چکيده
اين تحقيق به منظور بهينهسازي پارامترهاي عملياتي جهت استفاده از تکنولوژي بيوليچينگ در استحصال مس از سرباره توليدي توسط کوره هاي ذوب انعکاسي مجتمع مس سرچشمه صورت گرفته است. کاربردهاي گسترده تکنولوژي ليچينگ باکتريايي کانسنگهاي سولفيدي کم عيار به دليل كاهش آلودگيهاي زيست محيطي و توجيه اقتصادي قابل قبول در مقايسه با ساير روشهاي استحصال فلزات در سالهاي اخير مورد توجه قرار گرفته است. سرباره موجود در دو دامپ مجموعا با ذخيره 6 ميليون تن و عيار متوسط 15/1 درصد وزني مس ذخيره گرديده است. بيش از 90% کانيهاي سولفيدي مس موجود در نمونه کامپوزيت کالکوسيت و کالکوپيريت ميباشند. بررسيهاي اوليه در آزمايش ظروف لرزان در بازه زماني 15 روز براي گونههاي مختلف ميکروارگانيسمها صورت گرفت و پارامترهاي درصد جامد، pH و درصد تلقيح براي باکتريهاي مزوفيل و ترموفيل مورد بررسي قرار گرفت. بيشترين بازيابي مس و آهن در ظروف لرزان براي باکتريهاي مزوفيل در دماي 35 درجه سانتيگراد به ترتيب 75% و 30% و براي باکتريهاي ترموفيل معتدل در دماي 45 درجه سانتيگراد به ترتيب 78% و 36% بدست آمد. در حاليكه براي نمونه شاهد، در دماي 35 درجه سانتيگراد بيشترين بازيابي مس و آهن به ترتيب 5/34% و 5/7% در دماي 45 درجه سانتيگراد بيشترين بازيابي مس و آهن به ترتيب 38% و 7/9% حاصل شد. انجام آزمايش بيوليچينگ ستوني، نشان داد که در pH برابر 5/1 و دبي 3 ميلي ليتردر دقيقه محلول پاششي، در ستون باکتري مزوفيل با دماي 35 درجه سانتيگراد بازيابي 2/51% براي مس و بازيابي 7/10% براي آهن و در ستون شاهد آن ( فاقد باکتري) بازيابي 5/32% براي مس 1/7% براي آهن و در ستون باکتري ترموفيل با دماي 45 درجه سانتيگراد بازيابي 57% براي مس و 7/13% براي آهن در ستون شاهد آن بازيابي 38% براي مس و 2/9% براي فلز آهن بدست آمد.
کلمات کليدي: بيوليچينگ – سرباره مس– مزوفيل – ترموفيل – روش سطح پاسخ
‹‹فهرست مطالب››
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه
- تاريخچه هيدرومتالورژي و بيوهيدرومتالورژي در استخراج مس...................... 2
- مقايسه فرآيندهاي هيدرومتالورژي و پيرومتالورژي........................................ 4
- معرفي دامپهاي سرباره سرچشمه................................................................. 6
- دامپ شمالي................................................................................. 8
- دامپ جنوبي............................................................................... 11
فصل دوم: مباني نظري و مروري بر كارهاي گذشته
- کانيهاي اکسيدي مس..................................................................... 14
- کانيهاي سولفيدي مس................................................................... 15
- فروشويي ميکروبي کانيهاي سولفيدي............................................... 15
- ميکروارگانيسمهاي مورداستفاده در بيوليچينگ.................................... 16
- تقسيم بندي بر اساس دما................................................................... 17
- باکتريهاي مزوفيل................................................................ 17
- ترموفيل معتدل (moderate thermophile)................................ 23
- ترموفيل مطلق (extreme thermophile)................................... 24
- تقسيم بندي باکتريهاي براساس خودکفايي غذايي............................. 26
- سازگار كردن باكتري با محيط بيوليچينگ (آداپتاسيون) ...................... 28
- عوامل موثر در فروشويي ميكروبي...................................................... 29
- عوامل فيزيولوژيكي محيط فروشويي....................................... 29
- پتانسيل اكسيداسيون احيا ....................................................... 32
- اسيديته محيط...................................................................... 32
- تركيبات ممانعت كننده......................................................... 33
- دما..................................................................................... 34
- نوع کانه.............................................................................. 35
- اندازه ذرات......................................................................... 36
- مدلهاي انحلال باكتريايي کانههاي سولفيدي...................................... 37
- مکانيسم مستقيم.................................................................... 37
- مکانيزم غير مستقيم............................................................... 38
- انحلال بيولوژيکي کانيهاي سولفيدي مس...................................... 39
- انحلال بيولوژيکي کالکوپيريت............................................ 39
- انحلال بيولوژيکي کالکوسيت............................................... 40
