دانلود مقاله مس

چکیده: این تحقیق در مورد استحصال مس از کانسنگ دامپ 3 معدن مس سرچشمه صورت گرفته است .

کانسگ موجود دراین دامپ دارای عیار 92% درصد مس کل و 6% مس اکسیدی می باشد که درحال حاضر برای فرآیند فروشویی شیمیایی بکارمی رود .

از آن جا که امکان استحصال میزان قابل توجه مس از بخش سولفیدی ( غالباً کوولیت و کالکوسیت ) بدین روش وجود ندارد.

در تحقیق حاضر دو فرآیند فروشوییشیمیایی و بیولوژیکی کانسنک مزبور مورد مقایسه قرارگرفته اند .

دراین راستااز آزمایش ظروف لرزان جهت بررسی قابلیت فروشویی باکتریایی و شیمیایی استفاده شد .

میزان بازیابی مس پس از 23 روز حدود 94 درصد درمورد محیط کشت باکتریایی و درمورد محیط بدون باکتری حدود 70% بود .

درجهت تعیین میزان مصرف اسید ، آزمایش بطری غلتان با فرآیند شیمیایی انجام شد .

میزان مصرف اسید84/12 کیلو گرم اسید سولفوریک به ازای یک تن کانسنگ و میزان بازیابی مس 76 درصد بدست آمد .

به منظور بررسی نفوذ پذیری کانسنگ و احتمال ایجاد مشکل درعملیات لیچینگ ، آزمایش نفوذ پذیری درسه ستون 2 متری و با شرایط مختلف ( آگلومراسیون ، با پیش پردازی اسیدی و بدون پیش پردازی اسیدی ) و به طریق شیمیایی انجام شد .

نتایج حاصله حاکی از نفوذ پذیری کانسنگ تا دبی l/m.h 30در هر سه ستون بود.

در نهایت 10 ستون جهت مقایسه فرو شویی میکروبی وشیمیایی در شرایط مختلف و بادرنظر گرفتن پارامترهای مختلف استفاده گردید .

نتایج حاصل از آزمایش های ستونی نشان داد که استفاده از فرآیند فروشویی میکروبی بادرنظرگرفتن فرآیند پیش پردازی توسط اسید با غلظت 49 کیلو گرم / لیتربهترین نتیجه را به دنبال داشت .

1-1- مقدمه آلودگی محیط زیست باعث شده که صنعت مجبوربه تغییر روش های تولید فلزات گردد .

آلودگی محیط زیست توسط صنعت متالورژی عامل مهمی بوده و باید روش های حرارتی را تغییر داده و از روش های دیگر مانند هیدرومتالورژی ، روش های الکتریکی ، حل کردن فلزات درحلال های خاص و بازیابی آن ، تعویض یونی و غیره استفاده نمود .

بسیاری از این روش ها درحال حاضر درمرحله ابتدایی قراردارند و مقدار فلزاتی که با این روش ها تولید می شود در مقایسه با روش های حرارتی ناچیز است .

ولی مبا گرایش فعلی صنعت و اجبار آن به جلو گیری از آلودگی محیط زیست به نظر می رسد که در آینده وضع تغییر کرده و سهم تولید فلزات از طریق هیدرو متالورژی و سایر روش ها که کمتر باعث آلودگی می شوند به طرز چشم گیری افزایش حاصل کند .

(9) فنون هیدرومتالورژیکی اصولاً برای استخراج مس از کانی های اکسیدی مس پرعیار و باطله های سولفیدی استفاده می شوند .

پیشرفت جوامع بشری و به موازات آن افزایش حجم تقاضا برای محصولات صنعتی متخصصین را به استفاده بهینه از منابع و ثروت های خدادای ترغیب می کند .

مروری برزمینه بهره وری صحیح از منابع معدنی نشان می دهد که امروزه استفاده از منابع با عیار پایین و منابعی که از نظر تکنولوژیکی امکان بهره برداری از آنها مشکل تر می باشد ، در دستور کار متخصصین قرارگرفته است .

هیدرو متالورژی به عنوان روشی کارآ و مطلوب ، بازیابی کانه های کم عیار را میسر نموده است .

با وجود آن که صنعت پرعیار کردن مواد معدنی بخصوص روش شناور سازی ( فلوتاسیون ) پیشرفت بسیاری داشته و استخراج فلزات از سنگ های کم عیار از طریق ذوب را امکان پذیر ساخته است ، ولی با این حال مقدار زیادی سنگ های کم عیار وجود دارد که پر عیارکردن آنها با اشکالات فراوان روبرو است .

این مشکلات اکثراً از ترکیب و جنس (سیلیکاته،‌اکسید و غیره ) و یا نحوه توزیع کانه در سنگ ناشی میشود وبالاخره معدن قدیمی رها شده که در اثر عمق زیاد ان یاکم عیار بودن سنگ و عوامل اقتصادی دیگر استخراج موادمعدنی از آن مقرون به صرفه نیست ولی می تواند برای هیدرو متالو رژی ماده اولیه مناسبی باشد .

روش های هیدرو متالورژی به دو صورت شیمیایی و بیولوژیکی انجام می گیرند در کل روش بیولوژیکی درمورد کانه های سولفیدی کم عیار و همچنین کانه های مقاوم که توسط روش های هیدرو متالورژی معمول و به سادگی قابل انحلال نیستند ، مناسب می باشد .

