बायोलीचिंग

बायोलीचिंग जीवित जीवों के उपयोग के माध्यम से उनके अयस्कों से धातुओं का निष्कर्षण है। यह साइनाइड का उपयोग करके पारंपरिक ढेर लीचिंग की तुलना में बहुत अधिक स्वच्छ है। बायोलीचिंग बायोहाइड्रोमेटलर्जी के भीतर कई अनुप्रयोगों में से एक है और तांबा, जस्ता, सीसा, हरताल , सुरमा, निकल, मोलिब्डेनम, सोना, चांदी और कोबाल्ट को पुनर्प्राप्त करने के लिए कई तरीकों का उपयोग किया जाता है।

प्रक्रिया

बायोलीचिंग में कई लौह लौह और सल्फर ऑक्सीकरण करने वाले बैक्टीरिया शामिल हो सकते हैं, जिनमें एसिडिथियोबैसिलस फेरोक्सिडन्स (पहले थियोबैसिलस फेरोक्सिडन्स के रूप में जाना जाता था) और एसिडिथियोबैसिलस थियोऑक्सिडन्स (पहले थियोबैसिलस थियोऑक्सिडन्स के रूप में जाना जाता था) शामिल हैं। एक सामान्य सिद्धांत के रूप में, Fe^{अयस्क को ऑक्सीकरण करने के लिए 3+ आयनों का उपयोग किया जाता है। यह चरण रोगाणुओं से पूरी तरह स्वतंत्र है। बैक्टीरिया की भूमिका अयस्क के आगे ऑक्सीकरण के साथ-साथ रासायनिक ऑक्सीडेंट Fe के पुनर्जनन की भी हैFe से 3+2+. उदाहरण के लिए, बैक्टीरिया खनिज पाइराइट (FeS) के टूटने को उत्प्रेरक करते हैं₂) गंधक और धातु को ऑक्सीकरण करके (इस मामले में लौह लोहा, (Fe)।2+)) ऑक्सीजन का उपयोग करना। इससे घुलनशीलता उत्पाद (रसायन विज्ञान) प्राप्त होता है जिसे वांछित धातु प्राप्त करने के लिए और अधिक शुद्ध और परिष्कृत किया जा सकता है।}

पाइराइट लीचिंग (FeS₂): पहले चरण में, डाइसल्फ़ाइड को फेरिक आयन (Fe) द्वारा स्वचालित रूप से थायोसल्फेट में ऑक्सीकृत किया जाता है³⁺), जो बदले में फेरस आयन (Fe) देने के लिए कम हो जाता है²⁺):

(1) $\mathrm {FeS_{2}+6\ Fe^{\,3+}+3\ H_{2}O\longrightarrow 7\ Fe^{\,2+}+S_{2}O_{3}^{\,2-}+6\ H^{+}}$ अविरल

फेरस आयन को फिर ऑक्सीजन का उपयोग करके बैक्टीरिया द्वारा ऑक्सीकृत किया जाता है:

(2) $\mathrm {4\ Fe^{\,2+}+\ O_{2}+4\ H^{+}\longrightarrow 4\ Fe^{\,3+}+2\ H_{2}O}$ (लौह ऑक्सीकारक)

थायोसल्फेट को बैक्टीरिया द्वारा ऑक्सीकृत करके सल्फेट भी दिया जाता है:

(3) $\mathrm {S_{2}O_{3}^{\,2-}+2\ O_{2}+H_{2}O\longrightarrow 2\ SO_{4}^{\,2-}+2\ H^{+}}$ (सल्फर ऑक्सीडाइज़र)

प्रतिक्रिया (2) में उत्पन्न फेरिक आयन ने प्रतिक्रिया (1) की तरह अधिक सल्फाइड का ऑक्सीकरण किया, जिससे चक्र बंद हो गया और शुद्ध प्रतिक्रिया दी गई:

(4)$\mathrm {2\ FeS_{2}+7\ O_{2}+2\ H_{2}O\longrightarrow 2\ Fe^{\,2+}+4\ SO_{4}^{\,2-}+4\ H^{+}}$

प्रतिक्रिया के शुद्ध उत्पाद घुलनशील फेरस सल्फेट और सल्फ्यूरिक एसिड हैं।

माइक्रोबियल ऑक्सीकरण प्रक्रिया बैक्टीरिया की कोशिका झिल्ली पर होती है। इलेक्ट्रॉन कोशिका (जीव विज्ञान) में चले जाते हैं और पानी में ऑक्सीजन को कम करते हुए बैक्टीरिया के लिए ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए जैव रासायनिक प्रक्रियाओं में उपयोग किए जाते हैं। महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया फेरिक आयरन द्वारा सल्फाइड का ऑक्सीकरण है। जीवाणु चरण की मुख्य भूमिका इस अभिकारक का पुनर्जनन है।

