فعالیت کاتالیستی جوانه های بیولوژیکی و اسیدی تیوباسیلوس فرواکسیدانس در فرایند تشکیل جاروسیت آمونیوم

محورهای موضوعی : زیست فناوری میکروبی

نسیم افتخاری ¹ (دانشجوی دکتری، گروه میکروبیولوژی، واحد کرمان، دانشگاه آزاداسلامی، کرمان، ایران)
محمد کارگر ² (استاد، گروه میکروبیولوژی، واحد جهرم، دانشگاه آزاد اسلامی، جهرم، ایران)
فرخ رخ بخش زمین ³ (استادیار، گروه میکروبیولوژی، واحد کرمان، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمان،ایران)
ناهید رستاخیز ⁴ (استادیار، گروه شیمی، واحد کرمان، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمان،ایران)
زهرا منافی ⁵ (دانشجوی دکتری،امور تحقیق و توسعه، معدن مس سرچشمه، کرمان،ایران)

تاریخ دریافت : 1398/07/03 تاریخ پذیرش : 1398/08/03 تاریخ انتشار : 1398/12/01

کلید واژه: آهن, بیولیچینگ, جاروسیت, اسیدی تیوباسیلوس فرواکسیدانس,

چکیده مقاله :

سابقه و هدف: به دلیل کاهش راندمان آبشویی میکروبی لازم است آهن فریک محلول لیچینگ قبل از استحصال مس با استفاده از روش هایی مانند جوانه جاروسیت حذف گردد. این پژوهش با هدف بررسی عملکرد کاتالیزوری جوانه های بیولوژیکی و باکتری اسیدی تیوباسیلوس فرواکسیدانس(Acidithiobacillus ferrooxidans) با استفاده از بیوسنتز جاروسیت انجام شد.مواد و روش ها:ابتدا باکتری اسیدی تیوباسیلوس فرواکسیدانس در محیط 9K به منظور سنتز جوانه های جاروسیت کشت داده شد. تاثیر فعالیت جوانه های بیولوژیکی در مقادیر مختلف (5 و 10 گرم بر لیتر) در تشکیل جاروسیت مورد آزمون قرار گرفت. نوع جاروسیت سنتز شده با آنالیزهای طیف سنجی مادون قرمز(FTIR)، پراش اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی(SEM) ارزیابی گردید. سپس مورفولوژی کریستال های جاروسیت سنتز شده مورد بررسی قرار گرفت.یافته ها: نتایج آنالیزهای طیف سنجی مادون قرمز، پراش اشعه ایکس نشان داد که جوانه جاروسیت بیوسنتز شده از نوع جاروسیت آمونیوم است. میزان رسوب جاروسیت با افزایش غلظت جوانه افزایش معنی داری داشت و زمان القای تشکیل رسوب کاهش یافت. با افزایش جوانه pH و پتانسیل اکسایش محیط کشت کاهش یافت. همچنین رشد باکتری در حضور جوانه های بیولوژیکی نسبت به محیط بدون جوانه کاهش داشت. نتایج میکروسکوپ الکترونی نشان داد که جوانه های جاروسیت اثرات قابل توجهی در مورفولوژی کریستال های جاروسیت دارد. کریستال های جاروسیت با حضور جوانه های بیولوژیکی ساختارهای صاف تر، یکنواخت تر و بزرگتری را در مقایسه با جاروسیت های بدون حضور جوانه داشتند.نتیجه گیری: نتایج نشان داد که تشکیل جاروسیت با حضور جوانه های بیولوژیکی کامل تر می گردد. نتایج به دست آمده از این تحقیق می تواند راندمان فرایند حذف آهن را در بیولیچینگ مس بهتر نماید و موجب کاهش هزینه های تولید گردد.

چکیده انگلیسی:

Background & Objectives: Ferric iron that commonly exists in the leaching solution needs to be removed before the recovery of copper bioleaching using methods such as jarosite seed. The objective of this study was to investigate the catalytic performance of biological seeds and Acidithiobacillus ferrooxidans in the process of jarosite formation via the biosynthesis process. Materials & Methods: Acidithiobacillus ferrooxidans was first grown in 9K medium. Jarosite seeds were synthesized using this bacterium. Then the effect of the biological activity of different seeds (5, 10 g/L) on jarosite formation was investigated. The type of jarosites synthesized was identified by X-ray diffraction (XRD), Fourier transforms infrared spectroscopy (FTIR), and scanning electron microscope (SEM) analysis. Meantime, the morphologies of jarosite crystals were studied. Results: The FTIR and XRD results showed that biosynthetic jarosite seeds are ammonium jarosite type. The amount of jarosite increased with increasing seed concentration and the induction time of precipitation decreased. The pH and Eh of culture medium with increasing seed decreased. Bacterial growth also decreased in the presence of jarosite seeds compared to medium without biological seeds. According to the results of SEM, The morphologies of ammonium jarosite crystals were significantly affected by the jarosite seeds. The jarosite crystals were precipitated with the presence of seeds that had a smooth, uniform, and larger surface than non- seeding jarosite. Conclusion: The results showed that the precipitation process of jarosite is more complete with biological seeds. The results of this study can improve the efficiency of the iron removal process in copper bioleaching and reduce production costs.

