پایان نامه باکتریهای اکسیدکننده آهن
فهرست محتوا
چکیده:
باکتریهای اکسید کننده آهن طیف وسیعی از باکتریها را دربر میگیرد، رایجترین حالت اکسیداسیون میکروبی که در طبیعت انجام میگیرد عموماً توسط باکتریهای اسیددوست اکسیدکننده آهن است. فروشویی میکروبی روشی ساده برای حذف گوگرد از سنگهای معدنی و بازیابی فلزات از معادن کم عیار میباشد. در این تحقیق، از باطلهها و همچنین قسمتهای مختلف معدن سنگ آهن گل گهر نمونه برداری شد. 8 نمونه حاصل در محیط 9K کشت و به مدت 8 هفته انکوباسیون شد. تغییر رنگ محیط به قرمز تیره به عنوان ملاک رشد باکتریهای اکسیدکننده آهن در نظر گرفته شد. پس از تأیید وجود باکتری با مطالعه میکروسکوپی، جداسازی در محیط 9K آگارز انجام شد. باکتری جدا شده گرم منفی، مارپیچی شکل و متحرک و شیمیولیتوتروف اجباری با کلنیهای زرد با مرکز قهوهای میباشد، شناسایی مولکولی با تکثیر ژن 16srDNA میزان 34/98 درصد تشابه این باکتری با باکتری Leptospirillum ferriphylum را نشان داد. توانایی اکسیداسیون آهن در pH های متفاوت (1، 5/1، 2، 5/2، 3) و همچنین دماهای مختلف (C028،C0 32، C037 و C040) و دانهبندی متفاوت (45μm، μm75، μm106، μm126، μm150) به همراه مقادیر مختلف پالپ (2.5%،5%،7.5%،10% و 15%) بررسی شد. نتایج بدست آمده نشان داد که جدایه به دست آمده از آب جاری معدن قادر به اکسیداسیون 10 گرم آهن با pH بهینه 1.5 و دمای بهینه C040 است. و قادر است ذرات سنگ معدن را با دانهبندی 45 تا 75 میکرون را نسبت به دانه بندیهای بالای 100 میکرون با درصد پالپ 5% در 30 روز اکسید کند، و توانایی آن برای استفاده در فروشویی میکروبی تأیید گردید.
لغاتکلیدی: بیواکسیداسیون آهن، Leptospirillum Sp، فروشویی میکروبی، گل گهر، باکتریهای اکسیدکننده آهن
فصل اول کلیات
1-1- طرح موضوع و بیان مسأله:
باکتریهای اکسیدکننده آهن تأثیر شگرفی بر روی چرخههای ژئوشیمیایی سیاره ما در محیطهای آبی و خشکی دارد. کانسارهای آهن که طی میلیونها سال و در دوران پریکامبرین (حدود 3085 میلیون سال پیش) شکل گرفتهاند، نقش مهمی بهعنوان منبع مهمی از آهن در طول تاریخ زندگی بشر داشتهاند. اخیراً انسان با کمک دانش زیست فناوری توانسته که از این منابع و ثروتهای خدادادی، به صورتی که به محیط زیست آسیب نرساند بهره ببرد. نقش باکتریهای اکسیدکننده آهن اسیددوست و سایر باکتریها در شکلگیری زهابهای اسیدی به طور گستردهای مورد بررسی قرار گرفته است (Mishra Debaraj, 2005). آهن ماده اولیه تولید فولاد است و 98 درصد از آهن استخراج شده در سطح جهان برای تولید فولاد به کار میرود. صنایع خودروسازی و ساخت و ساز، بخشهای اصلی مصرف کننده فولاد هستند. با استفاده از روشهای رایج کورههای ذوب به کار رفته برای استخراج آهن، فقط 55 تا 60 درصد از آهن قابل استخراج است و 40 تا 50 درصد از این آهن در باطلهها باقی میماند، باطلهها از مشکلات در کارخانههای ذوب فلزات هستند. این باطلهها هنوز مقداری فلز را در خود داشته و همچنین آلوده کننده محیط زیست به شمار میروند (فردیس, 1389). استخراج فلزات با روش کورههای ذوب بسیار پرهزینه است و در مورد باطلهها و سنگ معدنهای عیار پایین در حال حاضر صرفه اقتصادی ندارد (Min_rong Guo, 2010). همچنین استخراج آهن با روش حرارتی مشکلات زیادی مانند نیاز بالا به انرژی، آلودگی محیط زیست، نیاز به تجهیزات پیچیده و تولید گاز SO2 را به همراه دارد. با توجه به افزایش قیمت آهن و انرژی در سالهای اخیر و همچنین کاهش ذخایر فلزات و نیاز روزافزون صنعت به آهن، لزوم افزایش بهره وری و استفاده از باطلههای معادن به طور کامل احساس میشود (Xiang Qiu, 2011).