دانش بیوتکنولوژی درطی هزاران سال شکل گرفته و کاربرد میکرو ارگانیسم ها برای اهداف صنعتی چندان تازگی ندارد این تکنولوژی بعنوان دانش طلایی قرن حاضر یکی از کلیدی ترین فناوری های امروز بشریت است .

این علم می رود تا درمدت کوتاهی نحوه زیست بشر را دگرگون سازد .

بدیهی است که آینده از آن کشورهایی خواهد بود که دراین راه توانایی های عملی و بالفعلی را به منطقه ظهور برسانند (6) 1-2- مقایسه هیدرومتالورژی و پیرومتالورژی درطول پنجاه سال گذشته هیدرومتالورژی نقش رقابتی شدیدی را با پیرومتالورژی ایفا نموده است .

بیشترین موفقیت پیرومتالورژی دراستفاده از کانه های سولفیدی پرعیار در کوره های بلند که ماکزیمم بهره وری از حرارت کوره را دارند ، می باشند با کاهش ذخایرکانه های پرعیار ، توجه متالورژیست ها به کانه های کم عیار معطوف گشته است (3).

به طور کلی محسنات و معایب هیدرومتالورژی درمقایسه با پیرومتالورژی به شرح زیراست .

تولید دی اکسید گوگرد و مواد مضر : درطی عملیات پیرومتالورژی سولفیدی گاز دی اکسید گوگرد تولید شده معمولاً درهوا آزادو باعث آلودگی محیط زیست می گردد.

(9) همچنین کنسانتره برخی معادن آلوده به آرسنیک ، جیوه ، سرب، بیسموت و برخی آلوده کننده های دیگر می باشند که دور ریزی این مواد مشکل است (9) برای مقابله با مشکل فوق کانه های سولفیدی باید بدون آن که گاز دی اکسید گوگرد تولید گردد به روش هیدرومتالورژی عمل آورده شوند .

جابجایی مواد : درفرآیندهای پیرومتالورژی ، مواد مذاب درمقیاس وسیعی از یک کوره به کوره دیگر جابجا می شوند .

علاوه برمشکلات موجود درانجام این امر و هزینه های این گونه جابجایی ها ، بعلت سرد شدن این مواد و کاهش حلالیت گاز دی اکسید گوگرد مقداری ازگازهای مضر درهوا متصاعد می گردد .

ولی درهیدرولورژی های محلول به صورت سیال درون لوله ها جابجا می گردند (3) مصرف انرژی : به علیت دمای بالای فرآیندهای پیرومتالورژی که معمولاً حدود 1200 درجه سانتی گراد می باشد ، مقدار زیادی سوخت مصرف می شود در هیدرومتالورژی دمای مورد نیاز کم و سوخت کمی نیز لازم است (3،9) .

تشکیل گرد و غبار : در فرآیندهای هیدرولورژی از این نظر مشکلی وجود ندارد (9).

عمل آوری کانه های کم عیار: عمل آوری کانه های کم عیار با پیرومتالورژی به علت حجم زیاد انرژی مصرفی برای ذوب کانه های گانگ اقتصادی نمی باشد ولی چنانچه یک عامل فروشویی انتخابی استفاده شود.

هیدرومتالورژی روش مناسبی خواهد بود (3).

اقتصاد: فرآیندهای پیرومتالورژی برای سرمایه گذاری های بزرگ مناسبند (3،9) .

ولی فرآیندهای هیدرومتالورژی درعملیات کوچک و سرمایه گذاری کم کارآیی دارند .

از این رو درمورد عملیاتی که درجای دورافتاده قرارگرفته و همچنین آنقدر بزرگ نیست تا هزینه های سرمایه ای ذوب ، حمل و نقل کانسنگ را متحمل شود .

روش هیدرومتالورژی مناسب تراست .

(9) .

هزینه های سرمایه ای حدود 50 درصد کمتر از هزینه های سرمایه ای ذوب و پالایش می باشد و هزینه های عملیاتی نیز کمتر میباشد .

البته برای عملیات کوچک و متوسط با تولید مس سالانه حدود 150000 تن ، ولی برای عملیات بزرگتر ذوب اقتصادی تراست (9).

استفاده ازمیکروارگانیسم ها : درخصوص فلز مس ، روش های مورد استفاده جهت استخصال فلز از کانسنگ های سولفیدی شامل تشویه ، فروشویی تحت فشار و فروشویی باکتریایی است .

همانطور که قبلاً ذکر گردید فرآیند تشویه نیاز به دمای بالا هزینه های سرمایه گذاری و عملیاتی بالایی دارد و همراه با آلودگی محیط زیست است .

فرآیند فروشویی تحت فشار، تنها برای منابع پرعیار قابل کاربرد بوده و هزینه سرمایه گذاری و نگهداری اتوکلاوها بالاست.

همچنین نیاز به اپراتورهای ورزیده و تجهیزات با ایمنی بالادارد .

فرآیندفروشی باکتریی ، اغلب به عنوان پاکیزه ترین روش استحصال فلزات از منابع سولفیدی شناخته شده است ( 5) .