- انحلال بيولوژيکي کووليت.................................................. 40
- انحلال بيولوژيکي پيريت ..................................................... 41
- روشهاي مختلف فروشويي ميکروبي در مقياس صنعتي..................... 41
- فروشويي توده اي (Dump Leaching)................................. 41
- فروشويي كپه اي (Heap Leaching) ................................... 42
- فروشويي در محل (In Situ Leaching) ............................... 42
- فروشويي در تانك همزن دار (Tank Leaching).................. 43
- فروشويي حوضچه اي (Vat Leaching)............................... 43
- طراحي آماري آزمايشها (DOE)................................................... 45
- روش سطح پاسخ (RSM)....................................................................................... 47
فصل سوم: مواد و روش تحقيق
- دستورالعمل تهيه نمونه معرف از دامپهاي موجود..................................... 49
- شناسايي و تعيين خواص خردايشي و مطالعات فرآوري مقدماتي.................. 56
- آزمايشات فروشويي ميكروبي در مقياس آزمايشگاهي ............................... 58
- آزمايش بطري غلتان................................................................... 58
- ظروف لرزان (Shaking Flask)................................................... 59
- آزمايشهاي ستون....................................................................... 61
فصل چهارم: ارائه نتايج و تحليل يافته ها
- نتايج حاصل از آناليز ابعادي................................................................... 66
- نتايج حاصل از آناليزهاي شيميايي و کاني شناسي..................................... 67
- آناليز مينرالوژي و مطالعات ميکروسکپي نمونه سرباره..................... 67
- آناليز شيميايي......................................................................................................... 67
- آزمايشهاي ظروف لرزان....................................................................... 68
- طرح و نتايج آزمايش ظروف لرزان باکتريهاي مزوفيل.................... 68
- بررسي تغييرات pH ، Eh و درصد بازيابي نسبت به زمان.................. 72
- طرح و نتايج آزمايش ظروف لرزان باکتريهاي ترموفيل معتدل......... 75
- بررسي تغييرات pH ، Eh و درصد بازيابي نسبت به زمان.................. 78
- نتايج آناليز بطري غلتان........................................................................... 81
- نتايج آزمايش ستون................................................................................ 81
فصل پنجم: نتيجه گيري و پيشنهاد
- نتيجه گيري................................................................................. 86
- بررسي حاصل از مطالعات کاني شناسي سرباره........................ 86
- بررسي نتايج حاصل از آزمايشهاي ظرف لرزان...................... 86
- بررسي نتايج حاصل از آزمايش بطري غلتان............................. 87
- بررسي نتايج حاصل از آزمايش ستون....................................... 87
- پيشنهادات................................................................................... 88
منابع و ماخذ.....................................................................................................89
پيوست ............................................................................................................91
فهرست اشکال
شکل 1-1 بيوليچينگ توده اي............................................................ 4
شکل 1-2 موقعيت قرارگيري دامپ سرباره در سايت سرچشمه................ 7
شکل1-3 موقعيت دامپهاي شمالي-جنوبي نسبت به كارخانه ذوب............. 8
شکل1-4 دامپ شمالي به همراه تاسيسات مستقر روي آن........................ 9
شکل1-5 چگونگي حمل پاتيل سرباره ................................................ 9
شکل1-6 نحوه تخليه سرباره ............................................................ 10
شکل 1-7- دانه بندي سرباره............................................................. 11
شکل 1-8- دامپ جنوبي به همراه تاسيسات مستقر روي آن................... 11
شکل 2-1- ارتباط علوم مختلف با فرآيند بيوهيدرومتالورژي.................. 16
شکل2-2 گونه مزوفيل ..................................................................... 17
شکل2-3- باکتري تيوباسيلوس فرواکسيدانس...................................... 19
شکل2-4- باکتري تيوباسيلوس تيواکسيدانس ..................................... 21
شکل2-5- باکتري لپتواسپيريلوم فرواکسيدانس.................................... 22
شکل2-6-گونه گرمادوست معتدل..................................................... 23