तांबे के लिए प्रक्रिया बहुत समान है, लेकिन दक्षता और गतिशीलता तांबे के खनिज विज्ञान पर निर्भर करती है। सबसे कुशल खनिज च्लोकोसाइट, Cu जैसे सुपरजीन खनिज हैं₂एस और कोवेलाइट, CuS. मुख्य तांबा खनिज च्लोकोपाइराइट (CuFeS₂) को बहुत कुशलता से निक्षालित नहीं किया जाता है, यही कारण है कि प्रमुख तांबा-उत्पादक तकनीक प्लवनशीलता बनी रहती है, जिसके बाद गलाने और परिष्कृत किया जाता है। CuFeS का निक्षालन₂ Cu के साथ घुलने और फिर आगे ऑक्सीकरण होने के दो चरणों का पालन करता है²⁺आयनों को घोल में छोड़ा जा रहा है।

च्लोकोपीराइट लीचिंग:

(1) $\mathrm {CuFeS_{2}+4\ Fe^{\,3+}\longrightarrow Cu^{\,2+}+5\ Fe^{\,2+}+2\ S_{0}}$ अविरल

(2) $\mathrm {4\ Fe^{\,2+}+O_{2}+4\ H^{+}\longrightarrow 4\ Fe^{\,3+}+2\ H_{2}O}$ (लौह ऑक्सीकारक)

(3) $\mathrm {2\ S^{0}+3\ O_{2}+2\ H_{2}O\longrightarrow 2\ SO_{4}^{\,2-}+4\ H^{+}}$ (सल्फर ऑक्सीडाइज़र)

शुद्ध प्रतिक्रिया:

(4)$\mathrm {CuFeS_{2}+4\ O_{2}\longrightarrow Cu^{\,2+}+Fe^{\,2+}+2\ SO_{4}^{\,2-}}$

सामान्य तौर पर, सल्फाइड को पहले मौलिक सल्फर में ऑक्सीकृत किया जाता है, जबकि डाइसल्फ़ाइड को थायोसल्फेट देने के लिए ऑक्सीकृत किया जाता है, और उपरोक्त प्रक्रियाओं को अन्य सल्फाइडिक अयस्कों पर लागू किया जा सकता है। पिचब्लेंड जैसे गैर-सल्फिडिक अयस्कों की बायोलीचिंग में ऑक्सीडेंट के रूप में फेरिक आयरन का भी उपयोग किया जाता है (उदाहरण के लिए, यूओ₂ + 2 फे³⁺ ==> यूओ₂²⁺+2 Fe²⁺). इस मामले में, जीवाणु चरण का एकमात्र उद्देश्य Fe का पुनर्जनन है³⁺. प्रक्रिया को तेज करने और लोहे का स्रोत प्रदान करने के लिए सल्फाइडिक लौह अयस्कों को जोड़ा जा सकता है। एसिडिथियोबैसिलस एसपीपी द्वारा उपनिवेशित अपशिष्ट सल्फाइड और मौलिक सल्फर की परत द्वारा गैर-सल्फिडिक अयस्कों की बायोलीचिंग पूरी की गई है, जो उन सामग्रियों की त्वरित लीचिंग के लिए एक रणनीति प्रदान करती है जिनमें सल्फाइड खनिज नहीं होते हैं।

आगे की प्रक्रिया

घुला हुआ तांबा (Cu²⁺) आयनों को लिगैंड एक्सचेंज विलायक निष्कर्षण द्वारा समाधान से हटा दिया जाता है, जो समाधान में अन्य आयन छोड़ देता है। तांबे को एक लिगैंड से जोड़कर हटा दिया जाता है, जो एक बड़ा अणु है जिसमें कई छोटे कार्यात्मक समूह होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में एक अकेला इलेक्ट्रॉन युग्म होता है। लिगैंड-कॉपर कॉम्प्लेक्स को मिट्टी के तेल जैसे कार्बनिक यौगिक विलायक का उपयोग करके समाधान से निकाला जाता है:

Cu²⁺_(aq) + 2LH(कार्बनिक) → CuL₂(जैविक) + 2H⁺_(aq)