این فرآیند بدون شک یک سیستم ساده با انرژی و هزینه پایین می باشد.

(5،9) هزینه های سرمایه گذاری و عملیاتی کم مزایای زیست محیطی ، سادگی عملیات فروشویی توده ای باکتریایی را یک تکنولوژی مورد توجه ساخته است .

امروزه از این فرآیند برای کانسنگ های سولفیدی ثانویه مس استفاده می شود .

از مزایای این روش می توان به نکات زیراشاره نمود .

(5) برای منابع کم عیار مفید بوده و تجزیه اشکال مختلف کانی های قابل انجام است .

امکان انحلال انتخابی وجود دارد .

کاربرد آن بویژه برای حذف گوگرد از زغالسنگ مفید می باشد.

کاربرد آن برای کشورهای کمترتوسعه یافته مفیداست زیرا نیاز به تجهیزات پیچیده ندارد .

سادگی فرآیند سبب می شود تا هزینه های سرمایه گذاری و عملیاتی پایین باشد .

زمان ساخت و ساز و راه اندازی کوتاه بوده و درمقایسه با دورش دیگر از هزینه نگهداری پایین تری برخورداراست .

فرآیند در شرایط اتمسفر و دمای کمی بالاتر از محط قابل انجام است .

ضایعات تولیدی آن از نظر محیطی پذیرفته شده است دربیو اکسیداسیون کانی های طلا دار نظیر آرسنوپیریت ، عنصر آرسنیک درمحلول حاصل از فروشویی باکتریایی باقی مانده و سپس رسوب داده و بنابراین وارد جو نمی شود .

اما این روش دارای محدودیت هایی است و از دلایل عدم رویکرد مناسب صنعت به آن می توان به موارد زیر اشاره نمود : فرآیند از سرعت کمی برخورداراست ، بنابراین روند برگشت سرمایه نیز کند است .

به طورکلی آشنایی با این تکنولوژی هنوز اندک است .

تعداد بیوهیدرومتالورژیست های آموزش دیده کم است .

صنعت هنوز درمرحله اعتماد به فرآیندهای بیولوژیکی مانده است .

هنوز نکات مبهمی درخصوص فرآیند ( بعنوان مثال مکانیزم های درگیر) وجود دارد .

فصل دوم : مروری برتحقیقات گذشته 2-1- مقدمه مس درطبیعت به دو صورت عمده یعنی کانی های سولفیدی واکسیدی و گاهی به صورت آزاد یافت می شود .

دانستن نوع کانی نقش بسیارمهمی درطراحی آزمایش ها ایفادمی کنند .

نتایج حاصل از آزمایش های متالورژیکی هم ازنظرزمانن استخراج و هم از نظر میزان مصرف اسید برای کانی های اکسیدی و سولفیدی ثانویه و انتقالی و سولفیدهای اولیه بسیارمتفاوت است (9) همچنین اطلاع و آگاهی از حلالیت کانی هایمس و واکنش های مربوطه اولین قدم درارزیابی و بررسی قابلیت کانسنگ ها برای فرآیند فروشویی توده ایمیباشد (9) .

امروزه برای استخراج مس بسته به عیار و نوع کانسنگ ، ازدو روش پیرومتالورژی و هیدرومتالورژی استفاده می شود در روش پیرو متالورژی سنگ معدن سولفوری پس از خردایش و پرعیارسازی به روش فلوتاسیون درکوره های ذوب شعله ای به مات مس که مجموعه ای از سولفورهای مس و آهن میباشد .

تبدیل شده و سپس توسط کنورتر مس بلیستر بدست می آید که بعداً مورد تصفیه قرارمیگیرد.

هیدرومتالورژی ، تکنولوژی استخراج فلزات ازکانه ها از محیط های آبی است و به طورکلی شامل دو بخش می شود.

1-انحلال انتخابی فلز ازکاننه ( فرآیند فروشویی ) 2-بازیابی انتخابی فلز از محلول 2-بازیابی انتخابی فلز از محلول مرحله بازیابی مس خود شامل مراحل زیراست .

سمنتاسیون توسط آهن یا استخراج با حلال آلی (sx) عملیات الکترووینینگ (EW) دراین بخش اصول فروشویی شیمیایی و باکتریایی کانسنگ های مس توضیح داده می شود .

2-2- کانی های اکسیدی مس کانی های اکسیدی و یا کانی هایی که درمحیط اکسید کننده تشکیل می‌شوند متنوع بوده و می توانند تحت محدوده وسیعی از عملیات متالورژی قرارگیرند (9).مهمترین کانی های اکسیدی مس درجدول2-1 ذکر شده است.

اسیدسولفوریک رقیق درمقیاس وسیعی برای انحلال کانی هایاکسیدی مس مورد استفاده قرارمی گیرد .

قابلیت فروشویی بعضی از کانی های خالص اکسیدی درجدول (2ـ2) آورده شده است جدول 2ـ1ـ کانی های مهم اکسیدی مس (9) آزرویت و مالاکیت و تنوریت به سرعت درمحلول اسیدسولفوریک رقیق حل می شوند.کریزوکولا کندتردراسیدحل می گردد.

بقیه کانی های مس سیلیکاتی مانند دیوپتازخیلی کندترحل می شوند ولی می توان فرآیندانحلال رابااسید قوی تر سرعت بخشید .

