بيوتكنولوژي به عنوان فنوني كه از ميكروارگانيسم ها و يا بخشي از سلول براي دسترسي به بعضي از اهداف صنعتي و بهداشتي و زيست محيطي استفاده مي كند، تعريف شده است. در صنايع معدني و متالوژي نياز روز افزون به مواد اوليه و كاهش ذخاير معدني پرعيار ، ضرورت مصرف بهينه انرژي در رعايت دقيق معيار هاي زيست محيطي ، كاربرد روش هاي جديد ، ايجاد تحول در صنايع معدني و متالوژي را ضروري كرده است. همچنين توسعه فن آوري هاي جديد براي فرآوري منابع كم عيار و يا منابعي كه روش هاي معمول كارايي لازم را براي آنها نداشته و يا ملاحظات اقتصادي امكان استفاده از آنها را نمي دهد. توجه به بازيابي مواد معدني و متالوژي محور ديگري از اين تحول مي باشد. توسعه روش هايي جهت كاهش آلودگي هاي زيست محيطي كه منشا در گاز خروجي كارخانه ها و نيروگاه ها ، بخصوص صنايع متالوژي و پساب صنايع مختلف دارد، مانند جذب و بازيابي فلزات سنگين از پساب ها و كاهش گوگرد از سوخت هاي فسيلي. برخي از مشكلات صنايع معدني و متالوژي با كاربرد فنوني كه از ميكروارگانيسم ها استفاده مي كنند، قابل حل مي باشد و در نتيجه بسياري از توسعه روش ها و فن آوري هاي جديد نيز بر اين پايه قرار دارند.
كاربرد اين روش ها در متالوژي نسبت به ساير صنايع جديد تر بوده و براي اولين بار از حدود چهل سال قبل شروع شده است . امروزه اين فنون در متالوژي به منظور استفاده از مواد اوليه فقير فلزي ، تصفيه پساب هاي صنعتي و بازيابي فلزات موجود در آن ، حل كردن مواد معدني و غيره بكار مي رود. با تغيير ساختار ژنتيكي ميكروارگانيسم ها در جهت رسيدن به مشخصات مورد نياز، موفق به توليد فرآورده هايي در صنعت متالوژي شده اند، كه امكان تهيه آن از طريق ساير روش هابه صورت اقتصادي ميسر نبوده است.
ميكروارگانيسم ها جهت سوخت و ساز و انجام فرآيند هاي حياتي خود از منابع آلي و معدني موجود در محيط تغذيه مي كنند. از اين رو واكنش هاي مختلف شيميايي ، شيمي فيزيكي را در شرايط مختلف طبيعي و يا مصنوعي تحت تاثير خود قرار مي دهند. كاربرد مثبت واكنش هاي متابوليكي موجودات زنده در زمينه فرآوري مواد معدني و استخراج فلزات قلمرو جديدي است كه تحقيقات پيرامون آن بيشتر در بخش هاي بيوتكنولوژي و ميكرو بيولوژي انجام مي گيرد. برخي كاربردها مانندبهبود بازدهي و فرآيندهاي اكسيده و حل كردن كاني هاي كم عيار سولفيدي و كانسنگ هاي طلا و يا اورانيوم ، امروزه در مقياس صنعتي استفاده مي شوند.
كاربرد بيو تكنولوژي در فر آوري و استخراج فلزات متعدد مي باشد كه برخي از مهمترين آنها عبارت اند از:
- استفاده از ميكروارگانيسم ها در كانه ارايي : ميكروارگانيسم هايي در طبيعت وجود دارند كه ضمن داشتن بار الكتريكي منفي به شدت آب گريز اند و مي توان از آنها براي تغليظ بعضي از مواد معدني استفاده كرد. بررسي هاي انجام شده نشان داده است كه گونه اي از ميكروارگانيسم ها را مي توان براي جدا سازي بعضي از كاني ها مانند فسفات ها ، ذرات ريز ذغال و كاني هماتيت مورد استفاده قرار داد.
