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16.6A: Mikrobielle Erzauslaugung - Biologie

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Mikrobielle Erzlaugung ist der Prozess, bei dem Mikroorganismen verwendet werden, um Metalle aus Erzen zu extrahieren.

Lernziele

  • Bewerten Sie die Vorteile der mikrobiellen Erzlaugung

Wichtige Punkte

  • Biolaugung ist billiger als chemische Extraktion, sicherer für die Umwelt und effizienter bei der Gewinnung von Metallen mit geringer Konzentration in Erzen.
  • Es wird von eisen- und sulfidoxidierenden Bakterien oder säurebildenden Pilzen durchgeführt.
  • Bakterien recyceln das Hauptauslaugungsreagenz wie Eisen(III) und führen weitere Oxidationsschritte durch, während sie Energie aus dem Elektronentransfer gewinnen.

Schlüsselbegriffe

  • Erzauslaugung: Der Prozess der Rückgewinnung von Metallen aus Erzen unter Verwendung verschiedener Techniken.

Mikrobielle Erzlaugung (Biolaugung) ist der Prozess der Gewinnung von Metallen aus Erzen mit Hilfe von Mikroorganismen. Diese Methode wird verwendet, um viele verschiedene Edelmetalle wie Kupfer, Blei, Zink, Gold, Silber und Nickel zurückzugewinnen. Mikroorganismen werden verwendet, weil sie:

  • die Produktionskosten senken.
  • verursachen im Vergleich zu herkömmlichen Auslaugungsmethoden weniger Umweltbelastungen.
  • sehr effizient Metalle extrahieren, wenn ihre Konzentration im Erz gering ist.

Der Auslaugungsprozess

Bakterien führen die Schlüsselreaktion der Regeneration des wichtigsten Erzoxidationsmittels, das in den meisten Fällen Eisen(III) ist, sowie die weitere Erzoxidation durch. Die Reaktion wird an der Bakterienzellmembran durchgeführt. Dabei werden freie Elektronen erzeugt und zur Reduktion von Sauerstoff zu Wasser genutzt, das in der Bakterienzelle Energie erzeugt.

Erze, wie Pyrit (FeS2), werden zunächst durch Eisen(III) oxidiert (Fe3+) zu Thiosulfat (S2Ö32-) in Abwesenheit von Bakterien.

Im ersten Schritt wird Disulfid durch Eisen(III)-Eisen (Fe .) spontan zu Thiosulfat oxidiert3+), das wiederum zu Eisen(II) reduziert wird (Fe2+):

(1) FeS2+6Fe3++3H2O⟶7Fe2++S2O2−3+6H+spontanFeS2+6Fe3++3H2O⟶7Fe2++S2O32−+6H+spontan

Bakterien werden im zweiten Schritt hinzugefügt und gewinnen Fe3+ aus Eiseneisen (Fe2+), die dann im ersten Schritt der Auslaugung wiederverwendet wird:

(2) 4Fe2++O2+4H+⟶4Fe3++2H2O (Eisenoxidationsmittel)4Fe2++O2+4H+⟶4Fe3++2H2O (Eisenoxidationsmittel)

Thiosulfat wird auch von Bakterien zu Sulfat oxidiert:

(3) S2O2−3+2O2+H2O⟶2SO2−4+2H+(Schwefeloxidationsmittel)S2O32−+2O2+H2O⟶2SO42−+2H+(Schwefeloxidationsmittel)

Das in Reaktion (2) erzeugte Eisen(III)-Eisen oxidierte mehr Sulfid als in Reaktion (1), wodurch der Kreislauf geschlossen wurde und die Nettoreaktion erhalten wurde:

(4) 2FeS2+7O2+2H2O⟶2Fe2++4SO2−4+4H+2FeS2+7O2+2H2O⟶2Fe2++4SO42−+4H+

Die Nettoprodukte der Reaktion sind lösliches Eisensulfat und Schwefelsäure.

Der mikrobielle Oxidationsprozess findet an der Zellmembran der Bakterien statt. Die Elektronen gelangen in die Zellen und werden in biochemischen Prozessen verwendet, um Energie für die Bakterien zu erzeugen und gleichzeitig Sauerstoff zu Wasser zu reduzieren. Die kritische Reaktion ist die Oxidation von Sulfid durch Eisen(III)-Eisen. Die Hauptaufgabe des bakteriellen Schrittes ist die Regeneration dieses Reaktanten.

Die Kupferauslaugung hat einen sehr ähnlichen Mechanismus.

Mikroorganismen, die Erz auslaugen können

Biolaugungsreaktionen werden industriell von vielen Bakterienarten durchgeführt, die Eisen(II) und Schwefel oxidieren können. Ein Beispiel für solche Arten ist Acidithiobazillen Ferroxidane. Einige Pilzarten (Aspergillus niger und Penicillium simpliissimum) haben auch die Fähigkeit, Schwermetalle zu lösen. Bei der Verwendung von Pilzen ist der Auslaugungsmechanismus anders. Die Pilze nutzen die Säuren, die sie bei ihren Stoffwechselreaktionen produzieren, um das Metall aufzulösen.

Im Allgemeinen ist die Biolaugung sauberer und sicherer für die Umwelt als die chemische Verarbeitung. Eine Belastung der Umwelt mit giftigen Produkten wie Schwefelsäure aus der Pyritauswaschung und Schwermetallen ist jedoch weiterhin möglich. Ein weiterer Nachteil des mikrobiellen Auslaugens ist die langsame Geschwindigkeit, mit der Mikroben arbeiten.