کوپریت جهت انحلال به سولفات فریک نیاز دارد و دراسید سولفوریک تنها 50% آن حل می گردد .

مس طبیعی نیز به کمک سولفات فریک حل شده و فروشویی فقط با اسید سولفوریک ، تنها تحت هوادمی و دمای بالا امکان پذیراست (9).

جدول 2ـ2 – قابلیت انحلال کانی های اکسیدی مس(9) درخلال انحلال کانی کوپریت ، مس ، طبیعی نیز تشکیل می شود که تقریباً حدود 50 درصد آن در اسید حل می شود .

مس باقیمانده را میتوان توسط محلول اسیدی سولفات فریک حل نمود .

اغلب کانی های اکسیدی درعملیات صنعتی حدود 2 تا 3 برابر سریعتر ازکانی های سولفیدی ثانویه حل می گردند (9) درفرآیند فروشویی کانی های اکسیدی مس سرعت انحلال بوسیلیه نفوذ یون H مثبت به داخل و یون مس به خارج کنترل می شود .

غلظت مس و اسید از سطح ذره به طرف داخل آن نسبت بهم رابطه عکس دارند .

از سطح ذره به طرف داخل غلظت اسید کاهش و غلظت مس افزایش می یابد .

(9) ذخایراکسیدی بیشتر از ذخایر سوپرژن تحت فرسایش قرارمی گیرند .

این امرباعث تولید نرمه و یا رس می گرددکه خود باعث هتروژن نمودن توده درفرآیند فروشویی توده ای و ایجاد مشکلات اساسی درعملیات می گردد .

ذخایراکسیدی گاهی حاوی مقادیر قابل توجهی کانی های اکسیدی مس غیر قابل حل در اسید و ترکیبات مقاوم دیگری میباشند که قابلییت فروشویی را به کمتر از 50 درصد کاهش می دهندو به همین علت برخی ذخائر اکسیدی قابلییت فروشویی کمتری نسبت به ذخائر سولفیدی ثانویه دارند (9) 2ـ3ـ فروشویی کانی های سولفیدی مس فروشویی کانی های سولفیدی مس ، بخصوص کانی های سولفیدی ثانویه که مناسب برای عملیات فروشویی توده ای میباشند .

بسیار پیچیده است .

مهمترین کانی های سولفیدی مس در جدول (2ـ3) آورده شده است و منطقه سوپرژن اغلب با کانی های اکسیدی همراه است .

همچنین، غالباً پیریت و سولفیدهای فلزی دیگر بخصوص درمنطقه هیپوژن وجود دارد دربرخی موارد اینگونه ذخایر دارای چندین فلز می باشند نظیر CUO _ CO _ CU_ ZN_CU_ PB_ ZN_ CU_NI علاوه برموارد مذکور مقادیرقابل توجهی طلا و نقره به ویژه درمنطقه هیپوژن وجود دارد (9) جدول 2ـ3 کانی های مهم سولفیدی مس ‍‍)9) کالکوسیت و کوولیت به کانی های سولفیدی ثانویه و کالکوپیریت و بورنیت و انارژیت به کانی های سولفیدی اولیه معروفند .

کانی های سولفیدی ثانویه درحضور یک اکسید کننده مانند یون آهن سه ظرفیتی (Fe3+) و درمحیط اسیدی حل می شوند .

درحالیکه کانی های سولفیدی مس در جدول (2ـ4) آورده شده است .

جدول 2-4 انحلال کانی های سولفیدی خالص مس درمحلول اسیدی سولفات فریک (2) سرعت انحلال کانی های سولفیدی توسط سرعت واکنش کنترل می‌گردد(9،4) کانه های سولفیدی درحلال های خاصی حل می شوند این حلال ها عبارتند از : 1-محلول اسیدسولفوریک : کالکوسیت تنها کانی قابل حل دراسید سولفوریک است حلالیت کالکوسیت تابع غلظت اسید سولفوریک و دما میباشد .

کانی های سولفیدی مقاومی نظیرکالکوپیریت و انارژیت تنها به مقدار ناچیزی حل می شوند و برخی دیگر مانند کوولیت و بورنیت بین این دو گروه قراردارند.

2-محلول اسید سولفوریک حاوی سولفات فریک : کلاً کانی های سولفیدی در محلول های اسیدی حاوی سولفات فریک محلول می باشند ولی نرخ این انحلال تا حد زیادی تابع نوع کانی و دما می باشد .

یکی از حلال های بسیارمؤثر کانی های سولفیدی ، محلول حاوی یون آهن سه ظرفیتی می باشد که درخلال اکسایش کانی های سولفیدی به یون آهن دوظرفیتی (Fe2+)) احیاء می گردد .

بنابراین جهت ادامه فرآیند انحلال ، باید درمحیط یون فریک وجود داشته باشد .

دراین حالت استفاده از باکتری ها جهت اکسایش مجدد یون فرو به فریک بسیار مفید است .

سینتیک انحلال در شرایط محیطی برای عملیات فروشویی توده ای توسط باکتری های مزوفیل برای کالکوسیت ، کوولیت و بورنیت مناسب است ولی نرخ انحلال کانه های مقاوم مانند کالکوپیرییت بسیارکم میباشد .

