کاربرد بیوتکنولوژی در متالورژی

بیوتکنولوژی به عنوان فنونی که از میکروارگانیسم ها و یا بخشی از سلول برای دسترسی به بعضی از اهداف صنعتی و بهداشتی و زیست محیطی استفاده می کند، تعریف شده است. بیوتکنولوژی به عنوان فنونی که از میکروارگانیسم ها و یا بخشی از سلول برای دسترسی به بعضی از اهداف صنعتی و بهداشتی و زیست محیطی استفاده می کند، تعریف شده است. در صنایع معدنی و متالوژی نیاز روز افزون به مواد اولیه و کاهش ذخایر معدنی پرعیار ، ضرورت مصرف بهینه انرژی در رعایت دقیق معیار های زیست محیطی ، کاربرد روش های جدید ، ایجاد تحول در صنایع معدنی و متالوژی را ضروری کرده است. همچنین توسعه فن آوری های جدید برای فرآوری منابع کم عیار و یا منابعی که روش های معمول کارایی لازم را برای آنها نداشته و یا ملاحظات اقتصادی امکان استفاده از آنها را نمی دهد. توجه به بازیابی مواد معدنی و متالوژی محور دیگری از این تحول می باشد. توسعه روش هایی جهت کاهش آلودگی های زیست محیطی که منشا در گاز خروجی کارخانه ها و نیروگاه ها ، بخصوص صنایع متالوژی و پساب صنایع مختلف دارد، مانند جذب و بازیابی فلزات سنگین از پساب ها و کاهش گوگرد از سوخت های فسیلی. برخی از مشکلات صنایع معدنی و متالوژی با کاربرد فنونی که از میکروارگانیسم ها استفاده می کنند، قابل حل می باشد و در نتیجه بسیاری از توسعه روش ها و فن آوری های جدید نیز بر این پایه قرار دارند.
کاربرد این روش ها در متالوژی نسبت به سایر صنایع جدید تر بوده و برای اولین بار از حدود چهل سال قبل شروع شده است . امروزه این فنون در متالوژی به منظور استفاده از مواد اولیه فقیر فلزی ، تصفیه پساب های صنعتی و بازیابی فلزات موجود در آن ، حل کردن مواد معدنی و غیره بکار می رود. با تغییر ساختار ژنتیکی میکروارگانیسم ها در جهت رسیدن به مشخصات مورد نیاز، موفق به تولید فرآورده هایی در صنعت متالوژی شده اند، که امکان تهیه آن از طریق سایر روش هابه صورت اقتصادی میسر نبوده است.
میکروارگانیسم ها جهت سوخت و ساز و انجام فرآیند های حیاتی خود از منابع آلی و معدنی موجود در محیط تغذیه می کنند. از این رو واکنش های مختلف شیمیایی ، شیمی فیزیکی را در شرایط مختلف طبیعی و یا مصنوعی تحت تاثیر خود قرار می دهند. کاربرد مثبت واکنش های متابولیکی موجودات زنده در زمینه فرآوری مواد معدنی و استخراج فلزات قلمرو جدیدی است که تحقیقات پیرامون آن بیشتر در بخش های بیوتکنولوژی و میکرو بیولوژی انجام می گیرد. برخی کاربردها مانندبهبود بازدهی و فرآیندهای اکسیده و حل کردن کانی های کم عیار سولفیدی و کانسنگ های طلا و یا اورانیوم ، امروزه در مقیاس صنعتی استفاده می شوند.
کاربرد بیو تکنولوژی در فر آوری و استخراج فلزات متعدد می باشد که برخی از مهمترین آنها عبارت اند از:

- استفاده از میکروارگانیسم ها در کانه ارایی : میکروارگانیسم هایی در طبیعت وجود دارند که ضمن داشتن بار الکتریکی منفی به شدت آب گریز اند و می توان از آنها برای تغلیظ بعضی از مواد معدنی استفاده کرد. بررسی های انجام شده نشان داده است که گونه ای از میکروارگانیسم ها را می توان برای جدا سازی بعضی از کانی ها مانند فسفات ها ، ذرات ریز ذغال و کانی هماتیت مورد استفاده قرار داد.
- استفاده از میکروارگانیسم در تصفیه پساب ها : آب های خروجی بسیاری از صنایع حاوی ترکیبات آلی و معدنی است ، که طی فرآیند مورد استفاده قرار گرفته اند. این ترکیبات مناسب با ماهیتشان به درجات متفاوت سمی می باشند. به عنوان مثال می توان از محلول های سیانور دار که در استخراج طلا بکار برده می شود ، نام برد. بعضی از میکروارگانیسم ها و یا آنزیم ترشح شده از آنها در تجزیه سیانور آزاد موثر بوده و در نتیجه در بهبود و ضعیت زیست محیطی پساب های سیانوری تولید شده از واحد های هیدرو متالوژی فلزات گرانبها نقش مهمی دارند. بازیابی فلزات و جذب آنها از دور ریز ها توسط باکتری ها بسار سریع بوده و معمولا از چند دقیقه تجاوز نمی کند . عبور پساب آلوده از حجم آلوده باکتری ( بیوماس) برای حذف عناصر آلوده کننده آن کافی می باشد. آب خروجی راکتورهای اتمی معمولا حاوی مواد رادیواکتیو می باشد. که مقدار آن از یک تا چند ppm تغییر می کند. و عملا بجز کاربرد باکتری ، سایر رو ش ها بصورت اقتصادی قادر به حذف آنها نیستند.
- استفاده در جذب یون های فلزی : بعضی از موجودات ذره بینی قادرند یون های فلزات سنگین را از محلول ، بویژه محلول های رقیق جذب سطح خارجی خود کرده و بدین ترتیب این یون های فلزی را از محلول جدا کنند. این روش برای جدا سازی فلزات از پساب هی صنعتی و یا از محلول های حاصل از فرآیندهای هیررو متالوژی کاربرد فرآوان دارند.
- استفاده در استخراج فلزات : در استخراج فلزات به روش هیدرو متالوژی یکی از مهمترین مراحل حل کردن کانی های معدنی به کمک حلال مناسب بنحوی که در این فرآیند قسمت بیشتر فلز مورد نظر به صورت محلول و یا رسوب در آید . اکسیده کردن و انحلال میکروبی سنگ های معدنی بویژه سنگ های سولفوری کم عیار مهمترین جنبه کاربرد میکروارگانیسم ها به منظور افزایش بازدهی حل شدن می باشد که در مورد کانی های طلادار و کانسنگ های اورانیم کاربرد صنعتی دارد. بکارگیری میکروارگانیسم ها جهت تسریع واکنش های مورد نظر در حل کردن که در نهایت به آزاد سازی آنها منجر می شود. تحت عنوان فروشویی زیستی شناخته می شود. مزایای این روش نسبت به روش های دیگر عبارت اند از :

* اثرهای مضر زیست محیطی به مراتب کمتر بر روی منابع آبی و هوا
* نیاز به انرژی کمتر
* عدم نیاز به تجهیزات پیچیده و در نتیجه سرمایه گذاری کمتر
* عمل حل کردن بیولوژیکی را می توان در اعماق زمین و بدون استخراج معدنی انجام داد.
محدودیت عمده بکار گیری این روش ناشی از نیاز به دانش فنی و آگاهی عمیق به مبانی بیوتکنولوژی می باشد. دست اندر کاران پروژه های تحقیقاتی در این زمینه باید حتما از مبانی میکروب شناسی ، بیوشیمی و بیوتکنولوژی اطلاع کافی داشته باشند.چند نمونه کاربرد باکتری در مقیاس صنعتی و نیمه صنعتی :1- حل کردن ارانیوم ( توسط باکتری های TF از سنگ معدن حاوی پیریت پیروتیت)
2- استخراج طلا از سنگ های مقاوم طلا دار ( سنگ معدن پیریت و ارسینو پیریت)
3- حل کردن بیولوژیک رس ها و تولید آلومین


- گوگرد زدایی زیستی: سوخت های فسیلی حاوی گوگرد در محصولات احتراق خود علاوه بر گاز های اکسید گوگرد و اکسیز ازت ، مقداری غبار نیز وجود دارد. که مجموعا از عوامل آلوده کننده محیط زیست می باشند. باران های اسیدی ناشی از رها سازی اکسید گوگرد در فضا ، حیات بسیاری از گیاهان و جانداران و بخصوص آبزیان را به خطر بیندازند. بعلاوه این باران ها عامل خوردگی فلزات و سنگ های ساختمانی نیز می باشند.
حذف گاز های الوده کننده از محصولات احتراق رقم بسیار بزرگی را تشکیل می دهد. از همین رو جذف و یا کاهش مقدار گوگرد در سوخت های فسیلی اهمیت بالایی برای صنایع دارد. حذف گوگرد مبتنی بر فن اوری های فیزیکی و شیمیایی ، مشکلاتی را به همراه دارد که رویکرد به روش های بیوتکنولوژی را ناگزیر نموده است. از ویژگی های مثبت آن این است که برخی از میکروارگانیسم ها به طور اختصاصی فقط پیوند کربن - گوگرد را شکسته و با جدا کردن گوگرد بقیه مولکول آلی را رها می کنند. در آینده نچندان دور گوگرد زدایی زیستی جایگزین روش های فیزیکی و شیمیایی می شود.