लिगैंड तांबे को इलेक्ट्रॉन दान करता है, जिससे एक कॉम्प्लेक्स (रसायन विज्ञान) बनता है - एक केंद्रीय धातु परमाणु (तांबा) जो लिगैंड से जुड़ा होता है। चूँकि इस कॉम्प्लेक्स में कोई विद्युत आवेश नहीं है, यह अब ध्रुवीय अणु पानी के अणुओं की ओर आकर्षित नहीं होता है और केरोसिन में घुल जाता है, जिसे बाद में घोल से आसानी से अलग किया जा सकता है। चूँकि प्रारंभिक रासायनिक प्रतिक्रिया प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया है, यह pH द्वारा निर्धारित होती है। सांद्र अम्ल जोड़ने से समीकरण उलट जाता है, और तांबे के आयन वापस जलीय घोल में चले जाते हैं।

फिर तांबे को उसकी शुद्धता बढ़ाने के लिए एक इलेक्ट्रो-विनिंग प्रक्रिया से गुजारा जाता है: तांबे के आयनों के परिणामी समाधान के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह पारित किया जाता है। क्योंकि तांबे के आयनों में 2+ चार्ज होता है, वे नकारात्मक कैथोड की ओर आकर्षित होते हैं और वहां एकत्र होते हैं।

तांबे को सांद्रित किया जा सकता है और स्क्रैप आयरन से Fe के साथ तांबे को एकल विस्थापन प्रतिक्रिया द्वारा अलग किया जा सकता है:

Cu²⁺_(aq) +फ़े_(s) → साथ में_(s) +फ़े²⁺_(aq)

लोहे द्वारा खोए गए इलेक्ट्रॉन तांबे द्वारा ग्रहण कर लिए जाते हैं। तांबा ऑक्सीकरण एजेंट है (यह इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करता है), और लोहा कम करने वाला एजेंट है (यह इलेक्ट्रॉनों को खो देता है)।

मूल घोल में सोने जैसी कीमती धातुओं के निशान छोड़े जा सकते हैं। मुक्त ऑक्सीजन की उपस्थिति में मिश्रण को सोडियम साइनाइड से उपचारित करने से सोना घुल जाता है। सोने को घोल से सोखकर (सतह पर लाकर) निकाल कर लकड़ी का कोयला बना दिया जाता है।

कवक के साथ

कवक की कई प्रजातियों का उपयोग बायोलीचिंग के लिए किया जा सकता है। कवक को कई अलग-अलग सब्सट्रेट्स पर उगाया जा सकता है, जैसे ई-कचरा, उत्प्रेरक कन्वर्टर्स, और नगरपालिका अपशिष्ट भस्मीकरण से फ्लाई ऐश। प्रयोगों से पता चला है कि दो कुकुरमुत्ता स्ट्रेन (जीव विज्ञान) (एस्परगिलस नाइगर, पेनिसिलियम सिम्पलिसिसिमम) Cu और Sn को 65% और Al, Ni, Pb और Zn को 95% से अधिक जुटाने में सक्षम थे। एस्परगिलस नाइजर कुछ कार्बनिक अम्ल जैसे साइट्रिक एसिड का उत्पादन कर सकता है। लीचिंग का यह रूप धातु के माइक्रोबियल ऑक्सीकरण पर निर्भर नहीं करता है बल्कि एसिड के स्रोत के रूप में माइक्रोबियल चयापचय का उपयोग करता है जो सीधे धातु को भंग कर देता है।

व्यवहार्यता

आर्थिक व्यवहार्यता

बायोलीचिंग आम तौर पर सरल है और इसलिए, पारंपरिक प्रक्रियाओं की तुलना में संचालन और रखरखाव करना सस्ता है, क्योंकि जटिल रासायनिक कारखाने को संचालित करने के लिए कम विशेषज्ञों की आवश्यकता होती है। और कम सांद्रता बैक्टीरिया के लिए कोई समस्या नहीं है क्योंकि वे धातुओं को घेरने वाले कचरे को अनदेखा कर देते हैं, कुछ मामलों में 90% से अधिक की निष्कर्षण उपज प्राप्त करते हैं। ये सूक्ष्मजीव वास्तव में खनिजों को उनके घटक तत्वों में तोड़कर ऊर्जा प्राप्त करते हैं। बैक्टीरिया ख़त्म होने के बाद कंपनी केवल घोल से आयन एकत्र करती है।

बायोलीचिंग का उपयोग सोने जैसे कम सांद्रता वाले अयस्कों से धातु निकालने के लिए किया जा सकता है जो अन्य प्रौद्योगिकियों के लिए बहुत खराब हैं। इसका उपयोग व्यापक क्रशिंग और पीसने को आंशिक रूप से बदलने के लिए किया जा सकता है जो पारंपरिक प्रक्रिया में निषेधात्मक लागत और ऊर्जा खपत का अनुवाद करता है। क्योंकि जीवाणु निक्षालन की कम लागत धातु निकालने में लगने वाले समय से अधिक होती है।