جهت بهبود سینتیک انحلال ، افزایش دما و استفاده از تانک درفروشویی باکتریایی بسیار مقرون به صرفه است .

همچنین اکسایش یون آهن باید درحضور هوا و اکسیژن انجام گیرد (8) .

3-محلول های آمونیاکی : کانی های سولفیدی مس درمحلول های سولفات آمونیومی و آمونیاکی و تحت شرایط هوادهی حل می گردند .

برای کانه های مقاوم نظیر کالکوپیریت دمای بالانیزلازم است .

حدود نیمی از محتوی مس کالکوپیرییت دردمای معمولی و یا محلول آمونیاکی حل می شود .ولی درمورد سولفیدهای دیگر این میزان انحلال کمتر است (8).

4-محلول های کلریدی : فروشویی سولفیدهای مس با محلول های کلریدی درچند دهه گذشته توجه بسیاری را به خود معطوف کرده است .

این فرآیند نسبت به فرآیند سولفاته دارای چندین مزیت می باشد (5).

نرخ انحلال سریع ترامکان فروشویی تحت شرایط اتمسفر را عملی می سازد .

غالباً همه سولفیدها درخلال اکسایش ، گوگرد عنصری تولید می کنند .

حلالیت بالای فلزات منجر به تولید حجم کمتری محلول برای مراحل دیگر می شود .

معایب آن نیز عبارتند از (5).

کار با محلولهای کلریدی نیاز به تجهیزات خاص داشته که باعث افزایش هزینه می گردد .

الکترووینینگ مستقیم محلول های کلریدی به تولید مس کاتدی منتهی نمی‌گردد.

همانطورکه قبلاً نیزذکر گردید کانی های سولفیدی ثانویه مس نظیر کالکوسیت و کوولیت به آسانی با اسید سولفوریک و درحضور یک اکسید کننده حل می شوند (3،8،5) کانی های سولفیدی اولیه مس هم کم و بیش درحضور یک اکسید کننده حل می شوند .

2ـ4ـ فروشویی میکروبی کانی های سولفیدی نیازروزافزون به مواداولیه و کاهش ذخایرمعدنی پرعیار، استفاده ازمنابع کم عیار و پیچیده را ضروری ساخته است (9،7) دراین راستا فروشویی میکروبی به طور فزاینده و به عنوان یک روش ساده و کارا جهت استحصال فلزات ازکانسنگ های کم عیار وکنسانتره های سولفیدی که توسط روش های معمول دیگر به طوراقتصادی قابل فرآوری نیستند بکار می رود(8) فروشویی میکروبی به فرآیندی اطلاق می گردد که درآن فلزات از کانسنگ ها و کنسانتره های مربوطه به کمک میکروارگانیسم ها استحصال می گردند (8).

دراین فرآیند سولفیدهای فلزی نا محلول به سولفیدهای فلزی محلول تبدیل می گردند (8) البته کانسنگ های فلزی غیرسولفیدی نیزتوسط باکتری ها و قارچ ها استحصال می‌گردند .

درواقع استفاده ازمیکروارگانیسم ها دراستحصال فلزات از کانسنگ ها روشی ساده برای مهارکردن یک فرآیند طبیعی درخدمت اهداف اقتصادی است .

برای انجام یک فرآیند فروشویی میکروبی موفقیت آمیز ، شناخت میکروارگانیسم و درک کافی از شیمی ، شیمی فیزیک ، فیزیک ، مینرالوژی و مهندسی فرآیند فروشویی ضروری میباشد (8) .

2ـ4ـ1ـ ساختارمیکروارگانیسم ها باکتری ساده و ابتدایی ترین شکل موجود زنده است .

دریک تعبیر ، حیات عبارت است از یک سری فرآیندهای پیچیده حاصل از دستورالعمل های خاص که توسط DNA کنترل می شود و اسید نوکلئیک موجودات زنده همواره فعال بوده و می توانند خود تغذیه و تکثیر حاصل کنند باکتری ها از انواع مواد و عناصر مختلف تشکیل شده اند .

بسیاری از عناصر بصورت جزئی درترکیب باکتری ضروری است .

بطورکلی ترکیب عنصری باکتری ها بقرارزیرمی باشد(8).

P=.75-.85% N=5-65 O=65-70% H=1-8% C=12-14% S=.25-.30% K=.25-.30% Mg=.05% Ca=.10% سایرعناصرمانند Na ،Se،Si،V،Mo،Fe،Zn،C،Ni،Co،Mn،Cl کمتر از 001/0 درصد وزن سلول را تشکیل می دهند .

باکتری ها دارای ابعاد کوچک حدود 1ـ2 میکرون می باشند .

اغلب بصورت میله ای وگاهی بصورت خمیده و به قطر 5/0 میکرون درطبیع وجود دارند .

باکتری ها ازچند قسمت تشکیل شده اند که عبارتند از (8): .

تار و تاژک : زواید الیافی شکل نازکی هستند که باعث حرکت باکتری و یا موجب اتصال باکتری ها به یکدیگر می شود .

تاژک بلندتر از تارمیباشد.

کپسول واسلیم : بعضی از باکتری ها یک لایه دیگر برسطح جدار خارجی خوددارند .