- استفاده از ميكروارگانيسم در تصفيه پساب ها : آب هاي خروجي بسياري از صنايع حاوي تركيبات آلي و معدني است ، كه طي فرآيند مورد استفاده قرار گرفته اند. اين تركيبات مناسب با ماهيتشان به درجات متفاوت سمي مي باشند. به عنوان مثال مي توان از محلول هاي سيانور دار كه در استخراج طلا بكار برده مي شود ، نام برد. بعضي از ميكروارگانيسم ها و يا آنزيم ترشح شده از آنها در تجزيه سيانور آزاد موثر بوده و در نتيجه در بهبود و ضعيت زيست محيطي پساب هاي سيانوري توليد شده از واحد هاي هيدرو متالوژي فلزات گرانبها نقش مهمي دارند. بازيابي فلزات و جذب آنها از دور ريز ها توسط باكتري ها بسار سريع بوده و معمولا از چند دقيقه تجاوز نمي كند . عبور پساب آلوده از حجم آلوده باكتري ( بيوماس) براي حذف عناصر آلوده كننده آن كافي مي باشد. آب خروجي راكتورهاي اتمي معمولا حاوي مواد راديواكتيو مي باشد. كه مقدار آن از يك تا چند ppm تغيير مي كند. و عملا بجز كاربرد باكتري ، ساير رو ش ها بصورت اقتصادي قادر به حذف آنها نيستند.
- استفاده در جذب يون هاي فلزي : بعضي از موجودات ذره بيني قادرند يون هاي فلزات سنگين را از محلول ، بويژه محلول هاي رقيق جذب سطح خارجي خود كرده و بدين ترتيب اين يون هاي فلزي را از محلول جدا كنند. اين روش براي جدا سازي فلزات از پساب هي صنعتي و يا از محلول هاي حاصل از فرآيندهاي هيررو متالوژي كاربرد فرآوان دارند.
- استفاده در استخراج فلزات : در استخراج فلزات به روش هيدرو متالوژي يكي از مهمترين مراحل حل كردن كاني هاي معدني به كمك حلال مناسب بنحوي كه در اين فرآيند قسمت بيشتر فلز مورد نظر به صورت محلول و يا رسوب در آيد . اكسيده كردن و انحلال ميكروبي سنگ هاي معدني بويژه سنگ هاي سولفوري كم عيار مهمترين جنبه كاربرد ميكروارگانيسم ها به منظور افزايش بازدهي حل شدن مي باشد كه در مورد كاني هاي طلادار و كانسنگ هاي اورانيم كاربرد صنعتي دارد. بكارگيري ميكروارگانيسم ها جهت تسريع واكنش هاي مورد نظر در حل كردن كه در نهايت به آزاد سازي آنها منجر مي شود. تحت عنوان فروشويي زيستي شناخته مي شود. مزاياياين روش نسبت به روش هاي ديگر عبارت اند از :
* اثرهاي مضر زيست محيطي به مراتب كمتر بر روي منابع آبي و هوا
* نياز به انرژي كمتر
* عدم نياز به تجهيزات پيچيده و در نتيجه سرمايه گذاري كمتر
* عمل حل كردن بيولوژيكي را مي توان در اعماق زمين و بدون استخراج معدني انجام داد.
محدوديت عمده بكار گيري اين روش ناشي از نياز به دانش فني و آگاهي عميق به مباني بيوتكنولوژي مي باشد. دست اندر كاران پروژه هاي تحقيقاتي در اين زمينه بايد حتما از مباني ميكروب شناسي ، بيوشيمي و بيوتكنولوژي اطلاع كافي داشته باشند.
چند نمونه كاربرد باكتري در مقياس صنعتي و نيمه صنعتي :
1- حل كردن ارانيوم ( توسط باكتري هاي TF از سنگ معدن حاوي پيريت پيروتيت)
2- استخراج طلا از سنگ هاي مقاوم طلا دار ( سنگ معدن پيريت و ارسينو پيريت)
3- حل كردن بيولوژيك رس ها و توليد آلومين
- گوگرد زدايي زيستي: سوخت هاي فسيلي حاوي گوگرد در محصولات احتراق خود علاوه بر گاز هاي اكسيد گوگرد و اكسيز ازت ، مقداري غبار نيز وجود دارد. كه مجموعا از عوامل آلوده كننده محيط زيست مي باشند. باران هاي اسيدي ناشي از رها سازي اكسيد گوگرد در فضا ، حيات بسياري از گياهان و جانداران و بخصوص آبزيان را به خطر بيندازند. بعلاوه اين باران ها عامل خوردگي فلزات و سنگ هاي ساختمتني نيز مي باشند.
حذف گاز هاي الوده كننده از محصولات احتراق رقم بسيار بزرگي را تشكيل مي دهد. از همين رو جذف و يا كاهش مقدار گوگرد در سوخت هاي فسيلي اهميت بالايي براي صنايع دارد. حذف گوگرد مبتني بر فن اوري هاي فيزيكي و شيميايي ، مشكلاتي را به همراه دارد كه رويكرد به روش هاي بيوتكنولوژي را ناگزير نموده است. از ويژگي هاي مثبت آن اين است كه برخي از ميكروارگانيسم ها به طور اختصاصي فقط پيوند كربن - گوگرد را شكسته و با جدا كردن گوگرد بقيه مولكول آلي را رها مي كنند. در آينده نچندان دور گوگرد زدايي زيستي جايگزين روش هاي فيزيكي و شيميايي مي شود.
