10. METALLERİN VE PETROLÜN MİKROBİYEL YOLLA GERİ
KAZANIMI
Bazı maden ocaklarında düşük konsantrasyonda bulunan metaller, mikroorganizmalar kullanılarak düşük maliyetle çıkarılabilir.
Microbial leaching bakır ve uranyum
Metalin bulunduğu yüzeyden asitli su geçirilir.
Asidik su içindeki metal çöktürülüp saflaştırılır.
Nikel, çinko, kobalt, kadmiyum, kurşun ve altın
Biyomadencilik
(Microbial leaching)
Acidithiobacillus ferrooxidans
Kemolitotrof aerobik
Fe+2’yi Fe+3’e okside ederek enerji elde eder.
Bu bakteri gelişmesi esnasında kükürtlü bileşikleri de okside ederek sülfat üretir.
Hidrojenle birleşen sülfatların oluşturduğu sülfürik asit ortam pH’sının 1.5 – 2 olmasını sağlar.
Yeryüzünde pek çok bölgede çözünemeyen kristaller halinde demir ve kükürtten oluşan prit (FeS2) bulunur.
Pritin bakteriler tarafından oksidasyonu ortamı asidik yaptığı için bu ortamda bulunan metallerin geri kazanımı da
sağlanmış olur.
Oksijenli ortamda ilk olarak prit, oksijen ile yavaş bir kimyasal reaksiyona girerek Fe+2 oluşumunu sağlar.
FeS2 + 3 ½ O2 + H2O Fe+2 + 2 SO4 + 2 H+
Biyomadencilik (Microbial
leaching)
Asidik şartların oluşumunu sağlayan bu reaksiyon sonucu demir Fe+2 halinde stabil olarak ortamda kalır.
A. ferrooxidans bu ortamda Fe+2’yi Fe+3’e okside eder.
Oluşan Fe+3 pritle kendiliğinden reaksiyona girip daha fazla Fe+2 oluşumunu sağlayarak pritin oksidasyon oranını arttırır.
FeS2 + 14 Fe+3 + 8 H2O 15 Fe+2 + 2 SO4 + 16 H+
Biyomadencilik (Microbial
leaching)
Böyle bir ortamda bir metalin örneğin bakırın geri kazanımı aşağıdaki şekilde olmaktadır.
Bakırlı prit (CuFeS2), yaklaşık % 0.1 – 0.4 oranında bakır içeren önemli bir bakır maden cevheridir. Böyle bir ocakta A. ferrooxidans tarafından üretilen Fe+3 ile bakırlı prit arasında aşağıdaki reaksiyon gerçekleşir.
CuFeS2 + 2 Fe+32(SO4)3 + H2O + O2 CuSO4 + Fe+2 SO4 + H2SO4
Bu reaksiyon sonucu oluşan bakır sülfat, sıfır değerlikli demir ile karıştırılınca bakır çöker. Demir sülfat ise bakterinin bulunduğu ortama verilip üç değerlikli demir üretiminde kullanılır.
Biyomadencilik (Microbial
leaching)
Altın (Au) geri kazanımı
Doğada arsenik + prit + altın
A. ferrooxidans arsenoprit minerallerini çözer altın serbest hale geçer.
2FeAsS [Au] + 7 O2 + 2H2O + H2SO4 Fe2 (SO4) 3 + 2H3AsO2 + [Au]
Bu şekilde serbest hale geçen altın siyanür (CN-) ile kompleks oluşturur.
2Au + 4CN- + O2 2Au(CN) 2- + O2-
Altın eldesi biyoreaktörde yapılır.
Arsenik Fe+3 ile çöktürülür,
Siyanür mikrobiyel oksidasyonla CO2 ve üreye parçalanır.
uranyum geri kazanımı
Nükleer yakıt olarak kullanılan uranyum da prit içeren cevherlerden bu yöntemle elde edilmektedir.
Çözülemeyen dört değerlikli uranyum oksit (UO2) pritle birlikte bulunmaktadır.
Bunu A. ferrooxidans altı değerlikli asidik koşullarda çözülebilen (UO2SO4) uranyuma çevirmektedir.
UO2 + Fe2 (SO4)3 UO2SO4 + 2FeSO4
U+4 Fe+3 U+6 Fe+2
(indirect oksidasyon)
Bakteri üremesiyle asidik olan ortamdaki Fe +2 yi bakteri Fe+3 e tekrar okside eder, U+4 de sürekli +6 değerlikli hale çevrilir.
Petrol geri kazanımı
Petrol ideal koşullarda kuyudan kendiliğinden fışkırır. (1/3)
Kuyulardan kendiliğinden fışkırmayan petrol gaz basıncı ile su verilerek ve termal yöntemlerle çıkarılır.
Bu yöntemlerle petrolün viskozitesi azaltılıp kuyudan alınması kolaylaştırılır.
Bu tür kuyularda mikrobiyel olarak arttırılmış petrol kazanımı (MEOR, Microbial Enrichment Oil Recovery) olarak adlandırılan bir yöntemle mikroorganizmalar kullanılarak da petrol çıkarılır.
Mikroorganizmaların kendilerinin yada ürettikleri çeşitli yüzey aktif maddelerin (sülfaktan) kullanıldığı bu yolla, Amerika’da 8.5 – 17 milyar ton petrol kuyulardan çıkarılmaktadır.
Petrol geri kazanımı
Sülfaktan Xanthomonas campestris ksantan
En küçük gözeneklere girerek buradaki petrol ile yer değiştirip petrolün kuyudan çıkarmasını sağlar.
Fermentasyon yoluyla üretilen ksantan petrol çıkarma suyuna belli oranda ilave edilir.
Kuyularda kontrollü olarak geliştirilen Desulfovibrio türleri gibi anaerobik mikroorganizmalar ürettikleri gazlarla ve sülfaktanlarla yada direk olarak kendileri kayaç yüzeylerindeki petrolle yer
değiştirerek petrolün kuyudan çıkmasını kolaylaştırırlar.
Bu bakteri ayrıca petrolü kısmen parçalayarak petrolün viskozitesinin azalmasını da sağlar.