این لایه ژلاتینی بوده و پوسته خارجی باکتری را احاطه می کند .

90 درصد این لایه از آب و بقیه آن از پلی سارکارید تشکیل شده است که همراه با آن یک یا دو نوع اسید آمینه وجود دارد .

این لاییه ژلاتینی درصورتی که متراکم و محکم به جدارخارجی اتصال داشته باشد به آن کپسول می گویند و چنانچه سست و با اتصال ضعیف به جدار خارجی باکتری اتصال داشته باشد به آن اسلیم می گویند .

کپسول واسلیم حاوی آنیون های کربوکسیل ممیباشند و گاهی درآنها یون های فسفات و یا سولفات نیز دیده می شود و این امر خاصیت اتصال و جذب کاتیونی این لایه ها را توجیه می کند .

جدارخارجی باکتری : جدارخارجی ازاهمیت فراوانی برخورداربوده و در حیات آن نقش بسزایی دارد .

جدار شکل باکتری را مشخص کرده ، دیفیوژن مواد غذایی به داخل سلول و خروج مواد زائد از سلول از طریق جدار انجام می گیرد .

عوامل فعال درجدار خاصیت نفوذ پذیری و ترشح آنزیم ها و مکانیزها ی مربوط به آنها را دراختیار دارد .

ترکیبات تشکیل دهنده جدار باکتری عبارتنداز پپتیدوگلیکان ، اسیدتیکوئیک ، اسید تیکورونیک ، پروتئین ها و انواع لیپوپلی ساکاریدها .

اسیدتیکوئیک اسیدی نسبتاً قوی بوده و قدرت جذبی آن برای کاتیون ها به نوع کاتیون بستگی دارد .

به نظر می رسد که کاتیون جذب شده توسط این اسید به وسیله پپتیدوگلیکان هیدرولیز و راسب شده و به لایه های زیرین منتقل می شود و بدین ترتیب اسید تیکوئیک آزاد شده و می تواند مجدداً کاتیون جذب کند .

ترکیب لیپوپلی ساکاریدها با فلزات سه نقش اساسی درحیات باکتری ایفا می کند که عبارتند از : 1-فلزات ازطریق پل هایی که بین این ترکیبات و پروتئین ها با لایه های زیرین خود دارند ، واردترکیب جداری شده و خاصیت آنیونی لایه را خنثی می کند و درنتیجه نیروی دافعه آنیونی بین لایه ها را کاهش داده و اتصال بین آنها رابرقرارمی کند .

2-باوارد شدن فلز از طریق ترکیبات به سلول ، نیاز به این فلزات که درساختارآن نقش اساسی داردبرطرف می شود .

3-لیپوپلی ساکاریدها با ترکیب بافلزات سمی محیط زیست باکتری ،آنها را ازصورت فعال یونی به شکل غیرفعال و ساکن درآورده و ضمن آنکه مانع از نفوذ آنها به داخل سلول می شود ، سمیت محیط رانیزکاهش می دهد .

جدارباکتری ها برحسب عکس العمل جداربا بلورهای ید به دو دسته تقسیم می شوند: جدار باگرام مثبت : جدارهایی که قادربه نگهداری بلور ید درسطح خود بوده و این بلور به سطوح زیرین جدارنفوذ نمی کند و درزیرمیکروسکوپ به رنگ ارغوانی دیده می شوند .

جدا با گرام منفی : جدارهایی که قادربه نگهداری بلور ید در سطح خود نبوده و این بلورها به سطوح زیرین جدار نفوذ می کند و زیر میکروسکوپ به رنگ قرمز دیده می شود .

-فضای خالی : بین جدار داخلی و خارجی یک فضای خالی به نام پری پلاسما وجود دارد .

دراین فضا تعدادی پروتئین و پپتیدوگلیکان به صورت ژل وجود دارد .

انتقال مواد غذایی از جدار خارجی به داخل توسط این پروتئین ها تسهیل می یابد .

- جدار داخلی : جدار داخلی به نام جدار سیتوپلاسمی است و وظایف آن عبارت است از : 1-تراوایی انتخابی برای انتقال مواد از خارج به داخل و برعکس که این عمل مانع از ورود مواد سمی به داخل سلول می گردد.

2-جدارانتقال الکترون ها را برعهده دارد و درباکتری های هوازی ، عمل اکسایش و سایر واکنش های شیمیایی رامیسر می سازد .

3-دراین جدارآنزیم های مختلفی تولید و به خارج منتقل می شود .

این آنزیم ها مولکول های بزرگ را شکسته و مواد مورد نیاز برای تولید مواد ساختاری سلول تامین می گردد .

4-جدارمحل نگهداری و ذخیره سازی پروتئین های لازم برای سلول میباشد .

سیتوپلاسم : سیتوپلاسم مهمترین قسمت ساختاری باکتری است .

این فضا توسط پروتئین ها و آب حاوی املاح مختلف اشغال شده است .

در این فضا کروموزوم و پلاسمیدها به صورت معلق قراردارند .

مواد موردباکتری دراین قسمت تولید می شود .

کروموزوم : کروموزوم درباکتریها نقش هسته رادرسلولهای پیشرفته دارد با این تفاوت که فاقد جدار می باشد .

کروموزوم دوکی شکل بوده و این امرتکثیر سلول درجریان تقسیم تسهیل می کند .