उच्च सांद्रता वाले अयस्क, जैसे तांबा, गलाने की तुलना में जीवाणु निक्षालन प्रक्रिया की धीमी गति के कारण बायोलीच के बजाय गलाने में अधिक किफायती होते हैं। बायोलीचिंग की धीमी गति नई खदानों के लिए नकदी प्रवाह में महत्वपूर्ण देरी लाती है। बहरहाल, दुनिया की सबसे बड़ी तांबे की खदान, चिली में छिपा हुआ में प्रक्रिया अनुकूल प्रतीत होती है। आर्थिक रूप से भी यह बहुत महंगा है और कई कंपनियां एक बार शुरू होने के बाद मांग को पूरा नहीं कर पाती हैं और कर्ज में डूब जाती हैं।

अंतरिक्ष में

The experimental unit of the experiment

S. desiccabilis is a microorganisms that showed high efficacy

2020 में वैज्ञानिकों ने इस एस पर विभिन्न गुरुत्वाकर्षण वातावरण के साथ एक प्रयोग से दिखाया कि अंतरिक्ष में बायोलीचिंग के माध्यम से बाजालत िक चट्टानों से उपयोगी तत्वों का बायोमाइनिंग किया जाता है।

पर्यावरणीय प्रभाव

यह प्रक्रिया पारंपरिक निष्कर्षण विधियों की तुलना में अधिक पर्यावरण अनुकूल है। कंपनी के लिए यह लाभ में तब्दील हो सकता है, क्योंकि गलाने के दौरान सल्फर डाइऑक्साइड वायु प्रदूषण को आवश्यक रूप से सीमित करना महंगा है। परिदृश्य को कम नुकसान होता है, क्योंकि इसमें शामिल बैक्टीरिया प्राकृतिक रूप से बढ़ते हैं, और खदान और आसपास के क्षेत्र को अपेक्षाकृत अछूता छोड़ा जा सकता है। चूंकि खदान की स्थितियों में बैक्टीरिया जैविक प्रजनन करते हैं, इसलिए उनकी खेती और पुनर्चक्रण आसानी से किया जाता है।

इस प्रक्रिया में कभी-कभी विषैले रसायन उत्पन्न होते हैं। सल्फ्यूरिक एसिड और एच⁺जो आयन बने हैं वे भूजल और सतही जल में रिसाव कर उसे अम्लीय बना सकते हैं, जिससे पर्यावरणीय क्षति हो सकती है। एसिड खदान जल निकासी के दौरान लोहा, जस्ता और आर्सेनिक जैसे भारी आयनों का रिसाव होता है। जब इस घोल का पीएच बढ़ जाता है, तो ताजे पानी द्वारा सांद्रता के परिणामस्वरूप, ये आयन अवक्षेपण (रसायन विज्ञान) करते हैं, जिससे एसिड माइन ड्रेनेज बनता है#पीला लड़का| पीला लड़का प्रदूषण. इन कारणों से, बायोलीचिंग की स्थापना की सावधानीपूर्वक योजना बनाई जानी चाहिए, क्योंकि इस प्रक्रिया से जैव सुरक्षा विफलता हो सकती है। अन्य तरीकों के विपरीत, एक बार शुरू होने के बाद, बायोहीप लीचिंग को तुरंत रोका नहीं जा सकता है, क्योंकि लीचिंग अभी भी वर्षा जल और प्राकृतिक बैक्टीरिया के साथ जारी रहेगी। फ़िनिश सर्दी का ख़तरा जैसी परियोजनाएँ पर्यावरण और आर्थिक रूप से विनाशकारी साबित हुईं।

यह भी देखें

• फाइटोमाइनिंग

अग्रिम पठन

• T. A. Fowler and F. K. Crundwell – "Leaching of zinc sulfide with Thiobacillus ferrooxidans"
• Brandl H. (2001) "Microbial leaching of metals". In: Rehm H. J. (ed.) Biotechnology, Vol. 10. Wiley-VCH, Weinheim, pp. 191–224
• Watling, H. R. (2006). "The bioleaching of sulphide minerals with emphasis on copper sulphides — A review". Hydrometallurgy. 84 (1–2): 81. doi:10.1016/j.hydromet.2006.05.001.
• Olson, G. J.; Brierley, J. A.; Brierley, C. L. (2003). "Bioleaching review part B". Applied Microbiology and Biotechnology. 63 (3): 249–57. doi:10.1007/s00253-003-1404-6. PMID 14566430. S2CID 24078490.
• Rohwerder, T.; Gehrke, T.; Kinzler, K.; Sand, W. (2003). "Bioleaching review part A". Applied Microbiology and Biotechnology. 63 (3): 239–248. doi:10.1007/s00253-003-1448-7. PMID 14566432. S2CID 25547087.