Công nghệ sinh học trong khai khoáng

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.

Chuyên đề 5 Công nghệ sinh học

trong 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 phân 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

Từ lâu người ta cũng đã biết sử dụng khả năng hấp thu và tích lũy kim loại của vi sinh vật để xử lí làm sạch nước thải công nghiệp và khả năng vi sinh vật tổng hợp vật liệu polymer.

Bên cạnh đó 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

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 đó 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,…

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

Trong tuyển KL trực tiếp:

Tuyển kim loại trực tiếp.

•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)

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.

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↓+ FeSO4

quặng

b CÔNG NGHỆ TUYỂN QUẶNG URANIUM

-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.

-Hút dịch này ra khỏi vỉa quặng, tách muối uranium từ dịch khai thác bằng phương pháp trao đổi ion hay chiết bằng dung môi.

-Điển hình: sản xuất uranium ở Canada.

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

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

Vd: tạo tủa nhờ H2S do VK kị khí khử sulphate ở bùn ao hồ, sông ngòi đầm lầy

H2SO4+8H -> H2S+ 4H2O

Chất này sau đó được dùng để tủa KL Hiện tượng này thường xảy ra ngoài tự nhiên, theo hình vẽ:

Sinh khối tảo phát triển

↓ ↓ Tảo chết tạo tủa

↓

Tủa

Kim loại+ sulphite

H2S muối sulphite ↓

VK khử sulphate phân hủy tủa dần dần

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

QUÁ TRÌNH TỦA KIM LOẠI TRONG TỰ NHIÊN

Quang năng

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

• Hệ thống CN 1 giai

đoạn:

 VK khử sulphate +

nước thải nhiễm KL+

dinh dưỡng: vào bể

cùng 1 lúc.

 Tạo tủa sulphite kl trong

cùng hệ thống

• Hệ thống CN 2 giai đoạn:

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

a.Polycaccharide

- Thực vật là nguồn cung cấp chủ yếu,nhưng thành phần số lượng thay đổi theo khí hậu, gđ phát triển và thời gian thu hoạch, quá trình chế biến

- Con đường lên men VSV có thể kiểm soát được tính chất thành phần số 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: Quá trình 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

to tới 149oc ->dùng rộng rãi trong qt khoan dầu

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

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

2.5 Poly - β – oxybutyrate (POB)

- Là 1 ứng dụng của CN vật liệu

- Sản xuất bằng CN lên men 1 hay 2 giai đoạn

- Hiện nay ứng dụng của nó còn hạn chế, là sản phẩm dẽ bị phân hủy sinh học

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 thay đổi về mặt công nghệ ở nước ta