ژن های موجود درکروموزوم کلیه نیازهای حیاتی باکتری را تامین می کند .

(6) پلاسمیدها : پلاسمیدها عناصر ژنتیکی خارج کروموزوم میباشند .

پلاسمیدها به علت داشتن 10 الی 20 ژن ، توانایی های بسیاری رابرای باکتری ایجاد می کنند ولی این توانایی ها برای حیات باکتری ضروری نمی باشند.

این ژن ها گاهی وظیفه برنامه ریزی تکثیر را به عهده دارند و گاهی حاوی اطلاعات مربوط به باکتری درمقابل مواد شیمیایی هستند (6).

2ـ4ـ2ـ میکروارگانیسم های کاربردی در فروشویی میکروبی میکروارگانیسم هایی که جهت فروشویی میکروبی کانه های کم عیاربکار می روند باید دارای خصوصیات زیر باشند (6) .

به وفوردرطبیعت وجود داشته باشدو تکثیرآن آسان باشد .

از نظرغذایی خودکفا بوده و یا لااقل تغذیه آن پرهزینه نباشد .

به حضورفلز مورد نظر مقاوم بوده و غلظت بالایی از آن را تحمل کند .

باشرایط سنگ معدن و منطقه سازگار باشد .

محصولات حاصل از فعالیت و آنزیم های تولیدی آن کمترین تاثیر رادرخوردگی تجهیزات صنعتی داشته باشد .

میکرو ارگانیسم های عمده ای که در فروشویی کانه های سولفیدی مس و دیگر کانه های سولفیدی نقش دارند عبارتند از (6) .

1- باکترهای مزوفیل ( عملکرد دردمای پایین (درجه سانتیگراد Cه 40-20) که سه گونه مهم آن عبارتنداز .

- اسیدی تیوباسیلوس فرواکسیدانس -سدی تیوباسیلوس تیواکسیدانس -لپتواسپیریلوم فرواکسیدانس 2-ترموفیل معتدل ( Cه 55- 40 ) 3-ترموفیل مطلق (Cه 85– 55) میکروارگانیسم هایی که درفرآیند فروشویی اولیه مورد استفاده قرارمی گرفتند همه دارای خصوصیات فیزیولوژیکی مشترکی بوده اند (6) و تنها باکتری های مزوفیل گونه تیوباسیلی مورد استفاده قرارمی گرفت همه آنها شیمیولیتوتروف بوده ، از گازدی اکسیدکربن موجود درهوا استفاده کرده و قادر به اکسایش یون آهن دو ظرفیتی یا منابع سولفوری معدنی احیاء شده ( یا هردو) می باشند و از این طریق انرژی لازم برای حیات خودرا تامین می کنند .

چون اسید سولفوریک محصول جانبی اکسیداسیون گوگرد است این باکتری ها اسید دوست بوده و درمحدوده PH بین 5/1 تا 5/3 رشد می کنند .

این اسید دوستی حتی برای میکروارگانیسم هایی که تنها قادر به اکسایش آهن می باشند .

نیز وجود دارد (6) هوامنبعی برای تامین کربن (CO2)‌و اکسیژن مورد نیاز باکتری می باشد .

اکسیژن به عنوان پذیرنده ترجیحی الکترون عمل می کند .

کانی ها ( آهن فرو و ترکیبات سولفوری احیاشده ) نیزدهنده الکترون میباشند و آب هم محیطی برای رشد باکتری ها میباشد.

عناصر مورد نیاز باکتری که درمحیط به اندازه کافی وجود ندارند از طریق سنگ معدن و آب تامین می گردد .

درفرآیندهای صنعتی معمولاً مقدار کمی از کودهای ارزان قیمت مانند سولفات آمونیم و فسفات پتاسیم به محیط اضافه می شود تا محدودیت مواد غذایی مرتفع گردد (6) .

ولی تحقیقات چندی استفاده از باکتری های ترموفیل را درعملیات فروشویی میکروبی نشان داده اند .

باکتری های ترموفیل نیزواکنش هایی نظیر باکتری های مزوفیل دارند .

باتوجه به گرمازا بودن فرآیندها اکسایشی سولفیدهای فلزی و نقش باکتری های ترموفیل دربالابردن درجه حرارت ، سینتیک واکنش های بیولوژیکی و شیمیایی افزایش یافته و زمان لازم برای استخراج فلزات از کانسنگ ها و باطله ها کاش می یابد (6) .

سولفولوبوس اسیدوکالوس یک میکروارگانیسم اکسیدکننده گوگرد است که دریک محیط اسیدی گرم زندگی می کند.

این باکتری نه تنها گوگرد را اکسید می کند ، بلکه قادر به اکسایش یون فرو به فریک نیز می باشد.

این باکتری هتروتروف ( غیر خودکفا) بوده و باید به محیط مواد غذایی افزود و در PH بین 2 تا 3 رشد می کند(6) در زیر باکتری های مزوفیل توضیح داده شده اند .