براي آشنايي بيشتر با اين مفاهيم مي توانيد به كتاب " فناوري ميكروبي در متالورژي" مراجعه كنيد . نويسندگان اين كتاب عبارت اند از : دكتر رامز وقار، دكتر منوچهر اوليا زاده و دكتر محمد رضا وقار. ناشر اين كتاب دانشگاه صنايع و معادن ايران است
كاربرد اين روش ها در متالوژي نسبت به ساير صنايع جديد تر بوده و براي اولين بار از حدود چهل سال قبل شروع شده است . امروزه اين فنون در متالوژي به منظور استفاده از مواد اوليه فقير فلزي ، تصفيه پساب هاي صنعتي و بازيابي فلزات موجود در آن ، حل كردن مواد معدني و غيره بكار مي رود. با تغيير ساختار ژنتيكي ميكروارگانيسم ها در جهت رسيدن به مشخصات مورد نياز، موفق به توليد فرآورده هايي در صنعت متالوژي شده اند، كه امكان تهيه آن از طريق ساير روش هابه صورت اقتصادي ميسر نبوده است.
ميكروارگانيسم ها جهت سوخت و ساز و انجام فرآيند هاي حياتي خود از منابع آلي و معدني موجود در محيط تغذيه مي كنند. از اين رو واكنش هاي مختلف شيميايي ، شيمي فيزيكي را در شرايط مختلف طبيعي و يا مصنوعي تحت تاثير خود قرار مي دهند. كاربرد مثبت واكنش هاي متابوليكي موجودات زنده در زمينه فرآوري مواد معدني و استخراج فلزات قلمرو جديدي است كه تحقيقات پيرامون آن بيشتر در بخش هاي بيوتكنولوژي و ميكرو بيولوژي انجام مي گيرد. برخي كاربردها مانندبهبود بازدهي و فرآيندهاي اكسيده و حل كردن كاني هاي كم عيار سولفيدي و كانسنگ هاي طلا و يا اورانيوم ، امروزه در مقياس صنعتي استفاده مي شوند.
كاربرد بيو تكنولوژي در فر آوري و استخراج فلزات متعدد مي باشد كه برخي از مهمترين آنها عبارت اند از:
- استفاده از ميكروارگانيسم ها در كانه ارايي : ميكروارگانيسم هايي در طبيعت وجود دارند كه ضمن داشتن بار الكتريكي منفي به شدت آب گريز اند و مي توان از آنها براي تغليظ بعضي از مواد معدني استفاده كرد. بررسي هاي انجام شده نشان داده است كه گونه اي از ميكروارگانيسم ها را مي توان براي جدا سازي بعضي از كاني ها مانند فسفات ها ، ذرات ريز ذغال و كاني هماتيت مورد استفاده قرار داد.
- استفاده از ميكروارگانيسم در تصفيه پساب ها : آب هاي خروجي بسياري از صنايع حاوي تركيبات آلي و معدني است ، كه طي فرآيند مورد استفاده قرار گرفته اند. اين تركيبات مناسب با ماهيتشان به درجات متفاوت سمي مي باشند. به عنوان مثال مي توان از محلول هاي سيانور دار كه در استخراج طلا بكار برده مي شود ، نام برد. بعضي از ميكروارگانيسم ها و يا آنزيم ترشح شده از آنها در تجزيه سيانور آزاد موثر بوده و در نتيجه در بهبود و ضعيت زيست محيطي پساب هاي سيانوري توليد شده از واحد هاي هيدرو متالوژي فلزات گرانبها نقش مهمي دارند. بازيابي فلزات و جذب آنها از دور ريز ها توسط باكتري ها بسار سريع بوده و معمولا از چند دقيقه تجاوز نمي كند . عبور پساب آلوده از حجم آلوده باكتري ( بيوماس) براي حذف عناصر آلوده كننده آن كافي مي باشد. آب خروجي راكتورهاي اتمي معمولا حاوي مواد راديواكتيو مي باشد. كه مقدار آن از يك تا چند ppm تغيير مي كند. و عملا بجز كاربرد باكتري ، ساير رو ش ها بصورت اقتصادي قادر به حذف آنها نيستند.