در کشور ما که از معادن غنی فلزات برخوردار است، برخی از انواع باطلههای فلزی به کشورهای صنعتی صادر میشود و در آن جا فلز را با روشهای اقتصادی مثل استفاده از روشهای زیستی و با کمک میکروارگانیسمها استخراج میشود.
در طی این فرایند با عبور دادن آب و اسید همراه با باکتری از خلال باطلهها فلز را استخراج میکنند. باکتریها که نقش اصلی را بازی میکنند، سنگ معدن (که به طور معمول سنگ معدن سولفیدی) و فاکتورهای محیطی سه عامل مهم در فرایند
فروشویی میکروبی هستند.
1-2- فرضیهها و اهداف تحقیق
یکی از مهمترین مشکلات در معادن و کارخانهها، مشکل باطلههاست، این باطلهها هنوز مقداری از فلز را در خود دارند و همچنین آلوده کننده محیط زیست میباشند. از سوی دیگر ذخائر فلزی رو به کاهش میباشد و تقاضا برای فلز رو به افزایش است. پس نیاز است به اینکه بتوان فلزات را از باطلهها و یا سنگ معدن با عیار پایین استخراج کرد. با پیشرفت جوامع، استفاده از روشهای بیوتکنولوژی، این فرآیندها با سرعتی بیشتر و آلودگی کمتر برای محیط زیست، توسط میکروارگانیسمها انجام میگیرد.
Acidithiobacillus ferrooxidans و Leptospirillum sp اکسیداسیون زیستی آهن فروس را در محیطهای خیلی اسیدی انجام میدهند. آهن فریک کلید اکسیداسیون در بیوهیدرومتارلوژی میباشد، آهن فروس میتواند به صورت شیمیایی نیز اکسید شود اما اکسیداسیون میکروبی با سرعتی برابر با 105-106 سریعتر در مقایسه با اکسیداسیون شیمیایی انجام میگیرد. اکسیداسیون زیستی آهن فروس همچنین در موارد زیر استفاده میشود:
در ابتدا به کمک باکتری، آهن دو ظرفیتی به آهن سه ظرفیتی اکسید میگردد:
2Fe+2 +1/2O2 +2H+ → 2Fe+3 +H2O
آهن سه ظرفیتی تولید شده به عنوان یک اکسنده بسیار قوی عمل کرده و توانایی حذف گوکرد را از گازهای مخرب زیست که باعث تولید بارانهای اسیدی میشوند و همچنین باعث حذف ناخالصی گوگرد در بعضی از سنگهای معدنی مانند واکنشهای زیرعمل میکند.
- در هیدرومتالورژی: برای حذف گوگرد
MS + 2Fe+3 → M+2 + S0 + 2Fe+2
- در حذف گاز سولفید هیدروژن:
2Fe+3 + SH2 →2Fe+2 + S0 +2H+
در فرآیندهای بیولیچینگ، اکسیداسیون بیولوژیکی آهن و سولفور، به منظور استفاده از این اکسیداسیون در کمک به انحلال و برداشت فلزات از کانسنگهای سولفیدی کمعیار میباشد.
1-3- تحقیقات صورت گرفته در معادن قدیمی دنیا:
در جهان معادن و مناطق بسیار زیادی با شرایط آبوهوایی و خصوصیات منطقهای متفاوتی وجود دارد که در طول سالها میکروارگانیسمها خود را با آنها سازگار کردهاند. از جمله اولین مناطقی که در آنها تحقیقاتی پیرامون جداسازی باکتریهای مؤثر در فرآیندهای معدنی انجام شده است در زیر آورده شده است.
1-3-1- ریوتینتو[1]
ریو تینتو رودخانهای در جنوب غربی اسپانیا است که خاک این رودخانه و زمینهای اطراف دارای غلظتهای بالایی از آهن، مس، روی و سولفور میباشد. pH این منطقه 5/2 و بهره برداری از این منطقه به 5000 سال پیش بر میگردد. اولین منطقهای است که در آن معدن کاوی زیستی[2] انجام گرفته است.
میکروارگانیسمهای جداشده در این منطقه، شامل میکروارگانیسمهای آهن: L.ferrooxidans (اکسیدکننده آهن)، Acidiphilium Spp (احیاء کننده آهن)، A.ferrooxidans(اکسیدکننده/ احیاء کننده آهن)، میباشند. باکتریهای هتروتروف اکسیدکننده آهن نیز مانند Ferrimicrobium که یک اکسیدکننده آهن و اسیددوست معتدل میباشد و همچنین باکتریهای A.thiooxidans, DesulfosporosinusSpp, Ferroplasma و Thermoplasma جداسازی شدهاند.
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.