2ـ4ـ2ـ1ـ اسیدی تیوباسیلوس فرواکسیدانس فعال ترین و مؤثرترین باکتری مورد استفاده درفروشویی میکروبی است و به طورگسترده ای درعملیات صنعتی بکار می رود (6) این باکتری اولین بار توسط کالمرو هینکل از آب های اسیدی معدن زغال درسال 1947 جداسازی گردید این باکتری گرام منفی و شیمیولیتوتروف بوده که از دی اکسید کربن موجود دراتمسفر به عنوان منبع کربن استفاده می کند .

انرژی مورد نیاز خود را از اکسیداسیون ترکیبات احیا شده بویژه ترکیبات گوگرد نظیرسولفیدها،گوگردعنصریو تیوسولفات ها و همچنین از اکسیداسیون یون فرو ( زمانی که دهنده الکترون است ) تامین می کند .

اکسایش سولفورآهن به گوگرد و آهن دو ظرفیتی توسط این باکتری ها به سرعت انجام می شود ولی اکسایش گوگرد به اسید سولفوریک و آهن دو ظرفیتی به آهن سه ظرفیتی کند میباشد (8).

فروشویی میکروبی درمحیط اسیدی و PH حدود 5/1 تا 3 انجام می شود که دراین محدوده اکثر یون های فلزی محلول در محیط هایی که غلظت یون فریک (Fe2+) خیلی بیشتر از یون فرو است ، چندان مناسب نیست (8) چنین شرایطی درعملیات پیوسته راکتورهای همزن دار و تحت شرایط پایدار و یکنواخت ایجاد می شود .

ولی در عملیات فروشویی توده ای ( هیپ و دامپ ) که برای کانسنگ های مس و اورانیوم بکار می رود ، این باکتری ، باکتری غالب می باشد ؛ بخصوص زمانی که غلظت یون فرو در محلول زیاد باشد (بیش از 5 گرم درلیتر) این باکتری قابلیت رشد سریع تری نسبت به دیگر باکتری ها داشته و رشد آن دردمای 20 تا 25 درجه سانتی گراد و PH بین 8/1 تا 2 و نسبت بالای یون فرو به فریک بسیار مطلوب است (8).

سازگارنمودن باکتری به PH هایی وسیع تراز این حد بهینه نیزامکان پذیر است .

همانطور که قبلاً نیز ذکر گردید یکی از خصوصیات مهم میکروارگانیسم هایی که درمحیط های غنی از مواد معدنی رشد می کنند ، مقاوم بودن آنها نسبت به یون های فلزی محلول است که این باکتری نیزاز این قاعده مستثنا نیست و دربرابریون های فلزی مقاوم می باشد .

2ـ4ـ2ـ2ـ اسیدی تیوباسیلوس تیواکسیدانس اسیدی تیوباسیلوس تیواکسیدانس در سال 1922 توسط جاف و واکسمن جداسازی گردید .

این باکتری گوگرد عنصری را به سرعت اکسید می کند .

البته ترکیبات سولفوری احیاشده دیگر نیز توسط این باکتری اکسید شده و اسید سولفوریک تولید می شود و PH محیط به 5/1 تا 1 و حتی کمتر می رسد.

تولید مقدار قابل توجهی اسید سولفوریک باعث تسریع انحلال و تجزیه سنگ های معدنی شده و درنتیجه ترکیبات فلزی قابل حل دراسید به صورت سولفات وارد محلول می شوند (6) این باکتری بسیار شبیه به اسیدی تیوباسیلوس فرواکسیدانس است بجزاینکه قادر به اکسایش یون فرو نیست و تنها به استفاده ازترکیبات گوگردی احیا شده به عنوان دهندگان الکترون محدود می شود .

مانند اسیدی تیوباسیلوس فرواکسیدانس مزوفیل بوده و دردمایی حدود 35 درجه سانتیگراد رشد می کند .

درمقابل محدوده گسترده ای از تغییرات PH(5/0تا 5/5 )مقاوم است .

دریک تحقیق که درمقیاس ستون و به صورت مدار بسته بر روی کانسنگ مس انجام شده ، مشخص گردید که درمحلول باردار (PLS) با غلظت بالای سولفات و PH حدود7/.

اسیدی تیوباسیلوس تیواکسیدانس باکتری غالب اکسید کننده گوگرد است (7) راف و خلیددرسال 1977 و سوزوکی و لیزما در سال 1988 نشان دادند که اسیدی تیوباسیلوس تیواکسیدانس درکشت خالص قابلیت انحلال پیریت و کالکوپیریت را ندارد و تنها درفروشویی بعضی سولفیدهای فلزی نظیر سولفید روی و کادمیم سهم بسزایی دارد ، زیرا دراین دو سولفید ، فروشویی به اکسیداسیون گوگرد وابسته است .

بنابراین این باکتری معمولاً به صورت کشت ترکیبی با باکتری اسیدی تیوباسیلوس فرواکسیدانس باسایراکسیدکننده های آهن مانند لپتوسپیریلم فرواکسیدانس بکار می رود .(8) دو گونه جدید دیگر تیوباسیلی اسید دوست توسط هابر و ستتر معرفی گردیده اند .

این باکتری های جدید ، تیوباسیلوس پروسپریوس و تیوباسیلوس کوپرینیوس نام دارند ولی به علت خصوصیات فیزیولوژیکی عجیب و غریبشان کمتر در فرآیندهای فروشویی بیولوژیکی مورد استفاده قرارمی گیرند (7).