- استفاده در جذب يون هاي فلزي : بعضي از موجودات ذره بيني قادرند يون هاي فلزات سنگين را از محلول ، بويژه محلول هاي رقيق جذب سطح خارجي خود كرده و بدين ترتيب اين يون هاي فلزي را از محلول جدا كنند. اين روش براي جدا سازي فلزات از پساب هي صنعتي و يا از محلول هاي حاصل از فرآيندهاي هيررو متالوژي كاربرد فرآوان دارند.
- استفاده در استخراج فلزات : در استخراج فلزات به روش هيدرو متالوژي يكي از مهمترين مراحل حل كردن كاني هاي معدني به كمك حلال مناسب بنحوي كه در اين فرآيند قسمت بيشتر فلز مورد نظر به صورت محلول و يا رسوب در آيد . اكسيده كردن و انحلال ميكروبي سنگ هاي معدني بويژه سنگ هاي سولفوري كم عيار مهمترين جنبه كاربرد ميكروارگانيسم ها به منظور افزايش بازدهي حل شدن مي باشد كه در مورد كاني هاي طلادار و كانسنگ هاي اورانيم كاربرد صنعتي دارد. بكارگيري ميكروارگانيسم ها جهت تسريع واكنش هاي مورد نظر در حل كردن كه در نهايت به آزاد سازي آنها منجر مي شود. تحت عنوان فروشويي زيستي شناخته مي شود. مزاياياين روش نسبت به روش هاي ديگر عبارت اند از :
* اثرهاي مضر زيست محيطي به مراتب كمتر بر روي منابع آبي و هوا
* نياز به انرژي كمتر
* عدم نياز به تجهيزات پيچيده و در نتيجه سرمايه گذاري كمتر
* عمل حل كردن بيولوژيكي را مي توان در اعماق زمين و بدون استخراج معدني انجام داد.
محدوديت عمده بكار گيري اين روش ناشي از نياز به دانش فني و آگاهي عميق به مباني بيوتكنولوژي مي باشد. دست اندر كاران پروژه هاي تحقيقاتي در اين زمينه بايد حتما از مباني ميكروب شناسي ، بيوشيمي و بيوتكنولوژي اطلاع كافي داشته باشند.
چند نمونه كاربرد باكتري در مقياس صنعتي و نيمه صنعتي :
1- حل كردن ارانيوم ( توسط باكتري هاي TF از سنگ معدن حاوي پيريت پيروتيت)
2- استخراج طلا از سنگ هاي مقاوم طلا دار ( سنگ معدن پيريت و ارسينو پيريت)
3- حل كردن بيولوژيك رس ها و توليد آلومين
- گوگرد زدايي زيستي: سوخت هاي فسيلي حاوي گوگرد در محصولات احتراق خود علاوه بر گاز هاي اكسيد گوگرد و اكسيز ازت ، مقداري غبار نيز وجود دارد. كه مجموعا از عوامل آلوده كننده محيط زيست مي باشند. باران هاي اسيدي ناشي از رها سازي اكسيد گوگرد در فضا ، حيات بسياري از گياهان و جانداران و بخصوص آبزيان را به خطر بيندازند. بعلاوه اين باران ها عامل خوردگي فلزات و سنگ هاي ساختمتني نيز مي باشند.
حذف گاز هاي الوده كننده از محصولات احتراق رقم بسيار بزرگي را تشكيل مي دهد. از همين رو جذف و يا كاهش مقدار گوگرد در سوخت هاي فسيلي اهميت بالايي براي صنايع دارد. حذف گوگرد مبتني بر فن اوري هاي فيزيكي و شيميايي ، مشكلاتي را به همراه دارد كه رويكرد به روش هاي بيوتكنولوژي را ناگزير نموده است. از ويژگي هاي مثبت آن اين است كه برخي از ميكروارگانيسم ها به طور اختصاصي فقط پيوند كربن - گوگرد را شكسته و با جدا كردن گوگرد بقيه مولكول آلي را رها مي كنند. در آينده نچندان دور گوگرد زدايي زيستي جايگزين روش هاي فيزيكي و شيميايي مي شود.
براي آشنايي بيشتر با اين مفاهيم مي توانيد به كتاب " فناوري ميكروبي در متالورژي" مراجعه كنيد . نويسندگان اين كتاب عبارت اند از : دكتر رامز وقار، دكتر منوچهر اوليا زاده و دكتر محمد رضا وقار. ناشر اين كتاب دانشگاه صنايع و معادن ايران است