شکل 2-7- باکتري سولفوباسيلوس.................................................... 24
شکل 2-8- گونه گرمادوست مطلق،.................................................. 24
شکل2-9- ميکروارگانيسم سولفولوبوس............................................. 25
شکل2-10- سطح تماس ميکروارگانيسمها با گازهاي اکسيژن............... 36
شکل2-11- تصوير دومکانيزم تيوسولفات و پلي سولفيد........................ 38
شكل 2-12 فروشويي كپه اي جهت استحصال مس............................. 44
شکل2-13- فرآيند فروشويي درجا.................................................. 44
شکل 3-1- نقشه توپوگرافي دامپ سرباره سرچشمه............................. 49
شکل 3-2-مکانهاي حفر ترانشه و اخذ نمونه...................................... 51
شکل 3-3-جبههکار بارگيري سرباره در دامپ شمالي.......................... 51
شکل 3-4-حفر ترانشه و نمونهگيري سرباره سرچشمه.......................... 52
شکل 3-5- تنظيم دستگاه حفاري دوراني Gy300............................... 53
شکل 3-6- حفاري مغزهگيري با دستگاه حفاري دوراني....................... 53
شکل 3-7-بسته بندي نمونههاي اخذ شده از حفاري دوراني با دستگاه.... 54
شکل 3-8-تقسيم چهاربخشي سربارههاي اخذ شده از ترانشهها.............. 55
شکل 3-9-نمونه هاي سرباره............................................................. 55
شکل 3-10-ترکيب نمونههاي حاصل................................................. 56
شکل 3- 11- دياگرام آمادهسازي نمونههاي سرباره............................. 58
شکل 3-12- دستگاه بطري غلتان و تنظيم pH..................................... 59
شکل 3-13- دستگاه انکوباتور شيکر................................................. 61
شکل 3-14- ستون هاي آزمايش بيوليچينگ....................................... 62
شکل 4-1- آناليز دانه بندي سرباره................................................... 66
شکل 4-2 - نمودارهاي pH باکتري مزوفيل نسبت به زمان.................... 72
شکل 4-3- نمودارهاي Eh آزمايش ظرف لرزان باکتري مزوفيل ......... 73
شکل 4-4- نمودار بازيابي مس در آزمايش باكتري مزوفيل.................. 73
شکل 4-5- نمودار بازيابي آهن در آزمايش باكتري مزوفيل................. 74
شکل 4-6- نمودارهاي pH آزمايش ظرف لرزان باکتري ترموفيل ........ 78
شکل 4-7- نمودارهاي Eh آزمايش ظرف لرزان باکتري ترموفيل ........ 79
شکل 4-8- نمودار بازيابي مس در آزمايش باكتري ترموفيل معتدل........ 80
شکل 4-9- نمودار بازيابي آهن در آزمايش باكتري ترموفيل معتدل ...... 80
شکل 4-10- نمودار pH ستون هاي آزمايش...................................... 82
شکل 4-11- نمودار Eh ستون هاي آزمايش....................................... 83
شکل 4-12 نمودار بازيابي مس در آزمايشهاي ستوني ميکروارگانيسم هاي مزوفيل و ترموفيل معتدل نسبت به زمان 83
شکل 4-13 نمودار بازيابي آهن در آزمايشهاي ستوني ميکروارگانيسم هاي مزوفيل و ترموفيل معتدل نسبت به زمان 84
فهرست جداول
جدول2-1- گستردگي کاربرد باکتري تيوباسيلوس فرواکسيدانس .......... 20
جدول2-2- باکتريهاي کيموليتوتروف............................................. 27
جدول2-3- ميکروارگانيسمهاي هتروتروف....................................... 27
جدول 2-4- عوامل مؤثر در اكسيداسيون باكتريايي و استخراج فلزات..... 29
جدول 2-5- محدوده دمايي و pH براي رشد ميکروارگانيسمهاي اسيددوست اکساينده سولفيدفلزي 35
جدول 2-6-کليه فرآيندهاي بيوهيپ ليچينگ را در سراسر دنيا.............. 46
جدول3-1- نمکهاي مورد استفاده در محيط کشت پايه K9................... 61
جدول 3-2- شرايط حاکم جهت آزمايش بيوليچينگ ستوني................. 63
جدول 3-3- شرايط آزمايش جهت ليچينگ شيميايي و باكتريايي.......... 63
جدول 4-1- وضعيت مينرالوژي نمونه سرباره....................................... 67
جدول 4-2- آناليز XRF نمونههاي مختلف سرباره.............................. 67
جدول 4-3- سطوح مختلف پارامترهاي انتخابي انجام فرآيند بيوليچينگ. 68
جدول 4-4- آزمايش هاي طراحي شده و نتايج باکتري هاي مزوفيل....... 69
جدول 4-5- نتايج حاصل از آناليز واريانس آزمايش هاي باکتري مزوفيل براي بازيابي مس و آهن 70
جدول 4-6- تعيين سطح بهينه پارامترهاي موثر با باکتري هاي مزوفيل ..... 74
جدول 4-7- بازيابي مس و آهن توسط باکتريهاي ترموفيل معتدل........... 75
جدول 4-8- آزمايش هاي طراحي شده و نتايج هاي حاصل از آزمايش و پاسخ مدل با باکتري هاي ترموفيل معتدل...................................................................................................... 76
جدول 4-9- سطوح بهينه پارامترهاي موثر در آزمايش با باکتري هاي ترموفيل معتدل 81
جدول 4-10- نتايج حاصل از آزمايش ستونهاي بيوليچينگ................ 84