dụng:

• Xanthan:qt lên men xanthomonas

campestris trên mt chứa

glucose,saccharose,tb,dịch huyết thanh

sữa.Dùng để tăng hiệu suất khai thác dầu

mỏ nhờ khả năng kiểm soát trạng thái tạo huyền phù, tạo gel,tạo độ nhớt rất tốt của nó

• Polytran:lên men sâu của nấm Sclerotium

glucanium trên mt nước chiết ngô.Dùng để

ổn định cặn bentonite trong giếng khoan dầu,tăng hiệu suất khai thác dầu

• Polycaccharide tổng hợp bởi

Alcaligenes sp.:tạo được độ nhớt cao trong nước biển hay dd muối và giữ đặc tính này khi ở nồng độ thấp và ở

khoan dầu.

b Công nghệ sx polysaccharide VSV

• Đa số polysaccharide VSV được tổng hợp nội bào-

cơ chất được vận chuyển vào trong nhờ vc

khuếch tán hay tích cực -> cơ chất được hoạt hóa ->gắn với phức vận chuyển kị nước

->polysaccharide.

• Trong tổng hợp polysaccharide ngoại bào- có sự tham gia của 1 số phức vận chuyển kị nước.

b Công nghệ sx polysaccharide VSV

Mục tiêu:

• Tăng tốc độ tổng hợp và hiệu suất

tạo polysaccharide

• Cải biến polysaccharide tạo thành

• Thay đổi tính chất bề mặt của chủng VSV

• Hạn chế sự ảnh hưởng của các pư do

E xúc tác

• Tạo chủng siêu sx polysaccharide

nhờ CN di truyền.

III KẾT LUẬN

• CNSH có nhiều ứng dụng trong việc sản suất quặng nói riêng và CN khai khoáng nó chung.

• Và có ý nghĩa trong việc làm sạch

nước thải cũng như tận dụng KL phế thải.

• Việc tạo các polymer do VSV có

triển vọng lớn, và phụ thuộc nhiều vào những tài năng trẻ như các bạn.

CẢM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ CHÚ Ý LẮNG

NGHE!

Chúc cuối tuần vui vẻ!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Phạm Thành Hổ, Nhập môn công nghệ sinh học, NXB GD, 2005.

2 Nguyễn Văn Uyển, Những kiến thức cơ bản

về CNSH,NXB GD, 2001.

3 http: //wikipedia.org

-