منابع و مأخذ:

1. Eftekhari N, Kargar M, Rokhbakhsh Zamin F, Rastakhiz N, Manafi Z. A review on various
   aspects of jarosite and its utilization potentials. Annales de Chimie Science des Matériaux.
   2020; 44(1): 43-52.
   2. Nurmi P, Özkaya B, Sasaki K, Kaksonen AH, Riekkola-Vanhanen M, Tuovinen OH, Puhakka
   JA. Biooxidation and precipitation for iron and sulfate removal from heap bioleaching effluent
   streams. Hydrometallurgy. 2010; 101(1-2): 7-14.
   3. Hou Q, Fang D, Liang J, Zhou L. Significance of oxygen supply in jarosite biosynthesis
   promoted by Acidithiobacillus ferrooxidans. Plos one. 2015; 3: 1-12.
   4. Zhu J, Gan M, Zhang D, Hu YH, Chai LY. The nature of schwertmannite and jarosite mediated
   by two strains of Acidithiobacillus ferrooxidans with different ferrous oxidation ability.
   Material Sci Eng. 2013; 33: 2679-2685.
   5. Dutrizac J. The effect of seeding on the rate of precipitate of ammonium jarosite and sodium
   jarosite. Hydrometallurgy. 1996; 42(3): 293-312.
   
   6. Kazemi M J, Kargar M, Nowroozi J, Sepahi A, Doosti A, Manafi Z. The wide distribution of an
   extremely thermoacidophilic microorganism in the copper mine at ambient temperature and
   under acidic condition and its significance in bioleaching of a chalcopyrite concentrate. Revista
   Argentina de Microbiologia. 2019; 51(1): 56-65.
   7. Sasaki K, Konno H. Morphology of jarosite group compounds precipitated from biologically
   and chemically oxidized Fe ions. Can Mineral. 2000; 38: 45-56.
   8. Daoud J, Karamanev D. Formation of jarosite during Fe2+ oxidation by Acidithiobacillus
   ferrooxidans. Minerals Eng. 2006; 19: 960-967.
   9. Eftekhari N, Kargar M. Assessment of optimal iron concentration in the precipitation of jarosite
   and the activity of Acidithiobacillus ferrooxidans. Modares Journal of biotechnology. 2018; 9
   (4): 525-529 [In Persian].
   10. Nemati M, Harrison STL, Hansford GS, Webb C. Biological oxidation of ferrous sulfate by
   Thiobacillus ferrooxidans: A review on the kinetic aspects. Biochemical Engineering. 1998; 3:
   171-190.
   11. Liu JY, Xiu XX, Cai P. Study of formation of jarosite mediated by Thiobacillus ferrooxidans
   in 9K medium. Procedia Earth Planetary Sci. 2009; 1: 706-712.
   12. Sandy Jones F, Bigham JM, Gramp JP, Tuovinen OH. Formation and characterization of
   ternary (Na, NH4, H3O) jarosites produced from Acidithiobacillus ferrooxidans cultures.
   Appl Geochem. 2018; 91: 14-22.
   13. Najorka J, Lewis J M T, Spratt J, Sephton M A. Single‑crystal X‑ray diffraction study of
   synthetic sodium–hydronium jarosite. Phys Chem Minerals. 2016; 43: 377-386.
   14. Gan M, Li MM, Zeng J, Liu XX, Zhu Jv, Hu YH, Qiu GZ. Acidithiobacillus ferrooxidans
   enhanced heavy metals immobilization efficiency in acidic aqueous system through
   bio-mediated coprecipitation. Transaction Nonferrous Metals Soc China. 2017; 27: 1156-1164.
   15. Liu PF, Zhang YF. Crystallization of ammonium jarosite from ammonium ferric sulfate
   solutions. Hydrometallurgy. 2019; 189: 1-8.